(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ（ｎ≧２）個のスレーブ局がシリーズに接続される第１の通信回線と、ｎ個のスレーブ局がシリーズに接続される第２の通信回線と、前記第１の通信回線のｎ個のスレーブ局と前記第２の通信回線のｎ個のスレーブ局とをそれぞれ対応付けて接続するｎ個の中継装置と、前記第１および第２の通信回線と接続されるマスタ局と、からなる通信システムの同期方法において、
平常時は、前記マスタ局は前記第１の通信回線を使って予め同期している前記第１の通信回線に接続されるｎ個のスレーブ局と通信し、
前記第１の通信回線に伝送障害が発生した場合、
前記マスタ局が、前記伝送障害の発生箇所の前後にある前記第１の通信回線に接続されるスレーブ局に対応する前記中継装置を中継可能な状態にし、当該中継装置および前記第２の通信回線を経由して前記第１の通信回線へ通信を迂回する経路を構成するステップと、
前記マスタ局が、前記第１の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信するステップと、
前記第１の通信回線に接続されるスレーブ局が、前記再同期要求情報を受信すると、前記マスタ局との通信で生じる伝送遅延時間を算出し、この伝送遅延時間に基づき前記マスタ局と同期するステップと、当該ステップにおいて、前記第１の通信回線に接続されるスレーブ局は、前記再同期要求情報を受信して算出した前記伝送遅延時間を前記マスタ局へ送信し、前記マスタ局は、予め保有している前記第１の通信回線に接続される各スレーブ局の伝送遅延時間を、前記スレーブ局から受信した伝送遅延時間を使って更新し、各スレーブ局の伝送遅延時間の大きさが予め設定されたスレーブ局の配置順序にしたがう場合に、すべてのスレーブ局の同期が完了したと判断する
ことを特徴とする通信システムの同期方法。
【請求項２】
前記マスタ局が、前記第１の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信するステップにおいて、
前記マスタ局は、このマスタ局からみて前記発生箇所以降にある前記第１の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システムの同期方法。
【請求項３】
ｎ（ｎ≧２）個のスレーブ局がシリーズに接続される第１の通信回線と、ｎ個のスレーブ局がシリーズに接続される第２の通信回線と、前記第１の通信回線のｎ個のスレーブ局と前記第２の通信回線のｎ個のスレーブ局とをそれぞれ対応付けて接続するｎ個の中継装置と、前記第１および第２の通信回線と接続されるマスタ局と、からなる通信システムにおいて、
前記マスタ局は、通信部と、前記第１の通信回線における障害箇所を特定する障害箇所特定部と、前記障害箇所を迂回するように経路を構成する迂回経路構成部と、当該迂回経路構成部が迂回経路を構成したことを受けて、前記第１の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信する同期要求部と、
前記スレーブ局の局番号と伝送遅延時間とを対応付けて記憶する伝送遅延時間テーブルと、前記伝送遅延時間テーブルを更新する伝送遅延時間更新部と、前記各スレーブ局と前記マスタ局との距離に基づき決まる順序を記憶している配置順序記憶部と、前記各スレーブ局の同期が完了したことを判断する同期完了判断部と、を備え、
前記第１の通信回線に接続されるスレーブ局は、前記再同期要求情報を受信して算出した前記伝送遅延時間を前記マスタ局へ送信し、
前記マスタ局の前記伝送遅延時間更新部は、スレーブ局から受信した前記伝送遅延時間に基づき前記伝送遅延時間テーブルを更新し、
前記マスタ局の前記同期完了判断部は、前記更新した伝送遅延時間テーブルに記憶した前記各スレーブ局の伝送遅延時間の大きさの順序が、前記配置順序記憶部が記憶しているスレーブ局の配置順序にしたがう場合に、すべてのスレーブ局の同期が完了したと判断する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項４】
ｎ（ｎ≧２）個のスレーブ局がシリーズに接続される第１の通信回線と、ｎ個のスレーブ局がシリーズに接続される第２の通信回線と、前記第１の通信回線のｎ個のスレーブ局と前記第２の通信回線のｎ個のスレーブ局とをそれぞれ対応付けて接続するｎ個の中継装置と、からなる通信システムにおいて、前記第１および第２の通信回線と接続されるマスタ局であって、
通信部と、前記第１の通信回線における障害箇所を特定する障害箇所特定部と、前記障害箇所を迂回するように経路を構成する迂回経路構成部と、前記スレーブ局へ同期を要求する同期要求部と、前記スレーブ局の局番号と伝送遅延時間とを対応付けて記憶する伝送遅延時間テーブルと、前記伝送遅延時間テーブルを更新する伝送遅延時間更新部と、前記各スレーブ局と前記マスタ局との距離に基づき決まる順序を記憶している配置順序記憶部と、前記各スレーブ局の同期が完了したことを判断する同期完了判断部と、を備え、
前記迂回経路構成部は、前記障害箇所特定部が特定した障害箇所の前後にある前記第１の通信回線に接続されるスレーブ局に対応する前記中継装置を中継可能な状態にし、当該中継装置および前記第２の通信回線を経由して前記第１の通信回線へ通信を迂回する経路を構成し、
前記同期要求部は、前記迂回経路構成部が迂回経路を構成したことを受けて、前記第１の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信し、
前記伝送遅延時間更新部は、前記送信した再同期要求情報に応答してスレーブ局から受信した前記伝送遅延時間に基づき前記伝送遅延時間テーブルを更新し、
前記同期完了判断部は、前記更新した伝送遅延時間テーブルに記憶した前記各スレーブ局の伝送遅延時間の大きさの順序が、前記配置順序記憶部が記憶しているスレーブ局の配置順序にしたがう場合に、すべてのスレーブ局の同期が完了したと判断する
ことを特徴とするマスタ局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスタ局と複数のスレーブ局とから構成される通信システムにおいて、複数のスレーブ局をマスタ局と時間的に同期させるための同期方法、通信システム、マスタ局に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーボ機器やインバータ機器などのスレーブ局を有する制御システムでは、各スレーブ局をマスタ局の時刻に合わせて、時間的に同期して動作させることがある。各スレーブ局がマスタ局と同期するには、マスタ局からの距離や動作環境がそれぞれ異なることに起因する伝送遅延を考慮する必要がある。このような伝送遅延を考慮する先行技術として、特許文献１・２が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０９７８９１号公報
【特許文献２】特許第２７５２８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１・２の先行技術では、たとえば主系と従系からなる通信システムにおいて、伝送障害により伝送経路が変更された場合、伝送遅延を補償できず、よってマスタ局と複数のスレーブ局からなる通信システムを同期できなかった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、伝送障害により伝送経路が変更された場合に、通信システムが同期することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の通信システムの同期方法によれば、ｎ（ｎ≧２）個のスレーブ局がシリーズに接続される第１の通信回線と、ｎ個のスレーブ局がシリーズに接続される第２の通信回線と、第１の通信回線のｎ個のスレーブ局と第２の通信回線のｎ個のスレーブ局とをそれぞれ対応付けて接続するｎ個の中継装置と、第１および第２の通信回線と接続されるマスタ局と、からなる通信システムの同期方法において、平常時は、マスタ局は第１の通信回線を使って予め同期している第１の通信回線に接続されるｎ個のスレーブ局と通信し、第１の通信回線に伝送障害が発生した場合、マスタ局が、伝送障害の発生箇所の前後にある第１の通信回線に接続されるスレーブ局に対応する中継装置を中継可能な状態にし、当該中継装置および第２の通信回線を経由して第１の通信回線へ通信を迂回する経路を構成するステップと、マスタ局が、第１の通信回線に接続されるスレーブ局へ再同期要求情報を送信するステップと、第１の通信回線に接続されるスレーブ局が、再同期要求情報を受信すると、マスタ局との通信で生じる伝送遅延時間を算出し、この伝送遅延時間に基づきマスタ局と同期するステップと、当該ステップにおいて、第１の通信回線に接続されるスレーブ局は、再同期要求情報を受信して算出した伝送遅延時間をマスタ局へ送信し、マスタ局は、予め保有している第１の通信回線に接続される各スレーブ局の伝送遅延時間を、スレーブ局から受信した伝送遅延時間を使って更新し、各スレーブ局の伝送遅延時間の大きさが予め設定されたスレーブ局の配置順序にしたがう場合に、すべてのスレーブ局の同期が完了したと判断する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、伝送障害により伝送経路が変更された場合に、マスタ局と複数のスレーブ局からなる通信システムが同期することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の通信システムにおけるシステム構成図である。
【図２】マスタ局Ｍの機能ブロック図である。
【図３】通信回線に伝送障害が起こったことを示す図である。
【図４】スレーブ局Ｓの機能ブロック図である。
【図５】マスタ局Ｍの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】
【０００８】
添付図面を適宜参照しながら、本発明にかかる通信システムの同期方法の好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明の通信システムにおけるシステム構成図である。
図１において、Ｍはマスタ局、Ｓ１〜Ｓ４およびＳ１’〜Ｓ４’はスレーブ局、Ｄ１〜Ｄ４は中継装置として機能するデバイスを示している。スレーブ局Ｓ１〜Ｓ４はシリーズに接続されており、主系として第１の通信回線を構成している。スレーブ局Ｓ１’〜Ｓ４’はシリーズに接続されており、従系として第２の通信回線を構成している。すなわち、第１および第２の通信回線からなる冗長な並列型のネットワークトポロジーとして構成することで、伝送障害に対する信頼性を向上している。デバイスＤ１〜Ｄ４は、スレーブ局Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれとスレーブ局Ｓ１’〜Ｓ４’のそれぞれとを、１対１に対応付ける形で接続している。
マスタ局Ｍは、第１の通信回線の端部（始点）に位置するスレーブ局Ｓ１、および第２の通信回線の端部（始点）に位置するスレーブ局Ｓ１’と接続する。デバイスＤ１〜Ｄ４は、通常は中継機能をオフにしており、マスタ局Ｍからの指令により中継機能が中継可能な状態にオンされる、たとえばスイッチとして構成することができる。
【０００９】
図２は、マスタ局Ｍの機能ブロックを示す図である。
マスタ局Ｍは、スレーブ局ＳおよびデバイスＤとで通信を行う通信部１、マスタ局Ｍの動作を制御する制御部２、第１および第２の通信回線のどこで障害が発生したかを特定する障害箇所特定部３を有する。障害箇所特定部３は、たとえば、スレーブ局Ｓ２と通信が可能で、かつ、スレーブ局Ｓ３と通信が不能の場合、スレーブ局Ｓ２とスレーブ局Ｓ３との間の通信回線に伝送障害（経路障害）が発生したと判断する。
マスタ局Ｍは、迂回経路構成部４、同期要求部５、伝送遅延時間テーブル６、伝送遅延時間更新部７を有する。
迂回経路構成部４は、たとえば第１の通信回線に伝送障害が発生した場合、伝送障害の発生箇所の前後にある第１の通信回線に接続されるスレーブ局に対応する２つのデバイスをオンにし、オンにしたデバイスおよび第２の通信回線を経由して第１の通信回線へ通信を迂回する経路を構成する。具体的には、図３に示すように、スレーブ局Ｓ２とスレーブ局Ｓ３との間の通信回線に伝送障害が発生した場合、発生箇所の前後に位置するスレーブ局Ｓ２とスレーブ局Ｓ３に対応するデバイスＤ２・Ｄ３をオンにする。したがって、マスタ局Ｍからスレーブ局Ｓ３へ向けた通信は、「デバイスＤ２−スレーブ局Ｓ２’−スレーブ局Ｓ３’−デバイスＤ３」を経由して到着する。
【００１０】
マスタ局Ｍは、平常時は第１の通信回線を使って、予め同期が確立されている第１の通信回線に接続されるスレーブ局Ｓ１〜Ｓ４と通信する。マスタ局Ｍは、第１の通信回線に伝送障害が発生した場合、迂回経路構成部４で構成した経路を使って、スレーブ局Ｓ１〜Ｓ４と通信する。
同期要求部５は、各スレーブ局Ｓへ同期を要求するための機能である。各スレーブ局Ｓの同期を確立するタイミングは、たとえばシステムを立ち上げた時に行う。同期要求部５から同期の要求を受けたスレーブ局Ｓは、マスタ局Ｍおよび他のスレーブ局Ｓと同期をとるために算出した伝送遅延時間、すなわち自スレーブ局Ｓの基準クロックとマスタ局Ｍの基準クロックとのずれ、をマスタ局Ｍへ送信する。マスタ局Ｍは、スレーブ局の局番号Ｓ１〜Ｓ４・Ｓ１’〜Ｓ４’と伝送遅延時間とを対応付けて、伝送遅延時間テーブル６に記憶する。同期要求部５は、迂回経路構成部４が通信経路を再構成した場合、スレーブ局Ｓへ再同期要求情報を送信する。スレーブ局Ｓから再同期要求に対して算出した伝送遅延時間を受信したら、伝送遅延時間更新部７が伝送遅延時間テーブル６を更新する。なお、マスタ局Ｍの計時部１０の基準クロックとスレーブ局Ｓの計時部１４の基準クロックとの個体差により、時刻の同期にずれが発生するため、同期合わせは定期的に行う。
【００１１】
マスタ局Ｍは、配置順序記憶部８、同期完了判断部９、計時部１０を有する。配置順序記憶部８は、各スレーブ局Ｓとマスタ局Ｍとの距離に基づき決まる順序を記憶している。
同期完了判断部９は、各スレーブ局の同期が完了したことを判断する。同期完了判断部９は、伝送遅延時間テーブル６が保有する各スレーブ局Ｓの伝送遅延時間の大きさに関する順序と、配置順序記憶部８の順序とを比較し、各スレーブ局の同期が完了したかどうかを判断する。たとえば、第１の通信回線で考えた場合、マスタ局Ｍと距離が最も近いスレーブ局Ｓ１の伝送遅延時間が最も小さく、マスタ局Ｍと距離が最も遠いスレーブ局Ｓ４の伝送遅延時間が最も大きくなる。よって、各スレーブ局Ｓの配置順序にしたがい各スレーブ局の伝送遅延時間の大きさが並べば、スレーブ局の同期が完了したと判断できる。
図４は、スレーブ局Ｓの機能ブロックを示す図である。
スレーブ局Ｓは、マスタ局Ｍや他のスレーブ局ＳやデバイスＤと通信を行う通信部１１、スレーブ局Ｓの動作を制御する制御部１２、マスタ局Ｍとの通信で生じる伝送遅延時間を算出する伝送遅延時間算出部１３、計時部１４を有する。
伝送遅延時間算出部１３は、マスタ局Ｍおよび他のスレーブ局Ｓと同期して動作するために、マスタ局Ｍとの通信で生じる伝送遅延時間を算出する演算部である。スレーブ局Ｓは、迂回経路構成部４が通信経路を再構成したことに伴いマスタ局Ｍから再同期要求情報を受信すると、伝送遅延時間算出部１３が、まず、伝送遅延測定用のフレームをマスタ局Ｍへ送信しマスタ局Ｍから応答信号を受信するまでの時間を計測する。マスタ局Ｍが生成する応答信号には、スレーブ局Ｓから伝送遅延測定用のフレームを受信し、マスタ局Ｍがスレーブ局へ応答送信する処理に要した処理時間情報を含んでいる。よって、スレーブ局Ｓの伝送遅延時間算出部１３は、伝送遅延測定用のフレームをマスタ局Ｍへ送信してから応答信号を受信するまでを計測した時間と、応答信号に含まれているマスタ局Ｍで要した処理時間情報との差をとり、この差の１／２を伝送遅延時間として算出する。ここで、伝送速度は、上り／下りで対称と仮定している。
【００１２】
ここで、マスタ局Ｍが、スレーブ局Ｓから伝送遅延測定用のフレームを受信し、マスタ局Ｍがスレーブ局へ応答送信する際の、特許文献１・２などによりすでに公知となっている処理を簡単に説明する。マスタ局Ｍの計時部１０は、制御部２の指示により、マスタ局Ｍがスレーブ局Ｓから伝送遅延測定用のフレームを受信し、マスタ局Ｍからスレーブ局Ｓへ応答信号を送信するために要した処理時間を計測する。そして、マスタ局Ｍは、この処理時間に関する情報を含んだ応答信号を、スレーブ局Ｓへ送信する。厳密には、マスタ局Ｍの計時部１０が計測できる処理時間は、マスタ局Ｍがスレーブ局Ｓへ応答信号を送信する少し前までに関する時間である。つまり、応答信号に書き込まれる処理時間には、マスタ局Ｍが処理時間を含んだ応答信号を生成してからスレーブ局Ｓへ送信するまでの時間が含まれていない。このことを考慮して、応答信号に書き込まれる処理時間には、予めマスタ局Ｍが処理時間を含んだ応答信号を生成してからスレーブ局Ｓへ送信するまでに要する時間を求めておき、計時部１０の計測値にこの時間を補正値として加えた時間を、応答信号に書き込む処理時間としてもよい。
スレーブ局Ｓは、上述のようにして算出した伝送遅延時間を、マスタ局Ｍの時刻情報に加えることで、自スレーブ局Ｓの時刻を求める。他のスレーブ局Ｓも、同様に伝送遅延時間を算出し自スレーブ局Ｓの時刻を求めて動作するので、システム全体がマスタ局Ｍの時刻に同期する。
【００１３】
図５は、マスタ局Ｍの動作を示したフローチャートである。
マスタ局Mの同期要求部５は、システム立ち上げ時などに、各スレーブ局Ｓへ初回の同期動作を要求し、各スレーブ局Ｓの時刻を同期させる（ステップＳ１）。マスタ局Mは経路障害（伝送障害）を監視しており、経路障害が起きた場合は、マスタ局Mの障害箇所特定部３が障害箇所を特定する。ここで、図３のように、第１の通信回線に接続されるスレーブ局Ｓ２とスレーブ局Ｓ３との間で経路障害が起こると（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、マスタ局Mの迂回経路構成部４が迂回経路を構成する（ステップＳ３）。
迂回経路構成部４は、伝送障害の発生箇所の前後にある第１の通信回線に接続されるスレーブ局Ｓ２とスレーブ局Ｓ３に対応する２つのデバイスＤ２・Ｄ３をオンにして伝送データの中継を行う状態にさせ、第２の通信回線を経由して第１の通信回線へ通信を迂回する経路を構成する。すなわち、迂回経路構成部４は、マスタ局Ｍからスレーブ局Ｓ３への通信が、「デバイスＤ２−スレーブ局Ｓ２’−スレーブ局Ｓ３’−デバイスＤ３」を経由して行うように通信経路を構成する。
マスタ局Mの同期要求部５は、迂回経路構成部４が通信経路を再構成したことに伴い同期をとり直すために、第１の通信回線に接続されるスレーブ局Ｓへ再同期要求情報を送信し、スレーブ局Ｓへ伝送遅延時間の算出を指示する（ステップＳ４）。
【００１４】
同期要求部５が再同期要求情報を送信するスレーブ局Ｓの相手は、第１の通信回線に接続されるすべてのスレーブ局Ｓ１〜Ｓ４でもよい。もしくは、同期要求部５が再同期要求情報を送信するスレーブ局Ｓの相手は、マスタ局Ｍからみて通信障害が発生した箇所以降にある第１の通信回線に接続されるスレーブ局Ｓ３・Ｓ４のみとしてもよい。すなわち、すでに同期がとれているスレーブ局Ｓ１・Ｓ２を同期対象から除いてもよい。同期をとる対象を少なくした場合、システム全体の同期を確立する時間を短くできる効果がある。
マスタ局Mの同期完了判断部９は、各スレーブ局の同期が完了したかどうかを判断する（ステップＳ５）。
マスタ局Ｍは、スレーブ局の番号Ｓ１〜Ｓ４・Ｓ１’〜Ｓ４’と伝送遅延時間とを対応付けて、伝送遅延時間テーブル６に記憶する。マスタ局Mは、マスタ局が送信した再同期要求情報に応答するスレーブ局Ｓから伝送遅延時間を収集し、伝送遅延時間更新部７が伝送遅延時間テーブル６を更新する。そして、同期完了判断部９は、伝送遅延時間テーブル６が保有する各スレーブ局Ｓの伝送遅延時間の大きさに関する順序と、配置順序記憶部８に記憶している順序とを比較し、各スレーブ局の同期が完了したかどうかを判断する。
同期完了判断部９は、同期が完了していないと判断すれば（ステップＳ５，Ｎｏ）、再び伝送遅延時間の算出を指示する（ステップＳ４）。同期完了判断部９は、各スレーブ局の同期が完了したと判断すれば（ステップＳ５，Ｙｅｓ）、同期動作の終了を指示する（ステップＳ６）。そして、スレーブ局Ｓ１〜Ｓ４は、それぞれが算出した伝送遅延時間をマスタ局Ｍから受信する時刻に加えて動作することで、マスタ局Ｍおよびスレーブ局Ｓ１〜Ｓ４からなる通信システムが同期して動作する。
【００１５】
なお、本発明の実施例においては、同期完了判断部９が各スレーブ局の同期が完了したと判断してから同期動作の終了を指示したが、同期完了判断部９の判断を待たずに同期動作を終了することもできる。すなわち、各スレーブ局Ｓは伝送遅延時間を算出すると、同期完了判断部９の判断を待たずに、この求めた伝送遅延時間を自スレーブ局の時刻に加えて動作させることもできる。しかしながら、本発明のような同期完了判断部９を備えると、スレーブ局Ｓが正常に同期していることを判別できるので、同期をはずれた状態における不安定な動作を防止できる効果がある。
【符号の説明】
【００１６】
Ｍ    マスタ局
Ｓ    スレーブ局
１    通信部
２    制御部
３    障害箇所特定部
４    迂回経路構成部
５    同期要求部
６    伝送遅延時間テーブル
７    伝送遅延時間更新部
８    配置順序記憶部
９    同期完了判断部
１０  計時部
１１  通信部
１２  制御部
１３  伝送遅延時間算出部
１４  計時部
【図１】
0005458904.tif 000002
【図２】
0005458904.tif 000003
【図３】
0005458904.tif 000004
【図４】
0005458904.tif 000005
【図５】
0005458904.tif 000006