(57)【要約】【課題】ＣＡＮノード同士が通信するＣＡＮデータを無線ネットワークを介して中継するにあたり、無線通信のスループットの向上とリアルタイム性の確保とを両立する中継装置を提供する。【解決手段】中継装置２１（２３）は、発信元となるＣＡＮノード１１（１３）及び受信先となるＣＡＮノード１３（１１）それぞれに対応して設けられ、ＣＡＮノード同士１１，１３が通信するＣＡＮデータを、他の中継装置２３（２１）との間に構築する無線ネットワーク１０を介して中継する。中継装置２１（２３）は、受信したＣＡＮデータのうち無線で送信すべきＣＡＮデータをバッファに溜めておくとともに、所定の無線送信タイミングにおいてバッファに溜まっているＣＡＮデータが単一である場合は、当該単一のＣＡＮデータを他の中継装置２３（２１）に送信する一方で、バッファに溜まっているＣＡＮデータが複数存在する場合には、当該複数のＣＡＮデータをアグリゲートして他の中継装置２３（２１）に一括送信する。【選択図】図１
2014027406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有線を介してＣＡＮノードとＣＡＮデータを通信するＣＡＮ通信部と、所定の無線送信タイミングで他の中継装置と無線通信する無線通信部と、前記ＣＡＮ通信部又は前記無線通信部を介して発信元となるＣＡＮノードから発信されたＣＡＮデータを受信し、受信したＣＡＮデータを受信先となるＣＡＮノードに向けて前記ＣＡＮ通信部又は無線通信部を介して中継する中継制御部と、ＣＡＮデータを記憶するためのバッファとを備え、
前記中継制御部は、受信したＣＡＮデータのうち無線で送信すべきＣＡＮデータを前記バッファに溜めておくとともに、前記無線送信タイミングにおいて前記バッファに溜まっているＣＡＮデータが単一である場合は、当該単一のＣＡＮデータを他の中継装置に送信する一方で、前記無線送信タイミングにおいて前記バッファに溜まっているＣＡＮデータが複数存在する場合には、当該複数のＣＡＮデータをアグリゲートして他の中継装置に一括送信するように構成されていることを特徴とするＣＡＮデータの中継装置。
【請求項２】
前記無線通信部は、無線ＬＡＮ通信の規格IEEE802.11に準拠する無線通信を行う請求項１に記載のＣＡＮデータの中継装置。
【請求項３】
前記無線ネットワークに属する複数の中継装置のうち一つの中継装置をマスター中継装置とし、他の中継装置をスレーブ中継装置とした場合に、前記マスター中継装置が決定した無線送信タイミングでのみ前記マスター中継装置と前記スレーブ中継装置とが通信可能となり、前記マスター中継装置の通信相手となるスレーブ中継装置を順次切り替えることで、中継装置同士の無線通信を保証するＱｏＳ（Quality of Service）制御を実行するように構成されている請求項１又は２に記載のＣＡＮデータの中継装置。
【請求項４】
前記マスター中継装置は、ＣＡＮノードと当該ＣＡＮノードに有線で接続されている中継装置との関連づけ情報を予め記憶しており、前記バッファに溜まっているＣＡＮデータを、当該ＣＡＮデータの受信先となるＣＡＮノードに関連づけられた中継装置のみに無線で送信するように構成されている請求項３に記載のＣＡＮデータの中継装置。
【請求項５】
無線ＬＡＮ通信の規格IEEE802.11eに規定されているHCCA（Hybrid coordination function Controlled Channel Access）を利用してＱｏＳ制御を実行する請求項３又は４に記載のＣＡＮデータの中継装置。
【請求項６】
発信元となるＣＡＮノードに対応する中継装置と、受信先となるＣＡＮノードに対応する中継装置とを備え、ＣＡＮノード同士が通信するＣＡＮデータを、両中継装置により構築される無線ネットワークを介して中継するシステムであって、
各々の中継装置は、
有線を介してＣＡＮノードとＣＡＮデータを通信するＣＡＮ通信部と、
所定の無線送信タイミングで他の中継装置と無線通信する無線通信部と、
前記ＣＡＮ通信部又は前記無線通信部を介して発信元となるＣＡＮノードから発信されたＣＡＮデータを受信し、受信したＣＡＮデータを受信先となるＣＡＮノードに向けて前記ＣＡＮ通信部又は無線通信部を介して中継する中継制御部と、
ＣＡＮデータを記憶するためのバッファと、を備えており、
前記中継制御部は、受信したＣＡＮデータのうち無線で送信すべきＣＡＮデータを前記バッファに溜めておくとともに、前記無線送信タイミングにおいて前記バッファに溜まっているＣＡＮデータが単一である場合は、当該単一のＣＡＮデータを他の中継装置に送信する一方で、前記無線送信タイミングにおいて前記バッファに溜まっているＣＡＮデータが複数存在する場合には、当該複数のＣＡＮデータをアグリゲートして他の中継装置に一括送信するように構成されていることを特徴とするＣＡＮデータの中継システム。
【請求項７】
発信元となるＣＡＮノードに対応する中継装置と、受信先となるＣＡＮノードに対応する中継装置とを備えるシステムにおいて、ＣＡＮノード同士が通信するＣＡＮデータを、両中継装置により構築される無線ネットワークを介して中継する方法であって、
ＣＡＮノード又は中継装置から受信したＣＡＮデータのうち無線で送信すべきＣＡＮデータをバッファに溜めておき、所定の無線送信タイミングにおいて前記バッファに溜まっているＣＡＮデータが単一である場合は、当該単一のＣＡＮデータを無線で送信する一方で、前記無線送信タイミングにおいて前記バッファに溜まっているＣＡＮデータが複数存在する場合には、当該複数のＣＡＮデータをアグリゲートして無線で一括送信することを特徴とするＣＡＮデータの中継方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＡＮノード同士が通信するＣＡＮデータを無線ネットワークを介して中継するＣＡＮデータの中継装置、中継システム及び中継方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、ＦＡ（Factory Automation）、医療機器、工作機械などの制御においてＣＡＮ（Controller Area Network）が利用されている。ＣＡＮは、ＥＵＣ（電子制御装置）等のコントローラと、各機器とを通信可能に接続するネットワークであり、各々の機器の状態情報をコントローラに伝達したり、各機器に制御指令を伝達したりするのに利用される。ＣＡＮに接続されるコントローラや各機器は、ＣＡＮノードと呼ばれる。ＣＡＮノード同士が通信するＣＡＮデータは、上記機器状態や制御指令などを示すデータである。ＣＡＮデータの標準フォーマット（データフレーム）は、図４に示すように、データの内容や送信元ノードを識別するための情報がＩＤフィールドに格納され、通信対象となるデータの長さがコントロールフィールドのＤＬＣ（データレングスコード）に格納され、通信対象となる１〜８バイトのデータがデータフィールド部に格納される。ＣＡＮでは、全てのＣＡＮノードが一つの伝送路を共有しており、ＣＡＮデータの伝達経路が制御されずに、全てのＣＡＮノードにＣＡＮデータが伝達されるブロードキャストを通信の前提としている。
【０００３】
しかしながら、コントローラや各機器等のＣＡＮノードの配置を変更する場合には、各々のＣＡＮノードが有線の専用線で接続されるのが通例であるので、逐次配線をしなおさなければならず、ＣＡＮの有線専用ケーブルを取り替える必要が生じて、コストや配線の手間を要してしまう。
【０００４】
この問題を解決する一つの有効な手段として、ＣＡＮノード同士が通信するＣＡＮデータを無線ネットワークを介して中継する中継装置を、各々のＣＡＮノードに設けることが考えられる。この場合、中継装置は、無線ＬＡＮ通信の規格IEEE802.11に準拠した無線通信を行うように構成することが挙げられる。
【０００５】
なお、特許文献１には、上記中継装置と直接関係するものではないが、無線通信プロトコルとＣＡＮプロトコルとの変換を行う旨の示唆がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７５４４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、無線通信は、有線通信に比べて通信開始前の取り決めであるハンドシェイクプロトコルが必要となり、通信速度が高速化すれば、ハンドシェイクプロトコルのオーバーヘッドが顕著となり、スループットが低下してしまう。特に、ＣＡＮデータは最大８バイトであり、無線ＬＡＮで取り扱われる一般的なイーサネット（登録商標）のパケットサイズ（例えば約６４バイト〜１５００バイト）に比して極めて小さいため、必然的にパケット数が増え、ハンドシェイクプロトコルのオーバーヘッド増大によりスループットが低下する問題が顕著となる。
【０００８】
スループットを向上させるための一つの有効な手段として、無線で送信すべきＣＡＮデータをバッファに溜めておき、ある程度溜まった時点で、溜めた複数のＣＡＮデータをアグリゲート（統合）して、無線で一括送信することが考えられる。しかしながら、この手段は、スループットが向上するものの、ＣＡＮデータを溜めるので、リアルタイム性が損なわれてしまう。上記の通り、ＣＡＮは機器制御に用いられるので、リアルタイム性を適切に確保する必要がある。
【０００９】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、ＣＡＮノード同士が通信するＣＡＮデータを無線ネットワークを介して中継するにあたり、無線通信のスループットの向上とリアルタイム性の確保とを両立する中継装置、中継システム及び中継方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じている。
【００１１】
すなわち、本発明のＣＡＮデータの中継装置は、
有線を介してＣＡＮノードとＣＡＮデータを通信するＣＡＮ通信部と、所定の無線送信タイミングで他の中継装置と無線通信する無線通信部と、前記ＣＡＮ通信部又は前記無線通信部を介して発信元となるＣＡＮノードから発信されたＣＡＮデータを受信し、受信したＣＡＮデータを受信先となるＣＡＮノードに向けて前記ＣＡＮ通信部又は無線通信部を介して中継する中継制御部と、ＣＡＮデータを記憶するためのバッファとを備え、
前記中継制御部は、受信したＣＡＮデータのうち無線で送信すべきＣＡＮデータを前記バッファに溜めておくとともに、前記無線送信タイミングにおいて前記バッファに溜まっているＣＡＮデータが単一である場合は、当該単一のＣＡＮデータを他の中継装置に送信する一方で、前記無線送信タイミングにおいて前記バッファに溜まっているＣＡＮデータが複数存在する場合には、当該複数のＣＡＮデータをアグリゲートして他の中継装置に一括送信するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、無線で送信すべきＣＡＮデータがバッファに溜まっている状態では無線通信タイミングで必ずＣＡＮデータが送信されることになるので、ＣＡＮデータが複数になるまで待つことはない。よって、無線通信タイミングがきているにも拘わらずＣＡＮデータが複数になるまで待つ場合に比して、ＣＡＮ通信に要求されるリアルタイム性を確保することが可能となる。それでいて、無線で送信すべきＣＡＮデータがバッファに複数溜まっている場合には、複数のＣＡＮデータをアグリゲートして無線で一括送信されることになるので、スループットを向上させることが可能となる。したがって、無線通信のスループットの向上とリアルタイム性の確保とを両立することが可能となる。
【００１３】
互換性を的確に確保するためには、前記無線通信部は、無線ＬＡＮ通信の規格IEEE802.11に準拠する無線通信を行うように構成されていることが効果的である。
【００１４】
通信品質を向上させるためには、前記無線ネットワークに属する複数の中継装置のうち一つの中継装置をマスター中継装置とし、他の中継装置をスレーブ中継装置とした場合に、前記マスター中継装置が決定した無線送信タイミングでのみ前記マスター中継装置と前記スレーブ中継装置とが通信可能となり、前記マスター中継装置の通信相手となるスレーブ中継装置を順次切り替えることで、中継装置同士の無線通信を保証するＱｏＳ（Quality of Service）制御を実行するように構成されていることが好ましい。
【００１５】
スループットを向上させるためには、前記マスター中継装置は、ＣＡＮノードと当該ＣＡＮノードに有線で接続されている中継装置との関連づけ情報を予め記憶しており、前記バッファに溜まっているＣＡＮデータを、当該ＣＡＮデータの受信先となるＣＡＮノードに関連づけられた中継装置のみに無線で送信するように構成されていることが望ましい。
【００１６】
互換性を的確に確保するためには、無線ＬＡＮ通信の規格IEEE802.11eに規定されているHCCA（Hybrid coordination function Controlled Channel Access）を利用してＱｏＳ制御を実行するように構成されていることが効果的である。
【００１７】
本発明は、ＣＡＮデータの中継システムとして特定可能である。すなわち、本発明のＣＡＮデータの中継システムは、発信元となるＣＡＮノードに対応する中継装置と、受信先となるＣＡＮノードに対応する中継装置とを備え、ＣＡＮノード同士が通信するＣＡＮデータを、両中継装置により構築される無線ネットワークを介して中継するシステムであって、
各々の中継装置は、
有線を介してＣＡＮノードとＣＡＮデータを通信するＣＡＮ通信部と、
所定の無線送信タイミングで他の中継装置と無線通信する無線通信部と、
前記ＣＡＮ通信部又は前記無線通信部を介して発信元となるＣＡＮノードから発信されたＣＡＮデータを受信し、受信したＣＡＮデータを受信先となるＣＡＮノードに向けて前記ＣＡＮ通信部又は無線通信部を介して中継する中継制御部と、
ＣＡＮデータを記憶するためのバッファと、を備えており、
前記中継制御部は、受信したＣＡＮデータのうち無線で送信すべきＣＡＮデータを前記バッファに溜めておくとともに、前記無線送信タイミングにおいて前記バッファに溜まっているＣＡＮデータが単一である場合は、当該単一のＣＡＮデータを他の中継装置に送信する一方で、前記無線送信タイミングにおいて前記バッファに溜まっているＣＡＮデータが複数存在する場合には、当該複数のＣＡＮデータをアグリゲートして他の中継装置に一括送信するように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、ＣＡＮデータの中継方法として特定可能である。すなわち、発信元となるＣＡＮノードに対応する中継装置と、受信先となるＣＡＮノードに対応する中継装置とを備えるシステムにおいて、ＣＡＮノード同士が通信するＣＡＮデータを、両中継装置により構築される無線ネットワークを介して中継する方法であって、
ＣＡＮノード又は中継装置から受信したＣＡＮデータのうち無線で送信すべきＣＡＮデータをバッファに溜めておき、所定の無線送信タイミングにおいて前記バッファに溜まっているＣＡＮデータが単一である場合は、当該単一のＣＡＮデータを無線で送信する一方で、前記無線送信タイミングにおいて前記バッファに溜まっているＣＡＮデータが複数存在する場合には、当該複数のＣＡＮデータをアグリゲートして無線で一括送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、以上説明した構成であるので、無線で送信すべきＣＡＮデータが無線通信タイミングで必ず送信されることになり、ＣＡＮデータが複数になるまで待つことがないので、リアルタイム性を確保できる。しかも、無線で送信すべきＣＡＮデータが複数存在する場合には、複数のＣＡＮデータが集約されて一括で送信されることになり、スループットを向上できる。したがって、無線通信のスループットの向上とリアルタイム性の確保とを両立した、ＣＡＮデータの中継装置、中継システム及び中継方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＣＡＮノード及び中継装置を有する中継システムの概略構成図。
【図２】中継装置の構成を模式的に示すブロック図。
【図３】ＣＡＮデータを記憶するバッファを示す図。
【図４】ＣＡＮデータフレームのフォーマットを模式的に示す図。
【図５】無線データフレームのフォーマットを模式的に示す図。
【図６】無線通信におけるＱｏＳ制御の事前動作に関する説明図。
【図７】無線通信におけるＱｏＳ制御の動作に関する説明図。
【図８】システム全体に亘るＣＡＮデータの流れを示す図。
【図９Ａ】単一のＣＡＮデータからＭＰＤＵペイロードを生成する様子を模式的に示す説明図。
【図９Ｂ】複数のＣＡＮデータからＭＰＤＵペイロードを生成する様子を模式的に示す説明図。
【図１０】マスター中継装置が実行するＣＡＮ受信処理ルーチンを示すフローチャート。
【図１１】マスター中継装置が実行するＣＡＮデータ無線送信処理ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】マスター中継装置が実行するＣＡＮデータ無線受信処理ルーチンを示すフローチャート。
【図１３】スレーブ中継装置が実行するＣＡＮ受信処理ルーチンを示すフローチャート。
【図１４】スレーブ中継装置が実行するＣＡＮデータ無線送信処理ルーチンを示すフローチャート。
【図１５】スレーブ中継装置が実行するＣＡＮデータ無線受信処理ルーチンを示すフローチャート。
【図１６Ａ】他の実施形態に係るマスター中継装置が有する関連付け情報を示す説明図。
【図１６Ｂ】他の実施形態に係るマスター中継装置が有する関連付け情報を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態に係る中継装置及び中継システムを、図面を参照して説明する。
【００２２】
＜中継システムの全体構成＞
図１は、本実施形態の中継装置及び中継システムが適用される工作機械の一例を示す図である。図１に示すように、工作機械は、第一のＣＡＮ（Controller Area Network）ノード１１とも呼べる第一の周辺機器１１と、第二のＣＡＮノード１２とも呼べる第二の周辺機器１２と、第一及び第二の周辺機器１１・１２を制御する第三のＣＡＮノード１３とも呼べるコントローラ１３とを有する。第一及び第二の周辺機器１１・１２とコントローラ１３には、それぞれ対応する第一，第二及び第三の中継装置２１・２２・２３が設けられている。各々の中継装置２１・２２・２３は、対応するＣＡＮノードとＣＡＮデータを通信可能に有線で接続されているとともに、他の中継装置との間に無線ネットワーク１０を構築している。中継装置２１・２２・２３は、図中にて想像線１４で示すように、例えばＣＡＮノード同士１１・１２・１３が通信するＣＡＮデータを無線ネットワーク１０を介して中継する。工作機械は、言い換えると、発信元となるＣＡＮノード（１１）に対応する中継装置（２１）と、受信先となるＣＡＮノード（１３）に対応する中継装置（２３）とを備え、ＣＡＮノード同士（１１，１３）が通信するＣＡＮデータを、中継装置（２１，２３）により構築される無線ネットワーク１０を介して中継するシステムを有する。
【００２３】
図１に示すように、無線ネットワーク１０に属する複数の中継装置２１・２２・２３のうち一つの中継装置（第三の中継装置２３）をアクセスポイントであるマスター中継装置２３とし、他の中継装置（第一及び第二の中継装置２１，２２）をスレーブ中継装置としている。各々の中継装置２１・２２・２３が、無線ＬＡＮ通信の規格IEEE802.11に規定されるＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）に準拠した個々のタイミングで通信を行うと、確実な無線通信を保証できない。そこで、マスター中継装置２３が決定した所定の無線送信タイミングでのみマスター中継装置２３とスレーブ中継装置２１，２２とが通信可能となり、マスター中継装置２３の通信相手となるスレーブ中継装置２１，２２を順次切り替えることで、中継装置２１・２２・２３同士の無線通信を保証するＱｏＳ（Quality of Service）制御を実行するように構成されている。本実施形態では、ＱｏＳとして、IEEE802.11eに規定されるHCCA（Hybrid coordination function Controlled Channel Access）を用いている。
【００２４】
＜中継装置の構成＞
中継装置２１（２２，２３）は、図２に示すように、有線を介してＣＡＮノード１１（１２，１３）とＣＡＮデータを通信するＣＡＮ通信部３０と、所定の無線送信タイミングで他の中継装置と無線通信する無線通信部３１と、ＣＡＮデータの中継を制御する中継制御部３２ａと、無線で送信すべきＣＡＮデータを記憶するバッファ３３ａと、を有している。無線通信部３１による所定の無線通信タイミングと、ＣＡＮ通信部３０による所定の送信タイミングとは、それぞれ独立しているので、両タイミングは異なる。
【００２５】
これら各部３０，３１，３２ａ，３３ａは、具体的には、次の構成により実現されている。すなわち、図２に示すように、中継装置２１・２２・２３は、ＣＰＵ（Celtral Processing Unit）３２、インストラクションメモリ３４、データメモリ３３、無線通信部３１、ブートＲＯＭ（Read Only Memory）３５、シリアルフラッシュメモリが接続されるＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）３６、入出力ポートとして機能するＧＰＩＯ（General Purpose Input/Output）３７、ＣＡＮ通信部３０を有している。これら各部３０〜３７はバススイッチ３８を介して接続されている。ＣＰＵ３２は、インストラクションメモリ３４に記憶されている制御プログラムを実行することにより、周辺のハードウェアリソースと協働して中継装置の動作を制御する上記中継制御部３２ａを実現する。マスター中継装置２３のＣＰＵ３２は、図１０に示すＣＡＮ受信処理ルーチン、図１１に示すＣＡＮデータ無線送信処理ルーチン、図１２に示すＣＡＮデータ無線受信処理ルーチンを実行する。スレーブ中継装置２１，２２のＣＰＵ３２は、図１３に示すＣＡＮ受信処理ルーチン、図１４に示すＣＡＮデータ無線送信処理ルーチン、図１５に示すＣＡＮデータ無線受信処理ルーチンを実行する。
【００２６】
図２に示すように、ブートＲＯＭ３５には、装置の起動時に、ＧＰＩＯ３７を介してシリアルフラッシュメモリからプログラムをデータメモリに展開するためのプログラムが格納されている。無線通信部３１は、アンテナに接続されるＲＦ（Radio Frequency）３１ａ、ＲＦ３１ａとの間で信号のアナログ／デジタル変換を行うＡＤＣ（Analog Digital Converter）３１ｂ及びＤＡＣ（Digital Analog Converter）３１ｃ、ＣＡＮデータと無線フレーム（IEEE802.11フレーム）との変換処理を行うIEEE802.11 MAC（Media Access Control）３１ｄを有し、バススイッチ３８に対してＤＭＡ（Direct Memory Access）３９を介して接続されている。
【００２７】
データメモリ３３は、ＣＰＵ３２により更新及び参照されるデータを記憶する。データメモリ３３は、無線で送信すべきＣＡＮデータを記憶するバッファ３３ａを有する。バッファ３３ａは、ＣＡＮ  ＩＤ毎に管理されるバッファとなっている。マスター中継装置２３のバッファ３３ａは、図３に示すように、コントローラから各機器へ送信すべきＣＡＮデータを記憶するコマンド用バッファと、或る機器から受信したＣＡＮデータを他の機器に転送するための機器情報用バッファとを有する。図３に示すように、各バッファには、図４に示すＣＡＮデータから取り出したＩＤ、コントロールフィールドのデータレングスコード（ＤＬＣ）、データフィールドのデータが格納される。
【００２８】
＜ＣＡＮデータの説明＞
ＣＡＮノード同士で通信するＣＡＮデータについて説明する。図４は、ＣＡＮで規定されるデータフレームのフォーマットを示す。ＣＡＮデータフレームの詳細は、本発明で関係する部分のみを説明する。ＣＡＮデータフレームは、主としてＩＤフィールド、コントロールフィールドのＤＬＣ（データレングスコード）、データフィールドを有する。ＩＤフィールドは、データの内容を識別するために使用される。データフィールド部は、送信されるデータが格納されている。ＤＬＣは、データフィールド部に格納されるデータの長さを示している。
【００２９】
＜無線データの説明＞
中継装置同士で通信する無線データについて説明する。図５は、無線ＬＡＮ通信の規格IEEE802.11で規定されるIEEE802.11フレームのフォーマットを示す。IEEE802.11フレームの詳細は、本発明で関係する部分のみを説明する。IEEE802.11フレームは、同期信号のビット列であるPLCPプリアンブル、変調方式（伝送速度）やデータ長などの情報を有するPLCPヘッダ、IEEE802.11ヘッダと実際のデータから構成されるPSDUで構成されている。PSDUは、MAC（Media Access Control）レイヤにおいては送信単位であるMPDUと呼ばれ、IEEE802.11ヘッダはMPDUヘッダ、Frame BodyがMPDUペイロードと呼ばれる。
【００３０】
IEEE802.11ヘッダは、図５に示すように、Frame Controlフィールド、フレームの送信に必要な時間などの情報を有するDuration/IDフィールド、宛先や送信元，アクセスポイントのMACアドレス（ESSID）などの情報を有するAdress1,2,3,4フィールド、送信するデータのシーケンス番号などの情報を有するSequence Controlフィールドを有する。
【００３１】
特に、Frame Controlフィールドは、フレームの種類、フレームの宛先、送信元が無線か有線かどうか、フラグメント情報などの情報を有する。具体的に、Frame Controlフィールドは、Protocol Versionフィールドや、Typeフィールド、Subtypeフィールドなどを有する。Typeフィールド及びSubtypeフィールドは、上記ＱｏＳ（Quality of Service）制御で使用する。
【００３２】
＜ＱｏＳ制御の動作＞
ＱｏＳ制御の動作を説明する。まず、図６に示す事前動作がなされる。すなわち、マスター中継装置２３からBeaconが無線で送出される。このBeaconは、スレーブ中継装置２１，２２が無線ネットワークに属するためには、受付が必要であることを通知する信号である。Beaconを受けたスレーブ中継装置２１，２２は、認証を依頼するAuth Requestを送出し、マスター中継装置２３が認証を承認するAuth Responseを送出する。認証が承認されると、スレーブ中継装置２１，２２は、接続を要求するAssociation-Requestを送出し、マスター中継装置２３が接続要求を許可するAssociation-Responseを送出する。接続要求が許可されると、スレーブ中継装置２１，２２は、予め定められたTSPEC（Traffic SPECification）パラメータを用いて通信開始を要求するADTS-Requestを送出し、マスター中継装置２３は、結果を通知するADTS-Responseを送出する。TSPECは、通信対象となるデータの性質や要求される伝送条件に応じて予め設定されるパラメータである。
【００３３】
図６に示す事前動作がなされ、図７に示すように、各々のスレーブ中継装置２１，２２がマスター中継装置２３を中心とする無線ネットワークに接続されている状態において、マスター中継装置２３は各々のスレーブ中継装置２１，２２から受信したTSPECパラメータに基づき、各々のスレーブ中継装置２１，２２が無線送信可能となる無線送信タイミングを割り当てる。図７に示す例では、まず、第一の中継装置２１に無線送信タイミングＴＤ１が割り当てられ、その後に、第二の中継装置２２に無線送信タイミングＴＤ２が割り当てられている。マスター中継装置２３は、割り当てた無線送信タイミングに従ってQoS CF-Pollフレームを繰り返し送信することで、スレーブ中継装置２１，２２に送信権を付与する。QoS CF-Pollフレームには、送信許可時間（TXOP）が記載されており、スレーブ中継装置２１，２２は、送信許可時間内であればデータを送信することができる。"QoS Data + CF-Poll"フレームは、ＣＡＮデータとともに送信権をスレーブ中継装置２１，２２に送信するフレームであり、"QoS + CF-Poll"フレームは、送信権をスレーブ中継装置２１，２２に送信するフレームである。"QoS Data"フレームは、スレーブ中継装置２１，２２がＣＡＮデータを送信するフレームである。"CF-Ack"は、前回のフレームに対するAckである。"QoS Data + CF-Ack"は、前回のフレームに対するAckとともに、ＣＡＮデータを送信するフレームである。フレームがこれら各種類のいずれであるかは、上記Frame Controlフィールドにある、Typeフィールド及びSubtypeフィールドにより識別する。
【００３４】
＜ＣＡＮデータの流れ＞
ＣＡＮデータの流れを説明する。この例では、図８に示すように、第三のＣＡＮノード１３（コントローラ１３）から、第一のＣＡＮノード１１への制御指令を示すＣＡＮデータ（ＩＤ＝１）が送出されるとともに、第一のＣＡＮノード１１から機器状態データを示すＣＡＮデータ（ＩＤ＝１）が伝送される例を挙げて説明する。説明の便宜上、ＩＤ＝１は、第一のＣＡＮノードへの制御指令又は第一のＣＡＮノードの機器情報であり、ＩＤ＝２は、第二のＣＡＮノードへの制御指令又は第二のＣＡＮノードの機器情報であるとする。
【００３５】
各々の中継装置２１・２２・２３では、ＣＡＮに規定される送信タイミングで、有線接続されたＣＡＮノード１１・１２・１３とＣＡＮデータの送受信を行う。図８の期間ＴＭ１に示すように、マスター中継装置２３（第三の中継装置２３）は、ＣＡＮの送信タイミング（例えば時間Ｔ１毎）でコントローラ１３（第三のＣＡＮノード１３）から制御指令ＣＡＮデータ（ＩＤ＝１）を受信する（図１０の処理Ｓ１０１，Ｓ１０２参照）。受信した制御指令ＣＡＮデータは、他のＣＡＮノード１１，１２に向けて無線で送信すべきＣＡＮデータであるので、図３に示すコマンド用バッファのＩＤ＝１の領域に溜められる（図１０の処理Ｓ１０３参照）。同様に、図８の期間ＴＭ１に示すように、第一の中継装置２１は、第一の周辺機器１１（第一のＣＡＮノード１１）から機器状態ＣＡＮデータ（ＩＤ＝１）を受信する（図１３の処理Ｓ４０１，Ｓ４０２参照）。受信した機器情報ＣＡＮデータは、他のＣＡＮノード１２，１３に向けて無線で送信すべきＣＡＮデータであるので、バッファに溜められる（図１３の処理Ｓ４０３参照）。すなわち、図２に示す中継制御部３２ａが、ＣＡＮ通信部３０を介して発信元となるＣＡＮノード１１，１３から発信されたＣＡＮデータを受信し、受信したＣＡＮデータのうち無線で送信すべきＣＡＮデータをバッファ３３ａに溜めるステップを実行する。
【００３６】
図７に示す第一の中継装置２１に割り当てられた無線送信タイミングＴＤ１が到来した場合において、マスター中継装置２３は、所定時間Ｔ２経過する毎にバッファ３３ａにＣＡＮデータが溜められているかを確認する（図１１の処理Ｓ２０１，Ｓ２０２参照）。ＣＡＮデータがバッファ３３ａに溜まっていない場合には、第一の中継装置２１に送信権を付与するCF-Pollフレームを送出する（図１１の処理Ｓ２０３参照）。この例では、制御指令ＣＡＮデータが溜まっているので、図８の期間ＴＭ２に示すように、マスター中継装置２３は、第一の中継装置２１に対して、制御指令ＣＡＮデータとともに送信権を付与するQoS Data + CF-Pollフレームを送信すべく、図１１の処理Ｓ２０４以降の処理を実行する。すなわち、図９Ａに示すように、コマンド用バッファ及び機器情報用バッファに溜まっているＣＡＮデータが単一である場合には、ワーク用の無線送信用一時メモリ（不図示）に格納したうえで、当該単一のＣＡＮデータでMPDUペイロードを生成し、第一の中継装置２１に無線で送信する（図１１の処理Ｓ２０４：ＮＯ，Ｓ２０５，Ｓ２０７参照）。一方、図９Ｂに示すように、コマンド用バッファ及び機器情報用バッファに溜まっているＣＡＮデータが複数存在する場合には、当該複数のＣＡＮデータをアグリゲートしてMPDUペイロードを生成し、第一の中継装置２１に無線で一括送信する（図１１の処理Ｓ２０４：ＹＥＳ，Ｓ２０６，Ｓ２０７参照）。フレームのアグリゲートは、IEEE802.11nに規定されるA-MSDUやA-MPDUが参考に挙げられる。これらの規格ではイーサネット（登録商標）フレームのアグリゲートを規定しているため、MPDUペイロードにイーサネットフレームのMACヘッダが含まれる。しかし、本発明では、送信対象のデータがイーサネットフレームではなく、ＣＡＮデータであるので、MPDUペイロードからMACヘッダを省略でき、データを削減しスループットを向上させている。すなわち、図２に示す中継制御部３２ａは、無線通信タイミングにおいてバッファ３３ａに溜まっているＣＡＮデータが単一である場合は、当該単一のＣＡＮデータを他の中継装置２１に送信する一方で、無線送信タイミングにおいてバッファ３３ａに溜まっているＣＡＮデータが複数存在する場合には、当該複数のＣＡＮデータをアグリゲートして他の中継装置２１に一括送信するステップを実行する。
【００３７】
次に、第一の中継装置２１は、図８の期間ＴＭ２に示すように、マスター中継装置２３から無線データを受信する（図１５の処理Ｓ６０１参照）。ここでは、受信した無線データがQoS Dataであり、無線データにＣＡＮデータが含まれるため、図１５の処理Ｓ６０２以降の受信処理を行う。受信した無線データが、複数のＣＡＮデータがアグリゲートされたデータである場合には、個別のＣＡＮデータに分割する。受信したＣＡＮデータが受信すべきか否かを判定し（図１５の処理Ｓ６０３参照）、受信すべきと判断した場合には、一時メモリに記憶する（図１５の処理Ｓ６０３：ＹＥＳ，Ｓ６０５参照）。例えばＩＤ＝１の場合には、受信すべきデータであると判断する。受信すべきでないと判断した場合には、そのデータを破棄する（図１５の処理Ｓ６０３：ＮＯ，Ｓ６０４参照）。
【００３８】
第一の中継装置２１の一時メモリにＣＡＮデータが格納されている場合（図１５の処理
Ｓ６０６：ＹＥＳ参照）には、図８の期間ＴＭ３に示すように、ＣＡＮデータフレームを生成して、第一のＣＡＮノード１１に送信する（図１５の処理Ｓ６０７参照）。すなわち、図２に示す中継制御部３２ａは、受信したＣＡＮデータを受信先となるＣＡＮノード１１に向けてＣＡＮ通信部３０を介して中継するステップを実行する。
【００３９】
次に、第一の中継装置２１は、バッファ３３ａに無線で送信すべきＣＡＮデータがあるかを判断する（図１５の処理Ｓ６０８参照）。ＣＡＮデータがない場合には、マスター中継装置２３にAckを返信する（図１５の処理Ｓ６１３参照）。ここでは、単一の機器情報ＣＡＮデータがバッファ３３ａに溜まっているので、図８の期間ＴＭ４に示すように、ＣＡＮデータでMPDUペイロードを生成し、マスター中継装置２３に無線で送信する（図１５の処理Ｓ６０９：ＮＯ，Ｓ６１０，Ｓ６１２参照）。ＣＡＮデータが複数溜まっている場合には、複数のＣＡＮデータをアグリゲートして送出する（図１５の処理Ｓ６０９：ＹＥＳ，Ｓ６１１，Ｓ６１２参照）。また、図１４に示す無線送信処理も並行して実行する。すなわち、時間Ｔ２経過する毎にバッファ３３ａにＣＡＮデータが溜められているかを確認し（図１４の処理Ｓ５０１，Ｓ５０２参照）、送信許可時間内である場合には、MPDUペイロードを生成し、マスター中継装置２３に無線で送信する（図１４の処理Ｓ５０３，Ｓ５０４，Ｓ５０５，Ｓ５０６，Ｓ５０７参照）。
【００４０】
次に、マスター中継装置２３は、図８のＴＭ４に示すように、第一の中継装置２１から無線データを受信する（図１２の処理Ｓ３０１，Ｓ３０２参照）。ここでは、無線データがQoS Dataであり、無線データに機器情報ＣＡＮデータが含まれるために、図１２の処理Ｓ３０３以降の受信処理を行う。受信した無線データが、複数のＣＡＮデータがアグリゲートされたデータである場合には、個別のＣＡＮデータに分割する。受信したＣＡＮデータを図３に示す機器情報用バッファにＩＤ毎に分けて保存する（図１２の処理Ｓ３０３参照）。第一の中継装置２１にAckを返信する（図１２の処理Ｓ３０４参照）。次に、マスター中継装置２３は、図８の期間ＴＭ５に示すように、受信したＣＡＮデータからＣＡＮデータフレームを生成して、第三のＣＡＮノード１３（コントローラ１３）に送信する（図１２の処理Ｓ３０５，Ｓ３０６，Ｓ３０７，Ｓ３０８参照）。
【００４１】
次に、マスター中継装置２３は、図７に示す第二の中継装置２２に割り当てられた無線送信タイミングＴＤ２が到来すると、図８の期間ＴＭ６に示すように、バッファ３３ａに溜めている機器情報ＣＡＮデータ（ＩＤ＝１）及び制御指令ＣＡＮデータ（ＩＤ＝１）を第二の中継装置２２に無線で送信する（図１１の処理参照）。第二の中継装置２２は、これを受信すると、図８の期間ＴＭ７に示すように、ＣＡＮフレームを生成して、第二のＣＡＮノード１２にＣＡＮデータを送信する（図１５の処理参照）。
【００４２】
以上のように、本実施形態のＣＡＮデータの中継装置２１（２３）は、発信元となるＣＡＮノード１１及び受信先となるＣＡＮノード１３それぞれに対応して設けられ、ＣＡＮノード同士１１・１３が通信するＣＡＮデータを、他の中継装置２３（２１）との間に構築する無線ネットワーク１０を介して中継する装置であって、
有線を介してＣＡＮノード１１（１３）とＣＡＮデータを通信するＣＡＮ通信部３０と、所定の無線送信タイミングで他の中継装置２３（２１）と無線通信する無線通信部３１と、ＣＡＮ通信部３０又は無線通信部３１を介して発信元となるＣＡＮノード１１（１３）から発信されたＣＡＮデータを受信し、受信したＣＡＮデータを受信先となるＣＡＮノード１３（１１）に向けてＣＡＮ通信部３０又は無線通信部３１を介して中継する中継制御部３２ａと、ＣＡＮデータを記憶するためのバッファ３３ａとを備え、
中継制御部３２ａは、受信したＣＡＮデータのうち無線で送信すべきＣＡＮデータをバッファ３３ａに溜めておくとともに、無線送信タイミングにおいてバッファ３３ａに溜まっているＣＡＮデータが単一である場合は、当該単一のＣＡＮデータを他の中継装置２３（２１）に送信する一方で、無線送信タイミングにおいてバッファ３３ａに溜まっているＣＡＮデータが複数存在する場合には、当該複数のＣＡＮデータをアグリゲートして他の中継装置２３（２１）に一括送信するように構成されている。
【００４３】
このように構成すれば、無線で送信すべきＣＡＮデータがバッファ３３ａに溜まっている状態では無線通信タイミングで必ずＣＡＮデータが送信されることになるので、ＣＡＮデータが複数になるまで待つことはない。よって、無線通信タイミングがきているにも拘わらずＣＡＮデータが複数になるまで待つ場合に比して、ＣＡＮ通信に要求されるリアルタイム性を確保することが可能となる。それでいて、無線で送信すべきＣＡＮデータがバッファ３３ａに複数溜まっている場合には、複数のＣＡＮデータをアグリゲートして無線で一括送信されることになるので、スループットを向上させることが可能となる。したがって、無線通信のスループットの向上とリアルタイム性の確保とを両立することが可能となる。
【００４４】
特に、本実施形態では、無線通信部３１は、無線ＬＡＮ通信の規格IEEE802.11に準拠する無線通信を行うので、標準規格を用いることで互換性を的確に確保することが可能となる。
【００４５】
さらに、本実施形態では、無線ネットワーク１０に属する複数の中継装置２１・２２・２３のうち一つの中継装置をマスター中継装置２３とし、他の中継装置をスレーブ中継装置２１，２２とした場合に、マスター中継装置２３が決定した無線送信タイミングでのみマスター中継装置２３とスレーブ中継装置２１，２２とが通信可能となり、マスター中継装置２３の通信相手となるスレーブ中継装置を順次切り替えることで、中継装置同士２１・２２・２３の無線通信を保証するＱｏＳ制御を実行するように構成されている。
【００４６】
このように構成すれば、ＱｏＳ（Quality of Service）制御により中継装置同士２１・２２・２３の無線通信が保証されているので、中継装置同士２１・２２・２３の無線通信が衝突することを避けて、通信品質を向上させることが可能となる。
【００４７】
さらにまた、本実施形態では、無線ＬＡＮ通信の規格IEEE802.11eに規定されているHCCA（Hybrid coordination function Controlled Channel Access）を利用してＱｏＳ制御を実行するので、標準規格を用いることで互換性を的確に確保することが可能となる。
【００４８】
本実施形態は、ＣＡＮデータの中継システムとして特定できる。すなわち、本実施形態のＣＡＮデータの中継システムは、発信元となるＣＡＮノード１１に対応する中継装置２１と、受信先となるＣＡＮノード１３に対応する中継装置２３とを備え、ＣＡＮノード同士１１・１３が通信するＣＡＮデータを、両中継装置２１・２３により構築される無線ネットワーク１０を介して中継するシステムであって、
各々の中継装置２１（２３）は、
有線を介してＣＡＮノード１１（１３）とＣＡＮデータを通信するＣＡＮ通信部３０と、
所定の無線送信タイミングで他の中継装置２３（２１）と無線通信する無線通信部３１と、
ＣＡＮ通信部３０又は無線通信部３１を介して発信元となるＣＡＮノード１１から発信されたＣＡＮデータを受信し、受信したＣＡＮデータを受信先となるＣＡＮノード１３に向けてＣＡＮ通信部３０又は無線通信部３１を介して中継する中継制御部３２ａと、
ＣＡＮデータを記憶するためのバッファ３３ａと、を備えており、
中継制御部３２ａは、受信したＣＡＮデータのうち無線で送信すべきＣＡＮデータをバッファ３３ａに溜めておくとともに、無線送信タイミングにおいてバッファ３３ａに溜まっているＣＡＮデータが単一である場合は、当該単一のＣＡＮデータを他の中継装置２３（２１）に送信する一方で、無線送信タイミングにおいてバッファ３３ａに溜まっているＣＡＮデータが複数存在する場合には、当該複数のＣＡＮデータをアグリゲートして他の中継装置２３（２１）に一括送信するように構成されている。このシステムによっても上記効果を奏することが可能となる。
【００４９】
本実施形態は、ＣＡＮデータの中継方法として特定できる。すなわち、本実施系形態のＣＡＮデータの中継方法は、発信元となるＣＡＮノード１１に対応する中継装置２１と、受信先となるＣＡＮノード１３に対応する中継装置２３とを備えるシステムにおいて、ＣＡＮノード同士１１・１３が通信するＣＡＮデータを、両中継装置２１・２３により構築される無線ネットワーク１０を介して中継する方法であって、
ＣＡＮノード１１（１３）又は中継装置２３（２１）から受信したＣＡＮデータのうち無線で送信すべきＣＡＮデータをバッファ３３ａに溜めておき、所定の無線送信タイミングにおいてバッファ３３ａに溜まっているＣＡＮデータが単一である場合は、当該単一のＣＡＮデータを受信先となるＣＡＮノードに向けて無線で送信する一方で、前記無線送信タイミングにおいてバッファ３３ａに溜まっているＣＡＮデータが複数存在する場合には、当該複数のＣＡＮデータをアグリゲートして受信先となるＣＡＮノードに向けて無線で一括送信する。この方法を使用することによっても上記効果を奏することが可能となる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５１】
また、図８に示すように、本実施形態のマスター中継装置２３は、例えば制御指令ＣＡＮデータ（ＩＤ＝１）をデータの内容に拘わらず、全てのＣＡＮノードに伝達されるように、ＣＡＮデータを中継するが、マスター中継装置を次のように構成してもよい。すなわち、マスター中継装置は、ＣＡＮノードとＣＡＮノードに有線で接続されている中継装置との関連付け情報４０を予め記憶しており、バッファ３３ａに溜まっているＣＡＮデータを、当該ＣＡＮデータの受信先となるＣＡＮノードに関連づけられた中継装置のみに無線で送信するように構成されている。具体的には、関連づけ情報４０は、図１６Ａに示すように、第一のＣＡＮノード１１と第一の中継装置２１のMACアドレスとを関連付け、第二のＣＡＮノード１２と第二の中継装置２２のMACアドレスとを関連付け、第三のＣＡＮノード１３と第三の中継装置２３のMACアドレスとを関連づけたテーブルである。また、図１６Ｂに示すように、ＣＡＮ  ＩＤと送信先となるＣＡＮノードとの関連づけ情報４１を有している。そして、マスター中継装置２３は、無線で送信すべきＣＡＮデータのＩＤを参照して送信先となるＣＡＮノードを関連付け情報４１に基づき特定し、特定したＣＡＮノードに対応する中継装置を関連付け情報４０に基づき特定する。そして、ＣＡＮデータを特定した中継装置のみに送信する。
【００５２】
このようにＣＡＮデータの内容に応じて経路制御を行うように構成すれば、図８の例でいえば、コマンドデータ（ＩＤ＝１）は、第一の中継装置２１のみに無線送信され、第二の中継装置２２に無線送信されず、受信先でないＣＡＮノードに関連づけられた中継装置に対するＣＡＮデータの無線中継を省略できるので、スループットを向上させることが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態では、複数のＣＡＮデータをアグリゲートする場合に、ＩＤの異なるＣＡＮデータが一つのMPDUペイロードに含まれてもよいとしているが、一つのMPDUペイロードに含まれる全てのＣＡＮデータのＩＤが同一になるようにしてもよい。この場合、一つのMPDUペイロードに含まれる全てのＣＡＮデータの宛先が同一になるので、上記のように受信先となるＣＡＮノードに関連づけられた中継装置のみに無線で送信するうえで好ましい。
【００５４】
さらに、本実施形態では、無線通信部３１は、Ｑｏｓ制御を前提として、マスター中継装置２３が決定したタイミングを所定の無線送信タイミングとして通信するが、これに限定されない。例えば、Ｑｏｓ制御を前提としない実施例においては、無線通信部３１は、ＣＳＭＡ／ＣＡに準拠したタイミングを所定の無線通信タイミングとして通信してもよい。
【００５５】
また、本実施形態では、一つの中継装置に対して一つのＣＡＮノードがＣＡＮ通信可能に有線で接続されているが、一つの中継装置に対して複数のＣＡＮノードがＣＡＮ通信可能に有線で接続されていてもよい。この場合、一つの中継装置に対して接続される複数のＣＡＮノード同士がＣＡＮ通信を行う際には、中継装置はその通信に関与しない。
【００５６】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…無線ネットワーク
１１，１２，１３…ＣＡＮノード
２１，２２，２３…中継装置
２３…マスター中継装置
２１，２２…スレーブ中継装置
３０…ＣＡＮ通信部
３１…無線通信部
３２ａ…中継制御部
３３ａ…バッファ
４０…関連づけ情報
【図１】
2014027406.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014027406.tif 000007
【図６】
2014027406.tif 000008
【図７】
2014027406.tif 000009
【図８】
2014027406.tif 000010
【図９Ａ】
2014027406.tif 000011
【図９Ｂ】
2014027406.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
2014027406.tif 000014
【図１２】
2014027406.tif 000015
【図１３】
2014027406.tif 000016
【図１４】
2014027406.tif 000017
【図１５】
2014027406.tif 000018
【図１６Ａ】
2014027406.tif 000019
【図１６Ｂ】
2014027406.tif 000020