(57)【要約】【課題】データの通信周期を制御する機能を持たずとも非同期状態に対応可能なデータ通信方式において、少ない信号線で多くのデータを表現することができ、優れた通信効率を発揮することができるデータ通信方式およびそれを用いたデータ通信装置を提供する。【解決手段】信号線の取りうる状態として、「通信の停止を意味する状態」と「データの継続を意味する状態」という２種類の制御データを割り付けることにより、データの変化点とデータの区切りを一致させて特殊なハードウェアを必要とすることなく、非同期状態に対応可能であり、しかも信号線を１本まるまる同期制御用とした場合に比べて多くのデータを表現することができる。【選択図】図１
2010212809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立して２つの状態を持つことが可能な複数の信号線によって送信側装置および受信側装置を繋いでデータ通信を行うデータ通信方式において、
前記信号線の取りうる状態として、そのうちの１つを「通信の停止を意味する状態」に割り当て、別の少なくとも１つを「データの継続を意味する状態」に割り当て、残りを「通信すべきデータに対応する状態」に割り当て、
前記送信側装置では、同一の送信データが複数回継続した時には「通信すべきデータに対応する状態」と「データの継続を意味する状態」とを交互に入れ替えて送信データを前記信号線の状態に変換して書き込み、送信するデータが無い時には前記信号線の状態を「通信の停止を意味する状態」とし、
前記受信側装置では、前回受信したデータを保存しておき、「データの継続を意味する状態」を受信した時には受信したデータを、前回受信したデータに置き換えることで元のデータに復元し、前記信号線の状態が「通信の停止を意味する状態」となった時にはデータ通信の終了と判断して受信処理を終了することを特徴とするデータ通信方式。
【請求項２】
前記受信側装置において、戦記信号線の状態を複数回読み込み、最も多い状態を現在の状態として採用することを特徴とする請求項１記載のデータ通信方式。
【請求項３】
前記受信側装置において、同一となる信号線の状態を継続して検出した場合、その検出回数に基づいて受信確認周期を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載のデータ通信方式。
【請求項４】
前記受信側装置において、Ｍ１回の処理タイミングで動作するうちの１回でデータ確認処理を実行しているときに、「通信の停止を意味する状態」以外の同一の信号線の状態をＭ２回にわたって検出した場合、適正タイミングをＭ３として、Ｍ３≦ （Ｍ２−１)×Ｍ１を満たすようにＭ３を設定し、Ｍ３回動作するうちの１回でデータ確認処理を行うように受信確認周期を変更することを特徴とする請求項３に記載のデータ通信方式。
【請求項５】
独立して２つの状態を持つことが可能な複数の信号線と、前記信号線によって繋がれる送信側装置および受信側装置から構成されるデータ通信装置において、
前記信号線は、取りうる状態として、そのうちの１つを「通信の停止を意味する状態」に割り当て、別の少なくとも１つを「データの継続を意味する状態」に割り当て、残りを「通信すべきデータに対応する状態」に割り当てるように構成され、
前記送信側装置は、同一の送信データを複数回継続して送信する時には「通信すべきデータに対応する状態」と「データの継続を意味する状態」とを交互に入れ替えて送信データを前記信号線の状態に変換して書き込み、送信するデータが無い時には前記信号線の状態を「通信の停止を意味する状態」とするように構成され、
前記受信側装置は、前回受信したデータを保存するデータ保存部が設けられ、「データの継続を意味する状態」を受信した時には受信したデータを、前回受信したデータに置き換えることで元のデータに復元し、前記信号線の状態が「通信の停止を意味する状態」となった時にはデータ通信の終了と判断して受信処理を終了するように構成されたことを特徴とするデータ通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非同期状態に対応可能なデータ通信技術に係り、特に、データ通信効率の向上を図ったデータ通信方式およびそれを用いたデータ通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、機器同士や機器の構成要素間でデータ更新を行う場合、送信側と受信側とで同期を取る必要があるが、通信環境に応じて、同期を取ることが難しいケースがある。例えば、変電所内の保護リレー装置と主制御装置とを繋ぐ保護制御監視装置のデータ通信環境では、通信に使えるポートは２ビットしかない、シリアル伝送のためのハードウェアもない、サンプリング同期も取れていないといった制約がある。
【０００３】
このような制約の中で有効なデータ通信方式として、符号化方式が知られている。符号化方式とは、データ自体にデータ変更タイミング情報を乗せることができる方式であり、ＣＭＩ符号化方式やマンチェスタ符号化方式が代表的なものである。
【０００４】
これらの符号化方式では、一つのデータ区間内で状態値を変化させることにより送信側と受信側とで同期を取ることができる。そのため、これらの方式においては、送信側装置におけるデータ送信間隔よりも、データ変化を検出する受信側装置での受信確認間隔を短く取ることが、データ通信を実現するための必須条件となる。なお、受信側で受信確認間隔を短くするとデータ復調の困難さが高まるなどの問題が起きるので、この問題の緩和を図るべく特許文献１などの従来技術がある。
【０００５】
ところで、上述したデータ通信方式においては、データ区間内で信号の状態を変化させている。このため、ビット同期を取った後、一定期間は送信側と受信側とで同期して動作することが不可欠である。したがって、送信側と受信側で動作周期をあわせる機構つまりハードウェアがない場合や、送信側と受信側で動作周期が大きく異なるような場合には、データ通信ができなくなるといった不都合が生じた。
【０００６】
そこで、非同期で動作する機器間で特段のハードウェアを要することなく、ソフトウェアのみでデータ通信に対応することが求められている。このニーズを受けて、信号線を２本以上用意し、そのうちの一つを同期制御専用の信号線としたデータ通信方式が一般的となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許２５７７６２８号（３頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、複数ある信号線のうちの一つを同期制御専用に割り当てた場合、次のような課題が指摘されていた。すなわち、信号線は、おのおの独立して２つの状態を取ることができるので、信号線がＮ本あるときの通信すべきデータに対応する信号線の状態数は２Ｎとなるが、１本の信号線を同期制御専用にしたことで、信号線の状態数は２Ｎ−１となり、信号線の状態数は半減する。
【０００９】
ただし、信号線の状態数が半減するといっても信号線が少なければ、問題となることは少ない。例えば、信号線を２本使用するだけならば（Ｎ＝２）、信号線の状態数は、もともと２２＝４なので、１本の信号線を同期制御専用とした場合の信号線の状態数が２２−１＝２となったとしても、その差は２である。
【００１０】
ところが近年では、変電所の高機能化が進み、データ表現の多様化に対する要求が強くなっており、信号線の状態数を増やすことが望まれている。そのためには、信号線の数を増大させるほかないが、信号線の数を増やせば増やすほど、信号線を１本、同期制御専用にしたことによる状態数半減の影響は大きくなる。仮に信号線を８本設けたとすると、本来なら信号線の状態数が２８＝２５６となるべきところ、同期制御に割り当てた分、信号線の状態数は２８−１＝１２８にまで減ってしまうことになる。
【００１１】
すなわち、同期制御専用の信号線の設置は、同期を取らない機器間でのデータの通信周期を制御することに寄与できるものの、信号線の状態数を半減させることになる。しかも、信号線の数が増えるにしたがって、信号線状態数の低減度合いは大きくなるため、同期制御専用の信号線はデータ通信の効率化を進める上での障害となっていた。
【００１２】
本発明は、以上の問題を解消するために提案されたものであり、その目的は、データの通信周期を制御する機能を持たずとも非同期状態に対応可能なデータ通信方式において、少ない信号線で多くのデータを表現することができ、優れた通信効率を発揮することができるデータ通信方式およびそれを用いたデータ通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係るデータ通信方式は、独立して２つの状態を持つことが可能な複数の信号線によって送信側装置および受信側装置を繋いだ場合のデータ通信方式であって、前記信号線の取りうる状態として、そのうちの１つを「通信の停止を意味する状態」に割り当て、別の少なくとも１つを「データの継続を意味する状態」に割り当て、残りを「通信すべきデータに対応する状態」に割り当て、前記送信側装置では、同一の送信データが複数回継続した時には「通信すべきデータに対応する状態」と「データの継続を意味する状態」とを交互に入れ替えて送信データを前記信号線の状態に変換して書き込み、送信するデータが無い時には前記信号線の状態を「通信の停止を意味する状態」とし、前記受信側装置では、前回受信したデータを保存しておき、「データの継続を意味する状態」を受信した時には受信したデータを、前回受信したデータに置き換えることで元のデータに復元し、前記信号線の状態が「通信の停止を意味する状態」となった時にはデータ通信の終了と判断して受信処理を終了することを特徴としている。
【００１４】
以上のような本発明では、複数ある信号線のうちの１本を同期制御専用とするのではなく、複数の信号線の取りうる状態の中で、２種類の制御データとして「通信の停止を意味する状態」および「データの継続を意味する状態」を割り付け、残りを汎用データ用として「通信すべきデータに対応する状態」を割り付けている。これにより、Ｎ本の信号線による状態数は２Ｎ−２となり、Ｎが３以上の場合には、Ｎ本の信号の１本を通信制御専用とした場合の状態数２Ｎ−１と比べて、表現可能なデータ量を増やすことができる。
【００１５】
また、本発明では、送信側において「通信の停止を意味する状態」とした時、受信側でデータ通信を終わらせることができるため、受信側に終了確認タイマーを設ける必要が無く、構成の簡略化を進めることができる。
【００１６】
さらに、本発明においては、送信側にて前回送信したデータと同じデータを送信する場合に、汎用データ用である「通信すべきデータに対応する状態」を書き込むのではなく、「データの継続を意味する状態」を書き込むことにより、データの変化点とデータの区切りを一致させることができる。したがって、データごとに必ず変化させてからデータを送信することが可能となり、受信側にてデータの変化を確認することができ、データの通信周期を制御する機能を持たずとも、伝送エラーを起こすことなく確実なデータ通信が実現する。
【発明の効果】
【００１７】
以上のような本発明によれば、信号線の取りうる状態として、「通信の停止を意味する状態」と「データの継続を意味する状態」という２種類の制御データを割り付けることにより、データの変化点とデータの区切りを一致させて特殊なハードウェアを必要とすることなく、非同期状態に対応可能であり、しかも信号線を１本まるまる同期制御用とした場合に比べて多くのデータを表現することができる、通信効率に優れたデータ通信方式およびそれを用いたデータ通信装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るデータ通信方式およびそれを用いたデータ通信装置の実施形態の一例について、図面を参照して具体的に説明する。下記の実施形態は、非同期状態に対応可能であり、制約が厳しい通信環境、例えば、保護リレー装置と主制御装置とを繋ぐ保護制御監視装置のデータ通信環境などに好適である。
【００１９】
（１）第１の実施形態
（１−１）構成
図１は第１の実施形態の概要を示す構成図、図２は第１の実施形態によるデータ更新を説明するためのタイムチャート、図３は第１の実施形態における信号線の状態を説明するための概念図である。
【００２０】
図１に示すように、第１の実施形態は、データ通信を行う送信側装置１Ａおよび受信側装置１Ｂと、これら装置１Ａ、１Ｂを繋ぐデータ通信用のＮ本（Ｎは２以上の整数）の信号線２から構成されている。信号線２は、おのおの独立して２つの状態を取ることができるようになっている。このため、Ｎ本の信号線２が表現できる状態数は２Ｎ通りとなる。
【００２１】
この２Ｎ通りの状態から、１つの状態を「通信の停止を意味する状態（状態０）」に割り当て、別の１つの状態を「データの継続を意味する状態(状態１)」に割り当て、残りの状態全てを「通信すべきデータに対応する状態」に割り当てている。つまり、２N−２の状態数分だけ、「通信すべきデータに対応する状態」に割り当ている。
【００２２】
送信側装置１Ａには送信すべきデータを信号線２の状態に変換する情報・信号状態変換手段３Ａが、受信側装置１Ｂには受け取った信号線２の状態を受信データに変換する情報・信号状態変換手段３Ｂが、それぞれ設けられている。さらに、送信側装置１Ａおよび受信側装置１Ｂには、前回送受信した信号線２の状態を記憶するための前状態記憶手段４が設置されている。
【００２３】
（１−２）通信方式
続いて、第１の実施形態に係る通信方式について、図２および図３を用いて説明する。
【００２４】
（１−２−１）送信側
図３に示すように、送信側装置１Ａにおいて、通信開始前の初期状態は、「通信の停止を意味する状態（状態０）」とする。また、予め設定されたデータ変更周期Ｔａ(図２に図示)後には、信号線２の状態を通信開始前の初期状態である「通信の停止を意味する状態（状態０）」に戻す。
【００２５】
さらに、送信側装置１Ａでは、送信すべきデータが存在するとき、変換手段３Ａにより、送るべきデータを信号線２の状態に変換して書き込む。このとき、送信すべきデータが複数ある場合には、送信側で最初の送るべきデータに対応する信号線２の状態を書き込んだ後、データ変更周期Ｔａ後に次のデータに対応する信号線２の状態を書き込み、連続してデータを送信する。
【００２６】
このように送信すべきデータが複数あり、且つ同一である場合に、第１の実施形態の方式の特徴が現れる。すなわち、前回送信したデータと同じデータを送信する場合には、信号線２の状態変化を発生させることができなくなる。そこで、データ変更周期Ｔａ後に「通信すべきデータに対応する状態」を書き込む代わりに、「信号の継続を意味する状態（状態１）」を書き込む（図３参照）。具体的には、送信すべきデータ列がＡ、Ｂ、Ｂ、Ａ、Ｃであれば、Ａ、Ｂ、＠、Ａ、Ｃのように送信することになる。ここで、＠は「信号の継続を意味する状態（状態１）」を表すシンボルである。
【００２７】
また、同じデータを３つ以上続けて送信する場合には、データ変更周期Ｔａごとに、「通信すべきデータに対応する状態」、「信号の継続を意味する状態（状態１）」、「通信すべきデータに対応する状態」という順で更新する。このように同じ送信データが複数回連続する場合には、「通信すべきデータに対応する状態」と「信号の継続を意味する状態（状態１）」を交互に変化させて更新する（図３参照）。データ列で示せば、例えばＡ、Ｂ、Ｂ、Ｂ、Ｂとした場合、Ａ、Ｂ、＠、Ｂ、＠というようにして送信する。
【００２８】
（１−２−２）受信側
データを受信する受信側装置１Ｂでは、信号線２の状態をデータ確認周期Ｔｂ(図２に図示)で、「通信の停止を意味する状態（状態０）」から、信号線２の状態が変化しているかどうかを確認する。信号線２の状態に変更があった場合には、変更された信号線２の状態を取得して、変換手段１Ｂにて信号線２の状態を受信データに変換する。
【００２９】
つまり、受信側装置１Ｂにおいては、データ確認周期Ｔｂで、信号線２の状態の変化を検出し、信号線２の状態変化がある時にデータを取り込む。また、受信側装置１Ｂ側は、信号線２の状態が「通信の停止を意味する状態（状態０）」となっているときには、データ通信の終了と判断して受信処理を終了する。
【００３０】
さらに、受信側装置１Ｂでは前回受信したデータを前状態保存手段４に保存しておく。そして、「信号の継続を意味する状態（状態１）」を受信した場合には、受信したデータを前回受信したデータに置き換えてから、元のデータを復元するようになっている。
【００３１】
（１−３）作用効果
以上のような第１の実施形態における作用効果は次の通りである。すなわち、送信側装置１Ａが同じデータを複数回連続して送信する場合、「通信すべきデータに対応する状態」を毎回書き込むのではなく、「通信すべきデータに対応する状態」と「信号の継続を意味する状態（状態１）」を交互に変化させて更新している。
【００３２】
これにより、データの変化点とデータの区切りを常に一致させることができ、送信すべきデータの単位で信号線２の状態が変わることが保障される。その結果、受信側装置１Ｂ側では、データ変更周期Ｔａよりもデータ確認周期Ｔｂの方が短ければ、信号線２の状態変化をデータ確認周期Ｔｂで確認することができ、データの通信周期を制御するハードウェアを必要とすることなく、伝送エラーの無い確実なデータ通信が可能となる。
【００３３】
しかも、上記第１の実施形態では、Ｎ本ある信号線２のうちの１本を同期制御専用とするのではなく、Ｎ本の信号線の取りうる状態の中で、２種類の制御データとして「通信の停止を意味する状態（状態０）」および「データの継続を意味する状態（状態１）」だけを割り付け、残りの状態を全て汎用データ用である「通信すべきデータに対応する状態」としている。このため、信号線２の取りうる状態数は、２Ｎ−２となり、従来の状態数が２Ｎ−１であることに比べて、Ｎが３以上であれば、より多くのデータを表現可能である。
【００３４】
また、送信側装置１Ａ側において、信号線２の状態を「通信の停止を意味する状態（状態０）」とした時、受信側装置１Ｂ側でデータ通信を終わらせることができる。したがって、仮に信号線２の本数Ｎが２本だけで、表現可能な信号線２の状態数が従来と変わらないとしても、受信側装置１Ｂに終了確認タイマーを設ける必要が無いなど、構成の簡略化にメリットがある。
【００３５】
さらに、第１の実施形態においては、送信側のデータ変更周期Ｔａよりも、受信側のデータ確認周期Ｔｂの方が短ければ、信号線２の状態変化を確認することができるので、おのおの一定周期である必要はない。
【００３６】
すなわち、送信側装置１Ａ側が５０Ｈｚ動作に関連して動作する処理、受信側装置１Ｂが６０Ｈｚに関連して動作する処理でおのおの動作するような場合でも、データ変更周期Ｔａよりもデータ確認周期Ｔｂの方が短いことが保証される。また、２つの装置の動作周期が近い場合には、送信側を２回動作するうちの１回だけ送信処理を行い、受信側は毎回受信処理を行うことで、データ変更周期Ｔａよりもデータ確認周期Ｔｂの方が短いことが保証される。
【００３７】
以上のような第１の実施形態では、送信側装置１Ａから送信されるデータはデータ単位で信号線２の状態が確実に変わるので、送信側と受信側とで通信の同期が取れていなくても、特殊なハードウェアを用いることなく、データ通信を実現することができ、しかも、多くのデータを少ない信号線によって表現可能である。
【００３８】
（２）第２の実施形態
（２−１）通信方式
次に、本発明に係る第２の実施形態について図４を用いて説明する。なお、基本的な構成に関しては上記第１の実施形態と同一であるため、重複する説明は省略する。
【００３９】
送信側で信号線２にデータを更新してから通信線の状態が確定する時間Ｔｃかかるものとする。そこで第２の実施形態では、図４に示すように、受信側装置１Ｂにて、一回の確認処理で前記信号線２の取りうる状態を、信号線２の状態が確定する時間Ｔｃ以上の間隔Ｔｄをあけて複数回読み込み、最も多い信号線２の状態を現在状態として確認処理を行う点に特徴がある。
【００４０】
（２−２）作用効果
複数の信号線２の状態変更が全て同時に行われなかったとしても、以上の第２の実施形態においては、受信側装置１Ｂにて、信号線２の状態が確定する時間Ｔｃ以上の間隔Ｔｄをあけて複数回読み込んで、最多の状態を信号線２の現在状態として確認することが可能である。これにより、データ通信の信頼性が格段に向上する。
【００４１】
（３）第３の実施形態
（３−１）通信方式
さらに、本発明に係る第３の実施形態について、図５および図６を用いて説明する。なお、基本的な構成に関しては上記第１の実施形態と同一であるため、重複する説明は省略する。
【００４２】
図５に示すように、受信側装置１Ｂのデータ確認周期Ｔｂに対して、送信側装置１Ａのデータ変更周期Ｔａが２倍以上大きいと、不必要にデータ確認処理（図５では不要処理と図示）が実施される。
【００４３】
そこで第３の実施形態では、データ確認周期Ｔｂで毎回データ確認処理を実行するのではなく、例えば２回処理タイミングのうちの１回だけデータ確認処理を実行するように変更することで、不要なデータ確認処理を削減するようにする。
【００４４】
受信側装置１Ｂにおいて、２回処理タイミングが来るうちの１回でデータ確認処理を行うとすると、データ確認周期は２×Ｔｂとなる。つまり、Ｍ１回の処理タイミングが来るうちの１回でデータ確認処理を行えば、データ確認周期はＭ１×Ｔｂとなる。
【００４５】
また、受信側装置１ＢでＭ１回の処理タイミングで動作するうちの１回でデータ確認処理を実行しているときに、「通信の停止を意味する状態（状態０）」以外の同一の信号線２の状態をＭ２回にわたって検出した場合、データ変更周期Ｔａの取りうる範囲は、
(Ｍ２−１)×（Ｍ１×Ｔｂ） ＜ Ｔａ ≦Ｍ２×（Ｍ１×Ｔｂ）
となり、最短のデータ変更周期Ｔａ´は、(Ｍ２−１)×（Ｍ１×Ｔｂ）となる。
【００４６】
処理タイミングＭ１の回数を多くすれば、データ確認周期（受信確認間隔）であるＭ１×Ｔｂは広がるので、同一となる信号線２の状態を検出する回数Ｍ２は小さくなるが、データ変更周期Ｔａ´は、常にデータ確認周期Ｔｂよりも大きくする必要があるので、Ｍ２≧２でなければならない。そこで、処理タイミングＭ１の回数を大きくした後の値を適正タイミングＭ３とすると、
(２−１)×Ｍ３×Ｔｂ  ≦(Ｍ２−１)×（Ｍ１×Ｔｂ）
が成り立つ。
【００４７】
この式の両辺をＴｂで除することで、
Ｍ３ ≦ （Ｍ２−１)×Ｍ１
といった式を導くことができ、適正タイミングＭ３は、この条件を満たす必要がある。
【００４８】
すなわち、第３の実施形態では、受信側装置１ＢにてＭ１回の処理タイミングで動作するうちの１回でデータ確認処理を行っているときに、「通信の停止を意味する状態（状態０）」以外で同一となる信号線２の状態がＭ２回にわたって検出した場合には、上記の式Ｍ３ ≦ （Ｍ２−１)×Ｍ１を満たす適正タイミングＭ３を用いて、Ｍ３回動作するうちの１回でデータ確認処理を行うようにする。
【００４９】
（３−２）作用効果
以上のような第３の実施形態によれば、Ｍ３回動作するうちの１回で受信確認することで、図６のように不要なデータ確認処理を削減することができる。このような第３の実施形態によれば、受信側装置１Ｂでの不必要なデータ確認処理を削減することができ、効率よくデータを通信することができる。
【００５０】
（４）他の実施形態
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、信号線の設置数やデータ変更周期、データ確認周期の長さなどは適宜変更可能である。また、本実施形態は、通信環境に制約の多いデータ通信装置に好適であるが、通信装置全般に適用することも可能であり、信号線の低減やデータ表現の増大に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の構成図。
【図２】第１の実施形態のタイムチャート。
【図３】第１の実施形態における信号線の状態を説明するための概念図。
【図４】本発明に係る第２の実施形態のタイムチャート。
【図５】本発明に係る第３の実施形態における課題を説明するためのタイムチャート。
【図６】本発明に係る第３の実施形態のタイムチャート。
【符号の説明】
【００５２】
１Ａ…送信側装置
１Ｂ…受信側装置
２…信号線
３Ａ、３Ｂ…情報・信号状態変換手段
４…前状態記憶手段
【図１】
2010212809.tif 000003
【図２】
2010212809.tif 000004
【図３】
2010212809.tif 000005
【図４】
2010212809.tif 000006
【図５】
2010212809.tif 000007
【図６】
2010212809.tif 000008