JP5156703B2 - 伝送装置，通信システム及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、伝送装置，通信システム及び通信方法に関し、特に、伝送速度の設定に好適な伝送装置，通信システム及び通信方法に関する。

伝送路を用いてシリアル通信する場合は、送信ノードと受信ノードで伝送速度があっていないと、互いの送受信ができない。この伝送速度の設定については、あらかじめ決められた設定値を各ノードが初期値データとして所有し、各ノードの立ち上げ時に伝送速度設定を初期値データを使用し設定することが一般的に行われている。

この場合に、伝送速度の設定を変更したい場合、全てのノードが所有している伝送速度の初期値データを変更しなければならないため変更作業が困難であり、特に、オンラインでの変更も困難であるので、例えば、受信フレームが異常時に伝送速度を変動させ、正常受信になるまでボーレート変更を繰り返す技術が知られている。例えば、特開平２−６３２３３号公報に記載されている。

また、ダミーフレームを送信し、特定のビットのエッジ時間間隔から伝送速度を算出して決定する技術が知られている。例えば、特開２０００−１９６７００号公報に記載されている。

特開平２−６３２３３号公報 特開２０００−１９６７００号公報

しかしながら、上記の従来技術では、伝送速度変更を繰り返すときに、伝送速度変更が誤っているにもかかわらずに正常受信と認識した場合等で、誤った伝送速度での送受信が継続し、正常な通信の確立に時間がかかってしまうとの問題があった。特定のビットのエッジ時間間隔から伝送速度を算出する場合にも同様な問題があった。

本発明の目的は、誤った伝送速度認識での送受信を抑制し、速やかに正常な通信を確立することができる、伝送装置，通信システム及び通信方法を提供することにある。

上記目的を解決するために、本発明では、伝送速度を設定する設定手段と、設定された伝送速度を変更する伝送速度変更手段と、伝送速度で受信可能か判断する受信判断手段と、受信可能と判断されると要求情報を送信する応答情報送信手段と、要求情報に応じて送信される応答情報に含まれる伝送速度の情報を得る伝送速度情報取得手段と、受信可能と判断された伝送速度と、応答情報に含まれる情報の伝送速度とを比較して設定の適確を判断する判断手段とを有するように構成した。

また、伝送速度を設定する設定手段と、設定された伝送速度を変更する伝送速度変更手段と、受信情報に含まれる誤りチェック情報に基づいて、設定された伝送速度の適確を判断する判断手段とを有するように構成した。

本発明によれば、誤った伝送速度認識での送受信を抑制し、時間をかけずに正常な通信の確立が可能となる。

スレーブ局のボーレート自動設定処理フロー図である。 フィールドネットワークの一システム構成図である。 通信に使用するフレームのフォーマット図である。 スレーブ局のボーレート設定切替え時間を示した図である。 通信手順を示した図である。 スレーブ局のボーレート自動設定処理の状態遷移表を表した図である。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。

図２に示すシステム構成図は、フィールドネットワークの一システム構成を示す。該フィールドネットワークは、シリアル通信伝送路１３にマスタ局１４と複数台のスレーブ局（スレーブ１局１５，スレーブ２局１６，……スレーブＮ局１７）が接続される構成となっている。

マスタ局１４，スレーブ１局１５，スレーブ２局１６，スレーブＮ局１７は、通信に必要なユニークなアドレスＡ１８，アドレスＢ１９，アドレスＣ２０，アドレスＤ２１を持っている。

以下自スレーブ局をスレーブ１局１５，他スレーブ局をスレーブ２局１６，スレーブＮ局１７として説明する。

図３に該フィールドネットワークにおける通信に使用する要求フレームおよび応答フレームのフォーマットを示す。

フレームは、Ｓ（先頭フラグ）２２，ＴＹＰＥ（フレームタイプ）２３，ＲＮＡ（送信先アドレス）２４，ＳＮＡ（送信元アドレス）２５，ＤＡＴＡ（データ）２６，ＣＲＣ（巡回冗長検査コード）２７，Ｅ（終了フラグ）２８からなる。マスタ局１４はシステムで決められたボーレートの設定で通信を開始する。

ここで、本実施例では、データの誤りを検出する（データが壊れていないか調べる）仕組みを、ＣＲＣの例で説明する。ＣＲＣは、Cyclic Redundancy Check（巡回冗長検査コード）の略で、現在、通信やデバイスなどの分野で広く利用されている技術であるが、他の知られているデータの誤りを検出する技術を用いても良いのはもちろんである。データが壊れた場合に備える技術は「誤り検出」と「誤り訂正」があるが、ＣＲＣで代表される誤り検出は、単純にデータが壊れていないかだけを調べ、元データにわずかな誤り検出用データを付加するだけなので簡易に利用できるが、本実施例では、例えば、ＣＲＣで代表される誤り検出のみならず、誤り訂正として、データが壊れていないか調べて、もし壊れていたらそのデータを復元する機能を用いても良い。

また、本実施例では、伝送速度の一例として、ボーレートを用いて説明する。ボーレートは、デジタル信号をアナログの搬送波にのせて運ぶときに用いられる伝送速度の単位であり、１秒間に何回変調・復調を行えるかを表す。ボーレートは、モデムなどの通信機器の性能を評価する指標として用いられ、ボーレートが大きいほど、多くの情報を単位時間に伝送することができる。一方、伝送速度としては、データ通信速度を表す単位である「bps」で表現できるのはもちろんであり、bpsは、実際に伝送できるビット数を表す。

マスタ局１４は、自スレーブ１局１５に対し要求フレームを送信する。要求フレームのＳＮＡ２５はマスタ局１４のアドレスＡ１８，ＲＮＡ２４はスレーブ１局１５のアドレスＢ１９となる。ＴＹＰＥ２３に要求フレームを示す情報が格納される。

ここでマスタ局１４と自スレーブ１局１５のボーレートが一致している場合、自スレーブ１局１５は要求フレームのＣＲＣ２７のチェックが正常となり要求フレームを受信できることになる。自スレーブ１局１５は、受信した要求フレームのＲＮＡ２４が自スレーブ１局１５のアドレスＢ１９と一致する場合、ＴＹＰＥ２３およびＤＡＴＡ２６に従い処理を行い、応答フレームを送信する。応答フレームのＳＮＡ２５は自スレーブ１局１５のアドレスＢ１９，ＲＮＡ２４はマスタ局１４のアドレスＡ１８設定となる。ＴＹＰＥ２３に応答フレームを示す情報が格納される。

以上のように、マスタ局１４から要求フレームを送信し、自スレーブ１局１５が応答フレームを送信する通信を繰り返す。

他スレーブ局（スレーブ２局１６，スレーブＮ局１７）も前記同様にマスタ局１４と通信を繰り返す。

以下、図１のフローに従い説明する。

自スレーブ１局１５は、電源投入後に図１に示すボーレート自動設定を開始する。ボーレート設定状態は、図６の状態遷移表のＮo.１で示すボーレート未確定状態，Ｎo.２で示すボーレート仮確定状態，Ｎo.３で示すボーレート本確定状態の３つの状態で管理される。ステップ１で、電源投入直後はボーレート未確定状態に遷移Ｎo.１とする。自スレーブ１局１５は複数パターンのボーレート設定を持っており、ステップ２で、ボーレート設定を切替えながら通信状態を監視する。

マスタ局１４から自スレーブ１局１５へ要求フレームが送信された時、または、他スレーブ２局１６および他スレーブＮ局１７がマスタ局１４へ応答フレームを送信した時、ステップ３でＣＲＣチェックを行うが、マスタ局１４と自スレーブ１局１５のボーレート設定が異なる場合、自スレーブ１局１５は、受信フレーム（要求フレームまたは応答フレーム）のＣＲＣチェック３が異常となる。

この場合にステップ４に進み、ボーレート未確定状態で一定時間正常フレームを検出できない場合、通信監視タイムアウトとなり、ステップ２に戻り、ボーレート設定変更し、ステップ３で、再度通信状態を監視する。

ステップ３で、ステップ２のボーレート設定変更によりマスタ局１４と自スレーブ１局１５のボーレートが一致した場合、受信フレームのＣＲＣチェックが正常となる。

ボーレート未確定状態で正常フレームを検出できた場合、ステップ５に進み、ボーレート仮確定状態に遷移となる。次に、ステップ６で、自スレーブ１局１５は、マスタ局１４から要求フレームの一種であるボーレート通知フレームの受信待ちとなる。このボーレート通知フレームは、通知である旨の情報がＴＹＰＥ２３に格納され、ボーレートがＤＡＴＡ２６に格納されて構成される。

ボーレート仮確定状態で一定時間ボーレート通知フレームを受信しない場合、ステップ７で、ボーレート通知監視タイムアウトを検出し、この場合、ステップ１に戻り、ボーレート未確定状態に遷移となる。

ボーレート仮確定状態でボーレート通知フレームを受信した場合、ステップ８に進み、マスタ局のアドレスを記憶し、さらに、ステップ９に進み、ボーレート本確定状態に遷移となり、自スレーブ１局１５のボーレート設定が完了する。以降、マスタ局１４から要求フレームを送信し、自スレーブ１局１５が応答フレームを送信する通信を繰り返す。

ここで、マスタ局１４のボーレート設定が変更された場合、自スレーブ１局１５はマスタ局１４とボーレート設定が異なるため、マスタ局１４からの要求フレームがＣＲＣチェックで異常となり受信できなくなる。

ステップ１０及びステップ１１で、自スレーブ１局１５がボーレート本確定状態時にマスタ局１４からの要求フレームを一定時間受信できない場合、マスタ局通信監視タイムアウトを検出し、ステップ１２に進み、記憶していたマスタ局アドレスを消去し、ステップ１に戻り、ボーレート未確定状態に遷移となる。以降、自スレーブ１局１５はボーレート自動設定を再度開始する。

次にボーレート設定誤り防止について説明する。

マスタ局とスレーブ局のボーレートが一致していない場合でも、他局の装置故障やボーレート設定が誤設定された装置がネットワークに接続し通信がおこなわれている場合、スレーブ局は前記異常装置の影響により受信フレームのＣＲＣチェックが正常となり、ボーレート仮確定状態となる場合がある。

前記の場合、マスタ局からのボーレート通知フレームが受信できずに、ボーレート通知監視タイムアウトを検出し、ボーレート未確定状態に遷移するため、自局のボーレート設定の誤設定を防止できる。

また、マスタ局１４がボーレート通知フレームを送信する際にボーレート通知フレーム内データにマスタ局１４のボーレート設定データを格納し、受信したスレーブ局が前記ボーレート通知フレーム内データのボーレート設定でボーレート設定を行うことにより、ＣＲＣチェックの誤検出によるボーレート設定誤りを防止することができる。

次に図４，図５に従い、図１のステップ２に示すボーレート設定変更の詳細として、ボーレート設定切替え時間について説明する。

該フィールドネットワークでは、ボーレート設定パターンを５パターン（ボーレートＡ３３，ボーレートＢ３４，ボーレートＣ３５，ボーレートＤ３６，ボーレートＥ３７）もっている。

ボーレート設定パターンの一例を下記に示す。
ボーレートＡ：２０Ｍbps
ボーレートＢ：１０Ｍbps
ボーレートＣ：５Ｍbps
ボーレートＤ：１Ｍbps
ボーレートＥ：０.５Ｍbps

図４に示すように、自スレーブ１局１５は各ボーレート設定パターンの設定時間をサイクル１（２９），サイクル２（３０），サイクル３（３１），サイクル４（３２）の時間で設定を行う。サイクル１（２９）では各ボーレート設定パターンのボーレートＡ，ボーレートＢ，ボーレートＣ，ボーレートＤ，ボーレートＥをＴ１時間ずつ設定し、通信を監視する。同様にサイクル２（３０）では各ボーレート設定パターンをＴ２時間ずつ設定、サイクル３（３１）では各ボーレート設定パターンをＴ３時間ずつ設定、サイクル４（３２）では各ボーレート設定パターンをＴ４時間ずつ設定するようにボーレート設定時間を変えながら通信状態を監視する。

各サイクルのＴＯＴＡＬ時間は下記式および条件とする。
サイクル１（ＳＴ１）＝Ｔ１×５パターン
サイクル２（ＳＴ２）＝Ｔ２×５パターン
サイクル３（ＳＴ３）＝Ｔ３×５パターン
サイクル４（ＳＴ４）＝Ｔ４×５パターン
Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４

図５に示すように、マスタ局１４は、スレーブ局をボーレート仮確定状態に遷移させるために、Ｔ５時間間隔でＴ６時間の間要求フレーム（受信局不特定）３０１〜３０３を送信する。例えば、スレーブ局で、ボーレートＡ（ボーレート設定（１））及びボーレートＢ（ボーレート設定（２））ではＣＲＣ受信ができなかったが、ボーレートＣ（ボーレート設定（３））でＣＲＣ受信ができている。要求フレームが受信できたスレーブ局（要求フレーム（該当受信局）３１２を受信したスレーブ局）は応答フレーム３１３をマスタ局に通知する。マスタ局は、応答フレーム３１３を受けると、ボーレート情報を含んだボーレート通知フレーム３１４を該当するスレーブ局に通知する。これによりスレーブ局はボーレート仮確定状態となる。ボーレート通知監視タイムアウトＴ７時間経過前にボーレート通知フレームを全スレーブ局（該当受信局，スレーブ１局１５，スレーブ２局１６，スレーブＮ局１７）３１４に送信する。これにより全スレーブ局はボーレート本確定状態となる。

下記にＴ５およびＴ６の条件を示す。
Ｔ５＜（Ｔ１÷３）
Ｔ６≧ＳＴ４

図６に前記説明のスレーブ局のボーレート自動設定処理の状態遷移表を示す。図１におけるフローに示す動作を補うものである。

図６の状態遷移表中に示す“→Ｎｏ.＊”は＊の示す番号へボーレート状態を遷移することを意味する。

すなわち、Ｎｏ.１であるボーレート設定「未確定」状態で、他局宛フレームについて、あるいは、自局宛フレームの生存確認について、正常フレーム（ＣＲＣ正常）受信できると、Ｎｏ.２であるボーレート設定「仮確定」状態に移る。

また、Ｎｏ.１であるボーレート設定「未確定」状態で、自局宛にマスタ局からボーレート通知があると、Ｎｏ.３であるボーレート設定「本確定」状態に移る。Ｎｏ.１であるボーレート設定「未確定」状態で、通信監視Ｔ.Ｏのイベントが起こると、ボーレートを変更する。

Ｎｏ.２であるボーレート設定「仮確定」状態で、自局宛にマスタ局からボーレート通知があると、Ｎｏ.３であるボーレート設定「本確定」状態に移る。また、ボーレート通知監視Ｔ.Ｏイベントが起こると、ボーレートを変更して、Ｎｏ.１であるボーレート設定「未確定」状態に移る。

Ｎｏ.３であるボーレート設定「本確定」状態で、マスタ局通信監視Ｔ.Ｏイベントが起こると、ボーレートを変更して、Ｎｏ.１であるボーレート設定「未確定」状態に移る。

以上のように、フィールドネットワークのような複数のノードがネットワークに接続されるシステムにおいては、既知のボーレート自動設定手段を用いた場合、誤ったボーレート設定で通信を開始したノードの設定に誤設定される場合があるが、フィールドネットワークにおいて、マスタ局が通信を開始したボーレート設定を、スレーブ局が自動的に認識し、マスタ局のボーレートに合わせることにより、オンラインでのボーレート変更を実現できる。

フィールドネットワークの自動ボーレート設定方法は、ＣＲＣ回路を用いた正常フレームの検出とマスタ局からのボーレート通知フレームを受信することにより、３つの状態（未確定状態、仮確定状態、本確定状態）で管理することにより、フィールドネットワークにおいて、マスタ局のボーレートを変更して、スレーブ局が自動的にボーレートを認識しボーレート設定を変更することが可能となり、ボーレート変更作業時間の短縮と誤設定によるシステムへの悪影響を防止できる。

１４ マスタ局（アドレスＡ）
１５ スレーブ１局（アドレスＢ）
１６ スレーブ２局（アドレスＣ）
１７ スレーブ局（アドレスＤ）
２７ ＣＲＣ
３３ ボーレートＡ
３４ ボーレートＢ
３５ ボーレートＣ
３６ ボーレートＤ
３７ ボーレートＥ
３１３ 応答フレーム
３１４ ボーレート通知フレーム

Claims (9)

1. 伝送速度を設定する設定手段と、前記設定された伝送速度を変更する伝送速度変更手段と、前記伝送速度で受信可能か判断する受信判断手段と、前記受信可能と判断されると要求情報を送信する応答情報送信手段と、前記要求情報に応じて送信される応答情報に含まれる伝送速度の情報を得る伝送速度情報取得手段と、前記受信可能と判断された伝送速度と、応答情報に含まれる情報の伝送速度とを比較して設定の適確を判断する判断手段とを有することを特徴とする伝送装置。
2. 請求項１において、
   受信可能と判断されると仮確定状態に遷移し、前記が伝送速度と、応答情報に含まれる情報の伝送速度とを比較することで適確と判断されると本確定状態に遷移することを特徴とする伝送装置。
3. 請求項２において、
   受信情報に含まれる誤りチェック情報に基づいて、仮確定状態へ遷移することを特徴とする伝送装置。
4. 請求項２において、
   伝送速度通知情報を受取ることによる適確判断に基づいて、仮確定状態から本確定状態へ遷移することを特徴とする伝送装置。
5. 請求項４において、
   前記伝送速度通知情報を受信できずに、仮確定状態が一定時間経過した場合、仮確定状態から未確定状態へ遷移することを特徴とする伝送装置。
6. 請求項１において、
   前記設定の伝送速度を所定の間隔で順次変更することにより通信状態を認識することを特徴とする伝送装置。
7. 請求項４において、
   本確定状態時にマスタ局からの通信が一定時間行われなかった場合、本確定状態から仮確定状態又は未確定状態に遷移することを特徴とする伝送装置。
8. 第１の伝送装置が、伝送速度を変更可能に設定し、前記伝送速度で受信可能か判断し、
   前記受信可能と判断すると要求情報を送信し、
   第２の伝送装置が、前記要求情報に応じて応答情報を送信し、
   第１の伝送装置が、前記応答情報に含まれる伝送速度の情報を得て、前記受信可能と判断された伝送速度と、応答情報に含まれる情報の伝送速度とを比較して設定の適確を判断する通信システム。
9. 第１の伝送装置が、伝送速度を変更可能に設定し、前記伝送速度で受信可能か判断し、
   前記受信可能と判断すると要求情報を送信し、
   第２の伝送装置が、前記要求情報に応じて応答情報を送信し、
   第１の伝送装置が、前記応答情報に含まれる伝送速度の情報を得て、前記受信可能と判断された伝送速度と、応答情報に含まれる情報の伝送速度とを比較して設定の適確を判断する通信方法。

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