WO2022185585A1 - 通信方法、通信システムおよび通信装置 - Google Patents

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WO2022185585A1
WO2022185585A1 PCT/JP2021/034674 JP2021034674W WO2022185585A1 WO 2022185585 A1 WO2022185585 A1 WO 2022185585A1 JP 2021034674 W JP2021034674 W JP 2021034674W WO 2022185585 A1 WO2022185585 A1 WO 2022185585A1
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WO
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tsn
network
setting
communication
information
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Application number
PCT/JP2021/034674
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English (en)
French (fr)
Inventor
成憲 澤田
Original Assignee
オムロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of WO2022185585A1 publication Critical patent/WO2022185585A1/ja

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/42—Centralised routing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/70—Admission control; Resource allocation
    • H04L47/72—Admission control; Resource allocation using reservation actions during connection setup

Definitions

  • This technology relates to a communication method, a communication system, and a communication device.
  • Ethernet registered trademark
  • TSN Time Sensitive Networking
  • Patent Document 1 European Patent No. 03357218 discloses an industrial network using a network conforming to the TSN standard.
  • the equipment and jigs used are often changed as the types of products produced and the production process change. Such a change is also called a changeover. Along with such a setup change, the devices connected to the industrial network are also changed.
  • This technology provides a mechanism for maintaining the required communication performance even if the devices connected to the network are changed.
  • a communication method in a TSN compliant network includes steps of obtaining communication setting information defining frames exchanged on a network and capability information defining performance information related to TSN of a device connected to the network; calculating a TSN setting including a communication schedule for frames in each device based on network configuration information defining one or more configurations, communication setting information, and capability information; and providing to.
  • Calculating the TSN settings includes calculating the TSN settings so as to achieve the necessary frame forwarding for any of the topologies included in the network configuration information.
  • connection configuration of devices connection configuration of devices
  • a network that defines one or more connection configurations of devices that can occur in the network.
  • a network according to TSN can be managed mainly by a management entity such as a network controller.
  • Computing the TSN settings may be initiated in response to a request from a network-connected device. According to this configuration, it is possible to calculate the optimum TSN setting when a device is newly connected to the network.
  • the step of calculating the TSN setting determines whether the setting information calculated for one topology included in the network configuration information can achieve necessary frame forwarding in another topology included in the network configuration information. may include steps. According to this configuration, it is possible to calculate a TSN setting that can maintain the required communication performance for any of the device connection modes defined in the network configuration information.
  • the communication method includes, when a connection topology different from the connection topology of the device defined in the network configuration information is detected, recalculating the TSN setting so as to realize necessary frame transfer in the different connection topology. It may contain further. According to this configuration, an appropriate TSN setting can be calculated even for a connection type that was not considered in the original TSN setting calculation.
  • the communication method may further include a step of notifying the need for reflection when it is determined that the recalculated TSN settings should be reflected. This configuration gives the user an opportunity to consider the effects in the network when there is a need to reflect new TSN settings.
  • the communication method may further comprise providing the recalculated TSN setting to the network-connected device in response to the explicit authorization.
  • the TSN setting is reflected only when the user or the like explicitly approves it, so it is possible to reduce the possibility of unintended problems occurring in the network.
  • the communication method comprises the steps of each device collecting neighboring node information, generating a topology of the network based on the neighboring node information collected by each device, and updating network configuration information based on the generated topology. and a step.
  • a communication system including a network conforming to TSN.
  • a communication system includes a network controller and one or more devices connected to a network.
  • the network controller includes means for acquiring communication setting information defining frames exchanged on the network, capability information defining performance information related to TSN of one or more devices, and possible connection types of devices on the network.
  • means for calculating a TSN setting including a communication schedule for frames in each device based on network configuration information defining one or more of, communication setting information, and capability information; and providing the TSN setting to one or more devices and means to The means for calculating the TSN settings calculates the TSN settings so as to achieve the required frame forwarding in any of the topologies included in the network configuration information.
  • a network controller that configures a TSN-compliant network.
  • the network controller includes means for acquiring communication setting information defining frames exchanged on the network and capability information defining performance information related to the TSN of devices connected to the network, and connection of devices that may occur on the network.
  • Means for calculating a TSN setting including a communication schedule of frames in each device based on network configuration information defining one or more configurations, communication setting information, and capability information; and means for providing The means for calculating the TSN settings calculates the TSN settings so as to achieve the required frame forwarding in any of the topologies included in the network configuration information.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of a control system according to an embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example hardware configuration of an end device that constitutes the control system according to the present embodiment
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example hardware configuration of a switch that constitutes the control system according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example hardware configuration of a network controller that configures the control system according to the present embodiment
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a more detailed configuration of one port of the switch shown in FIG. 3
  • FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining an example of processing related to frame transfer in the control system according to the present embodiment
  • FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining an outline of processing in the control system according to the embodiment
  • FIG. 7 is a diagram showing a processing procedure of topology generation processing by the network controller of the control system according to the present embodiment
  • FIG. 4 is a diagram showing a processing procedure for detecting a topology change by a network controller of the control system according to the present embodiment
  • FIG. 7 is a diagram showing a processing procedure in Push mode in the control system according to the present embodiment
  • 4 is a diagram showing an example of communication setting information used in the control system according to the embodiment
  • FIG. It is a figure which shows the processing procedure in the Request mode in the control system which concerns on this Embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing another processing procedure in Request mode in the control system according to the present embodiment
  • FIG. 7 is a diagram showing a processing procedure in Push mode in the network controller of the control system according to the present embodiment
  • FIG. 4 is a diagram showing a processing procedure in Request mode in the network controller of the control system according to the present embodiment;
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of a control system 1 according to this embodiment.
  • a control system 1 shown in FIG. 1 is an example of a communication system including a network conforming to TSN. Therefore, processing related to the network in the control system 1 corresponds to communication processing in the network according to TSN.
  • TSN simply refers to networks conforming to TSN.
  • TSN settings encompasses the settings necessary to implement a TSN-compliant network.
  • device includes any device connected to a network that conforms to TSN.
  • a “device” may typically include end devices and switches.
  • a control device such as a PLC (programmable controller) is connected to the TSN of the control system 1.
  • a control device connected to a network corresponds to an end device, so the control device is referred to as an "end device” in the following description.
  • the "end device” is not limited to the control device, and may include any device.
  • a control system 1 shown in FIG. 300 A network to which one or more of these devices are connected corresponds to the TSN.
  • the end device 100-1 is connected via the link 20 to the switch 200-1.
  • a link 22 is connected between the switch 200-1 and the switch 200-2.
  • the end device 100-2 can be connected to the switch 200-2 via the link 24, and the end device 100-3 can be connected via the link 26 to the switch 200-2.
  • a network controller 300 is connected to the switch 200-1 via the link 28.
  • the end device 100-2 and the end device 100-3 are selectively connected to the switch 200-2 by a setup change. That is, the TSN shown in FIG. 1 can have a state in which end devices 100-1 and 100-2 are connected and a state in which end devices 100-1 and 100-3 are connected.
  • Each of the end devices 100-1, 100-2, 100-3 has a field bus 30 independent of the TSN.
  • One or more field devices 40 are connected to the fieldbus 30 .
  • One or more field devices 40 include input devices that obtain field signals and output devices or actuators that perform some action on the field according to instructions from the end device 100 .
  • the network controller 300 is the entity that manages frame transfer in the TSN, and determines the communication schedule for frame transfer by calculating resource allocation and availability.
  • resource allocation and availability calculations by the network controller 300 are also referred to as "TSN calculations".
  • the network controller 300 may operate according to IEEE 802.1Qcc, which is a substandard of IEEE 802.1 TSN.
  • the identification label given to each frame includes a stream ID, a stream destination address, and a traffic class.
  • the network controller 300 determines a unique stream ID for each frame transferred within the TSN and determines the stream destination address and traffic class according to the transfer path of each of the stream IDs. and for each of the switches 200, provide the TSN settings.
  • the TSN setting includes a communication schedule determined in consideration of the band for each stream.
  • the network controller 300 performs appropriate resource allocation and availability calculations, so that even if the device connected to the TSN is changed due to a setup change or the like, Optimal performance can be achieved for the TSN as a whole.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration example of the end device 100 that configures the control system 1 according to this embodiment.
  • end device 100 includes processor 102 , main memory 104 , network interface 110 , storage 120 , internal bus interface 130 , fieldbus interface 132 and memory card interface 134 . Each component is electrically connected via bus 138 .
  • the processor 102 is composed of a CPU (Central Processing Unit), MPU (Micro-Processing Unit), GPU (Graphical Processing Unit), etc., reads various programs stored in the storage 120, expands them in the main memory 104, and executes them. By doing so, processing as a control device is realized.
  • CPU Central Processing Unit
  • MPU Micro-Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the network interface 110 is in charge of exchanging data (frame transmission) via TSN. More specifically, network interface 110 includes transmission/reception control circuitry 112 , transmission circuitry 114 , and reception circuitry 116 .
  • the transmission/reception control circuit 112 controls the transmission circuit 114 and the reception circuit 116 according to the TSN setting given in advance from the network controller 300 .
  • the transmission circuit 114 transmits frames on the TSN according to instructions from the transmission/reception control circuit 112 .
  • Receive circuit 116 receives incoming frames via TSN.
  • the storage 120 typically stores a system program 122 for realizing functions as a control device and a user program 124 that defines control logic to be executed by the control device.
  • the internal bus interface 130 exchanges data with the I/O unit 140 mounted on the end device 100 .
  • the fieldbus interface 132 exchanges data with field devices via the fieldbus 30 .
  • the memory card interface 134 is configured such that a memory card 136 can be attached/detached, and data can be written to the memory card 136, and various data (user program, trace data, etc.) can be read from the memory card 136. ing.
  • FIG. 2 shows a configuration example in which necessary functions are provided by the processor 102 executing a program.
  • the main part of the end device 100 may be implemented using hardware following a general-purpose architecture (for example, an industrial personal computer based on a general-purpose personal computer).
  • the processing performed and functions provided by end device 100 may be implemented in processing circuitry including processors, ASICs, FPGAs, and the like.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a hardware configuration example of the switch 200 that configures the control system 1 according to this embodiment.
  • switch 200 includes a transmission/reception control circuit 212 and transmission circuits 214-1, 214-2, 214-3, and 214-4 (hereinafter collectively referred to as "transmission circuits 214"). , and receiving circuits 216-1, 216-2, 216-3, and 216-4 (hereinafter also collectively referred to as “receiving circuits 216”).
  • a set of the transmission circuit 214 and the reception circuit 216 forms one port. Note that FIG. 3 illustrates the switch 200 having four ports, but the number of ports is not particularly limited.
  • the transmission/reception control circuit 212 controls the transmission circuit 114 and the reception circuit 116 according to the TSN setting given in advance from the network controller 300 . More specifically, the transmit/receive control circuit 212 includes a transfer engine 218 and a queue 220 .
  • the transmission/reception control circuit 212 may be implemented by a processor executing firmware, or may be implemented using a hardwired circuit such as an ASIC or FPGA. Also, not only the transmission/reception control circuit 212 but also the entirety including the transmission circuit 114 and the reception circuit 116 may be implemented in a single chip. As such, the processing performed and functions provided by switch 200 may be implemented in processing circuitry including processors, ASICs, FPGAs, and the like.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a hardware configuration example of the network controller 300 that configures the control system 1 according to this embodiment.
  • network controller 300 includes processor 302 , main memory 304 , network interface 310 and storage 320 . Each component is electrically connected via bus 338 .
  • the processor 302 is composed of a CPU, MPU, GPU, etc., and reads various programs stored in the storage 320, develops them in the main memory 304, and executes them, thereby realizing processing as a network controller.
  • the network interface 310 is in charge of exchanging data (frame transmission) via TSN. More specifically, network interface 310 includes transmit/receive control circuitry 312 , transmit circuitry 314 , and receive circuitry 316 .
  • the storage 320 typically stores an OS 322 for implementing basic processing and a network setting program 324 for implementing processing as described later.
  • FIG. 4 shows a configuration example in which necessary functions are provided by the processor 302 executing a program.
  • the processing performed and functions provided by the network controller 300 may thus be implemented in processing circuitry including processors, ASICs, FPGAs, and the like.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a more detailed configuration of one port of the switch 200 shown in FIG. With reference to FIG. 5, each port consists of a set of a transmitter circuit 214 and a receiver circuit 216 . Transfer engine 218 and queue 220 are provided between transmit circuit 214 and receive circuit 216 .
  • the transfer engine 218 includes a distribution circuit 224 and a timing control circuit 226.
  • Queue 220 also includes a plurality of queues 220-1 to 220-M associated with each traffic class value.
  • Distribution circuit 224 stores the frame in one of queues 220-1 to 220-M according to the header information of the frame received via reception circuit 216, or distributes the frame to distribution circuit 224 of another port. transfer to Also, the sorting circuit 224 performs similar determination and processing for frames received from the sorting circuit 224 of another port.
  • the distribution circuit 224 When the distribution circuit 224 receives a frame to be sent from the transmission circuit 214 of its own port, it stores the frame in the queue 220 corresponding to the traffic class of the frame. By such processing in the distribution circuit 224, the queues 220-1 to 220-M sequentially store frames classified by traffic class.
  • Gates 222-1 to 222-M are provided on the output sides of the queues 220-1 to 220-M, respectively.
  • Each of gates 222 - 1 to 222 -M (hereinafter collectively referred to as “gates 222 ”) opens and closes according to instructions from timing control circuit 226 .
  • the gate 222 When the gate 222 is opened, the frame stored in the associated queue 220 is sent from the transmission circuit 214 .
  • Timing control circuit 226 does not give open commands to a plurality of gates 222 at the same time. That is, the timing control circuit 226 sequentially opens and closes the gates 222 according to the communication schedule 228 included in the TSN settings. As a result, frames are transferred according to the communication schedule calculated in advance by TSN.
  • the port of the end device 100 (network interface 110) and the port of the network controller 300 (network interface 310) also have the same configuration as in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example of processing related to frame transfer in the control system 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 6A, it is assumed that frames are transmitted from the end device 100-1 to the end devices 100-2 and 100-3.
  • a switch 200-1 and a switch 200-2 are present along the route. As described with reference to FIG. 5, the end device 100 and the switch 200 realize real-time frame transfer by controlling the opening/closing timing of the gate 222 .
  • the opening/closing time and opening/closing timing of the gate 222 are typically calculated based on the transmission time required for frame transmission processing and the frame propagation delay time.
  • the transmission time is calculated according to the size of the transmitted frame (frame size).
  • Propagation delay time varies according to the length of the transfer path.
  • the propagation delay time is a value measured when an arbitrary frame is transmitted.
  • FIG. 6(B) shows an example of the timing of the gate 222 in the network configuration shown in FIG. 6(A).
  • the upper section means the open state of the gate 222 .
  • the frame is transmitted to the switch 200-1.
  • Gate 222 of switch 200-1 will open with a delay that reflects the time the frame from end device 100-1 arrives and is stored in queue 220.
  • the end device 100-2 is connected to port 1 of the switch 200-2, and the end device 100-3 is connected to port 2 of the switch 200-2.
  • the propagation delay time to the end device 100-2 connected to the port 1 of the switch 200-2 and the propagation delay time to the end device 100-3 connected to the port 2 of the switch 200-2 Suppose there is a difference. In such a case, a predetermined time difference occurs between the opening timing of the gate 222 corresponding to the port 1 of the switch 200-2 and the opening timing of the gate 222 corresponding to the port 2 of the switch 200-2. become.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an outline of processing in the control system 1 according to this embodiment.
  • 7A shows a state in which the end device 100-2 is connected to port 1 of the switch 200-2
  • FIG. 7B shows a state in which the end device 100-2 is connected to port 2 of the switch 200-2. 3 is connected.
  • the port open time is set so as to include the state where only one of them is connected.
  • the network configuration may change due to a new device being connected after the network controller 300 has calculated the TSN in a state where not all devices are connected to the TSN, or due to a setup change. .
  • the initial TSN calculation does not consider the changed network configuration, it will be necessary to perform the TSN calculation again.
  • control system 1 performs TSN calculation so that appropriate frame transfer can be performed in any network configuration.
  • TSN calculation it is possible to arbitrarily change the network configuration while operating the TSN. That is, considering the worst value among assumed network configurations, the TSN calculation is performed so as to secure the gate opening/closing time and bandwidth.
  • FIG. 8 is a diagram showing a processing procedure of topology generation processing by the network controller 300 of the control system 1 according to the present embodiment. From the topology generated by the processing procedure shown in FIG. 8, candidates for the device connection configuration included in the network configuration information are determined.
  • each of end device 100 and switch 200 connected to TSN advertises its own node information to adjacent nodes. Advertisement of self-node information can use, for example, a protocol such as LLDP (Link Layer Discovery Protocol) defined as IEEE 802.1AB.
  • LLDP Link Layer Discovery Protocol
  • each of the end device 100 and the switch 200 connected to the TSN acquires adjacent node information ((1) acquire adjacent node information).
  • Neighboring node information is obtained by collecting information advertised by connected end devices 100 and/or switches 200 .
  • the network controller 300 collects adjacent node information from each of the end devices 100 and switches 200 ((2) collection of adjacent node information). It should be noted that a protocol such as SNMP (Simple Network Management Protocol) or NETCONF may be used to collect adjacent node information.
  • SNMP Simple Network Management Protocol
  • NETCONF Network Control Protocol
  • the network controller 300 generates the TSN topology based on the collected adjacent node information ((3) Topology generation). Thus, the network controller 300 generates a topology of TSNs based on neighboring node information collected by each device.
  • the network controller 300 compares the previously generated topology with the currently generated topology ((4) topology matching). Note that when a change in TSN topology is detected by topology collation, it may be added to the network configuration information as a new connection form of the device. That is, the network controller 300 may update network configuration information based on the generated topology.
  • a topology is generated by the network controller 300 according to the above procedure.
  • FIG. 9 is a diagram showing a processing procedure for detecting topology change by the network controller 300 of the control system 1 according to the present embodiment. 9, similarly to FIG. 8, each of end device 100 and switch 200 connected to TSN advertises information of its own node to adjacent nodes.
  • switch 200-2 connected to TSN detects information advertised by end device 100-2, it obtains adjacent node information using the detected information. Update ((1) Adjacent node information update). The switch 200-2 then notifies the network controller 300 of the updated adjacent node information ((2) notification of adjacent node information).
  • switch 200-2 connected to TSN further detects information advertised by end device 100-3, it updates adjacent node information using the detected information. ((1) Neighboring node information update). The switch 200-2 then notifies the network controller 300 of the updated adjacent node information ((2) notification of adjacent node information).
  • Notification of updated adjacent node information to the network controller 300 can use, for example, an SNMP trap when SNMP is employed. Also, when NETCONF is adopted, NETCONF Event Notifications can be used.
  • TSN topology
  • IEC62541 OPC Unified Architecture
  • FIG. 10 is a diagram showing a processing procedure in Push mode in the control system 1 according to this embodiment.
  • network controller 300 loads network configuration information and communication setting information ((1) Loading network configuration information and communication setting information).
  • the network configuration information includes all network configurations (each status of the changeover) caused by the changeover. That is, the network configuration information includes one or more definitions of device topologies that may occur in the TSN. For example, the network configuration information may include both the network configuration shown in FIG. 7(A) and the network configuration shown in FIG. 7(B).
  • the communication setting information includes information that defines frames exchanged on the TSN.
  • communication configuration information includes definitions of frames exchanged between end devices 100 .
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of communication setting information used in the control system 1 according to this embodiment.
  • FIG. 11 shows an example of communication setting information for an arbitrary end device 100.
  • communication setting information includes, for example, information indicating transmission or reception, information indicating a transmission destination or transmission source, data size, and cycle.
  • the communication setting information shown in FIG. 11 is defined for each end device 100 .
  • each end device 100 By referring to the communication setting information of each end device 100, it is possible to determine the band that must be secured in the TSN.
  • each end device 100 loads communication setting information for its own device ((2) Loading communication settings).
  • the communication setting information is the same as that shown in FIG.
  • the network controller 300 collects TSN capability information from each of the end devices 100 and switches 200 ((3) TSN capability information collection).
  • the TSN capability information is information defining performance information related to the TSN of a device connected to the TSN.
  • the TSN capability information includes information such as transfer rate, the number of traffic classes that can be supported, and the number of ports.
  • the network controller 300 performs TSN calculation based on the network configuration information, communication setting information, and collected TSN capability information ((4) TSN calculation).
  • TSN calculation a stream is determined for each exchanged frame, and a communication schedule is determined by considering the bandwidth for each stream (frame). At this time, considering all network configurations caused by the setup change, the communication schedule is determined so that frame transfer can be continued regardless of the network configuration.
  • the network controller 300 provides the TSN setting determined by the TSN calculation to the end device 100 and the switch 200 ((5) TSN setting).
  • Each of the end device 100 and the switch 200 determines and validates the communication schedule 228 according to the TSN setting from the network controller 300 ((6) communication schedule).
  • the communication schedule is reflected in the end devices 100 and switches 200 included in the TSN.
  • FIG. 12 is a diagram showing a processing procedure in Request mode in the control system 1 according to this embodiment.
  • the processing procedure shown in FIG. 12 is executed with all the end devices 100 scheduled to be attached or detached for setup being connected to the TSN.
  • the state of being connected to the TSN means the change in the network configuration.
  • each end device 100 loads communication setting information for its own device ((1) Loading communication settings).
  • the communication setting information is the same as that shown in FIG.
  • each of the end devices 100 requests the network controller 300 for TSN calculation for providing TSN settings ((2) TSN calculation request).
  • the TSN calculation request sent from each of the end devices 100 includes communication setting information and TSN capability information.
  • the network controller 300 loads network configuration information in response to the TSN calculation request ((3) Loading network configuration information).
  • the loaded network configuration information includes each state of the changeover. That is, the network configuration information includes all network configurations resulting from the setup change. Subsequently, the network controller 300 collects TSN capability information from each of the switches 200 ((4) TSN capability information collection).
  • the network controller 300 performs TSN calculation based on the TSN calculation request (including communication setting information and TSN capability information) from the end device 100, the TSN capability information from the switch 200, and the network configuration information ((5 ) TSN calculation). At this time, considering all network configurations caused by the setup change, the communication schedule is determined so that frame transfer can be continued regardless of the network configuration.
  • the network controller 300 provides the TSN setting determined by the TSN calculation to the end device 100 and the switch 200 ((6) TSN setting).
  • Each of the end device 100 and the switch 200 determines and validates the communication schedule 228 according to the TSN setting from the network controller 300 ((7) communication schedule).
  • the communication schedule is reflected in the end devices 100 and switches 200 included in the TSN.
  • the TSN settings are calculated taking into account all network configurations caused by the changeover, but it is also possible that new end devices are connected to the TSN. In this case, the calculation of the TSN setting is performed again. However, since the TSN setting before recalculation may be changed, the user or the like may be notified.
  • FIG. 13 is a diagram showing another processing procedure in the Request mode in the control system 1 according to this embodiment.
  • FIG. 13 shows the case where the end device 100-4 is newly connected to the TSN.
  • Request mode the end device 100 requests the network controller 300 to calculate the TSN, so the network controller 300 can detect the connection to the TSN of a new unregistered end device 100 .
  • the end device 100-4 newly connected to the TSN loads communication setting information for its own device ((1) Loading communication settings). Then, the end device 100-4 requests the network controller 300 for TSN calculation for providing TSN settings ((2) TSN calculation request).
  • the network controller 300 loads network configuration information in response to the TSN calculation request ((3) Loading network configuration information). Then, the network controller 300 performs TSN calculation based on the TSN calculation request (including communication setting information and TSN capability information) from the end device 100-4 and the information used in the previous TSN calculation ((4 ) TSN calculation). In this way, when a connection form different from the connection form of the device defined in the network configuration information is detected, the network controller 300 sets the TSN so that necessary frame transfer can be realized in the different connection form. Execute the recalculation process.
  • the network controller 300 determines whether or not the TSN setting before recalculation (existing TSN setting) can be operated. Then, when the TSN setting needs to be reset, the user or the like is notified of the necessity of resetting ((5) Notification of necessity of resetting). In this way, when the network controller 300 determines that the recalculated TSN setting should be reflected, it performs the process of notifying the necessity of the reflection.
  • the network controller 300 Upon receiving approval from the user or the like ((6) Approval), the network controller 300 provides the TSN setting determined by the TSN calculation to the end device 100-4 ((7-1) TSN setting). The determined TSN setting is provided to each of the existing end devices 100 and switches to instruct restart ((7-2) TSN setting+restart). Thus, the network controller 300 takes action to provide the recalculated TSN settings to the devices connected to the TSN in response to the explicit acknowledgment.
  • Each of the end device 100 and the switch 200 determines and validates the communication schedule 228 according to the TSN setting from the network controller 300 ((8) communication schedule).
  • a TSN calculation request is sent to the network controller 300, so it can be determined whether or not the connected end device 100 is unregistered. .
  • the network controller 300 determines whether it is necessary to change the band or communication schedule used by other end devices 100 due to the unregistered end device 100 connecting to the TSN. Determine whether the impact on the bandwidth and communication schedules being used is within the permissible range. If the impact on the bandwidth or communication schedule is not acceptable, the network controller 300 asks the user or the like to approve the resetting of the TSN settings. When approval is obtained from the user or the like, the end device 100 and switch 200 connected to the TSN are restarted according to the new TSN setting, and the initial sequence is executed again.
  • the TSN settings are provided only to the end device 100-4 newly connected to the TSN.
  • a method of using an OPC UA subscription may be used.
  • FIG. 14 is a diagram showing a processing procedure in Push mode in the network controller 300 of the control system 1 according to this embodiment. Each step shown in FIG. 14 is typically implemented by processor 302 of network controller 300 executing network setting program 324 . In the Push mode shown in FIG. 14, when a predetermined condition is satisfied, the process of calculating the TSN setting is started.
  • network controller 300 acquires network configuration information related to the target TSN (step S102), Setting information and TSN capability information are acquired (step S104). That is, the network controller 300 executes a process of acquiring communication setting information defining frames exchanged over the TSN and TSN capability information defining performance information related to the TSN of devices connected to the TSN.
  • the network controller 300 selects one TSN configuration included in the network configuration information (step S106), and performs TSN calculation including stream setting, band allocation for each stream, and communication schedule determination (step S108). That is, the network controller 300 executes processing for calculating the TSN setting including the communication schedule of frames in each device based on the network configuration information, the communication setting information, and the TSN capability information. The network controller 300 then sets the TSN setting determined by the TSN calculation as the current TSN setting.
  • the network controller 300 calculates or updates the TSN settings by the following procedure so that the required frame transfer can be realized in any of the connection modes included in the network configuration information.
  • the network controller 300 selects another TSN configuration included in the network configuration information (step S110), and performs TSN calculations including stream setting, band allocation for each stream, and communication schedule determination (step S112).
  • the network controller 300 determines whether or not there is an item for which the necessary frame transfer cannot be performed with the current TSN setting (step S114).
  • network controller 300 determines the value of the item in the current TSN setting in which the necessary frame transfer cannot be performed by the current TSN calculation.
  • the value of the item corresponding to the determined TSN setting is changed (step S116).
  • the network controller 300 sets the changed TSN setting as the new current TSN setting.
  • the network controller 300 determines whether or not the setting information calculated for one connection form included in the network configuration information can realize necessary frame transfer in another connection form included in the network configuration information. process.
  • step S116 If the required frame transfer can be performed with the current TSN settings (NO in step S114), the process of step S116 is skipped.
  • the network controller 300 determines whether or not all TSN configurations included in the network configuration information have been selected (step S118).
  • step S110 onwards is repeated.
  • network controller 300 transmits the current TSN settings to each of end device 100 and switch 200 (step S120). That is, the network controller 300 performs processing to provide TSN settings to devices connected to the TSN.
  • FIG. 15 is a diagram showing a processing procedure in the Request mode in network controller 300 of control system 1 according to the present embodiment. Each step shown in FIG. 15 is typically implemented by processor 302 of network controller 300 executing network setting program 324 . In the Request mode shown in FIG. 15, the process of calculating the TSN setting is started in response to a request from a device connected to the TSN.
  • network controller 300 when network controller 300 receives a TSN calculation request (YES in step S200), network controller 300 acquires communication setting information and TSN capability information included in the TSN calculation request (step S202), acquires network configuration information related to (step S204). That is, the network controller 300 executes a process of acquiring communication setting information defining frames exchanged over the TSN and TSN capability information defining performance information related to the TSN of devices connected to the TSN.
  • the network controller 300 selects one TSN configuration included in the network configuration information (step S206), and performs TSN calculation including stream setting, band allocation for each stream, and communication schedule determination (step S208). That is, the network controller 300 executes processing for calculating the TSN setting including the communication schedule of frames in each device based on the network configuration information, the communication setting information, and the TSN capability information. The network controller 300 then sets the TSN setting determined by the TSN calculation as the current TSN setting.
  • the network controller 300 calculates or updates the TSN settings by the following procedure so that the required frame transfer can be realized in any of the connection modes included in the network configuration information.
  • the network controller 300 selects another TSN configuration included in the network configuration information (step S210), and performs TSN calculations including stream setting, band allocation for each stream, and communication schedule determination (step S212).
  • the network controller 300 determines whether or not there is an item for which the necessary frame transfer cannot be performed with the current TSN setting (step S214).
  • network controller 300 determines the value of the item in the current TSN setting in which the necessary frame transfer cannot be performed by the current TSN calculation.
  • the value of the item corresponding to the determined TSN setting is changed (step S216).
  • the network controller 300 sets the changed TSN setting as the new current TSN setting.
  • the network controller 300 determines whether or not the setting information calculated for one connection form included in the network configuration information can realize necessary frame transfer in another connection form included in the network configuration information. process.
  • step S216 If the required frame transfer can be performed with the current TSN settings (NO in step S214), the process of step S216 is skipped.
  • the network controller 300 determines whether or not all TSN configurations included in the network configuration information have been selected (step S218).
  • step S210 If the selection of all TSN configurations included in the network configuration information has not been completed (NO in step S218), the processing from step S210 onwards is repeated.
  • network controller 300 transmits the current TSN settings to each of end device 100 and switch 200 (step S220). That is, the network controller 300 performs processing to provide TSN settings to devices connected to the TSN.
  • a communication method in a network according to TSN (Time Sensitive Networking), a step of acquiring communication setting information defining frames exchanged on the network and capability information defining performance information related to the TSN of a device connected to the network (S104; S204); A step of calculating a TSN setting including a communication schedule of frames in each device based on network configuration information defining one or more connection types of devices that can occur in the network, the communication setting information, and the capability information ( S106 to S118; S206 to S218); providing the TSN settings to devices connected to the network (S120; S220); The step of calculating the TSN setting includes the step of calculating the TSN setting (S110-S118; S210-S218) so as to achieve necessary frame transfer in any of the topology included in the network configuration information. ,Communication method.
  • each device collecting neighbor node information; generating a topology of the network based on neighboring node information collected by each device; and updating said network configuration information based on said generated topology.
  • a communication system (1) including a network according to TSN (Time Sensitive Networking), a network controller (300); one or more devices (100, 200) connected to the network;
  • the network controller means for acquiring communication setting information defining frames exchanged on the network and capability information defining performance information related to TSNs of the one or more devices (S104; S204); Means ( S106 to S118; S206 to S218); means for providing the TSN settings to the one or more devices (S120; S220);
  • the communication system wherein the means for calculating the TSN setting calculates the TSN setting so as to achieve necessary frame forwarding in any of the topologies included in the network configuration information.
  • TSN Time Sensitive Networking
  • the device connection form that may occur in the network is set to one.
  • the TSN setting is calculated using multiple defined network configuration information, the required communication performance can be maintained in any network configuration. Therefore, even if a setup change occurs, the required communication performance and control performance can be maintained.
  • control system 20, 22, 24, 26, 28 link, 30 field bus, 40 field device, 100 end device, 102, 302 processor, 104, 304 main memory, 110, 310 network interface, 112, 212, 312 transmission and reception Control circuit, 114, 214, 314 transmission circuit, 116, 216, 316 reception circuit, 120, 320 storage, 122 system program, 124 user program, 130 internal bus interface, 132 field bus interface, 134 memory card interface, 136 memory card , 138, 338 bus, 140 I/O unit, 200 switch, 218 transfer engine, 220 queue, 222 gate, 224 distribution circuit, 226 timing control circuit, 228 communication schedule, 300 network controller, 322 OS, 324 network setting program .

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Abstract

ＴＳＮに従うネットワークにおける通信方法は、ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得するステップと、ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、通信設定情報と、能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算するステップと、ＴＳＮ設定をネットワークに接続されたデバイスに提供するステップとを含む。ＴＳＮ設定を計算するステップは、ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を計算するステップを含む。

Description

通信方法、通信システムおよび通信装置
　本技術は、通信方法、通信システムおよび通信装置に関する。
　一般的な情報系ネットワークに採用されている標準的なネットワーク（例えば、イーサネット（登録商標））を産業分野のネットワークでも利用できるように拡張する取り組みが進行しつつある。より具体的には、イーサネット（登録商標）をベースにして、ネットワークが決定性のある挙動をするように改良されたＩＥＥＥ（Institute　of　Electrical　and　Electronic　Engineers）　８０２．１　ＴＳＮ（Time　Sensitive　Networking）（以下、「ＴＳＮ規格」とも称す。）が知られている。ＴＳＮ規格によれば、例えば、イーサネット（登録商標）などの汎用的なハードウェアを用いて、リアルタイム通信をより容易に実現できる。
　例えば、特許文献１（欧州特許第０３３５７２１８号明細書）は、ＴＳＮ規格に従うネットワークを利用した産業用ネットワークなどを開示する。
欧州特許第０３３５７２１８号明細書
　生産現場では、生産される品種や生産工程の変更に伴って、使用される装置や治具が変更されることも多い。このような変更は、段取り替えとも称される。このような段取り替えに伴って、産業用ネットワークに接続されるデバイスも変更されることになる。
　接続されるデバイスが変更された場合であっても、要求された通信性能を維持するための仕組みについては、何ら考慮されていない。
　本技術は、ネットワークに接続されるデバイスが変更されても、要求された通信性能を維持するための仕組みを提供する。
　本技術のある実施の形態に従えば、ＴＳＮに従うネットワークにおける通信方法が提供される。通信方法は、ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得するステップと、ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、通信設定情報と、能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算するステップと、ＴＳＮ設定をネットワークに接続されたデバイスに提供するステップとを含む。ＴＳＮ設定を計算するステップは、ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を計算するステップを含む。
　この構成によれば、例えば、段取り替えなどによってネットワーク構成（デバイスの接続形態）が変更されることが予定されている場合などには、ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報を用いてＴＳＮ設定を計算することで、いずれのネットワーク構成においても要求された通信性能を維持できる。
　予め定められた条件が成立すると、ＴＳＮ設定を計算するステップが開始されてもよい。この構成によれば、ネットワークコントローラなどの管理主体を中心として、ＴＳＮに従うネットワークを管理できる。
　ネットワークに接続されたデバイスからのリクエストに応じて、ＴＳＮ設定を計算するステップが開始されてもよい。この構成によれば、ネットワークに新たにデバイスが接続されることを契機として、最適なＴＳＮ設定を計算できる。
　ＴＳＮ設定を計算するステップは、ネットワーク構成情報に含まれる１つの接続形態について計算された設定情報が、ネットワーク構成情報に含まれる別の接続形態において必要なフレーム転送を実現できるか否かを判断するステップを含んでいてもよい。この構成によれば、ネットワーク構成情報に定義されたデバイスの接続形態のいずれについても要求された通信性能を維持できるＴＳＮ設定を計算できる。
　通信方法は、ネットワーク構成情報に定義されたデバイスの接続形態とは異なる接続形態が検出されると、当該異なる接続形態において、必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を再計算するステップをさらに含んでいてもよい。この構成によれば、当初のＴＳＮ設定の計算では考慮されていなかった接続形態に対しても、適切なＴＳＮ設定を計算できる。
　通信方法は、再計算されたＴＳＮ設定を反映しなければならないと判断されると、当該反映の必要性を通知するステップをさらに含んでいてもよい。この構成によれば、新たなＴＳＮ設定を反映する必要性がある場合に、ユーザは、ネットワーク内の影響などを考慮する機会を得ることができる。
　通信方法は、明示的な承認に応答して、再計算されたＴＳＮ設定をネットワークに接続されたデバイスに提供するステップをさらに含んでいてもよい。この構成によれば、ユーザなどが明示的に承認した場合に限って、ＴＳＮ設定が反映されるので、ネットワーク内に生じる意図しない不具合の可能性を低減できる。
　通信方法は、各デバイスが隣接ノード情報を収集するステップと、各デバイスが収集した隣接ノード情報に基づいてネットワークのトポロジを生成するステップと、生成されたトポロジに基づいて、ネットワーク構成情報を更新するステップとをさらに含んでいてもよい。
　本技術の別の実施の形態に従えば、ＴＳＮに従うネットワークを含む通信システムが提供される。通信システムは、ネットワークコントローラと、ネットワークに接続される１または複数のデバイスとを含む。ネットワークコントローラは、ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、１または複数のデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段と、ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、通信設定情報と、能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段と、ＴＳＮ設定を１または複数のデバイスに提供する手段とを含む。ＴＳＮ設定を計算する手段は、ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を計算する。
　本技術のさらに別の実施の形態に従えば、ＴＳＮに従うネットワークを構成するネットワークコントローラが提供される。ネットワークコントローラは、ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段と、ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、通信設定情報と、能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段と、ＴＳＮ設定をネットワークに接続されたデバイスに提供する手段とを含む。ＴＳＮ設定を計算する手段は、ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を計算する。
　本技術によれば、ネットワークに接続されるデバイスが変更されても、要求された通信性能を維持するための仕組みを提供できる。
本実施の形態に係る制御システムの全体構成の一例を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御システムを構成するエンドデバイスのハードウェア構成例を示すブロック図である。 本実施の形態に係る制御システムを構成するスイッチのハードウェア構成例を示すブロック図である。 本実施の形態に係る制御システムを構成するネットワークコントローラのハードウェア構成例を示すブロック図である。 図３に示すスイッチの１つのポートに関するより詳細な構成を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御システムにおけるフレーム転送に係る処理の一例を説明するための図である。 本実施の形態に係る制御システムにおける処理の概要を説明するための図である。 本実施の形態に係る制御システムのネットワークコントローラによるトポロジの生成処理の処理手順を示す図である。 本実施の形態に係る制御システムのネットワークコントローラによるトポロジの変化を検出する処理手順を示す図である。 本実施の形態に係る制御システムにおけるＰｕｓｈモードでの処理手順を示す図である。 本実施の形態に係る制御システムにおいて用いられる通信設定情報の一例を示す図である。 本実施の形態に係る制御システムにおけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの処理手順を示す図である。 本実施の形態に係る制御システムにおけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの別の処理手順を示す図である。 本実施の形態に係る制御システムのネットワークコントローラにおけるＰｕｓｈモードでの処理手順を示す図である。 本実施の形態に係る制御システムのネットワークコントローラにおけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの処理手順を示す図である。
　本技術の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
　＜Ａ．適用例＞
　まず、本実施の形態に係る制御システム１の全体構成の一例について説明する。図１は、本実施の形態に係る制御システム１の全体構成の一例を示す模式図である。
　図１に示す制御システム１は、ＴＳＮに従うネットワークを含む通信システムの一例である。そのため、制御システム１におけるネットワークに関する処理は、ＴＳＮに従うネットワークにおける通信処理に相当する。
　本明細書において、特段の断りがない限り、単に「ＴＳＮ」との用語は、ＴＳＮに従うネットワークを総称する。また、「ＴＳＮ設定」との用語は、ＴＳＮに従うネットワークを実現するために必要な設定を包含する。
　本明細書において、「デバイス」は、ＴＳＮに従うネットワークに接続される任意のデバイスを包含する。「デバイス」は、典型的には、エンドデバイスとスイッチとを含み得る。
　制御システム１のＴＳＮには、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）などの制御装置が接続されている。ネットワーク接続された制御装置は、エンドデバイスに相当するので、以下の説明では、制御装置を「エンドデバイス」と称する。但し、「エンドデバイス」は、制御装置に限られず、任意のデバイスを含み得る。
　図１に示す制御システム１は、エンドデバイス１００－１，１００－２，１００－３（「エンドデバイス１００」と総称することもある。）と、スイッチ２００－１，２００－２と、ネットワークコントローラ３００とを含む。これらの１または複数のデバイスが接続されるネットワークがＴＳＮに相当する。
　エンドデバイス１００－１は、リンク２０を介して、スイッチ２００－１と接続されている。スイッチ２００－１とスイッチ２００－２との間は、リンク２２を介して接続されている。スイッチ２００－２には、リンク２４を介してエンドデバイス１００－２が接続可能であるとともに、リンク２６を介してエンドデバイス１００－３が接続可能である。
　スイッチ２００－１には、リンク２８を介して、ネットワークコントローラ３００が接続されている。
　エンドデバイス１００－２およびエンドデバイス１００－３は、段取り替えによって、選択的にスイッチ２００－２に接続されるとする。すなわち、図１に示すＴＳＮには、エンドデバイス１００－１およびエンドデバイス１００－２が接続された状態と、エンドデバイス１００－１およびエンドデバイス１００－３が接続された状態とが存在し得る。
　エンドデバイス１００－１，１００－２，１００－３の各々は、ＴＳＮとは独立したフィールドバス３０を有している。フィールドバス３０には、１または複数のフィールドデバイス４０が接続される。１または複数のフィールドデバイス４０は、フィールド信号を取得する入力デバイス、および、エンドデバイス１００からの指示に従ってフィールドに対して何らかのアクションを行う出力デバイスあるいはアクチュエータを含む。
　ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮにおけるフレーム転送を管理する主体であり、リソース割当ておよび可用性を計算することで、フレーム転送の通信スケジュールを決定する。以下では、ネットワークコントローラ３００によるリソース割当ておよび可用性の計算を「ＴＳＮ計算」とも称す。典型的には、ネットワークコントローラ３００は、ＩＥＥＥ　８０２．１　ＴＳＮの下位規格であるＩＥＥＥ　８０２．１Ｑｃｃの規定に従って動作してもよい。
　ＴＳＮにおいて、各フレームに付与される識別ラベルは、ストリームＩＤと、ストリーム宛先アドレスと、トラフィッククラスとを含む。ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ内を転送される各フレームに対して、ユニークなストリームＩＤを決定するとともに、ストリームＩＤの各々の転送経路に応じて、ストリーム宛先アドレスおよびトラフィッククラスを決定し、エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々に対して、ＴＳＮ設定を提供する。ＴＳＮ設定は、各ストリームに対する帯域を考慮して決定された通信スケジュールを含む。
　本実施の形態に係る制御システム１においては、ネットワークコントローラ３００が適切なリソース割当ておよび可用性の計算を行うことで、段取り替えなどによって、ＴＳＮに接続されるデバイスが変更された場合であっても、ＴＳＮ全体として最適なパフォーマンスを実現できる。
　＜Ｂ．ハードウェア構成例＞
　次に、制御システム１に含まれる各装置のハードウェア構成の一例について説明する。
　（ｂ１：エンドデバイス１００（制御装置））
　図２は、本実施の形態に係る制御システム１を構成するエンドデバイス１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図２を参照して、エンドデバイス１００は、プロセッサ１０２と、主メモリ１０４と、ネットワークインターフェイス１１０と、ストレージ１２０と、内部バスインターフェイス１３０と、フィールドバスインターフェイス１３２と、メモリカードインターフェイス１３４とを含む。各コンポーネントは、バス１３８を介して電気的に接続されている。
　プロセッサ１０２は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＭＰＵ（Micro-Processing　Unit）、ＧＰＵ（Graphical　Processing　Unit）などで構成され、ストレージ１２０に格納された各種プログラムを読み出して、主メモリ１０４に展開して実行することで、制御装置としての処理を実現する。
　ネットワークインターフェイス１１０は、ＴＳＮを介したデータのやり取り（フレーム伝送）を担当する。より具体的には、ネットワークインターフェイス１１０は、送受信制御回路１１２と、送信回路１１４と、受信回路１１６とを含む。送受信制御回路１１２は、ネットワークコントローラ３００から予め与えられたＴＳＮ設定に従って、送信回路１１４および受信回路１１６を制御する。送信回路１１４は、送受信制御回路１１２からの指示に従って、ＴＳＮ上にフレームを送出する。受信回路１１６は、ＴＳＮを介して入来したフレームを受信する。
　ストレージ１２０には、典型的には、制御装置としての機能を実現するためのシステムプログラム１２２と、制御装置が実行する制御ロジックを規定したユーザプログラム１２４とが格納される。
　内部バスインターフェイス１３０は、エンドデバイス１００に搭載されるＩ／Ｏユニット１４０との間でデータをやり取りする。
　フィールドバスインターフェイス１３２は、フィールドバス３０を介したフィールドデバイスとの間でデータをやり取りする。
　メモリカードインターフェイス１３４は、メモリカード１３６を着脱可能に構成されており、メモリカード１３６に対してデータを書込み、メモリカード１３６から各種データ（ユーザプログラムやトレースデータなど）を読出すことが可能になっている。
　図２には、プロセッサ１０２がプログラムを実行することで必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードワイヤード回路（例えば、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable　Gate　Array）など）を用いて実装してもよい。あるいは、エンドデバイス１００の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用パソコンをベースとした産業用パソコン）を用いて実現してもよい。このように、エンドデバイス１００で実行される処理および提供する機能は、プロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどを含む処理回路（processing　circuitry）で実現してもよい。
　（ｂ２：スイッチ２００）
　図３は、本実施の形態に係る制御システム１を構成するスイッチ２００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図３を参照して、スイッチ２００は、送受信制御回路２１２と、送信回路２１４－１，２１４－２，２１４－３，２１４－４（以下、「送信回路２１４」と総称することもある。）と、受信回路２１６－１，２１６－２，２１６－３，２１６－４（以下、「受信回路２１６」と総称することもある。）とを含む。送信回路２１４と受信回路２１６との組で１つのポートを形成する。なお、図３には、４つのポートを有するスイッチ２００を例示するが、ポート数については、特に制限はない。
　送受信制御回路２１２は、ネットワークコントローラ３００から予め与えられたＴＳＮ設定に従って、送信回路１１４および受信回路１１６を制御する。より具体的には、送受信制御回路２１２は、転送エンジン２１８と、キュー２２０とを含む。
　送受信制御回路２１２は、プロセッサがファームウェアを実行することで実現してもよいし、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードワイヤード回路を用いて実現してもよい。また、送受信制御回路２１２だけではなく、送信回路１１４および受信回路１１６を含む全体を単一のチップで実現してもよい。このように、スイッチ２００で実行される処理および提供する機能は、プロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどを含む処理回路で実現してもよい。
　（ｂ３：ネットワークコントローラ３００）
　図４は、本実施の形態に係る制御システム１を構成するネットワークコントローラ３００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図４を参照して、ネットワークコントローラ３００は、プロセッサ３０２と、主メモリ３０４と、ネットワークインターフェイス３１０と、ストレージ３２０とを含む。各コンポーネントは、バス３３８を介して電気的に接続されている。
　プロセッサ３０２は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵなどで構成され、ストレージ３２０に格納された各種プログラムを読み出して、主メモリ３０４に展開して実行することで、ネットワークコントローラとしての処理を実現する。
　ネットワークインターフェイス３１０は、ＴＳＮを介したデータのやり取り（フレーム伝送）を担当する。より具体的には、ネットワークインターフェイス３１０は、送受信制御回路３１２と、送信回路３１４と、受信回路３１６とを含む。
　ストレージ３２０には、典型的には、基本的な処理を実現するためのＯＳ３２２と、後述するような処理を実現するためのネットワーク設定プログラム３２４とが格納される。
　図４には、プロセッサ３０２がプログラムを実行することで必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードワイヤード回路（例えば、ＡＳＩＣやＦＰＧＡを用いて実装してもよい。このように、ネットワークコントローラ３００で実行される処理および提供する機能は、プロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどを含む処理回路（processing　circuitry）で実現してもよい。
　＜Ｃ．ＴＳＮを実現するための要部構成＞
　次に、本実施の形態に係る制御システム１のＴＳＮを実現するための要部構成について説明する。すなわち、ＴＳＮにおいてフレームを送受信するポートの構成例について説明する。
　図５は、図３に示すスイッチ２００の１つのポートに関するより詳細な構成を示す模式図である。図５を参照して、各ポートは、送信回路２１４と受信回路２１６との組からなる。送信回路２１４と受信回路２１６との間には、転送エンジン２１８およびキュー２２０が設けられる。
　より具体的には、転送エンジン２１８は、振分回路２２４と、タイミング制御回路２２６とを含む。また、キュー２２０は、トラフィッククラスの各値に対応付けられた複数のキュー２２０－１～２２０－Ｍを含む。
　振分回路２２４は、受信回路２１６を介して受信したフレームのヘッダ情報などに従って、当該フレームをキュー２２０－１～２２０－Ｍのうちいずれかに格納し、あるいは、別のポートの振分回路２２４へ転送する。また、振分回路２２４は、別のポートの振分回路２２４から受信したフレームについても同様の判断および処理を行う。
　振分回路２２４は、自ポートの送信回路２１４から送出すべきフレームを受信すると、当該フレームを当該フレームのトラフィッククラスに対応するキュー２２０へ格納する。このような振分回路２２４での処理によって、キュー２２０－１～２２０－Ｍには、トラフィッククラス別に分類されたフレームが順次格納されることになる。
　キュー２２０－１～２２０－Ｍの出力側には、ゲート２２２－１～２２２－Ｍがそれぞれ設けられている。ゲート２２２－１～２２２－Ｍ（以下、「ゲート２２２」と総称することもある。）の各々は、タイミング制御回路２２６からの指令に従って開閉する。ゲート２２２が開くと、対応付けられているキュー２２０に格納されているフレームが送信回路２１４から送出される。タイミング制御回路２２６から複数のゲート２２２に対して同時に開指令が与えられることはない。すなわち、タイミング制御回路２２６は、ＴＳＮ設定に含まれる通信スケジュール２２８に従って、ゲート２２２を順次開閉する。これによって、予めＴＳＮ計算された通信スケジュールに従って、フレームが転送されることになる。
　なお、エンドデバイス１００のポート（ネットワークインターフェイス１１０）、および、ネットワークコントローラ３００のポート（ネットワークインターフェイス３１０）についても、図５と同様の構成を有している。
　上述したようなトラフィッククラス毎に用意されたキュー２２０へのフレームの格納、および、トラフィッククラス毎に用意されたキュー２２０からのフレームの送出を制御することで、ＴＳＮにおけるリアルタイムなフレーム転送を実現できる。
　＜Ｄ．概要＞
　次に、本実施の形態に係る制御システム１のＴＳＮにおける処理の概要について説明する。
　図６は、本実施の形態に係る制御システム１におけるフレーム転送に係る処理の一例を説明するための図である。図６（Ａ）に示すように、エンドデバイス１００－１からエンドデバイス１００－２およびエンドデバイス１００－３に対してフレームを送信する場合を想定する。
　経路途中には、スイッチ２００－１およびスイッチ２００－２が存在する。図５を参照して説明したように、エンドデバイス１００およびスイッチ２００は、ゲート２２２のタイミングの開閉タイミングを制御することで、リアルタイムなフレーム転送を実現する。
　ゲート２２２の開閉時間および開閉タイミングは、典型的には、フレームの送信処理に要する送信時間とフレームの伝搬遅延時間とに基づいて算出される。送信時間は、送出されるフレームの大きさ（フレームサイズ）に応じて算出される。伝搬遅延時間は、転送経路の長さに応じて変化する。一般的には、伝搬遅延時間は、任意のフレームを送信したときに計測された値が用いられる。
　図６（Ｂ）には、図６（Ａ）に示すネットワーク構成におけるゲート２２２のタイミングの一例を示す。図６（Ｂ）に示すタイムチャートにおいて、上側にある区間がゲート２２２の開状態を意味する。
　エンドデバイス１００－１のゲート２２２が開いた後、フレームがスイッチ２００－１に伝送される。スイッチ２００－１のゲート２２２は、エンドデバイス１００－１からのフレームが到着してキュー２２０に格納される時間を反映した時間だけ遅れて開くことになる。スイッチ２００－１のゲート２２２が開いた後、フレームがスイッチ２００－２に伝送される。
　スイッチ２００－２のポート１には、エンドデバイス１００－２が接続されており、スイッチ２００－２のポート２には、エンドデバイス１００－３が接続されている。例えば、スイッチ２００－２のポート１に接続されたエンドデバイス１００－２までの伝搬遅延時間と、スイッチ２００－２のポート２に接続されたエンドデバイス１００－３までの伝搬遅延時間との間に差があるとする。このような場合には、スイッチ２００－２のポート１に対応するゲート２２２の開くタイミングとスイッチ２００－２のポート２に対応するゲート２２２の開くタイミングとの間には、所定の時間差が生じることになる。
　図７は、本実施の形態に係る制御システム１における処理の概要を説明するための図である。図７（Ａ）には、スイッチ２００－２のポート１にエンドデバイス１００－２が接続されている状態を示し、図７（Ｂ）には、スイッチ２００－２のポート２にエンドデバイス１００－３が接続されている状態を示す。
　図７（Ｃ）を参照して、図７（Ａ）に示すようなエンドデバイス１００－２のみが接続されている状態におけるポートの開時間と、図７（Ｂ）に示すようなエンドデバイス１００－３のみが接続されている状態におけるポートの開時間との間では、長さかタイミングが異なる場合がある。
　スイッチ２００－２にエンドデバイス１００－２とエンドデバイス１００－３との両方が接続された状態においては、どちらか一方のみが接続された状態とも含むように、ポートの開時間が設定される。
　例えば、ＴＳＮにすべてのデバイスが接続されていない状態で、ネットワークコントローラ３００がＴＳＮ計算を行った後に、新たなデバイスが接続された場合や、段取り替えなどによって、ネットワーク構成が変更される場合もある。このような場合において、最初のＴＳＮ計算が変更後のネットワーク構成を考慮したものでなければ、ＴＳＮ計算を再度行う必要が生じる。
　そこで、本実施の形態に係る制御システム１は、いずれのネットワーク構成であっても適切なフレーム転送ができるように、ＴＳＮ計算を行う。このようなＴＳＮ計算を行うことで、ＴＳＮを動作させながら、ネットワーク構成を任意に変更できる。すなわち、想定されるネットワーク構成の間で最悪値を考慮して、ゲートの開閉時間や帯域を確保できるようなＴＳＮ計算を行う。
　＜Ｅ．処理手順＞
　次に、本実施の形態に係る制御システム１における処理手順の一例について説明する。
　図８は、本実施の形態に係る制御システム１のネットワークコントローラ３００によるトポロジの生成処理の処理手順を示す図である。図８に示すような処理手順によって生成されたトポロジからネットワーク構成情報に含まれるデバイスの接続形態の候補が決定される。
　図８を参照して、ＴＳＮに接続されているエンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々は、自ノードの情報を隣接するノードへアドバタイズしている。自ノードの情報のアドバタイズは、例えば、ＩＥＥＥ　８０２．１ＡＢとして定義されたＬＬＤＰ（Link　Layer　Discovery　Protocol）などのプロトコルを用いることができる。
　まず、ＴＳＮに接続されているエンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々は、隣接ノード情報を取得する（（１）隣接ノード情報取得）。隣接ノード情報は、接続されたエンドデバイス１００および／またはスイッチ２００がアドバタイズする情報を収集することで取得される。
　続いて、ネットワークコントローラ３００は、エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々から隣接ノード情報を収集する（（２）隣接ノード情報収集）。なお、隣接ノード情報の収集には、ＳＮＭＰ（Simple　Network　Management　Protocol）やＮＥＴＣＯＮＦなどのプロトコルを用いてもよい。
　そして、ネットワークコントローラ３００は、収集した隣接ノード情報に基づいて、ＴＳＮのトポロジを生成する（（３）トポロジ生成）。このように、ネットワークコントローラ３００は、各デバイスが収集した隣接ノード情報に基づいてＴＳＮのトポロジを生成する。
　さらに、ネットワークコントローラ３００は、先に生成したトポロジが存在する場合には、当該先に生成したトポロジと今回生成したトポロジとを照合する（（４）トポロジ照合）。なお、トポロジ照合により、ＴＳＮのトポロジの変化が検出されると、デバイスの新たな接続形態としてネットワーク構成情報に追加してもよい。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、生成されたトポロジに基づいて、ネットワーク構成情報を更新してもよい。
　以上のような手順に従って、ネットワークコントローラ３００によりトポロジが生成される。
　図９は、本実施の形態に係る制御システム１のネットワークコントローラ３００によるトポロジの変化を検出する処理手順を示す図である。図９を参照して、図８と同様に、ＴＳＮに接続されているエンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々は、自ノードの情報を隣接するノードへアドバタイズしている。
　まず、図９（Ａ）を参照して、ＴＳＮに接続されているスイッチ２００－２は、エンドデバイス１００－２からアドバタイズされた情報を検出すると、当該検出された情報を用いて隣接ノード情報を更新する（（１）隣接ノード情報更新）。そして、スイッチ２００－２は、更新後の隣接ノード情報をネットワークコントローラ３００へ通知する（（２）隣接ノード情報通知）。
　図９（Ｂ）を参照して、ＴＳＮに接続されているスイッチ２００－２は、エンドデバイス１００－３からアドバタイズされた情報をさらに検出すると、当該検出された情報を用いて隣接ノード情報を更新する（（１）隣接ノード情報更新）。そして、スイッチ２００－２は、更新後の隣接ノード情報をネットワークコントローラ３００へ通知する（（２）隣接ノード情報通知）。
　ネットワークコントローラ３００への更新後の隣接ノード情報の通知は、例えば、ＳＮＭＰを採用している場合には、ＳＮＭＰトラップを用いることができる。また、ＮＥＴＣＯＮＦを採用している場合には、ＮＥＴＣＯＮＦ　Ｅｖｅｎｔ　Ｎｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｓを用いることができる。
　以上のような手順に従って、ＴＳＮ（トポロジ）の変更などが検出される。
　次に、ネットワークコントローラ３００からエンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々に対してＴＳＮ設定を提供する処理手順のいくつかについて説明する。例えば、ＴＳＮを利用してデバイス間でデータ通信を行うための通信スタックとして、ＩＥＣ６２５４１として国際標準化されているＯＰＣ　ＵＡ（ＯＰＣ　Ｕｎｉｆｉｅｄ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）を利用する場合を想定する。ＴＳＮとＯＰＣ　ＵＡとの組み合わせは、「ＯＰＣ　ＵＡ　ｏｖｅｒ　ＴＳＮ」などとも称される。
　ネットワークコントローラ３００とエンドデバイス１００との間の典型的なデータ通信方法として、「Ｐｕｓｈ」モードと「Ｒｅｑｕｅｓｔ」モードとがある。
　以下では、データ通信方法の種別に応じて、それぞれのモードにおける処理手順の例を示す。なお、説明の簡素化のため、１つのスイッチ２００のみがＴＳＮに存在するとしている。
　図１０は、本実施の形態に係る制御システム１におけるＰｕｓｈモードでの処理手順を示す図である。図１０を参照して、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報および通信設定情報をロードする（（１）ネットワーク構成情報および通信設定情報のロード）。
　ネットワーク構成情報は、段取り替えによって生じるすべてのネットワーク構成（段取り替えの各状態）を含む。すなわち、ネットワーク構成情報は、ＴＳＮに生じ得るデバイスの接続形態の定義を１または複数含む。例えば、ネットワーク構成情報は、図７（Ａ）に示されるネットワーク構成と、図７（Ｂ）に示されるネットワーク構成との両方を含んでいてもよい。
　通信設定情報は、ＴＳＮ上でやり取りされるフレームを定義した情報を含む。典型的には、通信設定情報は、エンドデバイス１００間でやり取りされるフレームの定義を含む。
　図１１は、本実施の形態に係る制御システム１において用いられる通信設定情報の一例を示す図である。図１１には、任意のエンドデバイス１００に対する通信設定情報の一例を示す。図１１を参照して、通信設定情報は、例えば、送信および受信の別を示す情報と、送信先または送信元を示す情報と、データサイズと、周期とを含む。図１１に示す通信設定情報は、エンドデバイス１００毎に定義される。
　各エンドデバイス１００の通信設定情報を参照することで、ＴＳＮにおいて確保しなければならない帯域などを決定できる。
　再度図１０を参照して、エンドデバイス１００の各々は、自デバイス用の通信設定情報をロードする（（２）通信設定のロード）。通信設定情報については、図１１に示すものと同様である。
　続いて、ネットワークコントローラ３００は、エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々からＴＳＮ能力情報を収集する（（３）ＴＳＮ能力情報収集）。ＴＳＮ能力情報は、ＴＳＮに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した情報である。例えば、ＴＳＮ能力情報は、転送レート、対応可能なトラフィッククラス数、ポート数などの情報を含む。
　そして、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報および通信設定情報、ならびに、収集したＴＳＮ能力情報に基づいて、ＴＳＮ計算を行う（（４）ＴＳＮ計算）。ＴＳＮ計算においては、やり取りされるフレーム毎にストリームが決定されるとともに、各ストリーム（フレーム）に対する帯域を考慮して、通信スケジュールを決定する。このとき、段取り替えによって生じるすべてのネットワーク構成を考慮して、いずれのネットワーク構成になった場合であっても、フレーム転送を継続できるように、通信スケジュールが決定される。
　最終的に、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定をエンドデバイス１００およびスイッチ２００にそれぞれ提供する（（５）ＴＳＮ設定）。
　エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々は、ネットワークコントローラ３００からのＴＳＮ設定に従って、通信スケジュール２２８を決定および有効化する（（６）通信スケジュール）。
　以上のような手順に従って、ＴＳＮに含まれるエンドデバイス１００およびスイッチ２００に対して通信スケジュールが反映される。
　図１２は、本実施の形態に係る制御システム１におけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの処理手順を示す図である。図１２に示す処理手順は、段取り替えで着脱される予定のエンドデバイス１００のすべてをＴＳＮに接続した状態で実行される。すなわち、ＴＳＮに接続された状態がネットワーク構成の変更内容を意味することになる。
　図１２を参照して、エンドデバイス１００の各々は、自デバイス用の通信設定情報をロードする（（１）通信設定のロード）。通信設定情報については、図１１に示すものと同様である。そして、エンドデバイス１００の各々は、ＴＳＮ設定の提供するためのＴＳＮ計算をネットワークコントローラ３００へリクエストする（（２）ＴＳＮ計算リクエスト）。このとき、エンドデバイス１００の各々から送信されるＴＳＮ計算リクエストは、通信設定情報およびＴＳＮ能力情報を含む。
　ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算リクエストに応答して、ネットワーク構成情報をロードする（（３）ネットワーク構成情報のロード）。ロードされるネットワーク構成情報は、段取り替えの各状態を含む。すなわち、ネットワーク構成情報は、段取り替えによって生じるすべてのネットワーク構成を含む。続いて、ネットワークコントローラ３００は、スイッチ２００の各々からＴＳＮ能力情報を収集する（（４）ＴＳＮ能力情報収集）。
　ネットワークコントローラ３００は、エンドデバイス１００からのＴＳＮ計算リクエスト（通信設定情報およびＴＳＮ能力情報を含む）と、スイッチ２００からのＴＳＮ能力情報と、ネットワーク構成情報とに基づいて、ＴＳＮ計算を行う（（５）ＴＳＮ計算）。このとき、段取り替えによって生じるすべてのネットワーク構成を考慮して、いずれのネットワーク構成になった場合であっても、フレーム転送を継続できるように、通信スケジュールが決定される。
　最終的に、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定をエンドデバイス１００およびスイッチ２００にそれぞれ提供する（（６）ＴＳＮ設定）。
　エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々は、ネットワークコントローラ３００からのＴＳＮ設定に従って、通信スケジュール２２８を決定および有効化する（（７）通信スケジュール）。
　以上のような手順に従って、ＴＳＮに含まれるエンドデバイス１００およびスイッチ２００に対して通信スケジュールが反映される。
　＜Ｆ．未登録デバイス＞
　上述したように、段取り替えによって生じるすべてのネットワーク構成を考慮してＴＳＮ設定が計算されるが、新たなエンドデバイスがＴＳＮに接続される可能性もある。この場合には、ＴＳＮ設定の計算が再度行われる。但し、再計算前のＴＳＮ設定から変更される場合もあるので、ユーザなどに通知するようにしてもよい。
　図１３は、本実施の形態に係る制御システム１におけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの別の処理手順を示す図である。図１３には、エンドデバイス１００－４が新たにＴＳＮに接続した場合を示す。Ｒｅｑｕｅｓｔモードでは、エンドデバイス１００は、ネットワークコントローラ３００に対してＴＳＮ計算をリクエストするので、ネットワークコントローラ３００は、登録されていない新たなエンドデバイス１００のＴＳＮへの接続を検出できる。
　図１３を参照して、新たにＴＳＮに接続したエンドデバイス１００－４は、自デバイス用の通信設定情報をロードする（（１）通信設定のロード）。そして、エンドデバイス１００－４は、ＴＳＮ設定の提供するためのＴＳＮ計算をネットワークコントローラ３００へリクエストする（（２）ＴＳＮ計算リクエスト）。
　ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算リクエストに応答して、ネットワーク構成情報をロードする（（３）ネットワーク構成情報のロード）。そして、ネットワークコントローラ３００は、エンドデバイス１００－４からのＴＳＮ計算リクエスト（通信設定情報およびＴＳＮ能力情報を含む）と、先のＴＳＮ計算で使用した情報とに基づいて、ＴＳＮ計算を行う（（４）ＴＳＮ計算）。このように、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に定義されたデバイスの接続形態とは異なる接続形態が検出されると、当該異なる接続形態において、必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を再計算する処理を実行する。
　そして、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算において、再計算前のＴＳＮ設定（既存のＴＳＮ設定）のまま運用できるか否かを判断する。そして、ＴＳＮ設定を再設定する必要がある場合には、ユーザなどに対して、再設定必要な旨を通知する（（５）再設定必要の通知）。このように、ネットワークコントローラ３００は、再計算されたＴＳＮ設定を反映しなければならないと判断されると、当該反映の必要性を通知する処理を実行する。
　ユーザなどから承認を受けると（（６）承認）、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定をエンドデバイス１００－４に提供する（（７－１）ＴＳＮ設定）とともに、ＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定を既存のエンドデバイス１００およびスイッチの各々に提供して、リスタートを指示する（（７－２）ＴＳＮ設定＋リスタート）。このように、ネットワークコントローラ３００は、明示的な承認に応答して、再計算されたＴＳＮ設定をＴＳＮに接続されたデバイスに提供する処理を実行する。
　エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々は、ネットワークコントローラ３００からのＴＳＮ設定に従って、通信スケジュール２２８を決定および有効化する（（８）通信スケジュール）。
　以上のような手順に従って、新たなエンドデバイス１００がＴＳＮに接続した場合においても、新たな通信スケジュールが反映される。
　図１３に示すように、Ｒｅｑｕｅｓｔモードにおいて、エンドデバイス１００がＴＳＮに接続すると、ＴＳＮ計算リクエストがネットワークコントローラ３００へ送信されるので、当該接続したエンドデバイス１００が未登録であるか否かを判断できる。
　ネットワークコントローラ３００は、未登録のエンドデバイス１００がＴＳＮに接続したことで、他のエンドデバイス１００が使用する帯域や通信スケジュールを変更する必要があるか否か、すなわち、他のエンドデバイス１００に割当てられている帯域や通信スケジュールへの影響が許容範囲内であるか否かを判断する。帯域または通信スケジュールへの影響が許容範囲内でなければ、ネットワークコントローラ３００は、ユーザなどに対して、ＴＳＮ設定の再設定に対する承認を受けるようにする。ユーザなどから承認が得られると、ＴＳＮに接続するエンドデバイス１００およびスイッチ２００は、新たなＴＳＮ設定に従ってリスタートし、初期シーケンスが再度実行される。
　なお、帯域または通信スケジュールへの影響が許容範囲内であれば、新たにＴＳＮに接続したエンドデバイス１００－４に対してのみＴＳＮ設定が提供される。
　なお、ユーザなどへの通知方法としては、ＯＰＣ　ＵＡのサブスクリプションを利用する方法などを用いてもよい。
　＜Ｇ．ネットワークコントローラにおける処理手順＞
　次に、本実施の形態に係る制御システム１のネットワークコントローラ３００における処理手順について説明する。
　図１４は、本実施の形態に係る制御システム１のネットワークコントローラ３００におけるＰｕｓｈモードでの処理手順を示す図である。図１４に示す各ステップは、典型的には、ネットワークコントローラ３００のプロセッサ３０２がネットワーク設定プログラム３２４を実行することで実現される。図１４に示されるＰｕｓｈモードにおいては、予め定められた条件が成立すると、ＴＳＮ設定を計算する処理が開始される。
　図１４を参照して、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算の開始条件が成立すると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、対象のＴＳＮに係るネットワーク構成情報を取得する（ステップＳ１０２）とともに、各エンドデバイス１００の通信設定情報およびＴＳＮ能力情報を取得する（ステップＳ１０４）。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、ＴＳＮに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義したＴＳＮ能力情報とを取得する処理を実行する。
　ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれる１つのＴＳＮ構成を選択し（ステップＳ１０６）、ストリームの設定、各ストリームに対する帯域の割当て、通信スケジュールの決定などを含むＴＳＮ計算を行う（ステップＳ１０８）。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報と、通信設定情報と、ＴＳＮ能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する処理実行する。そして、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算により決定されたＴＳＮ設定を現在のＴＳＮ設定とする。
　続いて、ネットワークコントローラ３００は、以下のような手順により、ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を計算あるいは更新する。
　ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれる別のＴＳＮ構成を選択し（ステップＳ１１０）、ストリームの設定、各ストリームに対する帯域の割当て、通信スケジュールの決定などを含むＴＳＮ計算を行う（ステップＳ１１２）。
　そして、ネットワークコントローラ３００は、今回のＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定に基づいて、現在のＴＳＮ設定では必要なフレーム転送ができない項目が存在するか否かを判断する（ステップＳ１１４）。
　現在のＴＳＮ設定では必要なフレーム転送ができない項目が存在すれば（ステップＳ１１４においてＹＥＳ）、ネットワークコントローラ３００は、現在のＴＳＮ設定のうち必要なフレーム転送ができない項目の値を、今回のＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定の対応する項目の値に変更する（ステップＳ１１６）。ネットワークコントローラ３００は、変更後のＴＳＮ設定を新たな現在のＴＳＮ設定とする。
　このように、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれる１つの接続形態について計算された設定情報が、ネットワーク構成情報に含まれる別の接続形態において必要なフレーム転送を実現できるか否かを判断する処理を実行する。
　現在のＴＳＮ設定で必要なフレーム転送ができれば（ステップＳ１１４においてＮＯ）、ステップＳ１１６の処理はスキップされる。
　続いて、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれるすべてのＴＳＮ構成の選択が完了したか否かを判断する（ステップＳ１１８）。
　ネットワーク構成情報に含まれるすべてのＴＳＮ構成の選択が完了していなければ（ステップＳ１１８においてＮＯ）、ステップＳ１１０以下の処理が繰返される。
　ネットワーク構成情報に含まれるすべてのＴＳＮ構成の選択が完了していれば（ステップＳ１１８においてＹＥＳ）、ネットワークコントローラ３００は、エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々に対して、現在のＴＳＮ設定を送信する（ステップＳ１２０）。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ設定をＴＳＮに接続されたデバイスに提供する処理を実行する。
　以上により、ネットワークコントローラ３００によるＴＳＮ計算が完了する。
　図１５は、本実施の形態に係る制御システム１のネットワークコントローラ３００におけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの処理手順を示す図である。図１５に示す各ステップは、典型的には、ネットワークコントローラ３００のプロセッサ３０２がネットワーク設定プログラム３２４を実行することで実現される。図１５に示されるＲｅｑｕｅｓｔモードにおいては、ＴＳＮに接続されたデバイスからのリクエストに応じて、ＴＳＮ設定を計算する処理が開始される。
　図１５を参照して、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算リクエストを受信すると（ステップＳ２００においてＹＥＳ）、ＴＳＮ計算リクエストに含まれる通信設定情報およびＴＳＮ能力情報を取得する（ステップＳ２０２）とともに、対象のＴＳＮに係るネットワーク構成情報を取得する（ステップＳ２０４）。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、ＴＳＮに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義したＴＳＮ能力情報とを取得する処理を実行する。
　ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれる１つのＴＳＮ構成を選択し（ステップＳ２０６）、ストリームの設定、各ストリームに対する帯域の割当て、通信スケジュールの決定などを含むＴＳＮ計算を行う（ステップＳ２０８）。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報と、通信設定情報と、ＴＳＮ能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する処理実行する。そして、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算により決定されたＴＳＮ設定を現在のＴＳＮ設定とする。
　続いて、ネットワークコントローラ３００は、以下のような手順により、ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を計算あるいは更新する。
　ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれる別のＴＳＮ構成を選択し（ステップＳ２１０）、ストリームの設定、各ストリームに対する帯域の割当て、通信スケジュールの決定などを含むＴＳＮ計算を行う（ステップＳ２１２）。
　そして、ネットワークコントローラ３００は、今回のＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定に基づいて、現在のＴＳＮ設定では必要なフレーム転送ができない項目が存在するか否かを判断する（ステップＳ２１４）。
　現在のＴＳＮ設定では必要なフレーム転送ができない項目が存在すれば（ステップＳ２１４においてＹＥＳ）、ネットワークコントローラ３００は、現在のＴＳＮ設定のうち必要なフレーム転送ができない項目の値を、今回のＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定の対応する項目の値に変更する（ステップＳ２１６）。ネットワークコントローラ３００は、変更後のＴＳＮ設定を新たな現在のＴＳＮ設定とする。
　このように、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれる１つの接続形態について計算された設定情報が、ネットワーク構成情報に含まれる別の接続形態において必要なフレーム転送を実現できるか否かを判断する処理を実行する。
　現在のＴＳＮ設定で必要なフレーム転送ができれば（ステップＳ２１４においてＮＯ）、ステップＳ２１６の処理はスキップされる。
　続いて、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれるすべてのＴＳＮ構成の選択が完了したか否かを判断する（ステップＳ２１８）。
　ネットワーク構成情報に含まれるすべてのＴＳＮ構成の選択が完了していなければ（ステップＳ２１８においてＮＯ）、ステップＳ２１０以下の処理が繰返される。
　ネットワーク構成情報に含まれるすべてのＴＳＮ構成の選択が完了していれば（ステップＳ２１８においてＹＥＳ）、ネットワークコントローラ３００は、エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々に対して、現在のＴＳＮ設定を送信する（ステップＳ２２０）。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ設定をＴＳＮに接続されたデバイスに提供する処理を実行する。
　以上により、ネットワークコントローラ３００によるＴＳＮ計算が完了する。
　＜Ｈ．付記＞
　上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。
　［構成１］
　ＴＳＮ（Time　Sensitive　Networking）に従うネットワークにおける通信方法であって、
　前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得するステップ（Ｓ１０４；Ｓ２０４）と、
　前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算するステップ（Ｓ１０６～Ｓ１１８；Ｓ２０６～Ｓ２１８）と、
　前記ＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供するステップ（Ｓ１２０；Ｓ２２０）とを備え、
　前記ＴＳＮ設定を計算するステップは、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算するステップ（Ｓ１１０～Ｓ１１８；Ｓ２１０～Ｓ２１８）を含む、通信方法。
　［構成２］
　予め定められた条件が成立すると、前記ＴＳＮ設定を計算するステップが開始される、構成１に記載の通信方法。
　［構成３］
　前記ネットワークに接続されたデバイスからのリクエストに応じて、前記ＴＳＮ設定を計算するステップが開始される、構成１に記載の通信方法。
　［構成４］
　前記ＴＳＮ設定を計算するステップは、前記ネットワーク構成情報に含まれる１つの接続形態について計算された設定情報が、前記ネットワーク構成情報に含まれる別の接続形態において必要なフレーム転送を実現できるか否かを判断するステップ（Ｓ１１４；Ｓ２１４）を含む、構成１～３のいずれか１項に記載の通信方法。
　［構成５］
　前記ネットワーク構成情報に定義されたデバイスの接続形態とは異なる接続形態が検出されると、当該異なる接続形態において、必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を再計算するステップをさらに備える、構成１～４のいずれか１項に記載の通信方法。
　［構成６］
　前記再計算されたＴＳＮ設定を反映しなければならないと判断されると、当該反映の必要性を通知するステップをさらに備える、構成５に記載の通信方法。
　［構成７］
　明示的な承認に応答して、前記再計算されたＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供するステップをさらに備える、構成６に記載の通信方法。
　［構成８］
　各デバイスが隣接ノード情報を収集するステップと、
　各デバイスが収集した隣接ノード情報に基づいて前記ネットワークのトポロジを生成するステップと、
　前記生成されたトポロジに基づいて、前記ネットワーク構成情報を更新するステップとをさらに備える、構成１～７のいずれか１項に記載の通信方法。
　［構成９］
　ＴＳＮ（Time　Sensitive　Networking）に従うネットワークを含む通信システム（１）であって、
　ネットワークコントローラ（３００）と、
　前記ネットワークに接続される１または複数のデバイス（１００，２００）とを備え、
　前記ネットワークコントローラは、
　　前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記１または複数のデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段（Ｓ１０４；Ｓ２０４）と、
　　前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段（Ｓ１０６～Ｓ１１８；Ｓ２０６～Ｓ２１８）と、
　　前記ＴＳＮ設定を前記１または複数のデバイスに提供する手段（Ｓ１２０；Ｓ２２０）とを備え、
　前記ＴＳＮ設定を計算する手段は、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算する、通信システム。
　［構成１０］
　ＴＳＮ（Time　Sensitive　Networking）に従うネットワークを構成するネットワークコントローラ（３００）であって、
　前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段（Ｓ１０４；Ｓ２０４）と、
　前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段（Ｓ１０６～Ｓ１１８；Ｓ２０６～Ｓ２１８）と、
　前記ＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供する手段（Ｓ１２０；Ｓ２２０）とを備え、
　前記ＴＳＮ設定を計算する手段は、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算する、通信装置。
　＜Ｉ．利点＞
　本実施の形態に係る通信制御システムによれば、段取り替えなどによってネットワーク構成（デバイスの接続形態）が変更されることが予定されている場合などには、ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報を用いてＴＳＮ設定を計算するので、いずれのネットワーク構成においても要求された通信性能を維持できる。そのため、段取り替えが生じても、要求された通信性能および制御性能を維持できる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　制御システム、２０，２２，２４，２６，２８　リンク、３０　フィールドバス、４０　フィールドデバイス、１００　エンドデバイス、１０２，３０２　プロセッサ、１０４，３０４　主メモリ、１１０，３１０　ネットワークインターフェイス、１１２，２１２，３１２　送受信制御回路、１１４，２１４，３１４　送信回路、１１６，２１６，３１６　受信回路、１２０，３２０　ストレージ、１２２　システムプログラム、１２４　ユーザプログラム、１３０　内部バスインターフェイス、１３２　フィールドバスインターフェイス、１３４　メモリカードインターフェイス、１３６　メモリカード、１３８，３３８　バス、１４０　Ｉ／Ｏユニット、２００　スイッチ、２１８　転送エンジン、２２０　キュー、２２２　ゲート、２２４　振分回路、２２６　タイミング制御回路、２２８　通信スケジュール、３００　ネットワークコントローラ、３２２　ＯＳ、３２４　ネットワーク設定プログラム。

Claims (10)

  1. 　ＴＳＮ（Time　Sensitive　Networking）に従うネットワークにおける通信方法であって、
    　前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得するステップと、
    　前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算するステップと、
    　前記ＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供するステップとを備え、
    　前記ＴＳＮ設定を計算するステップは、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算するステップを含む、通信方法。
  2. 　予め定められた条件が成立すると、前記ＴＳＮ設定を計算するステップが開始される、請求項１に記載の通信方法。
  3. 　前記ネットワークに接続されたデバイスからのリクエストに応じて、前記ＴＳＮ設定を計算するステップが開始される、請求項１に記載の通信方法。
  4. 　前記ＴＳＮ設定を計算するステップは、前記ネットワーク構成情報に含まれる１つの接続形態について計算された設定情報が、前記ネットワーク構成情報に含まれる別の接続形態において必要なフレーム転送を実現できるか否かを判断するステップを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の通信方法。
  5. 　前記ネットワーク構成情報に定義されたデバイスの接続形態とは異なる接続形態が検出されると、当該異なる接続形態において、必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を再計算するステップをさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の通信方法。
  6. 　前記再計算されたＴＳＮ設定を反映しなければならないと判断されると、当該反映の必要性を通知するステップをさらに備える、請求項５に記載の通信方法。
  7. 　明示的な承認に応答して、前記再計算されたＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供するステップをさらに備える、請求項６に記載の通信方法。
  8. 　各デバイスが隣接ノード情報を収集するステップと、
    　各デバイスが収集した隣接ノード情報に基づいて前記ネットワークのトポロジを生成するステップと、
    　前記生成されたトポロジに基づいて、前記ネットワーク構成情報を更新するステップとをさらに備える、請求項１～７のいずれか１項に記載の通信方法。
  9. 　ＴＳＮ（Time　Sensitive　Networking）に従うネットワークを含む通信システムであって、
    　ネットワークコントローラと、
    　前記ネットワークに接続される１または複数のデバイスとを備え、
    　前記ネットワークコントローラは、
    　　前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記１または複数のデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段と、
    　　前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段と、
    　　前記ＴＳＮ設定を前記１または複数のデバイスに提供する手段とを備え、
    　前記ＴＳＮ設定を計算する手段は、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算する、通信システム。
  10. 　ＴＳＮ（Time　Sensitive　Networking）に従うネットワークを構成するネットワークコントローラであって、
    　前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段と、
    　前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段と、
    　前記ＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供する手段とを備え、
    　前記ＴＳＮ設定を計算する手段は、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算する、通信装置。
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