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JP2009004855A - Communication system and communication method - Google Patents

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JP2009004855A
JP2009004855A JP2007161299A JP2007161299A JP2009004855A JP 2009004855 A JP2009004855 A JP 2009004855A JP 2007161299 A JP2007161299 A JP 2007161299A JP 2007161299 A JP2007161299 A JP 2007161299A JP 2009004855 A JP2009004855 A JP 2009004855A
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communication
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JP2007161299A
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Kenji Yamaguchi
賢治 山口
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reliable communication system and communication method that copes with a permanent fault. <P>SOLUTION: It is decided from the ID of a fragment header whether the fragment packet generated from the same source data is already received or a first received packet (S3). When the ID of the fragment header is already registered (NO), the fragment packet is discarded (S7) and then a state where a fragment packet is expected to be received (S14) is entered. Since a standard fragment function holds the packet ID which is already received, collation therewith is performed to decide whether the packet is a first packet (YES) or a following packet (NO), and the ID thereof is registered (S4) when the packet is the first packet (YES). When the ID of the fragment header is already registered (NO), and when the packet is the following packet (NO), the registered ID is deleted and the packet itself is a redundant part, the packet is discarded (S7), and then the fragment packet is expected to be received (S14). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、信頼性を高くして遠隔制御にも好適な通信システム(以下、「通信方式」ともいう)および通信方法に関するものである。   The present invention relates to a communication system (hereinafter also referred to as “communication method”) and a communication method that are highly reliable and suitable for remote control.

従来の通信システムとしてのインターネットプロトコル(IP:Internet Protocol)を用いたネットワーク(以下、「IPネットワーク」、「フィールドネットワーク」または「インターネット」ともいう)を介し、複数のノードが相互にデータを送信、受信することが可能である。このような通信方法は、機器の性能向上にともなって、伝送遅延やデータの欠損等に対する厳しい要求を持つ用途にも適用されつつある。工業用途においてもプラントの管理や制御の分野、いわゆるプロセス制御の情報伝送手段としてIPネットワークを使用した制御情報の伝送が試みられている。   A plurality of nodes transmit data to each other via a network using the Internet Protocol (IP) as a conventional communication system (hereinafter also referred to as “IP network”, “field network”, or “Internet”). It is possible to receive. Such communication methods are being applied to applications that have strict requirements for transmission delays, data loss, and the like, as the performance of the devices improves. Also in industrial applications, attempts have been made to transmit control information using an IP network as an information transmission means in the field of plant management and control, so-called process control.

プロセス制御の情報伝送は制御周期という一定の時間周期内に全ての制御情報が伝遠完了している必要がある。このため制御周期を越える遅延や情報の欠落は許されない。ところが、IPネットワークの場合、ハブのような中継器を連結してネットワークを構成しており、このハブやケーブルが故障すれば永久的な通信障害が生じるという欠点があった。
また、ケーブルコネクタの接触不良や外来ノイズで一過性の通信障害が生じる。
そこで、厳しい水準を要求されているプロセス制御では、これらを回避するため様々な工夫がなされている。
In the process control information transmission, all control information needs to be transmitted within a certain time period called a control period. For this reason, a delay exceeding the control period and a lack of information are not allowed. However, in the case of an IP network, a repeater such as a hub is connected to form a network. If this hub or cable fails, there is a drawback that a permanent communication failure occurs.
In addition, a temporary communication failure occurs due to poor contact of the cable connector or external noise.
Therefore, in the process control that requires a strict level, various ideas have been made to avoid these.

一方、民生分野においてもインターネットを利用したビデオ配信等の用途で、IPネットワークの持つ不確実性に起因する実時間伝送の不安定性に関する問題が議論されている。この対策として既存のIPv6マルチキャストプロトコルと、前方誤り訂正制御方式(FEC:Forward Error Correction)を組み合わせた通信方式が、信頼性のある大規模マルチキャスト通信を実現する上で有効であることが知られている(例えば、非特許文献1)。   On the other hand, in the field of consumer use, problems related to instability of real-time transmission due to uncertainties of IP networks are being discussed in applications such as video distribution using the Internet. As a countermeasure, it is known that a communication method combining an existing IPv6 multicast protocol and a forward error correction control method (FEC: Forward Error Correction) is effective in realizing reliable large-scale multicast communication. (For example, Non-Patent Document 1).

この通信方式において、IPパケットデータを冗長化したうえで分割し、時間軸で分散送出するという方法が、とりわけインターネットのような不安定なネットワークで見られる断続的に生じるパケットロスへの対策として有効であるといわれている。このパケットロスへの対策も、工業分野での試みと同様に、IPネットワークの信頼性を上げる試みとして位置づけられる。   In this communication method, the method of dividing IP packet data after making it redundant and distributing and transmitting in time axis is particularly effective as a countermeasure against intermittent packet loss found in unstable networks such as the Internet. It is said that it is. This countermeasure against packet loss is positioned as an attempt to increase the reliability of the IP network, as in the industrial field.

図11、図12に沿って従来例を説明する。なお、各国において、説明の便宜上、同一の符号1〜5を別機能であるノード1〜5とハブ(以下、図と整合する箇所は「HUB」という)1〜5に付している。   A conventional example will be described with reference to FIGS. In each country, for convenience of explanation, the same reference numerals 1 to 5 are attached to nodes 1 to 5 and hubs (hereinafter referred to as “HUB”) 1 to 5 which are different functions.

図11は従来のIPネットワークにおいて、リング状に接続したHUBによるループ構成とSTPによる切り替え制御の説明図である。従来のIPネットワークを示す説明図あり、リング状に接続したHUBによるループ構成とSTPによる切り替え制御の説明図である。図11に示すように、IPネットワークをリング状に接続するとリレーのようにHUBからHUBヘ伝送されていくデータが、ループを描いて伝送され続けるという弊害がある。これを回避するためIEBE802.1D Spanning Tree Protocol(STP)という技術が利用されている。   FIG. 11 is an explanatory diagram of a loop configuration by a HUB connected in a ring shape and switching control by STP in a conventional IP network. It is explanatory drawing which shows the conventional IP network, and is explanatory drawing of the loop structure by the HUB connected in the ring shape, and the switching control by STP. As shown in FIG. 11, when an IP network is connected in a ring shape, data transmitted from the HUB to the HUB like a relay is transmitted in a loop. In order to avoid this, a technique called IEBE802.1D Spanning Tree Protocol (STP) is used.

ネットワークに接続されているHUB同士が、相互の接続状況を連絡しあってループを切断する。物理的にはループ状に繋がっているネットワークを、あるアルゴリズムにしたがって論理的に切り離すのである。図11に示すネットワークではHUB1をルートブリッジ(Root Bridge)に設定しているので、HUB3とHUB4の間にブロック点が自動設定されることによりループを切断している。   HUBs connected to the network contact each other's connection status and break the loop. A network that is physically connected in a loop is logically separated according to an algorithm. In the network shown in FIG. 11, since HUB1 is set as a root bridge, a loop is cut by automatically setting a block point between HUB3 and HUB4.

なお、本発明ではIPネットワークの中継器をもっとも一般的に使用されるHUBで代表させているがSTPではこれを機能の面からブリッジ(Bridge)とも称する。
STPのアルゴリズムを単純化すると、あるブリッジから見てルートブリッジに到る経路が複数存をする時は、最短の経路を選択し、それ以外の経路に繋がるポートをブロックするというものである。図11の例では、HUB3にとってルートブリッジであるHUB1に到る経路は左に向かって二つのHUBを経由するか、右に向かって一つのHUBを経由するかで判断する。結果として右方向が選択され、左方向はブロックされることになる。
In the present invention, the repeater of the IP network is represented by the most commonly used HUB. However, in the STP, this is also referred to as a bridge in terms of function.
When the STP algorithm is simplified, when there are a plurality of routes to the root bridge as seen from a certain bridge, the shortest route is selected and the ports connected to the other routes are blocked. In the example of FIG. 11, the route to HUB1, which is the root bridge for HUB3, is determined based on whether it passes through two HUBs toward the left or one HUB toward the right. As a result, the right direction is selected and the left direction is blocked.

ネットワークが故障すると、故障箇所に隣接したHUBがそれを検知して、残りの全HUBに状態が変化したことを通知する。例えばHUB2が故障すると下流側のHUB3が状態変化を通知し、HUB3とHUB1の間にブロック点が移動する。この再構成の結果、HUB3は反対周りの経路で通信を継続できる。   When the network fails, the HUB adjacent to the failure point detects this and notifies all the remaining HUBs that the status has changed. For example, when the HUB 2 fails, the downstream HUB 3 notifies the state change, and the block point moves between the HUB 3 and the HUB 1. As a result of this reconfiguration, the HUB 3 can continue communication on the opposite route.

リングトポロジーとSTPを利用した冗長ネットワークは上記のように簡便なため、オフィスのLAN配線等で多用されているが、この方式には欠点がある。図11のHUB2で示しているが、一般にHUBには多数のノードが接続されている。このため1台のHUBが故障すると、そのHUBに接続されていたノードが一斉に通信不能になってしまう。工業用途のように、故障による通信の途絶を極小にしたい用途には利用できない。   Since the redundant network using the ring topology and STP is simple as described above, it is frequently used in office LAN wiring or the like, but this method has a drawback. As indicated by HUB2 in FIG. 11, generally, a large number of nodes are connected to the HUB. For this reason, if one HUB fails, the nodes connected to the HUB become unable to communicate at the same time. It cannot be used for applications that want to minimize disruption of communication due to failures, such as industrial applications.

図12は従来例に係る2つのネットワークインターフェースを持ったノードを用いてネットワークを完全に2系統使うことにより経路障害に対応する通信システムの説明図である。ノード1とノード2が5段のHUBを介して相互に通信するが、5段のHUBはそれぞれ対のバックアップ機を持ち段間の配線も相互に独立している。   FIG. 12 is an explanatory diagram of a communication system that copes with a path failure by using two complete networks using a node having two network interfaces according to a conventional example. Node 1 and node 2 communicate with each other via a five-stage HUB, and each of the five-stage HUBs has a pair of backup machines and wiring between the stages is also independent of each other.

A側およびB側による2系統のネットワークは、一方を利用している時は他方は待機状態とし、通信には寄与していない。A側で通信している時、図12に示すようにHUB3−Aが故障したとすると、故障を検知するのはノード1とノード2であり、それぞれのノードはそれまで使用していたネットワークインターフェースを休止させて、B側のインターフェースを利用することになる。   The two networks of the A side and the B side are in a standby state when one is used and does not contribute to communication. When communication is performed on the A side, if the HUB3-A fails as shown in FIG. 12, it is the node 1 and the node 2 that detect the failure, and each node uses the network interface used so far. And the B side interface is used.

図12の通信システムによれば、ネットワーク機材の故障に対して、それに接続されたノードが一斉に通信不能となることはない。しかしながら、経路の故障は各ノードがデータ通信の状況から判断するか、あるいは関係する全HUBの稼動状態を常にモニターするかの何れかによって検知する必要がある。経路の切り替え方法については、全ノードを一斉に切り替える方法が一般的であるが、全ノードヘの通知と切り替えタイミングの同期は簡単ではない。   According to the communication system of FIG. 12, the nodes connected to the network equipment are not disabled at the same time due to the failure of the network equipment. However, it is necessary to detect a failure in the path by either judging whether each node is in the state of data communication or constantly monitoring the operating state of all related HUBs. As a route switching method, a method of switching all nodes at the same time is common, but notification to all nodes and synchronization of switching timing are not easy.

以上のように図12に示した従来の通信システムによれば、高信頼性のシステムを構成できる反面、ノードヘの負担が大きくなるという欠点があった。また、図11に示した従来の通信システムにも共通する欠点であるが、経路切り替えに必要な時間が長くなるという欠点もある。
FEC onIPv6 for Reliable Multicast 奈良先端科学技術大学院大学 米山清二郎/砂原秀樹
As described above, according to the conventional communication system shown in FIG. 12, although a highly reliable system can be configured, there is a drawback that a burden on the node is increased. Further, although this is a defect common to the conventional communication system shown in FIG. 11, there is also a defect that the time required for path switching becomes long.
FEC onIPv6 for Reliable Multicast Nara Institute of Science and Technology, Seijiro Yoneyama / Hideki Sunahara

工業用途のIPネットワークではハブのような中継器の故障による伝送経路の途絶を回避するための工夫として、中継器をリング状に配置したリングトポロジーのネットワークや、全中継部を2重配置して、一方を稼動状態に、他方を待機状態にして、経路全体を2重化した待機冗長型2重化ネットワーク等がある。   In industrial IP networks, ring topology networks in which repeaters are arranged in a ring or double repeaters for all repeaters are used to avoid disruption of transmission paths due to failure of repeaters such as hubs. There is a standby redundant type duplex network or the like in which one is in an operating state and the other is in a standby state, and the entire route is duplexed.

前記リングトポロジーのネットワークでは中継器、すなわちハブが故障した時は、その前後のハブで通信経路を折り返すなどして、他のハブ間の通信を保証していた。しかし故障したハブに接続された複数のノードは全ての通信が途絶するため、故障の影響が大きいという欠点があった。   In the ring topology network, when a repeater, that is, a hub fails, communication between other hubs is ensured by turning the communication path back and forth between the hubs before and after the failure. However, a plurality of nodes connected to the failed hub have a drawback that the influence of the failure is large because all communication is interrupted.

そこで、前記待機冗長型2重化ネットワーク等のように、中継器を全て2重化した経路2重化であれば、中継器の1故障が多数のノードの通信途絶に結びつくことはないので、より優れた高信頼性システムを構成できる。   Therefore, as in the case of the standby redundant type duplex network or the like, if the path is duplexed with all the repeaters, one failure of the repeater will not lead to communication interruption of a large number of nodes. A higher reliability system can be constructed.

しかしながら何れの方式を採用しても、中継器の故障を検知し、データの伝送経路を切り替えるためにはある程度の時間が必要である。プロセス制御の情報伝送では、制御周期という一定の時間周期内に全ての制御情報が伝達完了している必要があり、この要求に適合するような短時間での経路切り替えは困難である。また、故障した中継器の内部に滞留していたデータはその中継器の故障とともに失われる。さらに、落雷や開閉アーク等が発生する偶発的なノイズの影響でデータが損失する事故に対しては、従来の手法では対処できなかった。   However, no matter which method is adopted, it takes a certain amount of time to detect a failure of the repeater and switch the data transmission path. In the process control information transmission, all control information needs to be transmitted within a certain time period called a control period, and it is difficult to switch the route in a short time to meet this requirement. Further, the data staying in the failed repeater is lost when the repeater fails. Furthermore, conventional methods cannot deal with accidents in which data is lost due to accidental noise such as lightning strikes and switching arcs.

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、過渡的な障害に対する耐性と、ネットワーク機材の永久故障による通信障害の回避を兼ね備えた通信システムおよび通信方法であって、パケットの冗長化、分割とIPネットワークの標準であるフラグメント機能を利用する長所を維持したまま、時間軸ではなく多重化通信経路へ分散することで、ネットワークの故障にも影響されない高信頼性データ伝送を実現することが可能な通信システムおよび通信方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and is a communication system and a communication method having both resistance to a transient failure and avoidance of a communication failure due to a permanent failure of network equipment. Highly reliable data transmission that is not affected by network failures is realized by distributing to multiplexed communication paths instead of the time axis, while maintaining the advantages of using redundancy, division, and fragment function, which is the standard of IP networks. An object of the present invention is to provide a communication system and a communication method that can be used.

前記課題を解決するために、請求項1に係る通信システムは、多重化されたIPネットワークに接続された複数のノードで構成された通信システムであって、前記各ノードは多重化IPネットワークの各々と接続するために多重化数相当の接続用多端子と、前記各ノードの内部にあって前記接続用多端子に電気的かつ論理的に接続されたIP通信処理部と、を備え、前記IP通信処理部は送信データを冗長にコード化して分割した後に各分割データをフラグメントパケットのフラグメントデータ部分として成型するとともに、前記多重化されたIPネットワークの多重経路に分散して送出する送信機能と、前記多重経路から受信したフラグメントパケットを再構成するとともに、冗長コード化されたデータであれば元のデータにデコードする受信機能と、を備え、前記送信データから作られた冗長化データを、IPネットワークの多重化度とパケットの許容欠損数に応じた冗長度でコード化するとともに複数パケットに分割されて送信することにより、通信経路上でパケットの欠損が生じた時冗長度に応じた欠損数までパケットを再構成することを特徴とする。   In order to solve the above problem, a communication system according to claim 1 is a communication system including a plurality of nodes connected to a multiplexed IP network, and each of the nodes is a multiplexed IP network. A multi-terminal for connection corresponding to the number of multiplexes, and an IP communication processing unit that is electrically and logically connected to the multi-terminal for connection inside each of the nodes. The communication processing unit redundantly encodes and divides the transmission data, and then forms each divided data as a fragment data part of a fragment packet, and a transmission function that distributes and sends the data to multiple paths of the multiplexed IP network; The fragment packet received from the multipath is reconstructed, and if it is redundantly coded data, it is decoded to the original data. A redundant function created from the transmission data is encoded with a redundancy according to the degree of multiplexing of the IP network and the number of packets allowed and transmitted by being divided into a plurality of packets. Thus, when a packet loss occurs on the communication path, the packet is reconstructed up to the number of defects corresponding to the redundancy.

多重化ネットワーク経路はネットワークを形成するハブやルータなどの中継器と、その中継器を接続するケーブルを全て多重化したものである。ノードは多重化された中継器に接続するため、多重化の数だけ接続端子をもち、それぞれの端子と中継器が別々に接続されている。したがって、ノード間の通信経路は完全に独立したネットワークが多重化数だけ並列に形成される。   The multiplexed network path is obtained by multiplexing all the repeaters such as hubs and routers forming the network and the cables connecting the repeaters. Since the node is connected to the multiplexed repeater, it has connection terminals as many as the number of multiplexed terminals, and each terminal and the repeater are connected separately. Accordingly, a completely independent network is formed in parallel for the number of multiplexed communication paths between nodes.

前記ノードはIPを処理するIP通信処理部(IPスタックともいう)を持ち、ノード内部のデータをIPパケットに形成しネットワークに進出するとともに、ネットワークから届いたIPパケットを解釈し、データを抽出する役割を担う。このIP通信処理部は多重化ネットワーク経路と接続するため多重化相当数の外部端子と論理的、電気的に接続されおり、送信パケットはIP通信処理部により、外部端子の何れかを選択して送出される。逆に受信パケットは、多重化ネットワーク経路から受信した全てのパケットがIP通信処理部に届けられ逐次処理される。   The node has an IP communication processing unit (also referred to as an IP stack) for processing IP, forms data inside the node into an IP packet, advances to the network, interprets the IP packet received from the network, and extracts the data Take a role. This IP communication processing unit is logically and electrically connected to a considerable number of external terminals for connection to a multiplexed network path, and a transmission packet is selected by the IP communication processing unit by selecting one of the external terminals. Sent out. On the other hand, all received packets from the multiplexed network path are delivered to the IP communication processing unit and sequentially processed.

IP通信処理部はノード内部のデータをIPパケットとして送信しようとする時、データを冗長に符号化して分割する。この分割されデータを、さらにフラグメントパケットの形式にIPパケットとして形成し、多重化ネットワーク経路に分散して送出する。このように冗長化され、分割され、フラグメントパケットとして送出されたデータは送信先のノードで受信される。   When the IP communication processing unit intends to transmit the data inside the node as an IP packet, the data is redundantly encoded and divided. The divided data is further formed as an IP packet in the form of a fragment packet, and is distributed and transmitted to the multiplexed network path. The data thus made redundant, divided, and sent out as fragment packets are received by the destination node.

受信されパケットは多重化ネットワーク経路から、経路も時刻もばらばらに到着するが、IP通信処理部は多重化ネットワーク経路から受信したパケットを全て受け入れる構成であるため、経路が分散されても全く問題ない。到着時刻の分散に対しては、標準フラグメント形式のIPパケットがすでに対応しており、同様に処理される。さらにIP通信処理部は、冗長化コードをデコードできる最小数のパケットが受信できれば、未到着フラグメントパケットを待たず、その時点で元データを再現する。   The received packet arrives from the multiplexed network route with different routes and times. However, since the IP communication processing unit accepts all packets received from the multiplexed network route, there is no problem even if the route is distributed. . For the distribution of arrival times, IP packets in the standard fragment format already correspond and are processed in the same way. Furthermore, if the minimum number of packets that can decode the redundancy code can be received, the IP communication processing unit does not wait for an unarrived fragment packet and reproduces the original data at that time.

請求項1に係る通信システムによれば、元データを冗長化し、分割パケット化して通信パケットとしているので、冗長度に応じた数までパケットが欠落しても元データが復元できる。また、多重化ネットワーク経路に空間分散しているので、経路の故障時にも経路切り替えをする必要はない。そして、他の理由で経路制御する場合も切り替え時間の制限はなくなる。さらに、断続的な故障や一過性のノイズ障害も問題ない。以上のように、この通信システムによれば、通信経路が永久故障した場合、あるいは一過性の障害が生じた場合であっても確実にデータ伝送することが可能である高信頼性の通信システムを提供できる。   According to the communication system according to the first aspect, since the original data is made redundant and divided into packets to form communication packets, the original data can be restored even if the number of packets corresponding to the redundancy is lost. In addition, since it is spatially distributed over the multiplexed network route, it is not necessary to switch the route even when the route fails. Even when the route is controlled for other reasons, the switching time is not limited. Furthermore, there are no problems with intermittent failures or transient noise failures. As described above, according to this communication system, a highly reliable communication system that can reliably transmit data even when a communication path has a permanent failure or a transient failure has occurred. Can provide.

請求項2に係る通信システムは、請求項1に記載の通信システムにおいて、前記通信システムで、前記ノードは多重化ネットワークに接続するための多端子のほかにLAN機器に接続するための端子1つを備え、IP通信処理部はLAN機器接続端子とも電気的かつ論理的に接続されてLAN機器とのIP通信を処理する機能も併せ持ち、汎用LAN機器を多重化ネットワークに中継接続できることを特徴とする。   A communication system according to claim 2 is the communication system according to claim 1, wherein the node has one terminal for connecting to a LAN device in addition to a multi-terminal for connecting to a multiplexed network. The IP communication processing unit is also electrically and logically connected to the LAN device connection terminal, has a function of processing IP communication with the LAN device, and can connect the general-purpose LAN device to the multiplexed network. .

請求項2に係る通信システムによれば、多重化ネットワーク経路に接続するためのインターフェースを持たない汎用LAN機器を多重化ネットワーク経路に接続し、請求項1の通信システムと同様に信頼性の高い通信システムを提供できる。   According to the communication system according to claim 2, a general-purpose LAN device that does not have an interface for connecting to the multiplexed network path is connected to the multiplexed network path, and communication with high reliability is performed as in the communication system according to claim 1. Can provide a system.

請求項3に係る通信システムは、請求項1に記載の通信システムにおいて、前記ノードは多重化ネットワークに接続するための多端子のほかにシリアル通信機器に接続するための端子1つを備え、IP通信処理部はシリアル通信機器接続端子とも電気的かつ論理的に接続されてシリアル通信機器とのプロトコル変換を処理する機能も併せ持ち、シリアル通信機器を多重化ネットワークに中継接続できることを特徴とする。   A communication system according to claim 3 is the communication system according to claim 1, wherein the node includes one terminal for connecting to a serial communication device in addition to a multi-terminal for connecting to a multiplexed network, and an IP The communication processing unit is electrically and logically connected to a serial communication device connection terminal, has a function of processing protocol conversion with the serial communication device, and can serially connect the serial communication device to a multiplexed network.

請求項3に係る通信システムによれば、多重化ネットワーク経路に接続するためのインターフェースを持たないシリアル通信機器を多重化ネットワーク経路に接続し、請求項1の通信システムと同様に信頼性の高い通信システムを提供することができる。   According to the communication system according to claim 3, a serial communication device that does not have an interface for connecting to the multiplexed network path is connected to the multiplexed network path, and communication with high reliability is performed as in the communication system of claim 1. A system can be provided.

また、請求項4に係る通信方法は、ノードで2重化IPネットワークに対応する通信方法であって、冗長化は元データと同一のデータの繰り返しであり、フラグメント数が2であり、2つのフラグメントパケットのデータ部は元データそのものと同一であり、フラグメントヘッダのオフセットを「0」、Mフラグを「0」とし、前記ノードの送信部は前記2つのフラグメントパケットを2重化IPネットワークに別々に分散して送出するステップと、前記ノードの受信部は2重化IPネットワークから受信したフラグメントパケットがオフセット「0」かつMフラグ「0」であれば冗長化フラグメントパケットであると判定して以下のステップに進むか、そうでなければ標準のフラグメント処理ステップに進むか、を判別するステップと、同じ元データから構成されるフラグメントパケットがすでに受信済の後続パケットか、あるいは最初に受信されたフラグメントパケットであるか、をフラグメントヘッダのIDで判定するステップと、最初のフラグメントパケットならIDを登録して元データを復元し、前記後続パケットならそのパケットを廃棄するとともに登録されていたIDを抹消して、次の新しいフラグメントパケットの受信を待機するステップと、を備えたことを特徴とする。   The communication method according to claim 4 is a communication method corresponding to a duplex IP network at a node, wherein redundancy is repetition of the same data as the original data, the number of fragments is 2, The data part of the fragment packet is the same as the original data itself, the offset of the fragment header is set to “0”, the M flag is set to “0”, and the transmission part of the node separates the two fragment packets into a duplex IP network. And the receiving unit of the node determines that the fragment packet received from the duplex IP network is a redundant fragment packet if the offset packet is “0” and the M flag is “0”. To determine whether to proceed to this step, or to proceed to the standard fragment processing step. The step of determining whether the fragment packet composed of the original data is a subsequent packet that has already been received or the first received fragment packet by the ID of the fragment header, and if it is the first fragment packet, register the ID Restoring the original data, discarding the packet if it is the subsequent packet, deleting the registered ID, and waiting for reception of the next new fragment packet.

請求項4に係る通信方法は、前記ノードで2重化されたIPネットワークに対応する通信システムである。そのノードの冗長化手法は元データの繰り返しであり、またフラグメント数が2で、2つのフラグメントパケットのデータ部は同一の元データそのものとし、さらにフラグメントヘッダのオフセットを「0」、Mフラグを「0」となるよう冗長化フラグメントパケット形式を定める。   A communication method according to claim 4 is a communication system corresponding to an IP network duplexed by the nodes. The redundancy method of the node is repetition of the original data, the number of fragments is 2, the data part of the two fragment packets is the same original data itself, the offset of the fragment header is “0”, and the M flag is “ The redundant fragment packet format is determined to be “0”.

IP通信処理部の送信部は、元データを前記冗長化フラグメントパケット形式にまとめて、2つのフラグメントパケットとなし、2重化ネットワークに別々に分散して送出する。
IP通信処理部の受信部は、2重化ネットワークからフラグメントパケットを受信すると、最初にオフセットとMフラグが両方とも「0」であるか、そうでないかに基づいて冗長化フラグメントパケットであるか、標準のフラグメントパケットであるかを判別する。標準フラグメントパケットあれば標準フラグメントパケットの手順で処理されるが、冗長化フラグメントパケットであれば以下のようなステップの処理により元データを復元する。
The transmission unit of the IP communication processing unit collects the original data in the redundant fragment packet format, forms two fragment packets, and distributes them separately to the duplex network for transmission.
When the reception unit of the IP communication processing unit receives a fragment packet from the duplex network, first, whether the offset and the M flag are both “0” or not, whether the packet is a redundant fragment packet, Determine whether it is a standard fragment packet. If it is a standard fragment packet, it is processed according to the procedure of the standard fragment packet. If it is a redundant fragment packet, the original data is restored by the following steps.

1)同じ元データからできたフラグメントパケットをすでに受信しているか、最初の受信パケットであるか、をフラグメントヘッダのIDとノードに登録された受信済IDとの比較で判定する。
2)最初のフラグメントパケットならIDを登録して、元データを復元する。後続パケットならそのパケットを廃棄するとともに登録されていたIDを抹消する。
3)次の新しいフラグメントパケットの受信を待機する。
1) It is determined by comparing the ID of the fragment header with the received ID registered in the node whether a fragment packet made from the same original data has already been received or the first received packet.
2) If it is the first fragment packet, the ID is registered and the original data is restored. If it is a subsequent packet, the packet is discarded and the registered ID is deleted.
3) Wait for reception of the next new fragment packet.

請求項4に係る通信システムによれば、フラグメント形式はIP標準形式のままであり、既存のIPネットワーク機材でネットワークを構成できる。また、冗長化手法が元データの繰り返しであり、複雑な算術演算が不要なため処理負荷が軽くて済む。そして、通信システムは完全に2重化されているので、ネットワークを構成する中継器やケーブルの故障が生じても、残りの経路で支障なく通信できる。また、常に冗長なデータを冗長な経路に分散して通信しているので、外来ノイズ等による通信障害によるパケットの欠落が発生しても、別経路を通る残りのパケットによって保証される。   According to the communication system of the fourth aspect, the fragment format remains the IP standard format, and the network can be configured with existing IP network equipment. Further, since the redundancy method is repetition of the original data, and a complicated arithmetic operation is not required, the processing load can be reduced. And since the communication system is completely duplexed, even if a failure occurs in a repeater or a cable constituting the network, communication can be performed without any trouble on the remaining route. Further, since redundant data is always distributed and communicated in a redundant route, even if a packet is lost due to a communication failure due to external noise or the like, the remaining packet passing through another route is guaranteed.

以上のように、この通信システムによれば、通信経路が永久故障した場合でも、一過性の障害が生じた場合であっても、確実にデータ伝送することが可能であり、かつ標準のIPネットワークで簡便に構成できる信頼性の高い通信システムを提供できる。   As described above, according to this communication system, it is possible to reliably transmit data even when a communication path has a permanent failure or a transient failure, and a standard IP A highly reliable communication system that can be easily configured in a network can be provided.

請求項5に係る通信方法は、請求項4に記載の通信方法における前記ノードにおいて、2重化ネットワークの一方が故障した時、正常側に前記2つのフラグメントパケットを送出する規制か、あるいは、正常側だけのフラグメントパケットを送出する規制の何れかを選択してパケット送信動作を規制することを特徴とする。
すなわち、前記ノードでIP通信処理部の送信部に関し、経路故障が発生した時の冗長化フラグメントパケットの送出制御を可能とした通信方法である。
In the communication method according to claim 5, in the node in the communication method according to claim 4, when one of the duplex networks fails, the restriction to send the two fragment packets to the normal side, or normal The packet transmission operation is restricted by selecting any one of the restrictions on sending the fragment packet only on the side.
That is, this is a communication method that enables transmission control of redundant fragment packets when a path failure occurs with respect to the transmission unit of the IP communication processing unit in the node.

請求項5に係る通信方法によれば、前記ノードでは冗長化フラグメントパケットを2経路に分散送出している。これを2経路の内の1経路が故障した時点で、そのまま故障側に送出し続けるのか、故障側は使用せず正常側に自動切り替えして全パケットを正常側だけに送出するか、を選択できるようIP通信処理部を構成するものである。すなわち経路の故障時には冗長パケットの空間分散から、時間分散にモード切り替えができる。
この通信方法によれば、残存する通信経路が1経路であっても、偶発的なパケット喪失に対しては冗長化が有効となり、故障時であっても高い信頼性を確保できる。
According to the communication method of the fifth aspect, the node distributes redundant fragment packets in two paths. When one of the two routes fails, select whether to continue sending to the failure side as it is, or to automatically switch to the normal side without using the failure side and send all packets to the normal side only The IP communication processing unit is configured so as to be able to. In other words, when a path fails, the mode can be switched from spatial dispersion of redundant packets to time dispersion.
According to this communication method, even if there is only one remaining communication path, redundancy is effective against accidental packet loss, and high reliability can be ensured even at the time of failure.

本発明による通信システムおよび制御通信方法によれば、以下に示す効果が得られる。
1)多重化ネットワーク経路の一部の経路が永久故障しても、他の正常な冗長経路を経由して届いたデータによって復元できる。このため経路を切り替えて故障に対処する必要はない。何経路まで故障した場合であっても復元できるかについては、システムの要求レベルによるが、要求レベルに応じたデータの冗長度に調整することによって対応することができる。最も単純な例として、ネットワークを2重化するとともに、データパケットのコピー1つを併送することによって、1パケットの欠損を許容する冗長度の調整例がある。
According to the communication system and the control communication method of the present invention, the following effects can be obtained.
1) Even if a part of a multiplexed network path fails permanently, it can be restored by data received via another normal redundant path. For this reason, it is not necessary to deal with the failure by switching the route. Depending on the required level of the system, it can be dealt with by adjusting to the data redundancy according to the required level. As the simplest example, there is an example of adjusting the redundancy that allows one packet to be lost by duplicating the network and simultaneously sending one copy of the data packet.

2)冗長度に応じたデータの復元が保証されるので、何らかの理由で経路を切り替える必要があるシステムであっても、急いで切り替える必要はなく、高速切り替えのための特殊な機材や手法は不要である。本発明によって、このような作用効果があるために、僅かな遅延時間に対しても許容範囲の厳しいアプリケーションにも適用できる。 2) Restoration of data according to redundancy is guaranteed, so even if the system needs to switch routes for some reason, there is no need to switch quickly, and no special equipment or techniques are required for high-speed switching. It is. According to the present invention, since there are such effects, the present invention can be applied to an application having a severe tolerance even for a slight delay time.

3)偶発的なパケットの欠損に対しては、故障検出と経路切り替え機能で対応することはできなかったが、冗長化データを複数経路へ分散送信することにより、さまざまな要因の障害を救済することが可能となる。例えば、ケーブルの接触不良に起因する断続的な障害に対応できる。その他、外来ノイズによる情報欠損を救済できるほか、故障した中継器の内部に滞留中であるため故障とともに失われてしまうパケットも救済できる。
このような作用効果により、経路故障時には、冗長化パケットの経路分散を時間分散に切り替えて、正常経路に送出する方式を採用すると、経路故障時にも偶発的なパケット損失に強い通信システムが構成できる。
3) Although accidental packet loss could not be dealt with by failure detection and path switching function, the failure of various factors can be remedied by distributing redundant data to multiple paths. It becomes possible. For example, it is possible to cope with intermittent failures caused by poor contact of cables. In addition, information loss due to external noise can be remedied, and packets that are lost due to failure because of stagnation inside the failed repeater can be remedied.
As a result of such an effect, if a method of switching the route distribution of the redundant packet to time distribution and sending it to the normal route when a route failure occurs, a communication system that is resistant to accidental packet loss can be configured even when the route failure occurs .

4)冗長コードや冗長化パケット等の冗長化データは送信前の元データを単純コピーするだけで生成できるので処理が簡単である。したがって、簡素なノードに適用できる。
5)フラグメントの標準形式をそのまま用いて冗長化データを生成するので、標準IPネットワークと共存できる。さらに、上位プロトコルであるTCP、UDP、ICMP等にも影響を与えない。また、ネットワークを構成するハブやルータもIPネットワーク機器が使用できるので、通信システムの変更や拡張が容易であり、運用管理や保守性に優れる。
4) Since redundant data such as redundant codes and redundant packets can be generated by simply copying the original data before transmission, the processing is simple. Therefore, it can be applied to a simple node.
5) Since redundant data is generated using the standard format of the fragment as it is, it can coexist with the standard IP network. Further, it does not affect the upper protocols TCP, UDP, ICMP and the like. In addition, since the IP network device can be used for the hub and router constituting the network, the communication system can be easily changed and expanded, and the operation management and maintainability are excellent.

6)フラグメントを利用したデータの冗長化は、一般的なIP通信ノードで使用されるIPスタックを小変更するだけで実現できる。ノードのアプリケーション層とは切り離されたIP層での実装になるので、冗長化対応のIPスタックも一般的IPスタックと同様、どのような機器にも同じリソースを共用できる。
7)中継器を多重化した多重化ネットワーク経路を利用するので1中継器の故障で、多数のノードが一度に通信できなくなるような不都合がない。
8)冗長化ノードを小変更すると、汎用のLAN機器やシリアル通信機器を多重化ネットワーク経路につなぐ専用中継器にできるので、高信頼性ネットワークにおいても汎用機器が容易に利用できる。
6) Redundancy of data using fragments can be realized only by making a small change to an IP stack used in a general IP communication node. Since the implementation is performed on the IP layer separated from the application layer of the node, the IP stack corresponding to redundancy can share the same resource with any device as in the general IP stack.
7) Since a multiplexed network path in which repeaters are multiplexed is used, there is no inconvenience that many nodes cannot communicate at the same time due to a failure of one repeater.
8) If the redundant node is changed slightly, a general-purpose LAN device or serial communication device can be used as a dedicated repeater that connects the multiplexed network path, so that the general-purpose device can be easily used even in a highly reliable network.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態(以下、「本実施形態」という)に関連する通信システム(以下、「本システム」ともいう)におけるパケット送信部の送信処理を示す説明図である。図1に示す送信処理では、Reed Solomon符号の付加とフラグメント機構を用いたパケット分割によるパケットロス対策の送信処理を実行する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a transmission process of a packet transmission unit in a communication system (hereinafter also referred to as “present system”) related to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “present embodiment”). In the transmission processing shown in FIG. 1, transmission processing for packet loss countermeasures by adding a Reed Solomon code and packet division using a fragment mechanism is executed.

図2は本実施形態に関連する通信システムにおけるパケット受信部の受信処理を示す説明図である。図2に示す受信処理では、Reed Solomon符号の付加とフラグメント機構を用いたパケット分割によるパケットロス対策の受信処理を実行する。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing reception processing of the packet reception unit in the communication system related to the present embodiment. In the reception process shown in FIG. 2, the reception process of the packet loss countermeasure by the addition of the Reed Solomon code and the packet division using the fragment mechanism is executed.

図1、図2に示す送受信処理では、「元データをフラグメントしたパケット数をn、それに対して付与した誤り訂正コード数をmとする時、受信ノードに受信した全パケット数がn以上であれば訂正可能な範囲である。パケットがn個受信でき、元データが復元可能になった時点で復元を開始する。」という原理に基づいて動作している。このことは、m個のパケットが欠落してもデータが復元できることを意味する。   In the transmission / reception processing shown in FIG. 1 and FIG. 2, “when the number of packets fragmented from the original data is n and the number of error correction codes assigned thereto is m, the total number of packets received by the receiving node is n or more. It is operating based on the principle that “restoration starts when n packets can be received and the original data can be restored.” This means that data can be restored even if m packets are lost.

すなわち、IPパケットデータを冗長化したうえで分割し、時間軸で分散送出するという方法が、インターネットのような不安定なネットワークで見られる断続的に生じるパケット欠落に対して有効な方法として提案されている。しかし、工業用ネットワークに求められる高い稼働率を保証するものではない。   In other words, the method of dividing IP packet data after making it redundant and distributing and transmitting on the time axis has been proposed as an effective method for intermittent packet loss seen in an unstable network such as the Internet. ing. However, it does not guarantee the high availability required for industrial networks.

また、ネットワークを構成する中継機器やメディアの永久故障についても対応できるような障害回避方式が求められている。なお、図1、図2に示す送受信処理に関する動作は、非特許文献1である奈良先端科学技術大学院大学の論文「FEC on IPv6 for Reliable Multicast」にも詳述されているので、さらなる説明は省略する。   In addition, there is a need for a failure avoidance method that can cope with a permanent failure of a relay device or media constituting a network. 1 and 2 are described in detail in the paper “FEC on IPv6 for Reliable Multicast” by Nara Institute of Science and Technology, which is a non-patent document 1, so further explanation is omitted. To do.

本システムは、図1、図2の送受信処理と多重化されたネットワークを組み合わせ、さらにフラグメントされたパケットを多重化ネットワーク経路に分散して送出する。すなわち、冗長化パケットを複数の経路(空間軸)へ分散送出することにより、過渡的な障害に対する耐性と、ネットワーク機材の永久故障による通信途絶の回避機能と、を兼ね備えた通信システムである。   This system combines the transmission / reception processing of FIG. 1 and FIG. 2 with the multiplexed network, and further distributes the fragmented packets to the multiplexed network path for transmission. That is, it is a communication system that has both a resistance against a transient failure and a function of avoiding a communication interruption due to a permanent failure of network equipment by distributing and transmitting redundant packets to a plurality of paths (space axes).

図3は本実施形態に係る通信システムにおいて、IPv6のフラグメント方式に適用した送信デ一タを生成するパケット送信部の送信処理を示す説明図である。図3において、IPv6のフラグメント処理は、パケット構造で示したフラグメント可能なデータを必要数に分割してフラグメントヘッダを追加することで生成する。以下の手順は図4も併せて説明する。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing transmission processing of a packet transmission unit that generates transmission data applied to the IPv6 fragment scheme in the communication system according to the present embodiment. In FIG. 3, fragment processing of IPv6 is generated by dividing fragmentable data shown in the packet structure into a necessary number and adding a fragment header. The following procedure will also be described with reference to FIG.

図4は本実施形態に係る通信システムにおいて、冗長化フラグメントパケットがネットワーク経由で受信した時、それを復元する手順を示すフローチャートである。なお、図4に示した手順において、ネットワークの多重化は2重とし、データの冗長化は単純な同一データの繰り返しを例示しているが、これに限定することなく3重以上の多重化やデータの冗長符号化等を採用しても構わない。   FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for restoring a redundant fragment packet when it is received via the network in the communication system according to the present embodiment. In the procedure shown in FIG. 4, the multiplexing of the network is duplex, and the redundancy of data is illustrated by repeating the same data simply, but the multiplexing is not limited to this. Redundant encoding of data or the like may be employed.

3重以上の多重化やデータの冗長符号化等の場合、「元データをフラグメントしたパケット数をn、付与した誤り訂正コード数をmとする時、受信ノードに受信しないパケット数がm以下なら訂正可能」であるので、ネットワークの多重化数をKとすると、全パケット数n+mをK系統のネットワークに均等分散した時、1系統のネットワークが故障してもデータ復元が可能な条件は、1系統のパケット数がm以下であればよいので、以下のようになる。   In the case of triple or more multiplexing, redundant data encoding, etc., “If the number of packets fragmented from the original data is n and the number of error correction codes added is m, the number of packets not received by the receiving node is less than m. If the number of multiplexed networks is K, when the total number of packets n + m is evenly distributed over the K system networks, the condition under which data restoration is possible even if one system network fails is 1 Since the number of packets in the system only needs to be m or less, it is as follows.

(n+m)/K≦m
元データnと訂正符号mの比でみると、
n/m≦K−1
K=2すなわち2重化ネットワークであれば、
n/m≦1
K=3すなわち3重化ネットワークであれば、
n/m≦2
となる。
図3、図4に示した通信システムは、元データnと訂正符号mがともに1でKが2に相当する。
(N + m) / K ≦ m
Looking at the ratio of the original data n and the correction code m,
n / m ≦ K-1
If K = 2, that is, a duplex network,
n / m ≦ 1
If K = 3, that is, a triple network,
n / m ≦ 2
It becomes.
In the communication system shown in FIGS. 3 and 4, both the original data n and the correction code m are 1 and K is 2.

本システムではパケット構造31の元データからフラグメント可能な部分を分割するのではなく、そのままコピーして2個のフラグメント形式のパケット構造32,33を生成する。一般的にはReed Solomon符号を生成して第2フラグメントのデータとするが、2重化の場合、このような煩雑な処理を使用するまでもない。この時フラグメントヘッダはパケット構造34に示す内容となるが、要点はオフセットの値を「0」、Mフラグの値を「0」とすることにある。   In this system, the fragmentable portion is not divided from the original data of the packet structure 31 but is copied as it is to generate two fragment-type packet structures 32 and 33. In general, a Reed Solomon code is generated and used as the data of the second fragment. However, in the case of duplication, there is no need to use such complicated processing. At this time, the fragment header has the contents shown in the packet structure 34. The main point is that the offset value is "0" and the M flag value is "0".

オフセット値は分割されたフラグメントデータが元のデータの何処の位置にあったかを示す指標である。オフセット「0」は先頭データであったことを示している。また、Mフラグが「1」であるとは後続の分割データが存在することを示し、「0」であれば最後尾のデータであることを示す。したがって、オフセット「0」かつMフラグ「0」とは、先頭のデータでありながら最後尾のデータでもあるということになる。   The offset value is an index indicating where the divided fragment data is located in the original data. The offset “0” indicates that it was the top data. Further, when the M flag is “1”, it indicates that there is subsequent divided data, and when it is “0”, it indicates that it is the last data. Therefore, the offset “0” and the M flag “0” are both the first data and the last data.

これは通常のフラグメントパケットではありえないパターンである。本システムでは、この未利用の「ありえない形式」を目安にして、通常のフラグメントパケットと冗長化フラグメントパケットを区別する。
なお、この「ありえない形式は、パケット形式としては標準フラグメントの枠内である。このため冗長化フラグメントパケヅトは標準IPネットワークと相互運用可能となる。
This is a pattern that cannot be a normal fragment packet. In this system, this unused “impossible format” is used as a guideline to distinguish normal fragment packets from redundant fragment packets.
The “impossible format” is within the standard fragment as a packet format. Therefore, the redundant fragment packet can interoperate with the standard IP network.

図示せぬ送信部は、このパケット構造34を持った、全く同じ2つのフラグメントパケットを、2重化ネットワークの2経路に別々に送出する。これにより、空間的な危険分散を図ることができる。   A transmitting unit (not shown) separately transmits the same two fragment packets having this packet structure 34 to two paths of the duplex network. Thereby, spatial danger dispersion | distribution can be aimed at.

図4に示すフローチャートに沿って冗長化フラグメントパケットがネットワークから受信された時(S1)、それを復元する(S5,S10)手順を説明する。図4の左半分に冗長化フラグメントの復元郎(S2〜S7)、図4の右半分に標準フラグメントの復元部(S8〜S13)を示している。受信パケットに対して、まず標準フラグメントか冗長化フラグメントかを判定(S2)する。その手段は前述のとおり、オフセット「0」かつ、Mフラグ「0」であれば、冗長化フラグメントパケットである(YES)と判定し次の処理(S3)へ移行する。   When a redundant fragment packet is received from the network (S1) according to the flowchart shown in FIG. 4, a procedure for restoring it (S5, S10) will be described. The left half of FIG. 4 shows a redundant fragment restorer (S2 to S7), and the right half of FIG. 4 shows a standard fragment restorer (S8 to S13). First, it is determined whether the received packet is a standard fragment or a redundant fragment (S2). As described above, if the offset is “0” and the M flag is “0”, the means determines that the packet is a redundant fragment packet (YES), and proceeds to the next process (S3).

処理(S3)では、同じ元データからできたフラグメントパケットがすでに受信済みであるかをフラグメントヘッダのIDで判定する。この機能は標準フラグメントパケットと同じである。受信済みのパケットIDは登録されているので、これと照合して未登録で最初のパケット(YES)であれば、そのIDを新しく登録(S4)する。この例では2重化なので、最初の1パケットで元データが復元できる。ただちに復元処理(S5)し、元データをIP層に戻して(S6)、次のフラグメントパケットの受信待ち(S14)で待機する。   In the process (S3), it is determined by the ID of the fragment header whether a fragment packet made from the same original data has already been received. This function is the same as a standard fragment packet. Since the received packet ID is registered, if it is unregistered and the first packet (YES) in comparison with this, the ID is newly registered (S4). Since this example is duplexed, the original data can be restored with the first packet. The restoration process is immediately performed (S5), the original data is returned to the IP layer (S6), and the process waits for reception of the next fragment packet (S14).

処理(S3)でIDが登録済みで後続パケット(NO)と判定されると、ID抹消と同時にパケットを破棄(S7)し、次の受信待ち(S14)で待機する。   If it is determined in the process (S3) that the ID has been registered and the subsequent packet (NO), the packet is discarded (S7) at the same time as the ID is deleted, and the process waits for the next reception (S14).

処理(S2)で標準フラグメントパケットと判定されると、次の処理(S8)で同じ元データからできたフラグメントパケットがすでに受信済みであるかをフラグメントヘッダのIDで判定する。未登録である(YES)とIDを新しく登録すると同時に60秒タイマーを設定(S9)し、登録済みである(NO)とそのままパケット復元処理(S10)を実行する。   If it is determined in step (S2) that it is a standard fragment packet, it is determined in the next step (S8) whether or not a fragment packet made from the same original data has already been received by the ID of the fragment header. When it is not registered (YES), a new ID is registered at the same time, and a 60-second timer is set (S9), and when it is registered (NO), the packet restoration process (S10) is executed as it is.

標準フラグメントパケットはフラグメント数が不定であるうえ、受信側にはその数が伝わらない。パケット復元処理(S10)は、オフセットとMフラグを手がかりに先頭パケットと最後尾パケットの間を埋めていく処理になる。データが先頭から最後まで揃うと、パケットの復元完了の判定(S11)が完了(YES)となって、ID抹消とタイマー停止(S12)をし、復元した元データをIP層に戻す(S13)。復元未了(NO)であれば、そのまま次のフラグメントパケットの受信待ち(S14)で待機する。   The standard fragment packet has an indefinite number of fragments, and the number is not transmitted to the receiving side. The packet restoration process (S10) is a process of filling between the first packet and the last packet with the offset and the M flag as clues. When the data is collected from the beginning to the end, the packet restoration completion determination (S11) is completed (YES), ID deletion and timer stop (S12) are performed, and the restored original data is returned to the IP layer (S13). . If the restoration is not completed (NO), the process waits for the next fragment packet to be received (S14).

なおIDの登録管理について補足すると、まずIDの抹消については全フラグメントパケットが滞りなく到着すれば問題ないが、通信経路で欠損すると復元処理も含めて登録抹消に到らず、最後はこれを整理する処理が必要である。標準フラグメントでは60秒タイマーを使用して、60秒以内に復元できなければ登録IDを強制的に抹消する。   To supplement ID registration management, there is no problem if all fragment packets arrive without delay for ID deletion. However, if there is a loss in the communication path, registration deletion will not be completed, including restoration processing, and this will be organized at the end. Processing is necessary. The standard fragment uses a 60-second timer and forcibly deletes the registration ID if it cannot be restored within 60 seconds.

しかし冗長化フラグメントにおいては、経路故障の状況次第では、欠損パケットが多発しメモリ資源を無駄に消費するおそれがある。タイマー機構とは別に、登録ID数の上限を設定し、これを超える時には、古い登録から順次抹消する処理をして対応する(図示せず)。   However, in the redundant fragment, depending on the situation of the path failure, there is a possibility that lost packets occur frequently and memory resources are wasted. Aside from the timer mechanism, an upper limit of the number of registered IDs is set, and when the upper limit is exceeded, the old registration is deleted in order (not shown).

本システムにおいて、送信側で冗長化したフラグメントパケットをネットワーク経由で伝送し、受信側で元データを復元することにより、以下の効果が得られる。
1)ネットワークの多重度に応じてデータを冗長化し、多重化ネットワーク経路に分散して伝送するのでネットワークの1経路が永久故障してもデータを復元できる。
2)2重化ネットワークにおいては、フラグメントの標準仕様をそのまま用いて2重化データを生成する方式を利用できるので、標準IPネットワークと共存できる。また、ノードの構成も一般的なIPスタックをわずかに変更するだけで実現できる。
In this system, the following effects can be obtained by transmitting the redundant fragment packet on the transmission side via the network and restoring the original data on the reception side.
1) Since data is made redundant according to the multiplicity of the network and distributed and transmitted over the multiplexed network path, the data can be restored even if one path of the network is permanently broken.
2) In a duplex network, a method of generating duplex data by using the standard specification of a fragment as it is can be used, so that it can coexist with a standard IP network. The node configuration can also be realized by slightly changing a general IP stack.

3)さらに従来方式のように数式による冗長コードを生成するのではなく、単純なコピーで冗長コードを生成できるので処理が簡単である。
4)フラグメントを利用したデータの冗長化は、一般的なIP通信ノードで使用されるIPスタックを小変更するだけで実現できる。ノードのアプリケーション層とは切り離されIP層での実装になるので、冗長化対応のIPスタックも一般的IPスタックと同様、どのような機器にも同じリソースを共用できる。
3) Furthermore, the redundant code can be generated by a simple copy instead of generating the redundant code by the mathematical formula as in the conventional method, and the processing is simple.
4) Data redundancy using fragments can be realized only by making a small change to the IP stack used in a general IP communication node. Since it is separated from the application layer of the node and implemented in the IP layer, the IP stack corresponding to redundancy can share the same resources with any device as in the general IP stack.

図5は本実施形態に係るデータ冗長化機能付ノード(以下、「ノード」と略す)を2重化ネットワークに組み合わせた通信システムを示すブロック図である。図5に示すように、A側の第1経路(以下、経路ともいう)10とB側の第2経路(以下、経路ともいう)20による2重化ネットワークが構成されている。   FIG. 5 is a block diagram showing a communication system in which a node with a data redundancy function (hereinafter abbreviated as “node”) according to the present embodiment is combined with a duplex network. As shown in FIG. 5, a duplex network is configured by a first route (hereinafter also referred to as a route) 10 on the A side and a second route (hereinafter also referred to as a route) 20 on the B side.

この2重化ネットワークは、経路10、経路20にそれぞれ介挿された通信データの中継器であるHUBと、これらを接続するケーブルを完全2重化して、どちらか一方が故障しても他方が通信経路を確保する構成となっている。またノード1,2もそれに対応してネットワークの接続を2重化した2重化ノードとなっている。   In this duplex network, the HUB, which is a relay for communication data inserted in the route 10 and the route 20, respectively, and the cable connecting them are completely duplicated. The communication path is ensured. Nodes 1 and 2 are also duplexed nodes corresponding to the duplicated network connections.

一般には、IPネットワークに接続されるノードは多数であり、ネットワークを形成するHUBは、ツリー状に相互接続される(図10参照)が、この図では説明のため、ノード1とノード2の2つのノードと、その間の通信データを中継するHUBのみを描いて、単純化している。   In general, there are a large number of nodes connected to the IP network, and the HUBs forming the network are interconnected in a tree form (see FIG. 10). Only one node and a HUB that relays communication data between them are drawn and simplified.

データ冗長化機能が付いたノード1,2は内部にIP通信処理を担うIPスタック6が搭載されており、そのIPスタック6は図1〜図4に示した冗長化データを処理する冗長化フラグメントブロック7が追加されている。図5では2重化ネットワークのため、以下、図3、図4の冗長化方式を例にして説明する。   The nodes 1 and 2 with the data redundancy function are equipped with an IP stack 6 for performing IP communication processing, and the IP stack 6 is a redundant fragment for processing the redundant data shown in FIGS. Block 7 has been added. In FIG. 5, since it is a duplex network, the redundancy system shown in FIGS. 3 and 4 will be described as an example.

ノード1,2の冗長化フラグメントブロック7では、送信処理として送信データを2つの冗長化フラグメントパケットに変換し、経路10,20に分散送出する。受信処理としては、経路10,20から受信した冗長化フラグメントパケットを、どちら側からのパケットであっても均しく元データに復元できる。   In the redundant fragment block 7 of the nodes 1 and 2, the transmission data is converted into two redundant fragment packets as transmission processing and distributedly transmitted to the paths 10 and 20. As a reception process, the redundant fragment packet received from the paths 10 and 20 can be restored to the original data evenly from either side.

また両方のフラグメントパケットが届いた場合は、先着のパケットを復元し、後続のパケットは廃棄する動作であることは図4に示したとおりである。したがって、経路10,20のどちらかでパケットが欠落しても、もう一方でデータ通信が成立する構成である。   As shown in FIG. 4, when both fragment packets arrive, the first packet is restored and the subsequent packets are discarded. Therefore, even if a packet is lost on either of the routes 10 and 20, data communication is established on the other side.

図5の矢印はパケットの流れを示している。ノードからフラグメントパケットが2経路に分けて送り出される様子がわかる。さらに図5ではB側の経路20の途中(HUB1−Bと2−Bの間のケーブル接続)で故障が発生した様子を示している。経路20のパケットを示す矢印が故障箇所の手前で中断しているように、ここで通信データは途絶するが、経路10ではもう一方のフラグメントパケットが届いており、通信データは滞りなく復元され続ける。故障が経路10側であっても同様である。   The arrows in FIG. 5 indicate the packet flow. It can be seen that the fragment packet is sent out from the node in two paths. Further, FIG. 5 shows a state in which a failure has occurred in the middle of the route 20 on the B side (cable connection between HUB1-B and 2-B). As the arrow indicating the packet on the route 20 is interrupted before the failure point, the communication data is interrupted here, but the other fragment packet has arrived on the route 10, and the communication data continues to be restored without delay. . The same applies even if the failure is on the path 10 side.

このように本通信システムによれば、2重化ネットワークを均等に利用しているので、経路の故障が発生しても、ことさら経路切り替えをする必要はない。   As described above, according to this communication system, since the duplex network is used evenly, even if a route failure occurs, there is no need to further switch the route.

図1〜図5に示した通信システムの要点は以下のとおりである。
1)多重化されたネットワークに接続されるノードで、送信部はシステムに要求される冗長度に応じた数だけ送信データをフラグメントする,この複数のフラグメントパケットはー郎のパケットが欠落してもデータが再構成できるよう冗長に符号化されたパケットとして送信部により生成される。またこの送信部はフラグメントパケットを多重化ネットワーク経路に分散させる機能を持つ。ネットワークの多重化ネットワーク経路の数とフラグメントされたパケットの数は一致する必要はない。
The main points of the communication system shown in FIGS. 1 to 5 are as follows.
1) In a node connected to a multiplexed network, the transmission unit fragments the transmission data by the number corresponding to the redundancy required for the system. It is generated by the transmitter as a packet encoded redundantly so that data can be reconstructed. In addition, this transmission unit has a function of distributing fragment packets over a multiplexed network path. The number of multiplexed network paths in the network and the number of fragmented packets need not match.

ノードの受信部は冗長化ネットワークの全多重経路との接続端を持ち、分散されたフラグメントパケットを全て受信できる構成である。データを再構成するにあたって、ネットワークの経路障害によりパケットの欠損が生じても、冗長に符号化されたデータ形式であるため、冗長度に応じた欠損数まで元データを復元できる特徴を持つ。   The reception unit of the node has a connection end with all the multipaths of the redundant network and can receive all the distributed fragment packets. When data is reconstructed, even if a packet loss occurs due to a network path failure, the data format is redundantly encoded. Therefore, the original data can be restored up to the number of defects corresponding to the redundancy.

受信部は、ばらばらに受信するフラグメントパケットから元データを復元できる最小のパケット数を受信すると、残りのパケットは受信と同時に廃棄する。この廃棄されるだけの「不要パケットの待ち」動作において、「不要パケット待ち」の管理は、その数に上限を設け、上限をこえて「不要パケット待ち」が発生する場合は、古いものから順次終了させる。この終了処理は標準フラグメントパケットのタイムアウト機能と重ねて持つこともできる。   When the receiving unit receives the minimum number of packets that can restore the original data from the fragment packets that are received separately, the receiving unit discards the remaining packets upon reception. In this "Waiting for Unnecessary Packets" operation that is simply discarded, the management of "Waiting for Unnecessary Packets" sets an upper limit for the number, and when "Waiting for Unnecessary Packets" occurs beyond the upper limit, the oldest ones are sequentially Terminate. This termination process can be overlapped with the timeout function of the standard fragment packet.

2)上記のノードで2重化ネットワークに対応するものであって、フラグメント数が2であり、以下の構成であるもの。
イ)元データを2パケットにフラグメントする。
口)冗長化手法は同一データの繰り返しである。このため2つのフラグメントパケヅトのデ一タは同一となる。
ハ)フラグメントヘッダのオフセットを「0」かつ、Mフラグを「0」とする。
ニ)2つのフラグメントパケットは2重化ネットワークの2経路に、別々に分散送出される。
2) The above node corresponding to a duplex network, the number of fragments is 2, and the following configuration.
B) Fragment the original data into 2 packets.
M) The redundancy method is repetition of the same data. For this reason, the data of the two fragment packets are the same.
C) Set the offset of the fragment header to “0” and the M flag to “0”.
D) The two fragment packets are distributed and sent separately to the two routes of the duplex network.

図6は本実施形態に係るデータ冗長化機能付ノードと経路制御機能付2重化ネットワークにおいて、A経路、B経路の両方で経路障害が発生した時のデータの流れを示す説明図である。図6に示す2重化ネットワークは、5段のHUBが接続されて2つのノード1、2間のデータを中継する構成を表している。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing a data flow when a path failure occurs in both the A path and the B path in the node with the data redundancy function and the duplex network with the path control function according to the present embodiment. The duplex network shown in FIG. 6 represents a configuration in which five stages of HUBs are connected to relay data between the two nodes 1 and 2.

図7は図6とともに本実施形態に係るデータ冗長化機能付ノードと経路制御機能付2重化ネットワークにおいて、ノード直近のHUBが故障した時の状況を示す説明図である。
図6、図7に示す2重化ネットワークは5段のHUBが接続され2つのノード1、2問のデータを中継する構成である。IPネットワークを形成するHUBは、一般にはツリー状に相互接続される(図10参照)が、この図では説明のため、ノード1とノード2のデータを中継するHUBのみを描いて単純化している。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a situation when the HUB nearest to the node fails in the node with the data redundancy function and the redundant network with the path control function according to the present embodiment together with FIG.
The duplex network shown in FIGS. 6 and 7 has a configuration in which five stages of HUBs are connected to relay data of two nodes 1 and 2. The HUBs forming the IP network are generally interconnected in a tree shape (see FIG. 10), but in this figure, for the sake of explanation, only the HUBs that relay the data of the nodes 1 and 2 are simplified. .

図6を用いて、経路制御機能付2重化ネットワークの動作を説明する。図5の2重化ネットワークと比較すると、図6では2重化を構成している対のHUBが、それぞれ1ボートを相互に接続されている。A経路10とB経路20にはそれぞれ5段のHUBが介挿されており、HUB1−AとHUB1−B、HUB2−AとHUB2−B、HUB3−AとHUB3−B、HUB4−AとHUB4−B、HUB5−AとHUB5−Bの各対で、相互に1ボート接続されて迂回路を形成している。   The operation of the duplex network with a path control function will be described with reference to FIG. Compared with the duplex network of FIG. 5, in FIG. 6, a pair of HUBs constituting the duplex are connected to each other by one boat. Five paths of HUBs are inserted in each of the A path 10 and the B path 20, and HUB1-A and HUB1-B, HUB2-A and HUB2-B, HUB3-A and HUB3-B, HUB4-A and HUB4 -B, each pair of HUB5-A and HUB5-B are connected to each other by one boat to form a detour.

全てのHUBは隣接するHUBとの接続を常時監視して経路10、20の異常を検出(×印)し、異常を検出したHUBは前記迂回路を通して正常な経路側にパケットを迂回させる。図6では迂回路はHUB3−AやB側ケーブルの故障(×印)の際に故障箇所を迂回する経路として使用する。この迂回路は経路10,20が正常であれば待機状態としデータ伝送に寄与しない。迂回路として使用する時だけ、データ伝送路として利用される。   All the HUBs constantly monitor the connection with the adjacent HUBs to detect abnormalities in the paths 10 and 20 (x marks), and the HUBs that have detected the abnormalities bypass packets to the normal path side through the detour. In FIG. 6, the detour is used as a path for detouring the failure location when the HUB3-A or the B-side cable fails (x mark). If the paths 10 and 20 are normal, this detour is in a standby state and does not contribute to data transmission. Only when used as a detour, it is used as a data transmission path.

IPネットワークで利用される物理層は大半イーサネット(登録商標)であるが、これに繋がるHUBやルータおよびノードは標準機能としてリンク検出機能を持ち、接続相手の機器やケーブルの良否をリアルタイムで検出できる。故障箇所に隣接するHUBが、これに基づいて経路10,20の故障を検出して、迂回路を利用することは容易である。   The physical layer used in the IP network is mostly Ethernet (registered trademark), but the HUB, router, and node connected to it have a link detection function as a standard function, and can detect the quality of connected devices and cables in real time. . It is easy for the HUB adjacent to the failure location to detect the failure of the paths 10 and 20 based on this and use the detour.

図6に示すように、経路10ではHUB3−Aが故障し、経路20ではHUB1−BとHUB1−Bの間のケーブル接続が故障している。ここて、ノード1の送信パケットの内、経路20側はHUB1−Bの先が故障しているので、迂回路でHUB1−Aに迂回し、経路10側と合流する。合流した経路10のパケットはHUB8−Aが故障しているので、HUB2−AからHUB2−Bに迂回し、その後は経路20側を通ってノード2に達する。   As shown in FIG. 6, HUB3-A fails in path 10, and cable connection between HUB1-B and HUB1-B fails in path 20. Here, in the transmission packet of the node 1, since the tip of the HUB1-B is broken on the route 20 side, the route is detoured to the HUB1-A and joined to the route 10 side. Since the HUB 8 -A has failed in the packet of the merged path 10, the packet detours from the HUB 2 -A to the HUB 2 -B, and then reaches the node 2 through the path 20 side.

ノード2の送信パケットは、経路10側がHUB8−Aが故障しているので、HUB4−AからHUB4−Bに迂回し、経路20側と合流する。合流したパケットは、HUB2−Bの先が故障しているので、HUB2−Aに迂回し、HUB1−Aを通ってノード1に達する。   Since the HUB 8 -A on the path 10 side has a failure, the transmission packet of the node 2 detours from the HUB 4-A to the HUB 4-B and joins the path 20 side. The joined packet has a failure at the tip of HUB2-B, so it bypasses HUB2-A and reaches node 1 through HUB1-A.

以上のように、経路制御付2重化ネットワークによれば、2重化経路の両方で発生する複数個所の同時故障においても、利用できる経路をたどりながら通信を続けることができる。   As described above, according to the duplex network with path control, communication can be continued while following available paths even in the case of simultaneous failures at a plurality of locations occurring in both duplex paths.

図6に示したノード1とノード2は、何れも図1から図4に基づいて説明したデータ冗長化機能付ノードである。これを用いた冗長方式によれば、フラグメントパケットを経路10と経路20に分散して送出しており、一方の経路のフラグメントパケットが欠損しても通信が迪絶えることがない。   The nodes 1 and 2 shown in FIG. 6 are both nodes with a data redundancy function described with reference to FIGS. According to the redundancy method using this, fragment packets are distributed and sent to the route 10 and the route 20, and even if the fragment packet of one route is lost, the communication is not interrupted.

このため迂回経路を使用した経路制御の耐障害性と相まって、機器の故障から一過性のパケット損失に到るまで、様々な原因の障害にも耐えられる高信頼性通信システムを実現することができる。また、経路切り替えの途中でも通信が途絶えないので、切り替え速度が遅い機材でも利用することができるので、安価にシステム構成することが可能となる。   For this reason, it is possible to realize a highly reliable communication system that can withstand failures of various causes, ranging from device failures to transient packet loss, coupled with fault tolerance of route control using detour routes. it can. In addition, since communication is not interrupted even during path switching, it is possible to use even equipment with a slow switching speed, so that a system can be configured at low cost.

図7は図6と同じ構成の通信システムで、HUB1−Bが故障した例である。この時、ノード1はHUB1−Bの故障を検知する必要があるが、IPネットワークではHUBと同様であり、ノードもリンク検出機能を標準的に備えており、これを用いて容易にネットワーク故障を検知できる。ノード1はこの故障に対し、経路20側の送信フラグメントパケットを停止する構成も可能である。この場合は経路10側のトラフィックが抑制できる。   FIG. 7 shows an example in which HUB1-B has failed in the communication system having the same configuration as FIG. At this time, the node 1 needs to detect the failure of the HUB1-B. However, in the IP network, it is the same as the HUB, and the node also has a link detection function as a standard feature. Can be detected. The node 1 can be configured to stop the transmission fragment packet on the path 20 side against this failure. In this case, the traffic on the route 10 side can be suppressed.

また経路10側に全フラグメントパケットを送出することもできる。この方式によれば、データ冗長化が維持されるので、高信頼性通信システムの性能をそのまま維持することができる。前記経路20側の送信フラグメントパケットを停止するか、あるいは経路10側に全フラグメントパケットを送出するか、何れにするかは通信システムの要求に応じて選択自在である。   It is also possible to send all fragment packets to the path 10 side. According to this method, since data redundancy is maintained, the performance of the highly reliable communication system can be maintained as it is. Whether to stop the transmission fragment packet on the path 20 side or to send all fragment packets to the path 10 side can be selected according to the request of the communication system.

図8は本実施形態に係る2重化ネットワークに市販の汎用LAN機器9を接続した構成を示す説明図である。図8に示すように、専用中継器として冗長化アダプタ8を用いて接続している。冗長化アダプタ8はLAN機器接続用の接続端1つと2重化ネットワーク用の接続端2つを持つ。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration in which a commercially available general-purpose LAN device 9 is connected to the duplex network according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, the redundant adapter 8 is used as a dedicated repeater. The redundant adapter 8 has one connection end for LAN device connection and two connection ends for a duplex network.

LAN機器9から送出されたパケットを冗長符号化し複数のパケットにフラグメントして2重化ネットワークに分散送出する。逆にネットワークから受信した冗長化フラグメントパケットはこの冗長化アダプタ8で再構成されLAN機器9に届けられる。また、冗長化されていないパケットを受信した時は無条件で通過させLAN機器9に届けられる。   The packets sent from the LAN device 9 are redundantly encoded, fragmented into a plurality of packets, and distributedly sent to the duplex network. Conversely, the redundant fragment packet received from the network is reconfigured by the redundant adapter 8 and delivered to the LAN device 9. Further, when a non-redundant packet is received, it is passed unconditionally and delivered to the LAN device 9.

なお、冗長化アダプタはLAN機器9から送られたパケットを冗長化、フラグメントする際、パケットの種類別に適用を選別することもできる。例えば、UDPは冗長フラグメント化を適用するが、TCPはそのまま通過させるといった動作である。この時通過させるパケットは2重化ネットワークの一方に送出先を固定することも、交互に送出することもできる。   Note that the redundancy adapter can select the application according to the type of packet when the packet sent from the LAN device 9 is made redundant and fragmented. For example, UDP applies redundant fragmentation, but TCP passes as it is. The packet to be passed at this time can be sent to one side of the duplex network or can be sent alternately.

図9は本実施形態に係るRS232Cなどのシリアル通信インターフェースを適用した構成を示す説明図である。図9に示すように、2重化ネットワークに接続するには専用中継器として冗長化アダプタ13を用いる。冗長化アダプタ13はシリアル通信用接続端1つと2重化ネットワーク用の接続端2つを有し、シリアル通信側にはシリアル通信機器のプロトコルを解釈するプロトコル変換ブロック14配設し、2重化ネットワーク側には冗長化フラグメントブロック15を内蔵したIPスタックにより構成されている。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration to which a serial communication interface such as RS232C according to the present embodiment is applied. As shown in FIG. 9, a redundant adapter 13 is used as a dedicated repeater for connection to a duplex network. The redundant adapter 13 has one connection terminal for serial communication and two connection terminals for a duplex network, and a protocol conversion block 14 for interpreting the protocol of the serial communication device is arranged on the serial communication side, and the redundant adapter 13 is duplexed. The network side is constituted by an IP stack incorporating a redundant fragment block 15.

図9に示す冗長化アダプタ13の動作は、図8に示した冗長化アダプタと同様であり、シリアル通信機器(ノード)2の通信プロトコルとIPとの相互変換を実現すると共に冗長化フラグメントの生成、送信と受信、復元を行なう。   The operation of the redundant adapter 13 shown in FIG. 9 is the same as that of the redundant adapter shown in FIG. 8, and realizes mutual conversion between the communication protocol of the serial communication device (node) 2 and IP and generation of redundant fragments. Send, receive and restore.

図6〜図9に沿って開示した発明の要点は以下のとおりである。
1)2重化された経路を持つIPネットワークとそれに接続された複数のノードで構成された通信システムである。ノードは2重化経路と接続する2つの端子を持つ。送信部は送信データを冗長に符号化し複数のパケットにフラグメントする。
The main points of the invention disclosed along FIGS. 6 to 9 are as follows.
1) A communication system composed of an IP network having a duplex route and a plurality of nodes connected thereto. The node has two terminals connected to the duplex path. The transmission unit redundantly encodes transmission data and fragments it into a plurality of packets.

また、フラグメントパケットを2重化ネットワークに分散送出する機能を持つ。受信部は2重化ネットワークに分散された冗長化フラグメントパケットを受信すると、冗長に符号化されたデータから元データを復元する。2重化された経路を持つIPネットワークは2重化されたHUBの1ポートが相互に接続されて迂回路を形成する。   In addition, it has a function of distributing and transmitting fragment packets to a duplex network. When receiving the redundant fragment packet distributed in the duplex network, the receiving unit restores the original data from the redundantly encoded data. In an IP network having a duplex route, one port of the duplex HUB is connected to each other to form a detour.

2重化経路を形成するHUBは隣接するHUBやケーブルの故障を検出すると、この迂回路を用いて故障側のデータを正常側に迂回させる。迂回路は正常時には通信に寄与しない待機状態であるが、迂回路そのものに対する故障検出等の監視機能は常時継続されている。   When a HUB that forms a duplex path detects a failure in an adjacent HUB or cable, the HUB bypasses the data on the failure side to the normal side using this detour. Although the detour is in a standby state that does not contribute to communication when it is normal, a monitoring function such as failure detection for the detour itself is always continued.

2)前記1)に記載した通信システムにおいて、一般的なLAN機器を2重化ネットワークにするために専用中継器を挿入した通信システムである。この専用中継器はLAN機器接続用の接続端1つと2重化ネットワーク用の接続端2つを有する。これらによって、LAN機器から送出されたパケットを冗長符号化し複数のパケットにフラグメントして2重化ネットワークに分散送出する。 2) In the communication system described in the above 1), a dedicated repeater is inserted to make a general LAN device a duplex network. This dedicated repeater has one connection end for LAN device connection and two connection ends for a duplex network. As a result, the packets transmitted from the LAN device are redundantly encoded, fragmented into a plurality of packets, and distributedly transmitted to the duplex network.

逆にネットワークから受信したフラグメントパケットはこの中継器で再構成されLAN機器に届けられる。専用中継器はLAN機器からのパケットを冗長化、フラグメントする際、パケットの穫類別に適用を選別することもできる。例えば、UDPは冗長フラグメント化を適用するが、TCPはそのまま通過させるといった動作である。この時通過させるパケットは2重化ネットワークの一方に送出先を固定することも、交互に送出することもできる。また、2重化ネットワークから届いたばかりで、冗長化されていないパケットは無条件で通過させる。   Conversely, the fragment packet received from the network is reconstructed by this repeater and delivered to the LAN device. The dedicated repeater can select the application according to the harvest of the packet when the packet from the LAN device is made redundant and fragmented. For example, UDP applies redundant fragmentation, but TCP passes as it is. The packet to be passed at this time can be sent to one side of the duplex network or can be sent alternately. Also, packets that have just arrived from the duplex network and are not made redundant are passed unconditionally.

3)前記1)に記載した通信システムにおいて、RS232Cのようなシリアル通信機器や無線データ通信機器を2重化ネットワークに接続するために専用中継器を挿入した通信システム。専用中継器はシリアル通信や無線データ通信とIP通信のプロトコル変換を相互に行う機能に加え、前記2)に記載した中継器と同様な機能を有する。 3) A communication system in which a dedicated repeater is inserted to connect a serial communication device such as RS232C or a wireless data communication device to a duplex network in the communication system described in 1) above. The dedicated repeater has the same function as the repeater described in 2) above in addition to the function of mutually performing protocol conversion of serial communication, wireless data communication and IP communication.

図10は参考例として示す2重化ネットワークの説明図である。プロセス制御システムの制御ステーション(DCS)とフィールド計器(Field Instrument)の間をIPネットワークで接続したフィールドネットワークに対して、本発明の2重化ネットワークを適用したものである。   FIG. 10 is an explanatory diagram of a duplex network shown as a reference example. The duplex network of the present invention is applied to a field network in which a control station (DCS) and a field instrument of a process control system are connected by an IP network.

図10の右方に示すのが、フィールドネットワークの全貌で、1台の制御ステーションと数百台のフィールド計器を接続するため、スイッチングHUB(Switch)をツリー状に接続している。また各々のスイッチングHUBは2重化されて、2重化ネットワークを形成している。また、図10の中ほどに2点鋼線で囲った部分を拡大して左方に示すように、HUB間の接続が構成され、障害に対して経路制御される様子が図示されている。   The right side of FIG. 10 shows the entire field network. In order to connect one control station and several hundred field instruments, switching HUBs (Switches) are connected in a tree shape. Each switching HUB is duplicated to form a duplicated network. Further, as shown in the left side of the portion surrounded by the two-point steel wire in the middle of FIG. 10, the connection between the HUBs is configured, and the state in which the path is controlled with respect to the failure is illustrated.

本発明に係る2重化ネットワークは工場内のフィールドネットワークが対象であり、ルータを越えたインターネットのような広域ネットワークは想定していないが、データの冗長化はインターネットにも利用されつつある。インターネットヘの接鰐口を多重化して複数経路を使用できる環境が整えば、連用の可能性も充分に考えられる。   The duplex network according to the present invention is intended for a field network in a factory and does not assume a wide area network such as the Internet beyond a router, but data redundancy is also being used for the Internet. If an environment where multiple routes can be used by multiplexing access points to the Internet, the possibility of continuous use is fully conceivable.

なお、上述した実施の形態において、示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において、プロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。   In the above-described embodiment, the operation procedure shown or the shapes and combinations of the constituent members are merely examples, and various modifications can be made based on process conditions, design requirements, and the like without departing from the gist of the present invention. Is possible.

本発明の一実施形態(本実施形態)に関連する通信システムにおけるパケット送信部の送信処理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the transmission process of the packet transmission part in the communication system relevant to one Embodiment (this embodiment) of this invention. 本実施形態に関連する通信システムにおけるパケット受信部の受信処理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the reception process of the packet receiver in the communication system relevant to this embodiment. 本実施形態に係る通信システムにおいて、IPv6のフラグメント方式に適用した送信デ一タを生成するパケット送信部の送信処理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the transmission process of the packet transmission part which produces | generates the transmission data applied to the fragment scheme of IPv6 in the communication system which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る通信システムにおいて、冗長化フラグメントパケットがネットワーク経由で受信した時、それを復元する手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a procedure for restoring a redundant fragment packet when it is received via a network in the communication system according to the present embodiment. 本実施形態に係るノードを2重化ネットワークに組み合わせた通信システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the communication system which combined the node which concerns on this embodiment with the duplex network. 本実施形態に係るデータ冗長化機能付ノードと経路制御機能付2重化ネットワークにおいて、A経路、B経路の両方で経路障害が発生した時のデータの流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the data flow when a path | route failure generate | occur | produces in both the A path | route and the B path | route in the redundant network with a data redundancy function which concerns on this embodiment, and a redundant network with a path control function. 本実施形態に係るデータ冗長化機能付ノードと経路制御機能付2重化ネットワークにおいて、ノード直近のHUBが故障した時の状況を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the condition when the HUB nearest to a node fails in the node with a data redundancy function and a duplex network with a path control function according to the present embodiment. 本実施形態に係る2重化ネットワークに市販の汎用LAN機器を接続した構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure which connected the commercially available general purpose LAN apparatus to the duplex network which concerns on this embodiment. は本実施形態に係る2重化ネットワークにRS232Cなどのシリアル通信インターフェースを適用した構成を示す説明図である。These are explanatory drawings which show the structure which applied serial communication interfaces, such as RS232C, to the duplex network which concerns on this embodiment. 参考例として示す2重化フィールドネットワークの説明図である。It is explanatory drawing of the duplication field network shown as a reference example. 従来のIPネットワークにおいて、リング状に接続したHUBによるループ構成とSTPによる切り替え制御の説明図である。In the conventional IP network, it is explanatory drawing of the loop structure by HUB connected in ring shape, and the switching control by STP. 従来例に係る2つのネットワークインターフェースを持ったノードを用いてネットワークを完全に2系統使うことにより経路障害に対応する通信システムの説明図である。It is explanatory drawing of the communication system which respond | corresponds to a path | route failure by using two systems of networks completely using the node with two network interfaces concerning a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1,2…ノード、 10…第1の経路、 20…第2経路   1, 2 ... node, 10 ... first route, 20 ... second route

Claims (5)

多重化されたIPネットワークに接続された複数のノードで構成された通信システムであって、
前記各ノードは多重化IPネットワークの各々と接続するために多重化数相当の接続用多端子と、前記各ノードの内部にあって前記接続用多端子に電気的かつ論理的に接続されたIP通信処理部と、を備え、
前記IP通信処理部は送信データを冗長にコード化して分割した後に各分割データをフラグメントパケットのフラグメントデータ部分として成型するとともに、前記多重化されたIPネットワークの多重経路に分散して送出する送信機能と、前記多重経路から受信したフラグメントパケットを再構成するとともに、冗長コード化されたデータであれば元のデータにデコードする受信機能と、を備え、
前記送信データから作られた冗長化データを、IPネットワークの多重化度とパケットの許容欠損数に応じた冗長度でコード化するとともに複数パケットに分割されて送信することにより、通信経路上でパケットの欠損が生じた時冗長度に応じた欠損数までパケットを再構成することを特徴とする通信システム。
A communication system composed of a plurality of nodes connected to a multiplexed IP network,
Each node is connected to each of the multiplexed IP networks by a multi-terminal for connection corresponding to the number of multiplexing, and an IP that is electrically and logically connected to the multi-terminal for connection inside each node. A communication processing unit,
The IP communication processing unit encodes and divides transmission data redundantly, forms each divided data as a fragment data portion of a fragment packet, and distributes and transmits the divided data to multiple paths of the multiplexed IP network And a receiving function for reconstructing the fragment packet received from the multipath and decoding the original data if the data is redundantly encoded,
The redundant data generated from the transmission data is encoded with redundancy according to the degree of multiplexing of the IP network and the allowable number of missing packets, and is divided into a plurality of packets to be transmitted on the communication path. A communication system characterized by reconfiguring packets up to the number of deficiencies according to redundancy when a deficiency occurs.
前記通信システムで、
前記ノードは多重化ネットワークに接続するための多端子のほかにLAN機器に接続するための端子1つを備え、
IP通信処理部はLAN機器接続端子とも電気的かつ論理的に接続されてLAN機器とのIP通信を処理する機能も併せ持ち、
汎用LAN機器を多重化ネットワークに中継接続できることを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
In the communication system,
The node includes one terminal for connecting to a LAN device in addition to a multi-terminal for connecting to a multiplexed network,
The IP communication processing unit is also electrically and logically connected to the LAN device connection terminal and has a function of processing IP communication with the LAN device.
The communication system according to claim 1, wherein the general-purpose LAN device can be relay-connected to the multiplexed network.
前記ノードは多重化ネットワークに接続するための多端子のほかにシリアル通信機器に接続するための端子1つを備え、IP通信処理部はシリアル通信機器接続端子とも電気的かつ論理的に接続されてシリアル通信機器とのプロトコル変換を処理する機能も併せ持ち、
シリアル通信機器を多重化ネットワークに中継接続できることを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
The node has one terminal for connecting to a serial communication device in addition to a multi-terminal for connecting to a multiplexed network, and the IP communication processing unit is electrically and logically connected to a serial communication device connection terminal. It also has a function to process protocol conversion with serial communication devices.
The communication system according to claim 1, wherein the serial communication device can be relay-connected to the multiplexed network.
ノードで2重化IPネットワークに対応する通信方法であって、
冗長化は元データと同一のデータの繰り返しであり、
フラグメント数が2であり、
2つのフラグメントパケットのデータ部は元データそのものと同一であり、
フラグメントヘッダのオフセットを「0」、Mフラグを「0」とし、
前記ノードの送信部は前記2つのフラグメントパケットを2重化IPネットワークに別々に分散して送出するステップと、
前記ノードの受信部は2重化IPネットワークから受信したフラグメントパケットがオフセット「0」かつMフラグ「0」であれば冗長化フラグメントパケットであると判定して以下のステップに進むか、そうでなければ標準のフラグメント処理ステップに進むか、を判別するステップと、
同じ元データから構成されるフラグメントパケットがすでに受信済の後続パケットか、あるいは最初に受信されたフラグメントパケットであるか、をフラグメントヘッダのIDで判定するステップと、
最初のフラグメントパケットならIDを登録して元データを復元し、前記後続パケットならそのパケットを廃棄するとともに登録されていたIDを抹消して、次の新しいフラグメントパケットの受信を待機するステップと、を備えたことを特徴とする通信方法。
A communication method for a duplex IP network at a node,
Redundancy is a repetition of the same data as the original data,
The number of fragments is 2,
The data parts of the two fragment packets are the same as the original data itself,
Set the fragment header offset to “0”, the M flag to “0”,
A transmitting unit of the node separately distributes the two fragment packets to a duplex IP network and sends them out;
The receiving unit of the node determines that the fragment packet received from the duplex IP network is a redundant fragment packet if the offset is “0” and the M flag is “0”, and proceeds to the following step. Determining whether to proceed to a standard fragment processing step;
Determining whether a fragment packet composed of the same original data is a subsequent packet that has already been received or a fragment packet that has been received first, based on the fragment header ID;
If the first fragment packet, the ID is registered and the original data is restored, and if it is the subsequent packet, the packet is discarded, the registered ID is deleted, and the reception of the next new fragment packet is waited. A communication method comprising:
前記ノードにおいて、2重化ネットワークの一方が故障した時、正常側に前記2つのフラグメントパケットを送出する規制か、あるいは、正常側だけのフラグメントパケットを送出する規制の何れかを選択してパケット送信動作を規制することを特徴とする請求項4に記載の通信方法。   In the node, when one of the duplex networks fails, packet transmission is performed by selecting either restriction for sending the two fragment packets to the normal side or restriction for sending the fragment packet only for the normal side. The communication method according to claim 4, wherein the operation is restricted.
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