WO2020189587A1

WO2020189587A1 - 伝送装置

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Publication number: WO2020189587A1
Application number: PCT/JP2020/011288
Authority: WO
Inventors: 裕太山田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2021-09-15
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Abstract

実施形態の伝送装置は、インプリシット・トークンパッシング方式のネットワークを構成するノードとして現在の送信権を有し、かつ、同期ノードを特定する同期ノード番号及び前記ネットワークに存在しているとされたノードの情報であるネットワーク生存ノードマップ情報を含む同期フレームあるいは送信権を有しているノードを特定する送信権ノード番号及び前記ネットワークに存在しているとされたノードの情報であるネットワーク生存ノードマップ情報を含む催促フレームを受信した場合に、データフレームを送信し、前記データフレームの送信の後に、送信元のノードを特定する送信ノード番号及び前記ネットワークに存在しているノードの情報であるネットワーク生存ノードマップ情報を含む完了フレームを送信する。

Description

伝送装置

　本発明の実施形態は、伝送装置に関する。

　従来、コントローラ間などを接続する情報・制御ＬＡＮ（産業用ネットワーク）が用いられるプラント等では、定められた周期内での制御が求められ、また、鉄鋼等のプラントでは高速な制御周期が求められる。

　上述したように、所定の高速制御周期内で制御を行うシステムに適用される通信プロトコルの一つとして、送信ノードを特定して巡回させるインプリシット・トークンパッシング方式のようなノードごとの送信権を管理した送信プロトコルが知られている。

　インプリシット・トークンパッシング方式の送信プロトコルの中には、特定の同期ノードを設定し、インプリシット・トークンパッシングの開始タイミングを通知するための同期フレームを送信し、送信権を他のノードに移行するために送信権の移行を通知する完了フレームを送信するものが存在する。

特開２０００－９２０８９号公報

　インプリシット・トークンパッシング方式の伝送では、同期ノードと呼ばれる管理ノードから毎周期送信される同期フレームを、ネットワークに参入している他のノードが受信し、同期フレームによってインプリシット・トークンパッシングの開始を行う。
　ネットワーク内の各ノードは、自身の送信権が得られるタイミングでデータを送信する。

　この場合において、送信権の移行は、各ノードの送信データの最後に送信される完了フレームを受信するか、あるいは、前ノードの完了フレーム受信から一定時間完了フレームが受信できなかった場合にタイムアウトとすることで、次のノードが取得する形で実施されていた。

　そのため、一過性の異常により完了フレームが受信できず、タイムアウトが発生した場合に制御周期を満たせなくなる場合が発生する。また、一過性の異常によって同期フレームの受信に失敗した場合には、データ送信ができず、データ損失が発生するおそれがあった。

　本実施形態は、上記に鑑みてなされたものであって、インプリシット・トークンパッシング方式のネットワークにおいて、一過性の異常により、完了フレームあるいは同期フレームの受信が正常に行えなかった場合であっても、一過性の異常等による制御周期に対する影響を最小限に抑えつつ、インプリシット・トークンパッシングを継続することができる伝送装置を提供することを目的としている。

図１は、実施形態の制御用通信ネットワークの概要構成ブロック図である。図２は、コントローラノードの要部構成説明図である。図３は、実施形態で用いる各種フレームの共通フォーマットを説明する図である。図４は、同期フレームのデータフォーマットの一例の説明図である。図５は、完了フレームＣＦのデータフォーマットの第１の例の説明図である。図６は、催促フレームのデータフォーマットの一例の説明図である。図７は、第１実施形態の動作説明図である。図８は、同期ノードとして機能するコントローラノードの同期ノード処理のフローチャートである。図９は、コントローラノードのデータフレーム送信動作について説明する図（その１）である。図１０は、完了フレームＣＦの第２の例の説明図である。図１１は、コントローラノードのデータフレーム送信動作について説明する図（その２）である。図１２は、複数のコントローラノードが同期フレームの受信に失敗した場合の説明図である。

　次に図面を参照して好適な実施形態について説明する。
　まず実施形態の原理について説明する。
　ネットワークに参入している同期ノードを含む全てのノードは、前回送信権を持っていたノードが送信した送信権の移行を通知する完了フレームＣＦを受信してから、今回送信権を持つノードの完了フレームＣＦを受信するまでの時間のタイムアウト検知を実施する。

　ここでタイムアウトが検知される場合とは、一過性の異常で完了フレームＣＦやインプリシット・トークンパッシングの開始タイミングを通知する同期フレームの受信に失敗した場合等が挙げられる。

　このため、今回送信権を持っているノードからの完了フレームＣＦが届かず、完了フレーム受信のタイムアウトが検知された場合には、次回の送信権を持つノードが送信権を獲得することとなる。

　そこで、本実施形態においては、タイムアウト前の一定時間経過後に完了フレームＣＦが受信できない場合、同期ノードからネットワーク内の今回の送信権を持っているノードに対して、催促フレームを一度だけ送信する。

　催促フレームを受信した今回の送信権を持つノードは、直ちにデータフレームを送信し、完了フレームＣＦに催促フレームを受信したことを示す識別子及びいまだ送信権を取得していない残りの送信権を持つノードの情報を付加した完了フレームＣＦを送信することで、送信権を次回に送信権を持つべきノードへと移行する。

　催促フレームを受信しなかった残りのノードと同期ノードは、再び完了フレームＣＦのタイムアウト検知を実施する。

　また、同期フレームの受信を複数のノードが同時に失敗した場合には、同期フレームの受信に失敗したノードが送信権を得るたびに、都度催促フレームを送信するのではなく、催促フレームを受信した当該時点で送信権を持っていたノードから配信される完了フレームＣＦを受信したときに、当該完了フレームＣＦに付加されていた残りの送信権を持つノードの情報によって、送信権の更新を実施する。

　これらの結果、今回送信権を持っているノードからの完了フレームＣＦが届かない場合であっても、タイムアウトの検知がなされる前に、当該時点で送信権を持つノードに対し完了フレームＣＦの送信を催促することで、完了フレームＣＦの送信を促すことができ、一過性の異常等による制御周期に対する影響を最小限に抑えつつ、インプリシット・トークンパッシングを継続することができる。
　ひいては、インプリシット・トークンパッシングにおいて、制御ネットワーク内において一定周期内での通信を実現することが可能となる。

［１］第１実施形態
　図１は、実施形態の制御用通信ネットワークの概要構成ブロック図である。
　制御用通信ネットワーク１０は、図示しない被制御装置、センサ等が接続された複数（図１では、５個）のコントローラノード１１－１～１１－５と、コントローラノード１１－１～１１－５間を通信可能に接続した制御ＬＡＮ１２と、を備えている。

　上記構成において、コントローラノード１１－１～１１－５のうちのいずれか一台は、同期ノード（同期コントローラノード）として機能する。そして同期ノードは、送信周期を定める後述の同期フレームＳＦを各制御周期の最初に送出することで制御周期の管理を担っている。

　図２は、コントローラノードの要部構成説明図である。
　コントローラノード１１－ｎ（ｎ：１～５）のそれぞれには、ＩＰアドレスやＭＡＣアドレスとは別に、当該制御用通信ネットワーク１０内で一意に定められるノード番号（ノード番号データ）２１が予め設定されている。

　次に実施形態のフレームフォーマットについて説明する。
　図３は、実施形態で用いる各種フレームの共通フォーマットを説明する図である。
　フレームＦＦは、フレームヘッダＦＨ及びフレームデータＦＤを備えている。

　フレームヘッダＦＨは、後述する同期フレーム、完了フレーム、催促フレーム等のフレームの種別を表すフレーム種別情報ＦＩの他、図示していないが、その他に送信元のＩＰアドレス、一又は複数の送信先のＩＰアドレス等のヘッダ情報を備えている。

　フレームデータＦＤは、フレーム種別情報ＦＩに対応する各種データを備えている。したがって、フレームデータＦＤは、フレームの種別によって長さが異なっている。

　次に第１実施形態の概要動作を説明する。
　コントローラノード１１－ｎは、このノード番号２１を用いて制御用通信ネットワーク１０への参入/離脱を制御するネットワーク制御機能、制御用通信ネットワーク１０内での送信順の制御、同期ノードを起点とした周期伝送等を実施している。

　コントローラノード１１－ｎは、メモリ２２を有している。このメモリ２２内には、制御用通信ネットワーク１０に参入している全てのコントローラノードを示すネットワーク参入ノードマップデータ２３と、制御用通信ネットワーク１０全体の送信権情報データ２４と、現在の送信権をもつコントローラノードの送信権ノード番号データ２５と、完了フレーム受信のタイムアウト時間を格納したタイムアウト時間データ２６と、を格納している。

　同期コントローラノードとなったコントローラノード１１－Ｘは、送信周期を定める同期フレームＳＦを各送信周期の先頭で送信する。

　図４は、同期フレームのデータフォーマットの一例の説明図である。
　同期フレームＳＦは、同期フレームＳＦであることを表すフレーム種別情報ＦＩとして機能する同期フレーム情報データ３１と、同期ノード番号を格納した同期ノード番号データ３２と、当該同期フレームの送出時点で制御用通信ネットワーク１０に存在（生存）していると認識している全てのコントローラノードを示すネットワーク生存ノードマップデータ３３と、を備えている。

　これにより同期フレームＳＦを受信した各コントローラノードは、受信した同期フレームＳＦに基づいて、インプリシット・トークンパッシングを開始する。
　そして、送信権を有するコントローラノードが、データフレームＤＦを送信することとなる。

　送信権を有しているコントローラノードは、データフレームＤＦの送信後、自身の送信権が完了することを他のコントローラノードに対して示すため、完了フレームＣＦを送信する。

　図５は、完了フレームＣＦのデータフォーマットの第１の例の説明図である。
　第１の例の完了フレームＣＦは、完了フレームＣＦであることを表すフレーム種別情報ＦＩとして機能する完了フレーム情報データ４１と、当該完了フレームＣＦの送信元のコントローラノードを特定するためのノード番号データが格納された送信ノード番号データ４２と、当該完了フレームの送出時点で制御用通信ネットワーク１０に存在（生存）していると認識している全てのコントローラノードを示すネットワーク生存ノードマップデータ４３と、を備えている。

　これにより、完了フレームＣＦを受信した他のコントローラノードは、前回の送信権がどのコントローラノードにあったかを確認し、次の送信権を持つコントローラノードに送信権が移行する。

　以上の一連の動作を制御用通信ネットワーク１０に参入している全てのコントローラノードが送信権を取得して、データフレームを送信するまで実施し、その間を１周期とする。

　ところで、送信権は、完了フレームＣＦの送信によって次の送信権を持つコントローラノードへと移行するが、次に送信権を持つべきコントローラノードが一過性の異常等により完了フレームＣＦの受信に失敗すると、そのままでは完了フレーム受信のタイムアウト時間が経過するまで送信権の移行ができなくなる。

　そこで、本第１実施形態においては、前回の完了フレームＣＦの受信後、完了フレームＣＦの受信タイムアウト時間の検知用タイマをスタートしてから所定時間の経過時点（例えば、完了フレームＣＦの受信タイムアウト時間の１／２に相当する時間が経過したとき)に、同期コントローラノードから現在送信権を持つコントローラノードに対して催促フレームＲＦを送信する。

　図６は、催促フレームのデータフォーマットの一例の説明図である。
　催促フレームＲＦは、図６に示すように、催促フレームＲＦであることを表すフレーム種別情報ＦＩとして機能する催促フレーム情報データ５１と、当該催促フレームＲＦの送信対象である送信権を持っているコントローラノードを特定するための送信権ノード番号データ５２と、当該催促フレームＲＦの送出時点で制御用通信ネットワーク１０において存在（生存）が確認されている全てのコントローラノードを示すネットワーク生存ノードマップデータ５３と、を備えている。

　催促フレームＲＦの送信権ノード番号データ５２には、現在の送信権を持つコントローラノードのノード番号が格納されており、催促フレームＲＦを受信したコントローラノードは、現在の送信権を持つコントーラノードのノード番号をチェックする。

　そしてノード番号をチェックしたコントローラノードが当該ノード番号に該当するコントローラノードである場合、データフレームの送信（再送）を実施し、データフレームの送信後に完了フレームＣＦを送信する。

　図７は、第１実施形態の動作説明図である。
　図７においては、理解の容易のため同期コントローラノード１１－１（図中、ＣＮ１１－１と表記）、コントローラノード１１－２（図中、ＣＮ１１－２と表記）及びコントローラノード１１－３（図中、ＣＮ１１－３と表記）のみを示しており、送信権は、コントローラノード１１－１→コントローラノード１１－２→コントローラノード１１－３の順番で移ってゆくものとする。

　図７に示すように、同期ノードとしてのコントローラノード１１－１は、動作周期の先頭で、同期フレームデータＳＦを送信し、この同期フレームデータの送信タイミングに同期して、データフレームＤＦ１及び当該データフレームＤＦ１の送信が完了したことを示す完了フレームＣＦ１を送信する。

　これにより、コントローラノード１１－２は、完了フレームＣＦ１を受信すると、次の送信権を有するのが自分であることを認識して、データフレームＤＦ２及び当該データフレームＤＦ２の送信が完了したことを示す完了フレームＣＦ２を送信する。

　さらに、コントローラノード１１－３は、完了フレームＣＦ２を受信すると、次の送信権を有するのが自分であることを認識して、データフレームＤＦ３及び当該データフレームＤＦ３の送信が完了したことを示す完了フレームＣＦ３を送信する。
　これらの結果、正常にデータの送受信がなされることとなる。

　そして、再び送信権を獲得した同期ノードとしてのコントローラノード１１－１は、動作周期の先頭で、同期フレームデータＳＦを送信し、以下同様に処理が継続することとなる。

　図８は、同期ノードとして機能するコントローラノードの同期ノード処理の処理フローチャートである。
　以下においては、同期ノードとして機能するコントローラノードがコントローラノード１１－１である場合を例として説明する。

　同期ノードとして機能するコントローラノード１１－１は、同期フレームＳＦを送信する（ステップＳ１１）。
　これと同時にコントローラノード１１－１は、次に送信権を有することとなるコントローラノードからの完了フレームの送信を待つ最大時間である完了タイムアウト時間のカウントを開始する。

　次にコントローラノード１１－１は、現在送信権を持つコントローラノードから完了フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳ１２）。
　ステップＳ１２の判断において、完了フレームを受信した場合には（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、現在送信権を持っていたコントローラノードの送信処理が完了したということであるので処理をステップＳ１８に移行する。

　ステップＳ１２の判断において、未だ完了フレームを受信していない場合には（ステップＳ１２；Ｎｏ）、完了タイムアウト時間のうち所定の時間（図８の例では、完了タイムアウトの半分の時間）が経過したか否かを判断する（ステップＳ１３）。
　ステップＳ１３の判断において、未だ完了タイムアウト時間のうち所定の時間が経過していない場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ）、処理を再びステップＳ１２に移行し、完了フレーム受信待ちとして待機状態となる。

　ステップＳ１３の判断において、完了タイムアウト時間のうち所定の時間が経過した場合には（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、現在送信権を有しているコントローラノードに対して、送信処理が完了した旨の完了フレームＣＦの送信（再送も含む）を要求するために催促フレームＲＦを送信する（ステップＳ１４）。

　そして同期ノードとして機能するコントローラノード１１－１は、送信権を持っているコントローラノードからの完了フレームＣＦを受信したか否かを判断する（ステップＳ１５）。
　ステップＳ１５の判断において、完了フレームＣＦを受信した場合には、処理をステップＳ１８に移行する。

　ステップＳ１５の判断において、未だ完了フレームＣＦを受信していない場合には、コントローラノード１１－１は、完了タイムアウト時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１６）。

　ステップＳ１６の判断において、未だ完了タイムアウト時間が経過していない場合には（ステップＳ１６；Ｎｏ）、処理を再びステップＳ１５に移行し、完了フレーム受信待ちとして待機状態となる。

　ステップＳ１６の判断において、完了タイムアウト時間が経過した場合には（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、現在送信権を有しているはずのコントローラノードから次に送信権を取得するはずのコントローラノードとなるように送信権情報を更新する（ステップＳ１７）。

　そして全コントローラノードの送信処理が完了、あるいは、送信権情報の更新により全コントローラノードの送信処理が完了したと見なせる状態になったか否かを判断する（ステップＳ１８）。

　ステップＳ１８の判断において、未だ全コントローラノードの送信処理が未完了、あるいは、送信権情報の更新によっても全コントローラノードの送信処理が完了したと見なせない状態である場合には（ステップＳ１８）、処理を再びステップＳ１２に移行して、上述した処理を繰り返すこととなる。

　次にコントローラノードのデータフレーム送信動作について説明する。
　図９は、コントローラノードのデータフレーム送信動作について説明する図（その１）である。

　図９は、いずれのコントローラノードも、催促フレームＲＦを受信した送信権を有するコントローラノードにより、当該催促フレームＲＦによるデータフレームＤＦ及び完了フレームＣＦの送信によって送信権情報の更新は行わない場合の動作を表している。

　コントローラノードは、まず同期コントローラノードから同期フレームＳＦを受信したか否かを判断する（ステップＳ３１）。

　ステップＳ３１の判断において、同期コントローラノードから同期フレームＳＦを受信した場合には（ステップＳ３１；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、受信した同期フレームＳＦから送信権情報を作成する（ステップＳ３２）。
　続いてコントローラノードは、作成した送信権情報が自分の送信権であるか否かを判断する（ステップＳ３３）。

　ステップＳ３３の判断において、作成した送信権情報が自分の送信権であった場合には（ステップＳ３３；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、データフレームＤＦを生成し送信する（ステップＳ３４）。

　続いてコントローラノードは、データフレームＤＦの送信が完了すると、完了フレームＣＦを生成し、送信して処理を終了する（ステップＳ３５）。

　ステップＳ３３の判断において、作成した送信権情報が自分の送信権ではない場合には（ステップＳ３３；Ｎｏ）、コントローラノードは、送信権を有する他のコントローラノードから完了フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳ３６）。すなわち、送信権を有する他のコントローラがデータフレームの送信を完了した旨を通知しているか否かを判断する。

　ステップＳ３６の判断において、送信権を有する他のコントローラノードから完了フレームを受信した場合には（ステップＳ３６；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、受信した完了フレームに含まれている送信ノード番号データ及びネットワーク生存ノードマップデータに基づいて、次に送信権を取得するコントローラノードが自分であるか否かを判断する（ステップＳ３７）。

　ステップＳ３７の判断において、次に送信権を取得するコントローラノードが自分ではない場合には、再び処理をステップＳ３６に移行し、次に送信権を取得した他のコントローラノードからの完了フレームの受信を行うべく待機状態となる。

　ステップＳ３７の判断において、次に送信権を取得するコントローラノードが自分である場合には（ステップＳ３７；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、データフレームを生成し送信する（ステップＳ３４）。

　続いてコントローラノードは、データフレームの送信が完了すると、完了フレームを生成し、送信して処理を終了する（ステップＳ３５）。

　ステップＳ３６の判断において、未だ送信権を有する他のコントローラノードから完了フレームを受信していない場合には（ステップＳ３６；Ｎｏ）、同期コントローラノードが未だ送信権を有するコントローラノードから完了フレームを受信していないことに起因して、同期コントローラノードが送信した催促フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳ３８）。

　ステップ３８の判断において、同期コントローラノードからの催促フレームを受信した場合には（ステップＳ３８；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、催促フレームに含まれる送信権ノード番号が自分に該当する送信権ノード番号であるか否かを判断する（ステップＳ３９）。

　ステップＳ３９の判断において、催促フレームに含まれる送信権ノード番号が自分に該当する送信権ノード番号ではない場合には（ステップＳ３９；Ｎｏ）、コントローラノードは、現在送信権を有しているはずのコントローラノード（＝現在の送信権ノード）からの完了フレームの受信を待つべき時間であるとして、処理をステップＳ３６に移行し、上述した処理を繰り返すこととなる。

　ステップＳ３９の判断において、催促フレームに含まれる送信権ノード番号が自分に該当する送信権ノード番号である場合には（ステップＳ３９；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、次に送信権を取得すべきであったコントローラノードが自分であったとして、あるいは、完了フレームＣＦが未達であったものとして、データフレームＤＦを生成し送信する（ステップＳ４０）。

　続いてコントローラノードは、データフレームの送信が完了すると、完了フレームを生成し、送信して処理を終了する（ステップＳ４１）。

　また、ステップ３８の判断において、同期コントローラノードからの催促フレームを未だ受信していない場合には（ステップＳ３８；Ｎｏ）、コントローラノードは、現在送信権を有しているはずのコントローラノード（＝現在送信権ノード）からの完了フレームの受信を待つべき時間である完了タイムアウト時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ４２）。

　ステップＳ４２の判断において、完了タイムアウト時間が経過した場合には、強制的に送信権を更新するタイミングに到ったと判断して、前回受信した同期フレームに基づいて次に送信権を取得するはずのコントローラノードに送信権が取得されたものとするために送信権情報を更新する（ステップＳ４３）。

　続いてコントローラノードは、更新した送信権情報に基づいて、次に送信権を取得するコントローラノードが自分であるか否かを判断する（ステップＳ３７）。
　ステップＳ３７の判断において、次に送信権を取得するコントローラノードが自分ではない場合には、再び処理をステップＳ３６に移行し、次に送信権を取得した他のコントローラノードからの完了フレームの受信を行うべく待機状態となる。

　ステップＳ４２の判断において、未だ完了タイムアウト時間が経過していない場合には（ステップＳ４２；Ｎｏ）、現在送信権を有しているはずのコントローラノード（＝現在送信権ノード）からの完了フレームの受信を待つべき時間であるとして、処理をステップＳ３６に移行し、上述した処理を繰り返すこととなる。

　また、ステップＳ３１の判断において、未だ同期コントローラノードから同期フレームを受信していない場合には（ステップＳ３１；Ｎｏ）、コントローラノードは、自分が同期フレームの受信に失敗した可能性もあるので、同期コントローラノードが送信した催促フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳ４４）。

　ステップ４４の判断において、同期コントローラノードからの催促フレームを受信した場合には（ステップＳ４４；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、催促フレームに含まれる送信権ノード番号が自分に該当する送信権ノード番号であるか否かを判断する（ステップＳ４５）。

　ステップＳ４５の判断において、催促フレームに含まれる送信権ノード番号が自分に該当する送信権ノード番号ではない場合には（ステップＳ４５；Ｎｏ）、コントローラノードは、同期コントローラノードからの同期フレームの受信を待つべき時間であるとして、処理をステップＳ３１に移行し、上述した処理を繰り返すこととなる。

　ステップＳ４５の判断において、催促フレームに含まれる送信権ノード番号が自分に該当する送信権ノード番号である場合には（ステップＳ４５；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、次に送信権を取得すべきであったコントローラノードが自分であったとして、受信した催促フレームＲＦから送信権情報を作成する（ステップＳ４６）。
　そして、コントローラノードは、データフレームＤＦを生成し送信する（ステップＳ４０）。

　続いてコントローラノードは、データフレームの送信が完了すると、完了フレームを生成し、送信して処理を終了する（ステップＳ４１）。
　以上の説明のように、図９に示した様な動作によれば、送信権を獲得しているはずのコントローラノードが送信権を獲得していないとして処理を行っているか、あるいは、完了フレームＣＦの不達となっている場合には、同期ノードとして機能しているコントローラノードからの催促フレームを受信することにより、完了タイムアウト時間が経過を待つことなくデータフレーム及び完了フレームの送信を行うことができるので、一過性の異常等による制御周期に対する影響を抑制しつつ、インプリシット・トークンパッシングを継続することができる。

　次にコントローラノードのデータフレーム送信動作の他の動作について説明する。
　以下の説明においては、図９の動作の場合と異なり、催促フレームＲＦを受信した送信権を有するコントローラノードにより、当該催促フレームＲＦによるデータフレームＤＦ及び完了フレームＣＦの送信によって送信権情報の更新を行う場合の動作を表している。

　図１０は、完了フレームＣＦの第２の例の説明図である。
　図１０において、図５と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
　第２の例の完了フレームＣＦは、完了フレームＣＦであることを表すフレーム種別情報ＦＩとして機能する完了フレーム情報データ４１と、当該完了フレームＣＦの送信元のコントローラノードを特定するためのノード番号データが格納された送信ノード番号データ４２と、当該完了フレームＣＦの送信を行うこととなった催促フレームを特定するための催促フレーム対応識別符号データ４４と、当該完了フレームの送出時点で制御用通信ネットワーク１０に存在（生存）していると認識している全てのコントローラノードを示すネットワーク生存ノードマップデータ４３と、を備えている。

　図１１は、コントローラノードのデータフレーム送信動作について説明する図（その２）である。
　コントローラノードは、まず同期コントローラノードから同期フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳ５１）。

　ステップＳ５１の判断において、同期コントローラノードから同期フレームを受信した場合には（ステップＳ５１；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、受信した同期フレームから送信権情報を作成する（ステップＳ５２）。
　続いてコントローラノードは、作成した送信権情報が自分の送信権であるか否かを判断する（ステップＳ５３）。

　ステップＳ５３の判断において、作成した送信権情報が自分の送信権であった場合には（ステップＳ５３；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、データフレームを生成し送信する（ステップＳ５４）。
　続いてコントローラノードは、データフレームの送信が完了すると、完了フレームを生成し、送信して処理を終了する（ステップＳ５５）。

　ステップＳ５３の判断において、作成した送信権情報が自分の送信権ではない場合には（ステップＳ５３；Ｎｏ）、コントローラノードは、送信権を有する他のコントローラノードから完了フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳ５６）。すなわち、送信権を有する他のコントローラがデータフレームの送信を完了した旨を通知しているか否かを判断する。

　ステップＳ５６の判断において、送信権を有する他のコントローラノードから完了フレームを受信した場合には（ステップＳ５６；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、受信した完了フレームに催促フレーム対応識別符号データ４４が含まれているか否かを判断する（ステップＳ５７）。

　ステップＳ５７の判断において、受信した完了フレームに催促フレーム対応識別符号データが含まれていない場合には（ステップＳ５７；Ｎｏ）、処理をステップＳ５８に移行する。

　ステップＳ５７の判断において、受信した完了フレームに対応識別符号データが含まれていた場合には（ステップＳ５７；Ｙｅｓ）、当該完了フレームに基づいて次に送信権を取得するはずのコントローラノードに送信権が取得されたものとするために送信権情報を更新する（ステップＳ５９）。

　続いて、コントローラノードは、完了フレームに含まれている送信ノード番号データ及びネットワーク生存ノードマップデータに基づいて、次に送信権を取得するコントローラノードが自分であるか否かを判断する（ステップＳ５８）。

　ステップＳ５８の判断において、次に送信権を取得するコントローラノードが自分ではない場合には、再び処理をステップＳ５６に移行し、次に送信権を取得した他のコントローラノードからの完了フレームの受信を行うべく待機状態となる。

　ステップＳ５８の判断において、次に送信権を取得するコントローラノードが自分である場合には（ステップＳ５８；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、データフレームを生成し送信する（ステップＳ５４）。
　続いてコントローラノードは、データフレームの送信が完了すると、完了フレームを生成し、送信して処理を終了する（ステップＳ５５）。

　またステップＳ５６の判断において、未だ送信権を有する他のコントローラノードから完了フレームを受信していない場合には（ステップＳ５６；Ｎｏ）、同期コントローラノードが未だ送信権を有するコントローラノードから完了フレームを受信していないことに起因して、同期コントローラノードが送信した催促フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳ６０）。

　ステップ６０の判断において、同期コントローラノードからの催促フレームを受信した場合には（ステップＳ６０；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、催促フレームに含まれる送信権ノード番号が自分に該当する送信権ノード番号であるか否かを判断する（ステップＳ６１）。

　ステップＳ６１の判断において、催促フレームに含まれる送信権ノード番号が自分に該当する送信権ノード番号ではない場合には（ステップＳ３９；Ｎｏ）、コントローラノードは、現在送信権を有しているはずのコントローラノード（＝現在送信権ノード）からの完了フレームの受信を待つべき時間であるとして、処理を再びステップＳ５６に移行し、上述した処理を繰り返すこととなる。

　ステップＳ６１の判断において、催促フレームに含まれる送信権ノード番号が自分に該当する送信権ノード番号である場合には（ステップＳ６１；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、次に送信権を取得すべきであったコントローラノードが自分であったとして、データフレームを生成し送信する（ステップＳ６２）。
　そして、コントローラノードは、受信した催促フレームＲＦに対応する催促フレーム対応識別符号データをセットした完了フレームＣＦを生成する（ステップＳ６３）。
　続いてコントローラノードは、生成した完了フレームを送信して処理を終了する（ステップＳ６４）。

　また、ステップ６０の判断において、同期コントローラノードからの催促フレームを未だ受信していない場合には（ステップＳ６０；Ｎｏ）、コントローラノードは、現在送信権を有しているはずのコントローラノード（＝現在送信権ノード）からの完了フレームの受信を待つべき時間である完了タイムアウト時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ６５）。

　ステップＳ６５の判断において、完了タイムアウト時間が経過した場合には（ステップＳ６５；Ｙｅｓ）、強制的に送信権を更新するタイミングに到ったと判断して、前回受信した同期フレームＳＦに基づいて次に送信権を取得するはずのコントローラノードに送信権が取得されたものとするために送信権情報を更新する（ステップＳ６６）。

　続いてコントローラノードは、更新した送信権情報に基づいて、次に送信権を取得するコントローラノードが自分であるか否かを判断する（ステップＳ５８）。
　ステップＳ５８の判断において、次に送信権を取得するコントローラノードが自分ではない場合には、再び処理をステップＳ５６に移行し、次に送信権を取得した他のコントローラノードからの完了フレームの受信を行うべく待機状態となる。

　ステップＳ５８の判断において、次に送信権を取得するコントローラノードが自分である場合には（ステップＳ５８；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、データフレームを生成し送信する（ステップＳ５４）。

　ステップＳ６５の判断において、未だ完了タイムアウト時間が経過していない場合には（ステップＳ６５；Ｎｏ）、現在送信権を有しているはずのコントローラノード（＝現在送信権ノード）からの完了フレームの受信を待つべき時間であるとして、処理を再びステップＳ５６に移行し、上述した処理を繰り返すこととなる。

　また、ステップＳ５１の判断において、未だ同期コントローラノードから同期フレームを受信していない場合には（ステップＳ５１；Ｎｏ）、コントローラノードは、自分が同期フレームの受信に失敗した可能性もあるので、同期コントローラノードが送信した催促フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳ６７）。

　ステップ６７の判断において、同期コントローラノードからの催促フレームを受信した場合には（ステップＳ６７；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、催促フレームに含まれる送信権ノード番号が自分に該当する送信権ノード番号であるか否かを判断する（ステップＳ６８）。

　ステップＳ６８の判断において、催促フレームに含まれる送信権ノード番号が自分に該当する送信権ノード番号である場合には（ステップＳ６８；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、受信した催促フレームから送信権情報を作成し（ステップＳ６９）、処理をステップＳ６２に移行して、以下上述したのと同様の処理を繰り返すこととなる。

　ステップＳ６７の判断において、未だ同期コントローラノードからの催促フレームＲＦを受信していない場合（ステップＳ６７；Ｎｏ）及びステップＳ６８の判断において、催促フレームに含まれる送信権ノード番号が自分に該当する送信権ノード番号ではない場合には（ステップＳ６８；Ｎｏ）、送信権を有する他のコントローラノードから完了フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳ７０）。

　ステップＳ７０の判断において、送信権を有する他のコントローラノードから完了フレームを受信した場合には（ステップＳ７０；Ｙｅｓ）、コントローラノードは、受信した完了フレームに催促フレーム対応識別符号データが含まれているか否かを判断する（ステップＳ７１）。

　ステップＳ７１の判断において、受信した完了フレームＣＦに催促フレーム対応識別符号データが含まれていない場合には（ステップＳ５７；Ｎｏ）、処理をステップＳ５１に移行する。

　ステップＳ７１の判断において、受信した完了フレームＣＦに対応識別符号データが含まれていた場合には（ステップＳ７１；Ｙｅｓ）、当該完了フレームＣＦに基づいて次に送信権を取得するはずのコントローラノードに送信権が取得されたものとするために送信権情報を更新し（ステップＳ７２）、処理を再びステップＳ５８に移行して、以下、上述した処理と同様の処理を繰り返すこととなる。

　以上の説明のように、図１１に示した様な動作によっても、送信権を獲得しているはずのコントローラノードが送信権を獲得していないとして処理を行っているか、あるいは、完了フレームＣＦの不達となっている場合には、同期ノードとして機能しているコントローラノードからの催促フレームを受信することにより、完了タイムアウト時間が経過を待つことなくデータフレーム及び完了フレームの送信を行うことができるので、一過性の異常等による制御周期に対する影響を抑制しつつ、インプリシット・トークンパッシングを継続することができる。

　さらに図９に示した様な動作と比較して、完了フレームＣＦには、対応する催促フレームＲＦに対応する完了フレームＣＦであることを識別可能な催促フレーム対応識別符号データが含まれているため、当該完了フレームの受信により確実に送信権情報の更新を行うことができ、より信頼性を確保することができる。

［２］第２実施形態
　上記第１実施形態においては、いずれかのコントローラノードが完了フレームＣＦを受信できないことによる送信権の移行未完及び制御周期に対する影響に対応するものであったが、本第２実施形態は、同期コントローラノードからの同期フレームの受信に失敗したことによるフレームの送信不能及びデータ損失を低減するためのものである。

　ネットワーク内のコントローラノードが、同期コントローラノードからの同期フレームＳＦの受信に失敗した場合を想定する。
　この場合、同期フレームＳＦの受信に失敗したコントローラノードは、インプリシット・トークンパッシングの開始自体が行えず、当該周期において、データフレームＤＦ及び完了フレームＣＦを送信することができない。

　ネットワーク内の一つのコントローラノードが同期フレームＳＦの受信に失敗した場合は、第１実施形態と同様に、同期コントローラノードからの催促フレームＲＦを受信することで、送信権を取得して、送信権の巡回に加わることができる。

　次にネットワーク内の複数のコントローラノードが同期フレームＳＦの受信に失敗した場合を考える。
　図１２は、複数のコントローラノードが同期フレームの受信に失敗した場合の説明図である。
　図１２においては、コントローラノード１１－２、コントローラノード１１－３が同期フレームの受信に失敗した場合の例を示している。

　このとき、コントローラノード１１－２は、同期フレームＳＦの受信に失敗しているため、自己がインプリシット・トークンパッシングに参加しているとは認識していない。このため、コントローラノード１１－１の完了フレーム受信後、同期コントローラノードからの催促フレームＲＦを受信するまで、コントローラノード１１－２はデータフレームＤＦを送信しない。

　コントローラノード１１－３も同様に、同期フレームＳＦの受信に失敗しているため、自己がインプリシット・トークンパッシングに参加しているとは認識していない。このため、コントローラノード１１－２の完了フレーム受信後、同期コントローラノードからの催促フレームＲＦを受信するまでデータフレームＤＦを送信しない。

　したがって、上述した第１実施形態の手法によれば、ネットワーク内で同期フレームの受信に失敗するノードが同一周期で複数存在する場合、催促フレームによってトークンの巡回をすることはできるが、結果として完了タイムアウト時間と同等かそれ以上の時間がかかることがあり、制御周期への影響を抑制することができない。

　このため、本第２実施形態においては、催促フレームＲＦを受信したコントローラノード（上述の例の場合、コントローラノード１１－２、１１－３）は、完了フレームＣＦに含まれる催促フレーム受信識別子データ４３をセットし、さらに自身が持つ、ネットワーク内のノードの送信権情報を完了フレームＣＦ内の送信権ノード情報４５にコピーし、完了フレームＣＦを送信するようにしている。

　一方、完了フレームＣＦを受信した各コントローラノードは、催促フレーム受信識別子データ４３をチェックし、“１”となっていれば完了フレームＣＦ内の送信権ノード情報４５を自身のメモリ２２内に持つネットワーク参入ノードマップデータ２３にコピーする。これにより、ネットワーク参入ノードマップデータ２３が更新されていないコントローラノード、つまり同期フレームＳＦの受信に失敗し、自身が持つネットワーク参入ノードマップデータ２３を更新できていないコントローラノードは、ここで自身が持つネットワーク参入ノードマップデータ２３を更新し、送信権の取得待ち状態となることができる。

　これにより、同期フレームＳＦを受信した状態と同様な状態になることができるため、自身の前に送信権を持つコントローラノードの完了フレームＣＦを受信した段階で、データ送信を開始することができる。

　したがって、コントローラノード１１－３は、コントローラノード１１－２の完了フレームＣＦの受信後、催促フレームＲＦの受信を待つことなく、データフレームＤＦの送信が可能となる。

　これにより、複数ノードが同期フレームＳＦの受信に失敗した場合でも、同期コントローラノードが一つのコントローラノードに対して、催促フレームＲＦを送信するだけで、周期内のデータ欠損がなく、制御周期に与える影響も最小限にとどめることができる。

　本実施形態の伝送装置は、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）やＲＡＭなどの記憶装置と、ＨＤＤ、ＣＤドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、各種入力装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。

　本実施形態の伝送装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、メモリカード、ＳＳＤ（Solid　State　Drive）等の半導体メモリ装置、ＤＶＤ（Digital　Versatile　Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

　また、本実施形態の伝送装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の伝送装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
　また、本実施形態の伝送装置で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims

　インプリシット・トークンパッシング方式のネットワークを構成するノードとして現在の送信権を有し、かつ、
　同期ノードを特定する同期ノード番号及び前記ネットワークに存在しているノードの情報であるネットワーク生存ノードマップ情報を含む同期フレームあるいは送信権を有しているノードを特定する送信権ノード番号及び前記ネットワークに存在しているノードの情報であるネットワーク生存ノードマップ情報を含む催促フレームを受信した場合に、
　データフレームを送信し、前記データフレームの送信の後に、送信元のノードを特定する送信ノード番号及び前記ネットワークに存在しているノードの情報であるネットワーク生存ノードマップ情報を含む完了フレームを送信する伝送装置。
　前記催促フレームを受信した場合に、当該催促フレームに基づいて送信権情報を作成し、自己が前記送信権を取得しているか否かを判断する、
　請求項１記載の伝送装置。
　さらに前記完了フレームは、受信した前記催促フレームを識別するための催促フレーム識別符号データを含む、
　請求項１又は請求項２記載の伝送装置。
　前記催促フレーム識別符号データが含まれた前記完了フレームを受信した場合に、当該完了フレームに含まれる前記ネットワーク生存ノードマップ情報で、自己が保有しているネットワーク生存ノードマップ情報を更新する、
　請求項３記載の伝送装置。
　前記伝送装置は、さらに同期ノードとして機能する場合に、所定周期毎に、前記同期フレームを送信する、
　請求項１乃至請求項４のいずれか一項記載の伝送装置。
　前回の前記同期フレームの送信時から所定の時間が経過し、かつ、現在の送信権を有する他の伝送装置からの前記完了フレームを受信していない場合に、前記催促フレームを送信する、
　請求項５記載の伝送装置。
　前記催促フレームを送信するまでの所定の時間は、前回の前記同期フレームの送信時から前記完了フレームの受信を待つ最大時間である所定の完了タイムアウト時間よりも短い時間に設定されている、
　請求項６記載の伝送装置。
　前記催促フレームを送信するまでの所定の時間は、完了タイムアウト時間の半分の時間に設定されている、
　請求項７記載の伝送装置。