(57)【要約】【解決手段】通信ネットワークにおいて、ネットワーク接続装置は、グランドマスタのタイミング情報を受け入れて、スレーブノードそれ自身とタイミング同期しているように要求することにより、タイミング同期を達成する。【効果】グランドマスタが除去されまたはクラッシュされる場合、新たなスレーブノードが追加される場合、またはハックノードが通信ネットワークをハックしようとする場合でも、ネットワーク接続装置１２１は、スレーブノードがそれ自身とタイミング同期することをなお周期的に要求し、その結果通信ネットワーク内部のタイミング同期には影響が及ぼされない。【選択図】図４
2010103970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランドマスタと、
前記グランドマスタに結合された少なくとも１つのサブネットワークとを有し、
前記サブネットワークは、
（ａ）少なくとも１つの第１ノードと、
（ｂ）前記グランドマスタおよび前記少なくとも１つの第１ノードにかつその間に結合されるネットワーク接続装置であって、前記ネットワーク接続装置は、前記グランドマスタからのタイミング情報を受け入れて、前記ネットワーク接続装置と前記グランドマスタとの間でタイミング同期を達成し、かつ前記ネットワーク接続装置は、前記ネットワーク接続装置のタイミング情報に基づいて第１タイミング同期リクエストパケットを前記少なくとも１つの第１ノードに出力して、前記少なくとも１つの第１ノードが前記ネットワーク接続装置とタイミング同期しているように要求する、ネットワーク接続装置とを備えるものである、通信システム。
【請求項２】
前記グランドマスタと、前記ネットワーク接続装置とは、マスタとスレーブの関係があり、
前記ネットワーク接続装置と、前記少なくとも１つの第１ノードとは、マスタとスレーブの関係がある、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ネットワーク接続装置が、前記グランドマスタからの前記タイミング情報を受け入れる場合には、前記グランドマスタは、第２タイミング同期リクエストパケットを前記ネットワーク接続装置に出力して、その間で前記タイミング同期を達成し、かつ前記第２タイミング同期リクエストパケットは、前記グランドマスタと前記ネットワーク接続装置との間の境界に沿って送信される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ネットワーク接続装置から出力される前記第１タイミング同期リクエストパケットは、前記ネットワーク接続装置と前記少なくとも１つの第１ノードとの間の境界に沿って送信される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
第２ノードが前記サブネットワークに新たに追加される場合には、前記ネットワーク接続装置は、前記第２ノードを強制的にスレーブであるようにし、かつ前記ネットワーク接続装置は、前記第２ノードから出力される第３タイミング同期リクエストパケットを停止させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記グランドマスタが除去されまたはクラッシュされる場合には、前記ネットワーク接続装置は、なお適時に前記少なくとも１つの第１ノードが前記ネットワーク接続装置とタイミング同期しているように要求して、その間で前記タイミング同期を達成し続ける、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
ハックノードは、前記サブネットワークに新たに追加され、前記ネットワーク接続装置は、前記ハックノードを強制的にスレーブであるようにしようとし、かつ
前記ネットワーク接続装置が、前記ハックノードを強制的に前記スレーブであるようにすることができなくても、前記ハックノードに接続される前記ネットワーク接続装置の接続ポートが遮断され、かつ前記ネットワーク接続装置は、前記ハックノードから出力される第４タイミング同期リクエストパケットを停止させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記グランドマスタおよび前記ネットワーク接続装置は、ベスト・マスタ・クロック（ＢＭＣ）アルゴリズムおよび高精度時間プロトコル（ＰＴＰ）を支持する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第１ノードは、高精度時間プロトコル（ＰＴＰ）を支持し、かつ前記少なくとも１つの第１ノードは、ベスト・マスタ・クロック（ＢＭＣ）アルゴリズムを支持するまたは支持しない、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ネットワーク接続装置は、
複数の接続ポートであって、前記接続ポートのうち第１接続ポートは、前記グランドマスタに接続され、かつ前記接続ポートのうち第２接続ポートは、前記少なくとも１つの第１ノードに接続される、複数の接続ポートと、
前記接続ポートに結合されるタイミング同期モジュールであって、前記グランドマスタから送信される前記第２タイミング同期リクエストパケットは、前記第１接続ポートを通して前記タイミング同期モジュールに送信されて、前記グランドマスタと前記ネットワーク接続装置との間で前記タイミング同期を達成し、かつ前記タイミング同期モジュールは、前記第１タイミング同期リクエストパケットを前記第２接続ポートを通して前記少なくとも１つの第１ノードにさらに出力して、前記ネットワーク接続装置と前記少なくとも１つの第１ノードとの間で前記タイミング同期を達成する、タイミング同期モジュールと、
前記接続ポートに結合され、パケット送信、パケット切換、パケットディスパッチング、またはパケット転送を含むパケット関連機能を行う、ネットワーク接続モジュールとを備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項１１】
グランドマスタと第１ノードとを備える、通信システムにおいて応用されるネットワーク接続装置であって、前記ネットワーク接続装置は、
複数の接続ポートであって、前記接続ポートのうちの第１接続ポートは、前記グランドマスタに接続され、かつ前記接続ポートのうちの第２接続ポートは、前記第１ノードに接続される、複数の接続ポートと、
前記接続ポートに結合されるタイミング同期モジュールであって、前記グランドマスタから送信される第１タイミング同期リクエストパケットは、前記第１接続ポートを通して前記タイミング同期モジュールに送信されて、前記グランドマスタと前記ネットワーク接続装置との間でタイミング同期を達成し、前記タイミング同期モジュールは、第２タイミング同期リクエストパケットを前記第２接続ポートを通して前記第１ノードに出力して、前記ネットワーク接続装置と前記第１ノードとの間でタイミング同期を達成する、タイミング同期モジュールと、
前記接続ポートに結合され、パケット関連機能を行う、ネットワーク接続モジュールとを備える、ネットワーク接続装置。
【請求項１２】
グランドマスタと前記ネットワーク接続装置とは、マスタとスレーブの関係があり、かつ
前記ネットワーク接続装置と前記第１ノードは、マスタとスレーブの関係がある、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１タイミング同期リクエストパケットは、前記グランドマスタと前記ネットワーク接続装置との間の境界に沿って送信される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２タイミング同期リクエストパケットは、前記ネットワーク接続装置と前記第１ノードとの間の境界に沿って送信される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
第２ノードは、前記ネットワーク接続装置の前記接続ポートのうちの第３接続ポートに新たに接続され、前記ネットワーク接続装置は、前記第２ノードを強制的にスレーブであるようにし、かつ前記ネットワーク接続装置は、前記第２ノードから出力される第３タイミング同期リクエストパケットを停止させる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記グランドマスタが除去されまたはクラッシュされる場合には、前記ネットワーク接続装置は、なお適時に前記第１ノードが前記ネットワーク接続装置とタイミング同期しているように要求して、その間で前記タイミング同期を達成し続ける、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
ハックノードは、前記ネットワーク接続装置の前記接続ポートのうちの第４接続ポートに新たに接続され、前記ネットワーク接続装置は、前記ハックノードを強制的にスレーブにしようとし、かつ
前記ネットワーク接続装置が、前記ハックノードを強制的に前記スレーブであるようにすることができないなら、前記第４接続ポートが遮断され、かつ前記ネットワーク接続装置は、前記ハックノードから出力される第４タイミング同期リクエストパケットを停止させる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記グランドマスタおよび前記ネットワーク接続装置は、ベスト・マスタ・クロック（ＢＭＣ）アルゴリズムおよび高精度時間プロトコル（ＰＴＰ）を支持し、前記第１ノードは、前記高精度時間プロトコル（ＰＴＰ）を支持し、かつ前記第１ノードは、前記ベスト・マスタ・クロック（ＢＭＣ）アルゴリズムを選択的に支持する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記ネットワーク接続モジュールによって行われる前記パケット関連機能は、パケット送信、パケット切換、パケットディスパッチング、またはパケット転送を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
前記タイミング同期モジュールは、前記第１ノードについての送信遅延との同期時間を計算することを担当し、かつ第２タイミング同期リクエストパケットとの同期時間を前記第２接続ポートを通して前記第１ノードに出力し、次に第１ノードは、前記タイミング同期モジュールまで前記同期時間と同期される、請求項１１に記載の装置。
【請求項２１】
グランドマスタと、少なくとも１つの第１ノードと、ネットワーク接続装置とを有する通信システムにおける通信方法であって、
前記ネットワーク接続装置によって、前記グランドマスタからのタイミング情報を受け入れて、前記ネットワーク接続装置と前記グランドマスタとの間でタイミング同期を達成するステップと、
前記ネットワーク接続装置によって、前記ネットワーク接続装置のタイミング情報に基づいて第１タイミング同期リクエストパケットを前記少なくとも１つの第１ノードに出力し、かつ前記第１ノードが前記ネットワーク接続装置と前記少なくとも１つの第１ノードとの間でタイミング同期を達成するように要求するステップとを含む、方法。
【請求項２２】
前記グランドマスタがマスタでありかつ前記ネットワーク接続装置が前記グランドマスタと前記ネットワーク接続装置との間のスレーブであるように設定するステップと、
前記ネットワーク接続装置がマスタでありかつ前記少なくとも１つの第１ノードが前記ネットワーク接続装置と前記少なくとも１つの第１ノードとの間のスレーブであるように設定するステップとをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記グランドマスタによって、第２タイミング同期リクエストパケットを前記ネットワーク接続装置に出力して、その間で前記タイミング同期を達成するステップであって、前記第２タイミング同期リクエストパケットは、前記グランドマスタと前記ネットワーク接続装置との間の境界に沿って送信されるステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ネットワーク接続装置から出力される前記第１タイミング同期リクエストパケットは、前記ネットワーク接続装置と前記少なくとも１つの第１ノードとの間の境界に沿って送信される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
第２ノードが新たに追加される場合には、前記ネットワーク接続装置によって、前記第２ノードがスレーブであるように設定し、かつ前記ネットワーク接続装置によって、前記第２ノードから出力される第３タイミング同期リクエストパケットを停止させるステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記グランドマスタが除去されまたはクラッシュされる場合には、前記ネットワーク接続装置によって、適時に前記少なくとも１つの第１ノードが前記ネットワーク接続装置とタイミング同期しているように要求して、その間で前記タイミング同期を達成し続けるステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
ハックノードが新たに追加される場合には、前記ネットワーク接続装置によって、前記ハックノードがスレーブであるように設定しようとするステップをさらに含み、
前記ネットワーク接続装置が、前記ハックノードが前記スレーブであるように設定することができなければ、前記ハックノードに接続される前記ネットワーク接続装置の接続ポートが遮断され、かつ前記ネットワーク接続装置は、前記ハックノードから出力される第４タイミング同期リクエストパケットを停止させる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記グランドマスタおよび前記ネットワーク接続装置は、ベスト・マスタ・クロック（ＢＭＣ）アルゴリズムおよび高精度時間プロトコル（ＰＴＰ）を支持する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの第１ノードは、高精度時間プロトコル（ＰＴＰ）を支持し、かつ前記少なくとも１つの第１ノードは、ベスト・マスタ・クロック（ＢＭＣ）アルゴリズムを選択的に支持する、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ネットワーク接続装置、通信システムおよびそれを応用した通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファクトリ自動化制御およびイントラネット測定（LXI;LAN eXtension Instrument）においては、精密タイミング同期が重要である。
精密タイミング同期を重視するファクトリ自動化制御（例えば、製造装置自動化制御またはロボットアーム自動化制御）において、ロボットアーム制御などの動き制御、モータ回転速度制御などは、最も精度の高い通信タイミング同期を要求する。タイミング同期は、グランドマスタとロボットアームおよびモータなどのノードとの間で達成されなければならない。タイミング同期が精密でなければ、製品は故障することがあり、それによって利益に直接影響を及ぼしかつ多額の損失を引き起こす。
【０００３】
イントラネット測定を、車両自動化試験製品ライン、飛行機電子装置試験、およびロケット発射基地などのさまざまな環境に適応させてもよい。これらの環境の中で、タイミング同期は、多数のコンピュータと、多数の機械と、多数の検知部材との間で到達されなければならず、その結果多数の検知部材によって復帰される信号は、特定の時間期間に測定されてもよく、かつその信号はその後分析されてもよい。
【０００４】
先行ネットワークタイミング同期では、プロバイダーエッジ（ＰＥ）ルータ、カスタマエッジ（ＣＥ）ルータ、加入者宅内機器（ＣＰＥ）またはゲートウェイは、高精度時間プロトコル（ＰＴＰ）およびベスト・マスタ・クロック（ＢＭＣ）アルゴリズムを支持する必要がある。
図１Ａ（先行技術）は、「カスタマエッジルータまたはそれと関連する加入者宅内機器を同期する方法」という題の米国特許公開第2007/0064851号明細書に開示されている先行技術のタイミング同期を示す。図１Ａに示すように、ＣＰＥ１０およびＣＰＥ１６は、ＢＭＣアルゴリズムを実行して、マスタおよびスレーブを決定する（ＣＰＥ１０はマスタであり、かつＣＰＥ１６はスレーブであると仮定する）。その後、ＣＰＥ１０は、ＣＰＥ１６がＣＰＥ１０とタイミング同期しているように、ＰＥルータ１２およびＣＥルータ１４を通して、タイミング同期リクエストパケットをＣＰＥ１６に送信する。この関連技術では、機構は、「透過形タイミング同期機構」と呼ばれる。すなわち、ＣＰＥ１０およびＣＰＥ１６は、それぞれ異なるサブネットワークに関連し、かつタイミング同期リクエストパケットは、ＣＰＥ１０とＰＥルータ１２との間のサブネットワーク、ＰＥルータ１２とＣＥルータ１４との間のサブネットワーク、およびＣＥルータ１４とＣＰＥ１６との間のサブネットワークなどの多数のサブネットワークを通して送信する必要がある。したがって、タイミング同期リクエストパケットは、送信遅延を有する。
【０００５】
さらに、元来グランドマスタであるＣＰＥ１０が除去されまたはクラッシュされるならば、ノード１２〜１６は、ＣＰＥ１０から出力されるタイミング同期リクエストを受信することができない。このように、ノード１２〜１６は、ＢＭＣアルゴリズムを実行し始めて、どのノードが新たなグランドマスタになるべきであるかを決定する。したがって、タイミング同期全体が乱される。ファクトリ自動化環境を一例とすると、元来のグランドマスタが除去されまたはクラッシュされるならば、ノード（製造ライン）のタイミング情報がリセットされ、その結果故障した製品が得られることがある。
【０００６】
図１Ｂは、どのようにして先行技術が新たなノードまたはハックノードを追加するかを示す模式図である。図１Ｂに示すように、新たなＣＰＥ１８が追加される場合には、新たなＣＰＥ１８はベストタイミング同期リクエストパケットＥｂｅｓｔを全てのノード１０〜１６に出力して、他のノードがそれ自身とタイミング同期しているようにかつマスタスレーブ関係を再び決定するように要求する。すべてのノードは、ＢＭＣを再び実行して、新たなマスタスレーブ関係を決定する必要があるので、すべてのノード間のタイミング同期が乱される。そこで、タイミング同期全体には負影響が及ぼされる。より特定的には、タイミング同期の乱れのため故障した製品が得られることがあるので、ファクトリ自動化環境において他のタイミング同期化ノードのタイミング情報を乱してはいけない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許公開第2007/0064851号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
より特定的には、新たなＣＰＥ１８がハックノードであれば、そのハックノードは、ベストタイミング同期リクエストパケットＥｂｅｓｔをノード１０〜１６に出力して、ノード１０〜１６を強制的にスレーブノードになるようにしかつそれ自身をマスタノードにし、それによってセキュリティの問題が生じる。
本発明は、ネットワーク接続装置、ならびに通信システムおよびそれを応用する通信方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態に従って、通信システムが提供される。通信システムは、グランドマスタおよび少なくとも１つのサブネットワークを含む。サブネットワークは、グランドマスタに結合され、かつ少なくとも１つの第１ノードと、グランドマスタおよび第１ノードにかつその間に結合されるネットワーク接続装置とを含む。ネットワーク接続装置は、グランドマスタからのタイミング情報を受け入れて、ネットワーク接続装置とグランドマスタとの間でタイミング同期を達成する。ネットワーク接続装置は、ネットワーク接続装置のタイミング情報に基づいて第１タイミング同期リクエストパケットを第１ノードに出力して、第１ノードがネットワーク接続装置とタイミング同期しているように要求する。
【００１０】
また本発明の実施形態に従って、通信システムで応用されるネットワーク接続装置が提供される。通信システムは、グランドマスタおよび第１ノードを含む。ネットワーク接続装置は、複数の接続ポートと、タイミング同期モジュールと、ネットワーク接続モジュールとを含む。接続ポートのうち第１接続ポートは、グランドマスタに接続され、かつ接続ポートのうち第２接続ポートは、第１ノードに接続される。タイミング同期モジュールは、接続ポートに結合される。グランドマスタから送信される第１タイミング同期リクエストパケットは、第１接続ポートを通してタイミング同期モジュールに送信されて、グランドマスタとネットワーク接続装置との間でタイミング同期を達成する。タイミング同期モジュールは、第２タイミング同期リクエストパケットを第２接続ポートを通して第１ノードにさらに出力して、ネットワーク接続装置と第１ノードとの間でタイミング同期を達成する。接続ポートに結合されるネットワーク接続モジュールは、パケット関連機能を行うためのものである。
【００１１】
さらに、本発明の実施形態に従って、通信システムにおいて適合される通信方法が提供される。通信システムは、グランドマスタ、少なくとも１つの第１ノードと、ネットワーク接続装置を含む。通信方法は、ネットワーク接続装置によって、グランドマスタからのタイミング情報を受け入れて、ネットワーク接続装置とグランドマスタとの間でタイミング同期を達成するステップと、ネットワーク接続装置によって、ネットワーク接続装置のタイミング情報に基づいて第１タイミングリクエストパケットを第１ノードに出力するステップとを含む。
【００１２】
上記の一般的な説明および次の詳細な説明は、例示的かつ説明的であるだけであり、本発明から制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａ（先行技術）は、先行技術に従ってタイミング同期を達成する動作を示す模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂ（先行技術）は、先行技術に従って新たなノードを追加する動作を示す模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態による通信システムを示す模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施形態によるネットワーク接続装置を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態によるタイミング同期機構を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による新たなノードの追加を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態においてグランドマスタノードの除去またはクラッシュを示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態においてハックノードが追加される場合の条件を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態による動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明によれば、グランドマスタとノード（たとえば、製造ライン、ロボットアーム、モータなど）との間のタイミング同期が達成されるように精密タイミング同期を達成することができる装置およびシステムが提供される。
本発明の実施形態において、ネットワーク接続装置およびそれを応用する通信システムが提供される。ネットワーク接続装置は、グランドマスタとタイミング同期している。ネットワーク接続装置は、スレーブノードにそれ自身とスレーブノードとの間でタイミング同期を達成するように要求する。したがって、グランドマスタと、ネットワーク接続装置と、スレーブノードとの間のタイミング同期が達成される。
【００１５】
本発明の実施形態において、ネットワーク接続装置およびそれを応用する通信システムが提供される。新たなノードが追加される場合には、その新たなノードを強制的にスレーブノードになるようにし、かつ新たなノードから出力されるタイミング同期リクエストパケットは、ネットワーク接続装置によってブロックされて、他のノード間のタイミング同期の乱れまたは影響を防ぐ。
【００１６】
本発明の実施形態において、ネットワーク接続装置およびそれを応用する通信システムが提供される。グランドマスタが除去されまたはクラッシュされる場合には、ネットワーク通信装置は、スレーブノードとのタイミング同期を連続して行って、すべての他のスレーブノード間のタイミング同期が影響されるのを防止する。
本発明の実施形態において、ネットワーク接続装置およびそれを応用する通信システムが提供される。ハックノードが追加される場合には、ハックノードから出力されるベストタイミング同期リクエストパケットがネットワーク接続装置によってブロックされて、すべてのノード間のタイミング同期が影響されるのを防止する。さらに、ハックノードに接続されるネットワーク接続装置の接続ポートが遮断されて、ハックノードから出力されるすべてのパケットをブロックする。
【００１７】
本発明の実施形態において、通信ネットワークにおけるスレーブノードは、ベスト・マスタ・クロック（ＢＭＣ）アルゴリズムを選択的に支持することができる。
図２Ａは、本発明の実施形態による通信システム１００を示す模式図である。図２Ａを参照して、通信システム１００は、グランドマスタ１１０および多数のサブネットワーク１２０および１３０を含む。サブネットワーク１２０は、ネットワーク接続装置１２１および多数のスレーブノード１２２を含む。サブネットワーク１３０は、ネットワーク接続装置１３１および多数のスレーブノード１３２を含む。本実施形態において、サブネットワークは、インターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークなどパケットネットワークを含むがこれに限定されない。２つのサブネットワークのみを図２Ａに図示するが、当業者は、本発明がサブネットワークの数および種類によって制限されないことを理解することができる。
【００１８】
ファクトリ自動化環境を一例とすると、２つのサブネットワークは、ファクトリ自動化についての２つのゾーンとみなされてもよい。２つのゾーンは、半導体ウェハファクトリにおけるイエローゾーンおよびエッチングゾーン、または車両鋳造工場における自動化ロボットアームおよび製造ラインであってもよい。
グランドマスタ１１０ならびにネットワーク接続装置１２１および１３１は、ベスト・マスタ・クロック（ＢＭＣ）アルゴリズムおよび高精度時間プロトコル（ＰＴＰ）を支持する。
【００１９】
本実施形態において、グランドマスタ１１０は、常にマスタノードであり、かつグランドマスタ１１０のタイミング情報は、通信システム１００の標準時間である。通信システム１００内部のネットワーク接続装置１２１および１３１は、グランドマスタ１１０とタイミング同期していなければならない。グランドマスタ１１０は、周期的に（例えば、２秒ごとに）タイミング同期リクエストをネットワーク接続装置１２１および１３１に出力し、かつネットワーク接続装置１２１および１３１はまた、タイミング同期リクエストをスレーブノード１２２および１３２に周期的に出力する。したがって、通信システム１００内部のすべてのノード間のタイミング同期が保持されるように保証することが可能である。
【００２０】
ネットワーク接続装置１２１，１３１とグランドマスタ１１０との間では、ネットワーク接続装置１２１および１３１は、スレーブノードである。しかしながら、ネットワーク接続装置１２１，１３１とスレーブノード１２２、１３２との間では、ネットワーク接続装置１２１および１３１はマスタノードである。言い換えると、サブネットワーク１２０および１３０では、ネットワーク接続装置１２１および１３１は、マスタノードであり、かつ他のノードは、スレーブノードである。
【００２１】
本実施形態において、ネットワーク接続装置１２１および１３１の各々は、ゲートウェイ、ルータ、スイッチ、ブリッジなどを含むがこれに限定されない。本実施形態において、ネットワーク接続装置１２１および１３１は、パケットをディスパッチングする、転送する、または切り換えることができる。ネットワーク接続装置１２１および１３１は、多数のネットワークに接続される。サブネットワーク１２０および１３０は、同じ通信プロトコルまたは異なる通信プロトコルを採用してもよい。本実施形態において、ネットワーク接続装置は、グランドマスタと、ネットワーク接続装置と、スレーブノードとの間のタイミング同期が達成されるように境界タイミング同期機構(boundary timing synchronization mechanism)を有し、その詳細を以下で説明する。
【００２２】
本発明の実施形態において、任意の１つのスレーブノードは、ＢＭＣアルゴリズムを支持してもよいし、支持しなくてもよい。スレーブノードは、ＢＭＣアルゴリズムを選択的に支持してもよい。本発明の実施形態において、ネットワーク接続装置は、スレーブノードがＢＭＣアルゴリズムを支持するかどうかにかかわらず、自らをマスタノードとして設定し、かつ他のノードを同じサブネットワークのスレーブノードとして設定する。すなわち、たとえＢＭＣアルゴリズムを支持するノードがＢＭＣアルゴリズムを完全に実行しても、ノードは、なおスレーブノードであり、かつマスタノードとなることができない。さらに、すべてのスレーブノードは、本発明の実施形態におけるＰＴＰを支持しなければならない。
【００２３】
図２Ｂは、本発明の実施形態によるネットワーク接続装置１２１を示す模式図である。図２Ｂを参照して、ネットワーク接続装置１２１は、ネットワーク接続モジュール２１０、タイミング同期モジュール２２０、接続ポート２３０Ａ、および多数の接続ポート２０３Ｂを含む。一般的には、１つの接続ポート２３０Ａしかない。
ネットワーク接続モジュール２１０は、パケット関連機能と呼ばれることもある、パケットディスパッチ、パケット転送、およびパケット切換機能を実行する。
【００２４】
グランドマスタ１１０から送信されるタイミング情報は、接続ポート２３０Ａを通してタイミング同期モジュール２２０に送信されてもよい。タイミング同期モジュール２２０は、タイマー機能を実行してもよい。すなわち、タイミング同期モジュール２２０のタイミング情報は、ネットワーク接続装置のタイミング情報である。さらに、タイミング同期モジュール２２０はまた、ＰＴＰアルゴリズムおよびＢＭＣアルゴリズムを支持する。
【００２５】
ネットワーク接続装置（すなわち、タイミング同期モジュール２２０）がグランドマスタ１１０とタイミング同期される場合には、タイミング同期モジュール２２０は、スレーブノード１２２についての送信遅延との同期時間を計算し、かつその同期時間と、スレーブノード１２２が後に同期される。タイミング同期モジュール２２０は、タイミング同期をするための接続ポート２３０Ｂを通して、パケットによる同期時間情報をスレーブノード１２２に送信する。したがって、ネットワーク接続装置１２１とスレーブノード１２２との間のタイミング同期が達成される。
【００２６】
ネットワーク接続装置１２１の接続ポート２３０Ａおよび２３０Ｂは、ＰＴＰアルゴリズムおよびＢＭＣアルゴリズムを支持する。ＢＭＣアルゴリズムは、（グランドマスタ１１０に接続される）接続ポート２３０Ａとグランドマスタ１１０との間で実行されて、グランドマスタ１１０をマスタノードとしてかつ接続ポート２３０Ａおよび２３０Ｂをスレーブノードとして決定する。さらに、接続ポート２３０Ａおよび２３０Ｂのどちらか一方が、外的にまたは動的にグランドマスタ１１０に接続されなければならないかを決定することが可能である。ＢＭＣアルゴリズムが完全に実行された後、ＰＴＰアルゴリズムは、ネットワーク接続装置１２１の接続ポート２３０Ａとグランドマスタ１１０との間で実行され、その結果接続ポート２３０Ａは、グランドマスタ１１０から送信されるタイミング情報を受信することができ、かつそのタイミング情報をタイミング同期モジュール２２０に送信することができる。
【００２７】
その後、タイミング同期モジュール２２０は、それ自身のタイミング情報を他の接続ポート２３０Ｂに出力する。通信システム１００の内部には１つだけグランドマスタ１１０があり、そこでスレーブノード１２２は、いったん接続ポート２３０Ａがグランドマスタ１１０に接続されるように決定されると、他の接続ポート２３０Ｂに接続される。
スレーブノードがＢＭＣアルゴリズムを支持するならば、ネットワーク接続装置１２１の接続ポート２３０Ｂおよびスレーブノード１２２がＢＭＣアルゴリズムを完全に実行した後、接続ポート２３０Ｂは、ネットワーク接続装置１２１を強制的にマスタノードになるようにする（これは、「マスタオンリ」機構と呼ばれる）。他方、スレーブノードがＢＭＣアルゴリズムを支持しなければ、ＢＭＣアルゴリズムは接続ポート２３０Ｂとスレーブノード１２２との間で実行されないが、接続ポート２３０Ｂはまた、ネットワーク接続装置１２１を強制的にマスタノードになるようにしてもよい。
【００２８】
さらに、新たなノードがサブネットワークに追加されても（すなわち、新たに追加されたノードが接続ポート２３０Ｂに接続されても）、接続ポート２３０Ｂはまた、ネットワーク接続装置１２１を強制的にマスタノードになりかつ新たなノードを強制的にスレーブノードになるようにしてもよい。
しかしながら、新たなノードを強制的にスレーブノードになるようにすることができなければ、新たなノードは、本発明の実施形態のハックノードとみなされ、かつ新たなノードに接続される接続ポート２３０Ｂが遮断される。したがって、ネットワーク接続装置１２１は、ハックノードがタイミング同期リクエストを不適切に出力してサブネットワーク（および通信システム全体）のタイミング同期を乱すのを防止してもよい。
【００２９】
接続ポート２３０Ｂは、タイミング同期モジュール２２０から送信されるタイミング情報を受信した後、タイミング同期リクエストパケットをスレーブノード１２２に出力して、ネットワーク接続装置１２１とスレーブノード１２２との間でタイミング同期を達成する。
以上で説明したように、ＢＭＣアルゴリズムを支持しないスレーブノードが、本発明の実施形態に従ってさらに提供される。ＢＭＣアルゴリズムを支持しないスレーブノードのソフトウェア／ハードウェアは、ＰＴＰをなお支持する。したがって、スレーブノードのソフトウェア／ハードウェアを簡略化し、ひいてはスレーブノードのコストを下げることが可能である。スレーブノードのソフトウェア／ハードウェアがＢＭＣアルゴリズムを動作させる必要がないので、スレーブノードのソフトウェア／ハードウェアの動作負荷は、さらに低下されてもよい。より特定的には、スレーブノードとグランドマスタとの間のタイミング同期は、ＢＭＣアルゴリズムを完了する際にかかる時間が節約されるので、さらに加速されてもよい。  
〈境界タイミング同期機構〉
本発明の実施形態は、境界タイミング同期機構を提供する。図３は、本発明の実施形態によるタイミング同期機構を示す模式図である。
【００３０】
本発明の実施形態において、タイミング同期リクエストパケットは、多数のサブネットワークを通して送信する必要がない。図３に示されるように、グランドマスタ１１０およびスレーブノード１２２は、それぞれ異なるサブネットワークに関連する。最初に、グランドマスタ１１０およびネットワーク接続装置１２１は、ＢＭＣアルゴリズムを実行して、マスタスレーブ関係を決定する（すなわち、どちらがマスタでありかつどちらがスレーブであるかを決定する）。グランドマスタは常にマスタであるので、ＢＭＣアルゴリズムが実行された後、グランドマスタ１１０がマスタとなりかつネットワーク接続装置１２１がスレーブとなる。
【００３１】
マスタとスレーブとの間の関係が決定された後、グランドマスタ１１０は、タイミング同期リクエストパケットをネットワーク接続装置１２１に出力する。パケットを受信した後、ネットワーク接続装置１２１は、そのタイミング情報が、グランドマスタ１１０のタイミング情報と同期するように調整する。ここで、この動作は、「ネットワーク接続装置１２１が、グランドマスタ１１０のタイミング情報を受け入れる」と呼ばれる。その後、ネットワーク接続装置１２１は、スレーブノード１２２が後に同期される同期タイミングを計算することを担当しており、かつネットワーク接続装置１２１は、同期時間情報パケットをスレーブノード１２２に送信して、ネットワーク接続装置１２１とノード１２２との間でタイミング同期を達成する。すなわち、ノード１２２は、グランドマスタ１１０と直接タイミング同期していない。
【００３２】
図３の実施形態によれば、グランドマスタ１１０とネットワーク接続装置１２１との間の送信遅延は、グランドマスタ１１０とネットワーク接続装置１２１との間の追跡によって生じる送信遅延を表す追跡遅延３５０である。さらに。スレーブノード１２２は、ネットワーク接続装置１２１のタイミング情報を受け入れる。したがって、送信遅延は、ネットワーク接続装置１２１とスレーブノード１２２との間の追跡によって生じ、かつ追跡遅延３５２と呼ばれる。
【００３３】
本実施形態において、グランドマスタ１１０からネットワーク接続装置１２１に送信されるタイミング同期リクエストパケットは、グランドマスタ１１０とネットワーク接続装置１２１との間にわたる上方境界に沿って送信される。ネットワーク接続装置１２１からスレーブノード１２２に送信されるタイミング同期リクエストパケットは、ネットワーク接続装置１２１とスレーブノード１２２との間にわたる下方境界に沿って送信される。それにもかかわらず、タイミング同期リクエストパケットは、異なるサブネットワークを通して伝送しない。本実施形態においては、このような理由で、この機構が境界タイミング同期機構と呼ばれる。
【００３４】
本実施形態において、タイミング同期リクエストパケットの送信遅延は、ネットワーク接続装置１２１とスレーブノード１２２との間で生じる。そこで、タイミング同期は、より高精度である。
〈追加される新たなノード〉
図４は、本発明の実施形態に従って新たなノードを追加する動作を示す模式図である。図４に示すように、本実施形態におけるネットワーク接続装置１２１の接続ポート２３０Ｂは、「マスタオンリ」機構を有する。新たなノード４２０が追加される場合には、新たなノード４２０は、ベストタイミング同期リクエストパケットＥｂｅｓｔをネットワーク接続装置１２１に出力しようとする。しかしながら、ネットワーク接続装置１２１の関連接続ポート２３０Ｂは、マスタであるように設定されていて、そこで新たなノード４２０がスレーブであるように設定される。さらに、新たなノード４２０から出力されるベストタイミング同期リクエストパケットＥｂｅｓｔは、ネットワーク接続装置１２１によってブロックされる。すなわち、新たなノード４２０から出力されるベストタイミング同期リエクストパケットＥｂｅｓｔを、他のスレーブノードに送信することができない。
【００３５】
したがって、新たなノードが追加されても、既存のスレーブノード１２２は、再びＢＭＣアルゴリズムを実行せず、かつネットワーク接続装置は、本実施形態においてタイミング同期をなお制御する。そこで、既存のノード間のタイミング同期は乱されない。ファクトリ自動化環境を一例とすると、他のノードは、なお正常に働くことができ、かつ製造工程全体は、新たに追加されるノードによって妨害されない。
〈グランドマスタノードの除去またはクラッシュ〉
図５は、本発明の実施形態におけるグランドマスタノードの除去またはクラッシュを示す模式図である。図５に示すように、グランドマスタ１１０が、本実施形態においてクラッシュされまたは除去されるならば、ネットワーク接続装置１２１は、ネットワーク接続装置１２１のタイミング情報に基づいて、スレーブノード１２２とのタイミング同期を連続して行う。したがって、すべてのスレーブノード１２２は、なお同期してかつ正常に動作する。したがって、グランドマスタが除去されまたはクラッシュされても、製造工程全体は、本実施形態において妨害されない。
〈安全保護〉
図６は、ハックノードが本発明の実施形態において追加される場合の条件を示す模式図である。図６に示すように、本実施形態におけるネットワーク接続装置１２１の接続ポート２３０Ｂは、「マスタオンリ」機構を有し、かつ新たに追加されたハックノード６２０によって出力されるベストタイミング同期リクエストパケットＥｂｅｓｔをブロックする／フィルタすることができ、パケットが通信ネットワーク１００内部の他のノードに導入されるのを防止する。
【００３６】
新たなノードが追加される場合には、「マスタオンリ」機構を有する接続ポート２３０Ｂは、ベストタイミング同期リクエストパケットＥｂｅｓｔを出力して、新たなノードがスレーブノードになるように要求する。ネットワーク接続装置１２１が、新たに追加されたノードがスレーブノードであるように設定されることを受入れないことがわかるならば、またはネットワーク接続装置１２１が、新たに追加されたノードがまたベストタイミング同期リクエストパケットＥｂｅｓｔを出力することがわかるならば、ネットワーク接続装置１２１は、そのノードをハックノードとみなし、かつハックノードに接続される接続ポートを自動的に遮断する。
【００３７】
通常の応用では、スレーブノード（製造ライン）のタイミング情報は、校正されなければならず、かつスレーブノードは、ベストタイミング同期リクエストパケットＥｂｅｓｔを出力しない。ハックノードのみが、ベストタイミング同期リクエストパケットＥｂｅｓｔを出力しようとする。
〈フローチャート〉
図７は、本発明の実施形態による動作を示すフローチャートである。図７に示すように、ステップ７１０では、ガードマスタおよびネットワーク接続装置は、ＢＭＣアルゴリズムを実行して、グランドマスタがマスタでありかつネットワーク接続装置がスレーブであると決定する。次に、ステップ７２０では、ネットワーク接続装置は、連続してガードマスタとタイミング同期している。
【００３８】
次に、ステップ７３０では、ノードがネットワーク接続装置に接続される場合には、ネットワーク接続装置に接続されるノードが、ＢＭＣアルゴリズムを支持するかどうか判断される。もしＹＥＳであれば、７４０に進むか、さもなければステップ７６０に進む。
ステップ７４０では、ＢＭＣアルゴリズムは、ネットワーク接続装置とＢＭＣアルゴリズムを支持するノードとの間で実行されて、どちらがマスタでありかつどちらがスレーブであるかを決定する。
【００３９】
ステップ７５０では、ノードがスレーブノードに設定されることを受け入れるかどうか判断される。もしＹＥＳであれば、ステップ７６０に進み、さもなければステップ７７０に進む。
ステップ７６０では、ネットワーク接続装置は、マスタとして設定され、かつこのノードがスレーブとして設定される。ネットワーク接続装置は、タイミング同期リクエストをスレーブノードにアクティブに出力して、タイミング同期を行う。したがって、グランドマスタと、ネットワーク接続装置と、スレーブノードとの間でタイミング同期を完了することが可能である。
【００４０】
ステップ７７０では、ネットワーク接続装置は、ノードをハックノードとみなし、かつハックノードに接続される接続ポートを遮断する。
要約すると、本発明の実施形態において、ネットワーク接続装置は、同じサブネットワーク上のすべてのスレーブノードがそれ自身とタイミング同期しているように要求する。ガードマスタは、スレーブノードがそれ自身とタイミング同期しているように要求しない。さらに、ガードマスタは、各サブネットワーク上のネットワーク接続装置がそれ自身とタイミング同期しているように要求する。したがって、通信システム全体におけるすべてのノード間でタイミング同期が達成されてもよい。ガードマスタが除去されまたはクラッシュされる場合、新たなスレーブが追加される場合、またはハックノードがハックしたい場合でも、通信システム内部のすべてのノード間のタイミング同期をなお保持することができ、かつそれには負影響が及ぼされる。
【００４１】
本発明を一例としてかつ好ましい実施形態について説明してきたが、本発明はそれに制限されないと理解されたい。それどころか、さまざまな修正および類似の範囲および手順を扱うよう意図されており、よって後掲の特許請求の範囲は、すべてのそのような修正および類似の配置および手順を包含するように最も広い解釈が与えられるべきである。
本出願は、２００８年１０月２１日に出願された台湾特許出願第９７１４０３５５号明細書の優先権を主張し、その全ての開示内容を本明細書中に援用する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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