JP6355863B1 - ネットワークシステムおよび通信方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、低遅延伝送が要求されるデータを周期的に送信する第１の通信プロトコルに従って通信する通信装置と、低遅延伝送が要求されるデータを周期的に送信する第２の通信プロトコルに従って通信する通信装置と、低遅延伝送が不要なデータを送信する第３の通信プロトコルに従って通信する通信装置とにより形成されたネットワークシステムであって、第１の通信プロトコルでの送信が許可されている期間、第２の通信プロトコルでの送信が許可されている期間および第３の通信プロトコルでの送信が許可されている期間が割り当てられ、通信装置の各々は、自装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間においてデータを送信し、他の通信装置から受信したデータをデータ送信元の通信装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間において転送する。

Description

本発明は、制御に用いられるデータを中継する通信装置により形成されたネットワークシステム、通信装置および通信方法に関する。

制御に用いられるデータには、制御装置と被制御装置との間で周期的に送受信されるデータが含まれる。制御装置および被制御装置はネットワークを形成している通信装置に接続され、ネットワークを介してデータを送受信する。なお、制御装置および被制御装置の一方または双方が通信装置に相当する回路等を備え、ネットワークに直接接続する形態も存在する。制御に用いられるデータである制御用データは、低遅延での伝送が要求される。

特許文献１には、産業用機械の制御データを伝送するシステムの発明が記載されている。特許文献１に記載された発明では、周期的に発生する実時間通信、すなわち実時間制御のためのデータの伝送を行うための第１の範囲と、周期的に発生する実時間通信に該当しない他の通信を行うための第２の範囲とを含んで構成された伝送サイクルを設定し、実時間通信が他の通信から影響を受けるのを回避できるようにしている。

特許第３８５４５７８号公報

上述したように、特許文献１に記載された発明では、周期的に発生する実時間通信を行うための範囲と周期的に発生するものではないその他の通信を行うための範囲とを設定している。しかしながら、産業用機器の制御データの中には、周期的に送信されず、いつ送信されるのかが不明確なものも存在する。すなわち、いつ発生するかが不明確な実時間通信も存在する。このような、いつ送信されるかが不明確な制御用データは、特許文献１に記載された発明では非実時間通信を行うための第２の範囲で伝送されることになる。そのため、特許文献１に記載された発明では、いつ送信されるかが不明確な制御用データがその他の非実時間通信から影響を受けるのを回避させることができず、データ伝送に遅延が生じる可能性があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、データの伝送遅延時間が増大するのを防止可能なネットワークシステムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、低遅延伝送が要求されるデータを周期的に送信する第１の通信プロトコルに従って通信する通信装置と、低遅延伝送が要求されるデータを非周期的に送信する第２の通信プロトコルに従って通信する通信装置と、低遅延伝送が不要なデータを非周期的に送信する第３の通信プロトコルに従って通信する通信装置とにより形成されたネットワークシステムである。ネットワークシステムは、第１の通信プロトコルであるトークン制御プロトコルでの送信が許可されている第１の期間と第２の通信プロトコルでの送信が許可されている第２の期間と第３の通信プロトコルでの送信が許可されている第３の期間が割り当てられ、第１の期間の長さ、第２の期間の長さおよび第３の期間の長さが同じである。通信装置の各々は、自装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間においてデータを送信し、他の通信装置から受信したデータをデータ送信元の通信装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間において転送する。

本発明にネットワークシステムによれば、データの伝送遅延時間が増大するのを防止できる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかるネットワークシステムの一例を示す図 実施の形態１にかかるネットワークシステムにおける通信動作を説明するための図 実施の形態１にかかる通信装置の構成例を示す図 実施の形態１にかかる通信装置のハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる通信装置が送受信するフレームの構成例を示す図 実施の形態１にかかるネットワークシステムの第１の具体例を示す図 実施の形態１にかかるネットワークシステムの第２の具体例を示す図 実施の形態１にかかるネットワークシステムの第３の具体例を示す図 実施の形態１にかかるネットワークシステムの第４の具体例を示す図 実施の形態１にかかるネットワークシステムの第５の具体例を示す図 実施の形態２にかかるデータ送信動作の第１の例を示す図 実施の形態２にかかるデータ送信動作の第２の例を示す図 実施の形態２にかかるデータ送信動作の第３の例を示す図 実施の形態２にかかるデータ送信動作の第４の例を示す図 実施の形態２にかかるデータ送信動作の第５の例を示す図 実施の形態２にかかるデータ送信動作の第６の例を示す図 実施の形態２にかかるデータ送信動作の第７の例を示す図 実施の形態２にかかるデータ送信動作の第８の例を示す図 実施の形態２にかかるデータ送信動作の第９の例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるネットワークシステム、通信装置および通信方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるネットワークシステムの一例を示す図である。実施の形態１にかかるネットワークシステム１００は、複数の通信装置により構成され、各通信装置は通信線１０に接続されている。複数の通信装置には、通信装置１Ａ、１Ｂおよび１Ｃが含まれ、通信装置１Ａは通信プロトコルＡで通信を行う通信装置、通信装置１Ｂは通信プロトコルＢで通信を行う通信装置、通信装置１Ｃは通信プロトコルＣで通信を行う通信装置である。図１に示したネットワークシステム１００においては、同じ通信プロトコルに対応している通信装置同士が通信を行う。図１に示した例では通信装置１Ａ、１Ｂおよび１Ｃをそれぞれ２台としているが一例であり、各通信プロトコルに対応している通信装置は３台以上であってもよい。また、図１に示した各通信装置の並び順も一例である。なお、以下の説明においては、通信装置１Ａ、１Ｂおよび１Ｃをまとめて通信装置１と称する場合がある。

図２は、実施の形態１にかかるネットワークシステムにおける通信動作を説明するための図である。ネットワークシステム１００においては、通信プロトコルごとに異なる送信許可期間を予め定義しておき、各通信装置は、自装置が対応している通信プロトコルでのデータ送信が許可された期間である送信許可期間においてデータ送信を行う。図２に示した例において、周期１および周期２などの通信周期の各々は、送信許可期間２００、２０１、２０２および２０３を含んで構成されている。送信許可期間２００は通信プロトコルＡでのデータ送信が許可された期間としての第１の期間である。送信許可期間２０１は通信プロトコルＢでのデータ送信が許可された期間としての第２の期間である。送信許可期間２０２は通信プロトコルＣでのデータ送信が許可された期間としての第３の期間である。送信許可期間２０３は通信プロトコルを区別することなく、全ての通信プロトコルでのデータ送信が許可された期間である。以下、送信許可期間２０３のような、全ての通信プロトコルでのデータ送信が許可された期間を共通期間と称する。任意の通信プロトコルには、通信プロトコルＡ、ＢおよびＣが含まれる他、その他の通信プロトコルも含まれる。

このように、本実施の形態にかかるネットワークシステムでは、通信プロトコルごとに送信許可期間が異なるため、複数の通信プロトコルの中の１つである第１の通信プロトコルによるデータ伝送が他の通信プロトコルである第２の通信プロトコルによるデータ伝送の影響を受けることが無くなる。図２に示した例において、通信プロトコルＡが周期的に発生するリアルタイム通信、すなわち送信元の通信装置から送信先の通信装置までのデータの伝送遅延時間を規定値以下とすることが要求され、かつ周期的に発生するデータ通信のための通信プロトコルである場合、通信プロトコルＡによるデータ伝送は、通信プロトコルＢによるデータ伝送からの影響および通信プロトコルＣによるデータ伝送からの影響を受けることが無くなる。よって、通信プロトコルＡによるデータ伝送の伝送遅延時間が他の通信プロトコルによるデータ伝送の影響を受けて増大するのを防止できる。以下の説明において、伝送遅延時間を規定値以下とすることが要求されるデータ伝送を低遅延伝送と称することがある。制御データ、音声データおよび映像データなどのデータは伝送遅延時間が大きくなるとデータを取り扱う装置の動作などに問題が生じる可能性があり、これらのデータを伝送する通信プロトコルでは伝送遅延時間の最大値が規定されている場合がある。伝送遅延時間の最大値が規定されているデータは「低遅延伝送が要求されるデータ」である。また、非周期的に発生するデータ伝送についても、送信元の通信装置から宛先の通信装置までの伝送経路上において、他の通信プロトコルによるデータ伝送からの影響を受けることが無くなる。よって、非周期的に発生するリアルタイム通信を使用したデータ伝送についても、伝送遅延時間が他の通信プロトコルによるデータ伝送の影響を受けて増大してしまうのを防止できる。

図３は、実施の形態１にかかる通信装置の構成例を示す図である。図１に示した通信装置１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは、対応している通信プロトコルは異なるが、装置構成は同様とする。

通信装置１は、時刻を計時する計時部１１と、他の通信装置１との間で時刻情報を送受信して計時部１１が計時している時刻を調整する時刻同期部１２と、自装置が対応している通信プロトコルでのデータ送信が可能な期間を設定する送信期間設定部１３と、他の通信装置１との間でデータを送受信する通信処理部１４と、を備える。

上述したように、ネットワークシステム１００において、各通信装置１は、自装置が対応している通信プロトコルでのデータ送信が許可された期間である送信許可期間にデータを送信する。そのため、各通信装置１は、時刻同期部１２を備え、内部で管理しているローカル時刻、すなわち計時部１１が計時している時刻を調整して他の通信装置で管理されている時刻と同期させる。時刻同期部１２が時刻を調整する方法は既存のいずれの方法を使用してもよい。時刻同期部１２は、ＮＴＰ（Network Time Protocol）またはＰＴＰ（Precision Time Protocol）などを使用して計時部１１が計時している時刻を調整し、時刻同期を実現する。ＰＴＰを使用して時刻同期を実現する場合、ネットワークシステム１００の各通信装置１の時刻同期部１２は、時刻マスタから時刻情報を取得し、計時部１１が計時している時刻を調整する。

また、各通信装置１は、自装置のデータ送信が許可された送信許可期間を予め知っている必要があるため、送信期間設定部１３を備えている。送信期間設定部１３は、ネットワークシステム１００における各送信許可期間の情報を外部から取得する。外部の例としては、他の通信装置、図示を省略しているコネクタを介して直接接続された装置、すなわち各送信許可期間の情報などを入力するための装置が該当する。送信期間設定部１３は、ネットワークシステム１００における各送信許可期間の情報を取得すると、各通信プロトコルの信許可期間を通信処理部１４に設定する。通信処理部１４は、送信期間設定部１３により設定された送信許可期間に従い、データを送信する。具体的には、通信処理部１４は、自装置が対応しているプロトコルでのデータ送信が許可されている送信許可期間において、データを送信する。

送信期間設定部１３が各送信許可期間の情報を他の通信装置１から取得する場合、ネットワークシステム１００を形成している通信装置１の中の１台が各送信許可期間の情報の配信元として動作する。この場合、配信元の通信装置１は、各送信許可期間の情報を予め保持しているものとする。例えば、ネットワークシステム１００が、複数の通信装置１の中の１台の通信装置１がマスタとして動作し、スレーブとして動作する残りの通信装置１との間で制御データを送受信するように構成されている場合、マスタの通信装置１が、上記の配信元の通信装置１として動作することが考えられる。配信元の通信装置１は、ネットワークシステム１００に新しい通信装置１が接続されたか否かを監視し、新しい通信装置１が接続されたことを検出した場合、送信期間設定部１３が、新しく接続された通信装置１の送信期間設定部１３に対して、各送信許可期間の情報を送信する。この情報の送信は、図２に示した送信許可期間２０３、すなわち、任意の通信プロトコルでのデータ送信が許可された共通期間において行う。各送信許可期間の情報は、例えば、各送信許可期間の長さ、各送信許可期間の並び順、および、いずれか一つの送信許可期間の開始時刻の情報とする。具体例を示すと、通信プロトコルＡ、ＢおよびＣに対応する送信許可期間として期間＃１〜期間＃３を設定する場合、各送信期間の情報は、期間＃１、期間＃２および期間＃３のそれぞれの長さの情報と、各期間の並び順と、期間＃１の開始時刻の情報とを含むこととする。各通信プロトコルに対応する送信許可期間は２つ以上であってもよい。例えば、通信プロトコルＡに対応する送信許可期間が期間＃１および＃３、通信プロトコルＢに対応する送信許可期間が期間＃２、通信プロトコルＣに対応する送信許可期間が期間＃４、などとしても構わない。新しく接続された通信装置１の送信期間設定部１３は、各送信許可期間の情報を受信すると、各通信プロトコルの送信許可期間を通信処理部１４に設定する。各送信許可期間の情報の配信元の通信装置１は、新しい通信装置１が接続されたことを検出した場合に、各送信許可期間の情報をネットワークシステム１００の全ての通信装置１に対して送信してもよい。また、各送信許可期間の情報の配信元の通信装置１は、新しい通信装置１が接続されたことを検出した場合の他、定期的に、または、不定期に、各送信許可期間の情報をネットワークシステム１００の全ての通信装置１に対して送信してもよい。

つづいて、通信装置１のハードウェア構成について説明する。図４は、実施の形態１にかかる通信装置のハードウェア構成の一例を示す図である。通信装置１は、プロセッサ２１およびメモリ２２を含んだ処理回路２０と、他の通信装置１との間で通信フレームの送受信などを行うネットワークコントローラ３０と、入力された信号に対してレベル変換処理を含む信号処理を実行して出力するドライバ回路４１および４２と、通信用ケーブルを接続するためのコネクタ５１および５２とを備える。

プロセッサ２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。メモリ２２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等である。コネクタ５１および５２には、通信用のケーブルが接続される。処理回路２０においては、プロセッサ２１が、通信装置１として動作するためのプログラムをメモリ２２から読み出して実行することにより、各種機能を実現する。

なお、ネットワークコントローラ３０が備えている通信ポート（Port#1,#2）の数を２つとしているが一例であり、３つ以上であってもよい。また、処理回路２０は、汎用のプロセッサ２１およびメモリ２２に代えて、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせた専用のハードウェアで実現してもよい。

図３に示した計時部１１、時刻同期部１２、送信期間設定部１３および通信処理部１４は、ネットワークコントローラ３０により実現される。なお、計時部１１、時刻同期部１２、送信期間設定部１３および通信処理部１４は、処理回路２０により実現することも可能である。

図５は、実施の形態１にかかる通信装置が他の通信装置との間で送受信するフレームの構成例を示す図である。図５に示したフレームは、イーサネット（登録商標）規格に従ったフレームの構成を示している。図５に示したフレームは、フレームの送信元および宛先などの情報が格納されるヘッダ（Header）と、データが格納されるデータフィールド（Data）と、エラー検出用の情報が格納されるフィールド（FCS：Frame Check Sequence）とを含む。また、ヘッダは、宛先アドレスフィールド（DA：Destination Address）、送信元アドレスフィールド（SA：Source Address）、およびタイプフィールド（Type）を含む。タイプフィールドには、データフィールドに格納される上位層プロトコルの識別情報が格納される。ヘッダにはＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）の識別子などが格納されるＶＬＡＮタグなどのタグ情報が含まれる場合もある。

つづいて、実施の形態にかかるネットワークシステム１００の具体例について説明する。

図６は、実施の形態１にかかるネットワークシステムの第１の具体例を示す図である。図６は、７台の通信装置＃１〜＃７がライン接続された構成のネットワークシステム１００の例を示している。通信装置＃１、＃５および＃７が通信プロトコルＡに対応し、通信装置＃２および＃４が通信プロトコルＢに対応し、通信装置＃３および＃６が通信プロトコルＣに対応しているものとする。すなわち、通信装置＃１、＃５および＃７は通信プロトコルＡに従って通信する通信装置、通信装置＃２および＃４は通信プロトコルＢに従って通信する通信装置、通信装置＃３および＃６は通信プロトコルＣに従って通信する通信装置である。一例として、通信プロトコルＡに対応している通信装置＃１、＃５および＃７は周期的に制御データを送受信する通信装置、通信プロトコルＢに対応している通信装置＃２および＃４は不定期に制御データを送受信する通信装置、通信プロトコルＣに対応している通信装置＃３および＃６は制御データ以外の一般のデータを不定期に送受信する通信装置とすることができる。周期的に送受信される制御データとしては、サーボアンプ、サーボモータおよび各種センサなどを制御するためのデータ、異常発生の有無を検出するためのデータが該当する。不定期に送受信される制御データとしては、異常の詳細内容を示すデータ、通信装置を検出するためのデータ、ネットワークの設定を行うためのデータなどが該当する。

図６に示した例の場合、各通信周期は、通信プロトコルＡに対応している通信装置によるデータ送信が許可された第１の送信許可期間である期間Ａと、通信プロトコルＢに対応している通信装置によるデータ送信が許可された第２の送信許可期間である期間Ｂと、通信プロトコルＣに対応している通信装置によるデータ送信が許可された第３の送信許可期間である期間Ｃとにより構成されている。したがって、通信装置＃１、＃５および＃７は、各周期の期間Ａにおいて、自装置が対応している通信プロトコルＡでの送信を行う。同様に、通信装置＃２および＃４は、各周期の期間Ｂにおいて、自装置が対応している通信プロトコルＢでの送信を行う。通信装置＃３および＃６は、各周期の期間Ｃにおいて、自装置が対応している通信プロトコルＣでの送信を行う。図６に示した例では期間Ａ、期間Ｂおよび期間Ｃを同じ長さとしている。

通信プロトコルＡからＣとしては、低遅延での伝送が要求されるデータを周期的に送信するプロトコル、低遅延での伝送が要求されるデータを非周期的に送信するプロトコル、低遅延での伝送が不要なデータを送信するプロトコルを例示することができる。すなわち、図６に示した例において、通信プロトコルＡを低遅延での伝送が要求されるデータを周期的に送信するプロトコル、通信プロトコルＢを低遅延での伝送が要求されるデータを非周期的に送信するプロトコル、通信プロトコルＣを低遅延での伝送が不要なデータを送信するプロトコルとすることが可能である。また、図６に示した例において、通信プロトコルＡを低遅延での伝送が要求されるデータを非周期的に送信するプロトコル、通信プロトコルＢを低遅延での伝送が要求されるデータを周期的に送信するプロトコル、通信プロトコルＣを低遅延での伝送が不要なデータを送信するプロトコルとすることが可能である。１周期を構成する期間Ａ、ＢおよびＣの中のどの期間でどの通信プロトコルのデータを送信するかはこれらに限定されない。

低遅延での伝送が要求されるデータを周期的に送信するプロトコルとしては、産業用機器の制御において、制御機器と被制御機器との間でサイクリックに、すなわち周期的に制御データを送受信する通信プロトコルが該当するがこれに限定するものではない。制御機器と被制御機器との間でサイクリックに制御データを送受信する通信はサイクリック通信とも呼ばれる。サイクリック通信で周期的に送受信される制御データに代表される、低遅延伝送が要求されるデータはリアルタイムデータと呼ばれることもある。また、低遅延での伝送が要求されるデータを非周期的に送信するプロトコルとしては、産業用機器の制御において、制御機器と被制御機器との間で非周期的に、すなわち不定期に制御データを送受信する通信プロトコルが該当するがこれに限定するものではない。制御機器と被制御機器との間で不定期に制御データを送受信する通信はトランジェント通信とも呼ばれる。トランジェント通信で送受信されるデータはトランジェントデータと呼ばれることもある。産業用機器の制御で使用する通信方式としては、ＣＣ−Ｌｉｎｋ ＩＥ（登録商標）が該当するが通信方式をこれに限定するものではない。また、低遅延での伝送が不要なデータを送信するプロトコルとしては、ＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）が該当するがこれに限定するものではない。

なお、ライン接続された両端の通信装置以外の通信装置＃２〜＃６は、自装置が対応していない通信プロトコルのデータすなわちフレームを受信した場合、受信したデータを転送する。ただし、各通信装置は、本来受信すべきではないタイミングで受信したデータについては転送を行わない。各通信装置は、例えば、期間Ａにおいて通信プロトコルＡに対応したデータとは異なる通信プロトコルのデータを受信した場合、転送を行わない。各通信装置は、受信したフレームのヘッダ内のタイプフィールドに格納されている情報を確認することにより、受信したデータのプロトコルを認識する。受信したフレームのヘッダ内にＶＬＡＮタグが含まれている場合には、ＶＬＡＮタグに格納されている情報によりプロトコルを認識するようにしてもよい。通信装置は、受信したデータを転送しないこととした場合、受信データを破棄する、または、受信したデータの通信プロトコルに対応した期間となるまで待ってから転送を行う。例えば、通信装置＃４は、周期１の期間Ｂにおいて通信プロトコルＡのデータを受信した場合、受信したデータを保持しておき、周期２の期間Ａとなってから、保持しておいたデータを送信する。

このように、図６に示した通信装置＃１〜＃７は、自装置が対応している通信プロトコルでのデータ送信が許可された送信許可期間においてデータを送信するので、他の通信プロトコルでのデータ送信からの影響を回避することができる。すなわち、他の通信プロトコルでのデータ送信からの影響により伝送遅延時間が増大するのを防止できる。また、通信装置＃１〜＃７は、本来受信すべきではないタイミングで受信したデータ、すなわち、予め決められた送信許可期間以外で送信されたデータを受信した場合、転送を行わないので、間違ったタイミングで送信されたデータが他の通信プロトコルのデータ伝送に影響を与えるのを防止できる。

なお、図６では、各通信装置が１つの通信プロトコルに対応することとしたが複数の通信プロトコルに対応するようにしてもよい。例えば、通信装置＃１を通信プロトコルＡおよびＢに対応する通信装置とし、通信装置＃５を通信プロトコルＡおよびＣに対応する通信装置とするなどとしてもよい。この場合、通信装置＃１は、期間Ａにおいて通信プロトコルＡでのデータ送信を行うとともに、期間Ｂにおいて通信プロトコルＢでのデータ送信を行う。通信装置＃５は、期間Ａにおいて通信プロトコルＡでのデータ送信を行うとともに、期間Ｃにおいて通信プロトコルＣでのデータ送信を行う。

また、図６に示した例では、各通信プロトコルでの送信を許可する各送信許可期間の長さを同じとしたが、各通信プロトコルの送信許可期間の長さは異なっていてもよい。また、図６に示した例では、各通信プロトコルの送信許可期間を各通信周期において１つずつとしたが２つ以上としてもよい。例えば、図７に示した第２の具体例のように各送信許可期間を設定してもよい。図７に示した第２の具体例では、通信プロトコルＡに対応している通信装置による送信を許可する期間Ａの長さが、通信プロトコルＢに対応している通信装置による送信を許可する期間Ｂの長さおよび通信プロトコルＣに対応している通信装置による送信を許可する期間Ｃの長さよりも長くなっている。また、１つの通信周期が期間Ａを２つ含んでいる。図７に示した通信周期の構成の変形例として、期間Ａを３つ以上含む構成、期間Ｂを複数含む構成、期間ＡおよびＢをそれぞれ複数含む構成などが考えられる。例えば、１通信周期を期間Ａ＋期間Ｂ＋期間Ａ＋期間Ｃ＋期間Ａとしてもよいし、１通信周期を期間Ａ＋期間Ｂ＋期間Ａ＋期間Ｂ＋期間Ａ＋期間Ｃとしてもよい。１通信周期を期間Ａ＋期間Ｃ＋期間Ａ＋期間Ｂ＋期間Ａ＋期間Ｃなどとしてもよい。このように、期間Ａ、期間Ｂおよび期間Ｃを含んで構成される１つの通信周期は、期間Ａ、期間Ｂおよび期間Ｃのそれぞれを少なくとも１つ以上含む構成とすればよい。

図７に示した構成とした場合にも図６に示した構成とした場合と同様の効果が得られる。また、ネットワークシステム１００を形成している各通信装置が対応している通信プロトコルにばらつきがある場合、すなわち、特定の通信プロトコルに対応している通信装置の数が他の通信プロトコルに対応している通信装置よりも多い場合、通信プロトコルごとに送信許可期間の長さを変えることにより、各通信装置に対して平等に送信許可を与えることが可能となる。各通信プロトコルに対応している通信装置の数には大きな差が無いが特定の通信プロトコルでの通信の発生頻度が他の通信プロトコルでの通信の発生頻度よりも高い場合にも、同様に、各通信装置に対して平等に送信許可を与えることが可能となる。

図８は、実施の形態１にかかるネットワークシステムの第３の具体例を示す図である。図８は、図６および図７に示した例と同様に、７台の通信装置＃１〜＃７がライン接続された構成のネットワークシステム１００の例を示している。通信装置＃１、＃５および＃７が通信プロトコルＡに対応し、通信装置＃２および＃４が通信プロトコルＢに対応し、通信装置＃３および＃６が通信プロトコルＣに対応しているものとする。図８は、通信プロトコルＡとしてトークン制御プロトコル、すなわちトークンパッシング方式を使用するプロトコルの場合の動作例を示している。トークンパッシング方式を使用する例として、産業用機器が接続されるネットワークであるＣＣ−Ｌｉｎｋ ＩＥ（登録商標）が存在する。

図８に示した例の通信装置のうち、通信プロトコルＢに対応している通信装置＃２および＃４の動作、通信プロトコルＣに対応している通信装置＃３および＃６の動作は、それぞれ、図６および図７に示した例の通信装置＃２および＃４の動作、通信装置＃３および＃６の動作と同様である。

図８に示した例においては、通信プロトコルＡに対応している通信装置＃１、＃５および＃７のうち、通信装置＃１がトークンの送信タイミングを制御するトークンマスタとして動作し、通信装置＃５および＃７がスレーブとして動作するものとする。トークンマスタは各送信許可期間において最初にトークンを送信することが可能な通信装置である。

図８に示したように、トークンマスタは、送信したトークンが巡回して自装置まで戻ってきた場合、送信許可期間内で再送信が可能かどうか、より詳細には、トークンを再送信した場合に再送信したトークンが送信許可期間内に自装置まで戻ってくるか否かを判別する。トークンマスタは再送信が不可能と判断した場合、トークンの再送信を行わずにトークンを保持し続け、次の送信許可期間、すなわち通信プロトコルＡでの送信が許可された期間Ａとなってからトークンを送信する。

ここで、トークンマスタがトークンを送信し、トークン制御プロトコルにより通信を行う各通信装置をトークンが巡回してトークンマスタに戻るまでに要する最大の時間は予め決まっている。すなわち、トークンマスタがトークンを送信してからトークンマスタに戻ってくるまでの所要時間であるトークン巡回時間の最大値はトークン制御プロトコルにより通信を行う通信装置の台数に基づいて決まる。そのため、トークンマスタは、トークンが巡回して戻ってきた時点の期間Ａの残り時間がトークン巡回時間の最大値よりも小さい場合、トークンの再送信が不可能と判断する。なお、図８に示した期間Ａの長さをトークン巡回時間の最大値の整数倍に設定しておくことにより、トークンマスタは、自装置まで戻ってきたトークンの再送信が可能かどうかを容易に判断することができる。期間Ａの長さがトークン巡回時間の最大値のｎ倍（ｎは正の整数）に設定されている場合、トークンマスタは、１つの期間Ａにおいてトークンをｎ回送信した後はトークンの再送信が不可能と判断する。図８は、期間Ａの長さがトークン巡回時間の最大値に設定されている場合、すなわちｎ＝１の場合の例である。トークン巡回時間の最大値は、ネットワーク上での伝送遅延時間、各通信装置での処理遅延時間、および各通信装置が送信可能な最大データ量を考慮して決められているものとする。

このように、ネットワークシステム１００を形成する通信装置の中にトークン制御プロトコルにより通信を行う通信装置を含めることができる。

図８に示した例ではトークンマスタを１台としたが複数台としてもよい。トークンマスタが複数の場合、各トークンマスタは、トークンを受信すると、自装置の送信が許可されている送信許可期間内、すなわち、トークン制御プロトコルでの送信が許可された送信許可期間内に次のトークンマスタまでトークンが到達可能か否かを判定する。各トークンマスタは、送信許可期間内にトークンが次のトークンマスタまで到達可能と判断すると、トークンを送信する。各トークンマスタは、送信許可期間内にトークンが次のトークンマスタまで到達不可能と判断すると、現在の送信許可期間ではトークンの送信を行わずに、次の送信許可期間まで待ってからトークンを送信する。各トークンマスタは、トークンの巡回経路の情報と、巡回経路上の自装置の次のトークンマスタの情報とを予め保持しているものとする。

図９は、トークンマスタを複数台とした場合の例を示す図である。図９は、実施の形態１にかかるネットワークシステムの第４の具体例を示す図である。図９に示したように、トークン制御プロトコルに対応している通信装置＃１、＃５および＃７の全てがトークンマスタとして動作するようにしてもよい。

図１０は、実施の形態１にかかるネットワークシステムの第５の具体例を示す図である。これまで説明してきた第１から第４の具体例では、ネットワークシステムを構成する複数の通信装置の全てが、自装置のデータ送信が許可された送信許可期間を認識していることを前提として説明を行った。しかし、一部の通信装置が送信許可期間を認識していない場合であっても、特定の通信プロトコルで送信されたデータの伝送遅延時間が増大するのを防止することが可能である。一部の通信装置が送信許可期間を認識していない場合の動作について、図１０を使用して説明する。図１０は、６台の通信装置＃１〜＃６がライン接続された構成のネットワークシステム１００の例を示している。通信装置＃１、＃３および＃５が通信プロトコルＡに対応し、通信装置＃２および＃４が通信プロトコルＢに対応し、通信装置＃１および＃６が通信プロトコルＣに対応しているものとする。図１０の例では通信装置＃１が通信プロトコルＡおよびＣに対応している。また、図１０の例では、各通信周期は、通信プロトコルＡに対応している通信装置による送信を許可する送信許可期間である期間Ａと、通信プロトコルＢに対応している通信装置による送信を許可する送信許可期間である期間Ｂと、対応している通信プロトコルに関係なく、通信装置＃１〜＃６による送信を許可する送信許可期間である共通期間とにより構成されている。プロトコルＡはトークン制御プロトコルである。

図１０に示した例では、通信プロトコルＣに対して送信許可期間が設けられておらず、通信プロトコルＣに対応している通信装置＃６は共通期間のみで送信が可能である。また、通信装置＃６は一般的なパーソナルコンピュータ等であり各送信許可期間の設定、すなわち自装置の送信が許可されている送信許可期間を理解していない。そのため、通信装置＃６は、本来送信が可能な共通期間以外で通信プロトコルＣのデータを送信することがある。図示した例では、通信装置＃６は、期間Ａおよび共通期間において、通信装置＃１宛に通信プロトコルＣのデータを送信し、これらのデータを通信装置＃５が受信する。通信装置＃５は、期間Ａにおいて通信装置＃６から受信したデータが通信プロトコルＡ以外のデータであると判断し、受信したデータの転送は行わずに保持しておく。その後、通信装置＃５は、共通期間になると、通信装置＃６から受信して保持しておいた通信プロトコルＣのデータを転送する。また、通信装置＃５は、共通期間において通信装置＃６から受信したデータについては直ちに転送する。通信装置＃１から＃６が形成しているネットワークシステムがイーサネット（登録商標）ベースのネットワーク、例えばＣＣ−Ｌｉｎｋ ＩＥなどである場合、通信装置＃５は、フレームのヘッダに格納されている情報、具体的には、図５に示したＴｙｐｅフィールドに格納されている情報を確認することにより、共通期間以外の期間で受信したデータがその期間での転送が許可されたデータか否かを判別する。

通信装置＃５の場合について説明したが、通信装置＃２〜＃４も同様である。例えば、通信装置＃２は、期間Ａにおいて通信プロトコルＢで送信されたデータを受信した場合、受信したデータを保持しておき、期間Ｂとなってから転送する。また、通信装置＃２は、期間Ａまたは期間Ｂにおいて通信プロトコルＣで送信されたデータを受信した場合、受信したデータを保持しておき、共通期間となってから転送する。同様に、通信装置＃２は、期間Ｂにおいて通信プロトコルＡで送信されたデータを受信した場合、受信したデータを保持しておき、共通期間となってから転送する。通信装置＃２〜＃５においては、通信処理部１４が、受信したデータをすぐに転送するか一旦保持しておくかを判断する。

このように、図１０に示した例のネットワークシステムでは、特定の通信プロトコルでの送信を許可する送信許可期間である専用送信期間と、全ての通信プロトコルでの送信を許可する共通期間とを設け、専用送信期間および共通期間を認識している通信装置は、専用送信期間での送信が許可されたデータ以外のデータを受信した場合、受信したデータの送信が許可された期間となるまで待ってからデータを転送する。これにより、一般的なパーソナルコンピュータ等の通信装置、すなわち、専用送信期間および共通期間を認識しておらず不定期にデータを送信する通信装置がネットワークシステムに接続されている場合にも、通信装置から不定期に送信されるデータによる影響を排除することができ、特定の通信プロトコルで送信されたデータの低遅延伝送が可能となる。

以上のように、本実施の形態にかかるネットワークシステムは、ネットワークを形成する各通信装置によるデータ送信を許可する送信許可期間を、通信プロトコルごとに個別に設け、各通信装置は、使用している通信プロトコルに対応する送信許可期間においてデータを送信することとした。これにより、各通信プロトコルのデータ送信が他の通信プロトコルのデータ送信の影響を受けて遅延するのを防止できる。また、低遅延伝送が要求されるデータとして周期的に送信される制御データと非周期的に送信される制御データとが存在する産業用機器の制御データについて、低遅延伝送を実現できる。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２にかかるネットワークシステムを説明する。ネットワークシステムの構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態では、ネットワークシステムを形成する通信装置が他の通信装置に対してデータを送信する動作の例について説明する。本実施の形態では、ネットワークシステムにおいて、ネットワークシステムを形成する複数の通信装置の中の１台がマスタとして動作し、残りがスレーブとして動作し、マスタとして動作する通信装置がスレーブとして動作する通信装置との間で各種データを送受信する場合の動作例を説明する。

図１１は、実施の形態２にかかるネットワークシステムにおけるデータ送信動作の第１の例を示す図である。図１１は、通信プロトコルＡに対応している通信装置による送信が許可された送信許可期間である期間Ａと、対応している通信プロトコルに関係なく全ての通信装置による送信が許可された送信許可期間である共通期間とが設定されているネットワークにおいて、マスタの通信装置（以下、マスタと称する）に対してスレーブの通信装置（以下、スレーブと称する）がデータを送信する場合の動作例を示している。マスタは通信プロトコルＡで送信されたデータおよびその他の通信プロトコルで送信されたデータを受信可能である。スレーブは通信プロトコルＡに対応しており、通信プロトコルＡに従ったデータ送信を行う。後述する第２の例〜第９の例においても同様である。また、スレーブは、通信プロトコルＡ以外で送信されたデータについては共通期間において転送する。

図１１は、スレーブが通信プロトコルＡの周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータを、同じ期間、すなわち期間Ａにおいて別々の通信フレームで送信する場合のデータ送信動作の例を示している。なお、図１１では、周期的リアルタイムデータを「周期的ＲＴＤ＃１」などと記載し、非周期的リアルタイムデータを「非周期的ＲＴＤ＃１」などと記載している。後述する第２の例〜第９の例を示す図においても同様である。第１のデータである周期的リアルタイムデータは、産業用機器の制御において、低遅延での伝送が要求され、かつ周期的に送信されるデータである。第２のデータである非周期的リアルタイムデータは、周期的リアルタイムデータと同様に、産業用機器の制御において低遅延での伝送が要求されるデータであるが、いつ送信されるかが不明確なデータである。ただし本実施の形態においては、非周期的リアルタイムデータが送信されるタイミングは完全に不明確ではなく、送信される可能性があるタイミングは予め決まっているものとする。例えば、非周期的リアルタイムデータは周期的リアルタイムデータの送信周期の整数倍の周期に該当するタイミングで送信されるものとする。後述する第２の例〜第９の例においても同様である。なお、非周期的リアルタイムデータが不明確であり、送信される可能性があるタイミングは予め決まっていない場合があってもよい。

図１１に示した例の場合、非周期的リアルタイムデータは、周期１の期間Ａにおいては送信されずに、周期２の期間Ａにおいて周期的リアルタイムデータに続いて送信される。非周期的リアルタイムデータとしては、産業用機器の制御のためのトランジェント通信で送信される制御データであるトランジェントデータのうち、低遅延伝送が要求されるデータが該当するがこれに限定するものではない。トランジェントデータの中には低遅延伝送が要求されないデータ、すなわち伝送遅延時間が大きくなっても問題とならないデータも存在する。周期的リアルタイムデータとしては、産業用機器の制御のためのサイクリック通信で送信される制御データが該当するがこれに限定するものではない。各周期、すなわち、期間Ａが開始となる周期は周期的リアルタイムデータが送信される周期と同様となるように決定される。また、期間Ａの長さは、周期的リアルタイムデータが送信される周期、周期的リアルタイムデータのデータ量、伝送遅延時間のばらつき、および非周期的リアルタイムデータの最大データ量などを考慮して決定される。

なお、スレーブは、非周期的リアルタイムデータ以外の不定期に発生するデータ、すなわち、伝送遅延時間が大きくなっても大きな問題にはならないデータについては共通期間において送信する。スレーブは、伝送遅延時間が大きくなっても大きな問題にはならないデータか否かをデータ送信で使用されている通信プロトコルで判断してもよいし、データが格納されているフレームのヘッダ内の情報から判断してもよい。このように、図１１に示した例の場合、期間Ａは低遅延伝送が要求されるデータを送信するプロトコルでのデータ送信が許可された送信許可期間とする。共通期間は、低遅延伝送が要求されないデータを送信するプロトコルでのデータ送信が許可された送信許可期間とする。共通期間では、低遅延伝送が要求されるデータを送信するプロトコルでの通信も可能とする。

図１１に示したように、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータを送信する通信プロトコルに対応した通信装置が含まれる場合にも本実施の形態のネットワークシステムを適用でき、低遅延伝送を実現できる。

図１２は、実施の形態２にかかるネットワークシステムにおけるデータ送信動作の第２の例を示す図である。図１２は、図１１に示した例と同様に、通信プロトコルＡに対応している通信装置による送信が許可された送信許可期間である期間Ａと、対応している通信プロトコルに関係なく全ての通信装置による送信が許可された送信許可期間である共通期間とが設定されているネットワークにおいて、マスタに対してスレーブがデータを送信する場合の動作例を示している。

図１２に示した例では、スレーブは、同じ送信許可期間において周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータを送信する場合、周期的リアルタイムデータと非周期的リアルタイムデータとを同じフレームに格納して１つのフレームとして送信する。これにより、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータを個別のフレームで送信する図１１に示した例と比較して、フレームのヘッダ部分が少なくなり効率的な伝送、すなわち、データ以外のオーバヘッドの割合を低く抑えた伝送を実現できる。なお、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータは通信プロトコルＡのデータである。後述する各例においても同様とする。

図１３は、実施の形態２にかかるネットワークシステムにおけるデータ送信動作の第３の例を示す図である。図１３は、対応している通信プロトコルに関係なく全ての通信装置による送信が許可された送信許可期間である共通期間が設定されているネットワークにおいて、マスタに対してスレーブがデータを送信する場合の動作例を示している。

図１３は、スレーブがプロトコルＡの周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータを、同じ共通期間において別々の通信フレームで送信する場合のデータ送信動作の例を示している。共通期間が設定される周期は周期的リアルタイムデータが送信される周期に基づいて決定される。具体的には、周期的リアルタイムデータが送信される周期と同様となるように、各共通期間を設定する周期が決定される。すなわち、各共通期間の長さは、周期的リアルタイムデータが送信される周期と同様となるように設定される。

周期的リアルタイムデータは各共通期間において送信される。周期的リアルタイムデータは各共通期間において送信されればよく、同じ共通期間内で送信される周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータの並び順は問わない。図１３に示した例は、周期１で周期的リアルタイムデータを送信してから次の周期２で周期的リアルタイムデータを送信するまでの間に３種類の非周期的リアルタイムデータ、すなわち非周期的リアルタイムデータ＃１、＃２および＃３の送信が発生した場合を示している。図１３に示した例では、非周期的リアルタイムデータ＃１および＃２が周期１の共通期間において送信され、非周期的リアルタイムデータ＃３についてはスレーブ内のバッファで一旦保持された後、周期２の共通期間において、遅延時間が大きくならないようにするために、周期的リアルタイムデータ＃２に先行して送信される。

図１２に示した例と同様に、スレーブは、周期的リアルタイムデータと非周期的リアルタイムデータとを１つの通信フレームで送信するようにしてもよい。

なお、スレーブは、非周期的リアルタイムデータ以外の不定期に発生するデータ、具体的には、伝送遅延時間が大きくなっても大きな問題にはならないデータを送信する場合、非周期的リアルタイムデータが発生していない周期の共通期間、または、送信する非周期的リアルタイムデータのデータ量が少ない周期の共通期間において送信する。すなわち、スレーブは、各共通期間において、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータを優先的に送信し、その他のデータについては周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータの送信が終了した後の残りの期間において送信する。

このように、図１３に示した例では、周期的リアルタイムデータの送信周期、周期的リアルタイムデータのデータ量、伝送遅延時間のばらつき、非周期的リアルタイムデータの発生数および各非周期的リアルタイムデータの最大データ量などを考慮して共通期間を設定する。また、各共通期間において、スレーブは、低遅延伝送が要求される周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータを、伝送遅延時間の増大が問題とならないその他のデータよりも優先的に送信する。図１３に示した例とした場合にも、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータの低遅延伝送を実現できる。

図１４は、実施の形態２にかかるネットワークシステムにおけるデータ送信動作の第４の例を示す図である。図１４は、図１１および図１２と同様に、通信プロトコルＡに対応している通信装置による送信を許可する送信許可期間である期間Ａと、対応している通信プロトコルに関係なく全ての通信装置による送信を許可する送信許可期間である共通期間とが設定されているネットワークにおいて、マスタに対してスレーブがデータを送信する場合の動作例を示している。

図１４は、図１１と同様に、スレーブがプロトコルＡの周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータを、同じ期間、すなわち期間Ａにおいて別々の通信フレームで送信する場合のデータ送信動作の例を示している。ただし、図１４に示した例では、周期Ａの長さを非周期的リアルタイムデータの有無に応じて変更している。周期的リアルタイムデータの送信周期は非周期的リアルタイムデータの有無に関係なく一定であるため、期間Ａおよび共通期間を含んで構成されている各周期の長さは一定とする。スレーブは、各周期において、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータの送信が完了すると、期間Ａを終了させて共通期間として扱い、伝送遅延時間の増大が問題とならないその他のデータが存在する場合にはこれを送信する。マスタはスレーブから送信されたデータを受信するだけのため、期間Ａなのか共通期間なのかを正確に認識する必要はないが、これらをマスタに認識させたい場合、スレーブは、以下のように動作すればよい。スレーブは、例えば、周期的リアルタイムデータを送信する際に、同一期間Ａにおいて非周期的リアルタイムデータを送信するか否かを示す情報を周期的リアルタイムデータに含ませるようにして、非周期的リアルタイムデータの有無をマスタに通知する。マスタは、非周期的リアルタイムデータを送信する旨の情報が含まれていない周期的リアルタイムデータを受信した場合、同一周期の残りの時間が共通期間であると認識する。

スレーブが１台の場合について説明したがスレーブが２台以上の場合の各スレーブの動作も同様である。各スレーブは、各周期において、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータの送信が完了すると、期間Ａを終了させて共通期間として扱い、その他のデータが存在する場合には、その他のデータを送信する。各スレーブは、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータの送信が完了する前に、すなわち期間Ａを終了させる前に、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータのいずれにも該当しないその他のデータを他のスレーブから受信した場合、それを保持しておき、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータの送信が完了して期間Ａを終了させた後に、保持しておいたその他のデータをマスタに向けて送信する。

図１２に示した例と同様に、スレーブは、周期的リアルタイムデータと非周期的リアルタイムデータとを１つの通信フレームで送信するようにしてもよい。

このように、各周期において、各スレーブは期間Ａの長さおよび共通期間の長さをフレキシブルに変更することとしたので、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータの送信が終了した後、その他のデータをすぐに送信することが可能となり、その他のデータの伝送遅延を低く抑えることができる。

図１５は、実施の形態２にかかるネットワークシステムにおけるデータ送信動作の第５の例を示す図である。図１５は、図１３と同様に、対応している通信プロトコルに関係なく全ての通信装置による送信が許可された送信許可期間である共通期間が設定されているネットワークにおいて、マスタに対してスレーブがデータを送信する場合の動作例を示している。

図１５に示した例において、スレーブは、非周期的リアルタイムデータを送信する際、次の周期的リアルタイムデータの送信タイミングとなるまでに非周期的リアルタイムデータの送信が完了するか否かを判断する。スレーブは、次の周期的リアルタイムデータの送信タイミングとなるまでに非周期的リアルタイムデータの送信が完了できない場合、非周期的リアルタイムデータを分割し、次の周期的リアルタイムデータの送信タイミングまでに送信を完了させることが可能なサイズの前半部分のデータと残りの後半部分のデータとを生成する。そして、スレーブは、前半部分の非周期的リアルタイムデータ、周期的リアルタイムデータ、後半部分の非周期的リアルタイムデータの順番でマスタへデータを送信する。図１５に示した例では、スレーブは、非周期的リアルタイムデータ＃１が発生した時、次の周期的リアルタイムデータ＃２の送信開始となる前に非周期的リアルタイムデータ＃１の送信を完了させることができないと判断し、非周期的リアルタイムデータ＃１を非周期的リアルタイムデータ＃１（１／２）および非周期的リアルタイムデータ＃１（２／２）に分割し、周期的リアルタイムデータ＃２の前後で送信する。スレーブは、非周期的リアルタイムデータ＃２を送信する際も同様に、２つに分割して周期的リアルタイムデータ＃３の前後で送信する。

図１５に示した動作においては、例えば、ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.）で規定されたＴＳＮ（Time Sensitive Networks）規格のプリエンプション機能を使用して非周期的リアルタイムデータの分割送信を実現する。

図１５に示した例では、非周期的リアルタイムデータを分割して送信するので、待ち時間、すなわち周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータのいずれも送信されていない時間帯が発生するのを防止できる。よって、帯域の有効利用および低遅延伝送を実現できる。

図１６は、実施の形態２にかかるネットワークシステムにおけるデータ送信動作の第６の例を示す図である。図１６は、図１１および図１２と同様に、通信プロトコルＡに対応している通信装置による送信が許可された送信許可期間である期間Ａと、対応している通信プロトコルに関係なく全ての通信装置による送信が許可された送信許可期間である共通期間とが設定されているネットワークにおいて、マスタに対してスレーブがデータを送信する場合の動作例を示している。

図１６に示した例は、図１１に示した例とは異なり、マスタに設定されている期間Ａおよび共通期間とスレーブに設定されている期間Ａおよび共通期間が完全には一致しておらず、スレーブからマスタまでの伝送路上の遅延時間を考慮した設定値としている。仮に、スレーブからマスタまでの伝送路上の遅延時間をＴｄとすると、スレーブにおける期間Ａおよび共通期間の開始時刻を、マスタにおける期間Ａおよび共通期間の開始時刻よりもＴｄだけ早い値に設定する。スレーブは、各期間Ａで周期的リアルタイムデータを送信し、周期的リアルタイムデータの送信が終了した後の期間Ａの残りの期間において非周期的リアルタイムデータを送信する。スレーブは、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータのいずれにも該当しないその他のデータについては共通期間において送信する。

図１６に示した例では、期間Ａおよび共通期間の開始時刻をマスタとスレーブとで異なる値に設定するので、スレーブからマスタまでの伝送路上の遅延時間を考慮して期間Ａおよび共通期間の長さを決定する必要が無くなる。すなわち、期間Ａおよび共通期間の長さを図１１に示した例などよりも短くすることができる。

図１７は、実施の形態２にかかるネットワークシステムにおけるデータ送信動作の第７の例を示す図である。図１７は、図１１および図１２などと同様に、通信プロトコルＡに対応している通信装置による送信が許可された送信許可期間である期間Ａと、対応している通信プロトコルに関係なく全ての通信装置による送信が許可された送信許可期間である共通期間とが設定されているネットワークにおいて、マスタに対してスレーブがデータを送信する場合の動作例を示している。

図１７に示した例において、スレーブは、周期１の期間Ａで非周期的リアルタイムデータ＃１を送信中に周期的リアルタイムデータ＃１が発生すると、非周期的リアルタイムデータ＃１の送信を中断して周期的リアルタイムデータ＃１の送信を開始する。その後、スレーブは、次の周期２の期間Ａにおいて、周期的リアルタイムデータ＃２を送信した後、周期１で送信を中断した非周期的リアルタイムデータ＃１を再送する。周期２の期間Ａでは、非周期的リアルタイムデータ＃１を最初から送信し直す。

図１７に示した例では、非周期的リアルタイムデータの送信中に周期的リアルタイムタイムデータが発生すると、非周期的リアルタイムデータの送信を中止して周期的リアルタイムデータの送信を開始するので、周期的リアルタイムデータを非周期的リアルタイムデータよりも優先的に送信することができる。

図１８は、実施の形態２にかかるネットワークシステムにおけるデータ送信動作の第８の例を示す図である。図１８は、図１１および図１２などと同様に、通信プロトコルＡに対応している通信装置による送信が許可された送信許可期間である期間Ａと、対応している通信プロトコルに関係なく全ての通信装置による送信が許可された送信許可期間である共通期間とが設定されているネットワークにおいて、マスタに対してスレーブがデータを送信する場合の動作例を示している。

図１１に示した第１の例などでは、周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータの送信が許可された期間Ａにおいて周期的リアルタイムデータおよび非周期的リアルタイムデータを送信することとした。これに対して、図１８に示した例では、期間Ａでデータを送信しきれない場合、期間Ａから共通期間にまたがってデータを送信する。図示した例では、周期１の期間Ａで非周期的リアルタイムデータ＃１の送信が完了せずに、一部のデータを共通期間で送信している。

図１８に示した例によれば、期間Ａで送信しきれない量のデータが存在する場合にデータの伝送遅延時間が必要以上に大きくなるのを防止できる。

各実施の形態では、ネットワークシステムの具体例として、各通信装置がライン接続されたネットワークトポロジの場合について説明を行ったが一例であり、各実施の形態のネットワークシステムは他のネットワークトポロジの場合にも適用可能である。

図１９は、実施の形態２にかかるネットワークシステムにおけるデータ送信動作の第９の例を示す図である。図１９は、図１１および図１２などと同様に、通信プロトコルＡに対応している通信装置による送信が許可された送信許可期間である期間Ａと、対応している通信プロトコルに関係なく全ての通信装置による送信が許可された送信許可期間である共通期間とが設定されているネットワークにおいて、マスタに対してスレーブがデータを送信する場合の動作例を示している。

図１９に示した例において、スレーブは、周期１の期間Ａにおいて周期的リアルタイムデータ＃１を送信するとともに、非周期的リアルタイムデータ＃１としてトランジェントデータ＃１を送信し、周期１の共通期間においてその他のデータ＃１としてトランジェントデータ＃２を送信する。また、スレーブは、周期２の期間Ａにおいて周期的リアルタイムデータ＃２を送信する。周期的リアルタイムデータ＃１および＃２は、上述したサイクリック通信で送信される制御データが該当する。トランジェントデータ＃１は、上述したトランジェントデータのうち、低遅延伝送が要求されるトランジェントデータが該当する。トランジェントデータ＃２は、低遅延伝送が要求されないトランジェントデータが該当する。スレーブは、低遅延伝送が要求されないトランジェントデータが期間Ａで発生した場合、共通期間となるまで待ってから送信する。

スレーブは、周期的リアルタイムデータ＃１とトランジェントデータ＃１とを１つの通信フレームで送信してもよい。

図１９に示した例によれば、低遅延伝送が要求されないトランジェントデータを共通期間で送信するため、低遅延伝送が要求されないトランジェントデータの送信動作の影響を受けて低遅延伝送が要求されるトランジェントデータの送信が遅れてしまうのを防止できる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 通信装置、１１ 計時部、１２ 時刻同期部、１３ 送信期間設定部、１４ 通信処理部、２０ 処理回路、２１ プロセッサ、２２ メモリ、３０ ネットワークコントローラ、４１，４２ ドライバ回路、５１，５２ コネクタ、１００ ネットワークシステム。

Claims (22)

1. 低遅延伝送が要求されるデータを周期的に送信する第１の通信プロトコルに従って通信する通信装置と、低遅延伝送が要求されるデータを非周期的に送信する第２の通信プロトコルに従って通信する通信装置と、低遅延伝送が不要なデータを非周期的に送信する第３の通信プロトコルに従って通信する通信装置とにより形成されたネットワークシステムであって、
   前記第１の通信プロトコルであるトークン制御プロトコルでの送信が許可されている第１の期間と前記第２の通信プロトコルでの送信が許可されている第２の期間と前記第３の通信プロトコルでの送信が許可されている第３の期間とが周期的に割り当てられ、前記第１の期間の長さ、前記第２の期間の長さおよび前記第３の期間の長さが同じであり、
   前記通信装置の各々は、自装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間においてデータを送信し、他の通信装置から受信したデータをデータ送信元の通信装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間において転送する、
   ことを特徴とするネットワークシステム。
2. 低遅延伝送が要求されるデータを周期的に送信する第１の通信プロトコルに従って通信する通信装置と、低遅延伝送が要求されるデータを非周期的に送信する第２の通信プロトコルに従って通信する通信装置と、低遅延伝送が不要なデータを非周期的に送信する第３の通信プロトコルに従って通信する通信装置とにより形成されたネットワークシステムであって、
   前記第１の通信プロトコルであるトークン制御プロトコルでの送信が許可されている第１の期間と前記第２の通信プロトコルでの送信が許可されている第２の期間と前記第３の通信プロトコルでの送信が許可されている第３の期間とが周期的に割り当てられ、前記第１の期間の長さ、前記第２の期間の長さおよび前記第３の期間の長さのうち、少なくとも１つの期間の長さが残りの期間の長さと異なり、
   前記通信装置の各々は、自装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間においてデータを送信し、他の通信装置から受信したデータをデータ送信元の通信装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間において転送する、
   ことを特徴とするネットワークシステム。
3. 前記第１の期間、前記第２の期間および前記第３の期間が周期的に割り当てられる１つの周期は、前記第１の期間、前記第２の期間および前記第３の期間のうち、少なくとも１つの期間を複数含むことを特徴とする請求項１または２に記載のネットワークシステム。
4. 前記トークン制御プロトコルに対応する通信装置の一部または全ては、前記第１の期間とは異なる期間になると、次の第１の期間になるまでトークンを保持しておき、次の第１の期間になるとトークンの送信を再開することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のネットワークシステム。
5. 前記第１の期間、前記第２の期間および前記第３の期間が周期的に割り当てられる１つの周期は、対応している通信プロトコルによらず全ての通信装置による送信を許可する共通期間を含んでいることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のネットワークシステム。
6. 前記第３の期間は、対応している通信プロトコルによらず全ての通信装置による送信を許可する共通期間であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のネットワークシステム。
7. 前記複数の通信装置は、データを受信すると、受信したデータの送信が許可されている期間か否かを確認し、送信が許可されている期間の場合は前記受信したデータを転送し、送信が許可されている期間ではない場合には前記共通期間となるまで待ってから、前記受信したデータを転送することを特徴とする請求項５または６に記載のネットワークシステム。
8. 周期的に送信され、かつ低遅延伝送が要求される第１のデータを送信する第１の通信プロトコルに従って通信する通信装置と、非周期的に送信され、かつ低遅延伝送が要求される第２のデータを送信する第２の通信プロトコルに従って通信する通信装置と、前記第１のデータおよび前記第２のデータのいずれにも該当しないその他のデータを非周期的に送信する第３の通信プロトコルに従って通信する通信装置とにより形成されたネットワークシステムであって、
   前記第１の通信プロトコルでの送信および前記第２の通信プロトコルでの送信が許可されている低遅延伝送期間と、全ての通信プロトコルでの送信が許可されている共通期間とが割り当てられ、
   前記通信装置の各々は、自装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間においてデータを送信し、他の通信装置から受信したデータをデータ送信元の通信装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間において転送し、
   前記低遅延伝送期間は、前記第１のデータおよび前記第２のデータの送信側の通信装置から前記第１のデータおよび前記第２のデータの受信側の通信装置までの伝送路上の遅延時間を考慮し、前記送信側の通信装置と前記受信側の通信装置とで異なる設定とする、
   ことを特徴とするネットワークシステム。
9. 周期的に送信され、かつ低遅延伝送が要求される第１のデータを送信する第１の通信プロトコルに従って通信する通信装置と、非周期的に送信され、かつ低遅延伝送が要求される第２のデータを送信する第２の通信プロトコルに従って通信する通信装置と、前記第１のデータおよび前記第２のデータのいずれにも該当しないその他のデータを非周期的に送信する第３の通信プロトコルに従って通信する通信装置とにより形成されたネットワークシステムであって、
   前記第１の通信プロトコルでの送信および前記第２の通信プロトコルでの送信が許可されている低遅延伝送期間と、全ての通信プロトコルでの送信が許可されている共通期間とが割り当てられ、
   前記通信装置の各々は、自装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間においてデータを送信し、他の通信装置から受信したデータをデータ送信元の通信装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間において転送し、
   前記第１のデータおよび前記第２のデータを送信する通信装置は、前記第２のデータの送信中に前記第１のデータの送信タイミングとなった場合、第２のデータの送信を中断し、前記第１のデータを送信した後に、送信を中断した第２のデータを再送信する、
   ことを特徴とするネットワークシステム。
10. 前記第２のデータは、産業用機器の制御で送受信されるトランジェントデータのうち、低遅延伝送が要求されるトランジェントデータであることを特徴とする請求項８または９に記載のネットワークシステム。
11. 複数の通信装置により形成されたネットワークシステムであって、
    周期的に送信され、かつ低遅延伝送が要求される第１のデータと、非周期的に送信され、かつ低遅延伝送が要求される第２のデータとを送信する通信プロトコルに従って通信する通信装置にデータ送信を許可する期間が周期的に設けられ、
    前記第１のデータおよび前記第２のデータを送信する通信装置は、周期的に設けられた前記期間の各々において、前記第１のデータおよび前記第２のデータの送信が終了した後、前記第１のデータおよび前記第２のデータのいずれにも該当しないその他のデータを非周期的に送信し、
    前記第１のデータおよび前記第２のデータを送信する通信装置は、前記第２のデータの送信中に前記第１のデータの送信タイミングとなる場合、前記第２のデータを分割して前記第１のデータの前後に割り当てて送信する、
    ことを特徴とするネットワークシステム。
12. 低遅延伝送が要求されるデータを周期的に送信する第１の通信プロトコルでの送信が許可された期間、低遅延伝送が要求されるデータを非周期的に送信する第２の通信プロトコルでの通信が許可された期間、および低遅延伝送が不要なデータを非周期的に送信する第３の通信プロトコルでの通信が許可された期間が割り当てられたネットワークシステムにおける通信方法であって、
    前記第１の通信プロトコルであるトークン制御プロトコルでの送信が許可されている第１の期間と前記第２の通信プロトコルでの送信が許可されている第２の期間と前記第３の通信プロトコルでの送信が許可されている第３の期間とが周期的に割り当てられ、前記第１の期間の長さ、前記第２の期間の長さおよび前記第３の期間の長さが同じであり、
    複数の通信装置の各々が、自装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間においてデータを送信し、他の通信装置から受信したデータをデータ送信元の通信装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間において転送する、
    ことを特徴とする通信方法。
13. 低遅延伝送が要求されるデータを周期的に送信する第１の通信プロトコルでの送信が許可された期間、低遅延伝送が要求されるデータを非周期的に送信する第２の通信プロトコルでの通信が許可された期間、および低遅延伝送が不要なデータを非周期的に送信する第３の通信プロトコルでの通信が許可された期間が割り当てられたネットワークシステムにおける通信方法であって、
    前記第１の通信プロトコルであるトークン制御プロトコルでの送信が許可されている第１の期間と前記第２の通信プロトコルでの送信が許可されている第２の期間と前記第３の通信プロトコルでの送信が許可されている第３の期間とが周期的に割り当てられ、前記第１の期間の長さ、前記第２の期間の長さおよび前記第３の期間の長さのうち、少なくとも１つの期間の長さが残りの期間の長さと異なり、
    複数の通信装置の各々が、自装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間においてデータを送信し、他の通信装置から受信したデータをデータ送信元の通信装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間において転送する、
    ことを特徴とする通信方法。
14. 前記第１の期間、前記第２の期間および前記第３の期間が周期的に割り当てられる１つの周期は、前記第１の期間、前記第２の期間および前記第３の期間のうち、少なくとも１つの期間を複数含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の通信方法。
15. 前記トークン制御プロトコルに対応する通信装置の一部または全ては、前記第１の期間とは異なる期間になると、次の第１の期間になるまでトークンを保持しておき、次の第１の期間になるとトークンの送信を再開することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一つに記載の通信方法。
16. 前記第１の期間、前記第２の期間および前記第３の期間が周期的に割り当てられる１つの周期は、対応している通信プロトコルによらず全ての通信装置による送信を許可する共通期間を含んでいることを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一つに記載の通信方法。
17. 前記第３の期間は、対応している通信プロトコルによらず全ての通信装置による送信を許可する共通期間であることを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一つに記載の通信方法。
18. 前記複数の通信装置は、データを受信すると、受信したデータの送信が許可されている期間か否かを確認し、送信が許可されている期間の場合は前記受信したデータを転送し、送信が許可されている期間ではない場合には前記共通期間となるまで待ってから、前記受信したデータを転送することを特徴とする請求項１６または１７に記載の通信方法。
19. 周期的に送信され、かつ低遅延伝送が要求される第１のデータ、および、非周期的に送信され、かつ低遅延伝送が要求される第２のデータの送信が許可されている低遅延伝送期間と、前記第１のデータおよび前記第２のデータのいずれにも該当しないその他のデータの非周期的な送信が許可されている共通期間とが割り当てられたネットワークシステムにおける通信方法であって、
    前記低遅延伝送期間は、前記第１のデータおよび前記第２のデータの送信側の通信装置から前記第１のデータおよび前記第２のデータの受信側の通信装置までの伝送路上の遅延時間を考慮し、前記送信側の通信装置と前記受信側の通信装置とで異なる設定とし、
    複数の通信装置の各々が、自装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間においてデータを送信し、他の通信装置から受信したデータをデータ送信元の通信装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間において転送する、
    ことを特徴とする通信方法。
20. 周期的に送信され、かつ低遅延伝送が要求される第１のデータ、および、非周期的に送信され、かつ低遅延伝送が要求される第２のデータの送信が許可されている低遅延伝送期間と、前記第１のデータおよび前記第２のデータのいずれにも該当しないその他のデータの非周期的な送信が許可されている共通期間とが割り当てられたネットワークシステムにおける通信方法であって、
    複数の通信装置の各々が、自装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間においてデータを送信し、他の通信装置から受信したデータをデータ送信元の通信装置が従っている通信プロトコルでの送信が許可されている期間において転送し、
    前記第１のデータおよび前記第２のデータを送信する通信装置は、前記第２のデータの送信中に前記第１のデータの送信タイミングとなった場合、第２のデータの送信を中断し、前記第１のデータを送信した後に、送信を中断した第２のデータを再送信する、
    ことを特徴とする通信方法。
21. 前記第２のデータは、産業用機器の制御で送受信されるトランジェントデータのうち、低遅延伝送が要求されるトランジェントデータであることを特徴とする請求項１９または２０に記載の通信方法。
22. 複数の通信装置により実現された通信方法であって、
    周期的に送信され、かつ低遅延伝送が要求される第１のデータ、および、非周期的に送信され、かつ低遅延伝送が要求される第２のデータの送信を許可する期間が周期的に設けられたネットワークシステムにおける通信方法であって、
    前記第１のデータおよび前記第２のデータを送信する通信装置が、周期的に設けられた前記期間の各々において、前記第１のデータおよび前記第２のデータの送信が終了した後、前記第１のデータおよび前記第２のデータのいずれにも該当しないその他のデータを非周期的に送信し、
    前記第１のデータおよび前記第２のデータを送信する通信装置は、前記第２のデータの送信中に前記第１のデータの送信タイミングとなる場合、前記第２のデータを分割して前記第１のデータの前後に割り当てて送信する、
    ことを特徴とする通信方法。

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