(57)【要約】【課題】２芯ケーブルを用いてイーサネット通信を安価に実現する。【解決手段】ＣＳＭＡ／ＣＤ方式に基づいてＯＳＩ参照モデルにおける物理層（ＰＨＹ）の処理を実行することにより、２芯ケーブルを介してＭＡＣフレームを送受信する２芯ＰＨＹ処理部１２を設け、この２芯ＰＨＹ処理部１２で、ＭＡＣフレームの送信中に、２芯ケーブルへ送信した当該ＭＡＣフレームのビット列からなる検出ビット列を、送信前にコピーして保持しておいた当該送信ＭＡＣフレームのビット列と比較し、その不一致に応じて当該ＭＡＣフレームと他の通信ノードから送信されたＭＡＣフレームとの衝突が発生したことを検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２芯ケーブルを介してＭＡＣフレームを送受信することによりイーサネット通信を行う２芯イーサネット通信ノードであって、
ＣＳＭＡ／ＣＤ方式に基づいてＯＳＩ参照モデルにおける物理層（ＰＨＹ）の処理を実行することにより、前記２芯ケーブルを介して前記ＭＡＣフレームを送受信する２芯ＰＨＹ処理部を備え、
前記２芯ＰＨＹ処理部は、前記ＭＡＣフレームの送信中に、前記２芯ケーブルへ送信した当該ＭＡＣフレームのビット列からなる検出ビット列を、送信前にコピーして保持しておいた当該送信ＭＡＣフレームのビット列と比較し、その不一致に応じて当該ＭＡＣフレームと他の通信ノードから送信されたＭＡＣフレームとの衝突が発生したことを検出する
ことを特徴とする２芯イーサネット通信ノード。
【請求項２】
請求項１に記載の２芯イーサネット通信ノードにおいて、
前記２芯ＰＨＹ処理部は、
前記２芯ケーブルを接続するための接続端子から入力された当該２芯ケーブル上を流れるパルス信号を受信し受信信号として出力するレシーバと、
入力された送信信号をパルス信号に変換して前記接続端子から前記２芯ケーブルへ出力するトランシーバと、
送信するＭＡＣフレームのビット列を保持する送信バッファと、当該ＭＡＣフレームのビット列をコピーして保持する検証バッファと、受信フレームのビット列を保持する受信バッファと、衝突検出部とを有する２芯通信コントローラとを含み、
前記衝突検出部は、当該送信バッファから当該ＭＡＣフレームのビット列を順次読み出して前記トランシーバへ出力することにより当該ＭＡＣフレームの送信を開始し、当該ＭＡＣフレームの送信中に、前記レシーバからの前記受信信号から得たビット列を当該受信バッファに順次保持し、当該受信バッファに保持されている検出ビット列を、前記検証バッファに保持されているビット列と逐次比較し、その不一致に応じて当該ＭＡＣフレームと他の通信ノードから送信されたＭＡＣフレームとの衝突が発生したことを検出する
ことを特徴とする２芯イーサネット通信ノード。
【請求項３】
２芯ケーブルを介してＭＡＣフレームを送受信することによりイーサネット通信を行う２芯イーサネット通信ノードで用いられる２芯イーサネット通信方法であって、
２芯ＰＨＹ処理部が、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式に基づいてＯＳＩ参照モデルにおける物理層（ＰＨＹ）の処理を実行することにより、前記２芯ケーブルを介して前記ＭＡＣフレームを送受信する２芯ＰＨＹ処理ステップを備え、
前記２芯ＰＨＹ処理ステップは、
前記ＭＡＣフレームの送信中に、前記２芯ケーブルへ送信した当該ＭＡＣフレームのビット列からなる検出ビット列を、送信前にコピーして保持しておいた当該送信ＭＡＣフレームのビット列と比較するステップと、
その不一致に応じて当該ＭＡＣフレームと他の通信ノードから送信されたＭＡＣフレームとの衝突が発生したことを検出するステップとを有する
ことを特徴とする２芯イーサネット通信方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の２芯イーサネット通信ノードを含む２芯イーサネット通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イーサネット（Ethernet：登録商標）通信技術に関し、特に２芯ケーブルを用いてイーサネット通信を実現する２芯イーサネット通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、４芯ツイストペア・ケーブルを用いた一般的なイーサネット通信方式を示す説明図である。
一般的に広く普及しているイーサネット１００ＢＡＳＥ−ＴＸ（ＩＥＥＥ  ８０２．３ｕ）／１０ＢＡＳＥ−Ｔ（ＩＥＥＥ  ８０２．３ｉ）は、対となる２本の信号線を撚り合わせた４芯ツイストペア・ケーブル（ＣＡＴ５ｅなど）を用いてデータ通信を行う通信方式であり、具体的には、２組のツイストペアのうち、一方のツイストペアの２芯を送信用として使用し、他方のツイストペアの２芯を受信用として使用する（例えば、特許文献１など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６４３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、ビルや工業プラントなどの施設を管理する通信ネットワークにおいて、新規の現場でイーサネットを構築する場合、このようなツイストペアを使用して配線すれば問題ない。しかし、既存の現場では、従来の通信ネットワークで使用していた、例えばＩＰＥＶ−Ｓなどの弱電計装用２芯ケーブルが配線されていることが多い。
このような既存の現場では、通信設備をリニューアルしてイーサネットに置き換える場合、従来の２芯ケーブルを全部撤去して新たな４芯ケーブルを配線する必要があり、工事に要する作業時間および作業負担が大きく費用も増加するという問題点があった。また、場合によっては、新たなケーブルを引き直せない状況もある。
【０００５】
また、４芯ケーブルに代えて２芯ケーブルを用いてイーサネット通信を行う方式として、ＰＬＣ（Power Line Communication：電力線搬送通信）方式がある。ＰＬＣ方式は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing：直交周波数分割多重方式）技術をベースにして、電力線（２芯）を用いてイーサネット通信を実現する技術である。しかしながら、ＰＬＣ方式は、ＯＦＤＭ技術を用いているため、ＰＬＣチップなどの通信回路部品が高価である。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、２芯ケーブルを用いてイーサネット通信を安価に実現できる２芯イーサネット通信技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明にかかる２芯イーサネット通信ノードは、２芯ケーブルを介してＭＡＣフレームを送受信することによりイーサネット通信を行う２芯イーサネット通信ノードであって、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式に基づいてＯＳＩ参照モデルにおける物理層（ＰＨＹ）の処理を実行することにより、前記２芯ケーブルを介して前記ＭＡＣフレームを送受信する２芯ＰＨＹ処理部を備え、前記２芯ＰＨＹ処理部は、前記ＭＡＣフレームの送信中に、前記２芯ケーブルへ送信した当該ＭＡＣフレームのビット列からなる検出ビット列を、送信前にコピーして保持しておいた当該送信ＭＡＣフレームのビット列と比較し、その不一致に応じて当該ＭＡＣフレームと他の通信ノードから送信されたＭＡＣフレームとの衝突が発生したことを検出するようにしたものである。
【０００８】
また、上記２芯イーサネット通信ノードの一構成例は、前記２芯ＰＨＹ処理部が、前記２芯ケーブルを接続するための接続端子から入力された当該２芯ケーブル上を流れるパルス信号を受信し受信信号として出力するレシーバと、入力された送信信号をパルス信号に変換して前記接続端子から前記２芯ケーブルへ出力するトランシーバと、送信するＭＡＣフレームのビット列を保持する送信バッファと、当該ＭＡＣフレームのビット列をコピーして保持する検証バッファと、受信フレームのビット列を保持する受信バッファと、衝突検出部とを有する２芯通信コントローラとを含み、前記衝突検出部は、当該送信バッファから当該ＭＡＣフレームのビット列を順次読み出して前記トランシーバへ出力することにより当該ＭＡＣフレームの送信を開始し、当該ＭＡＣフレームの送信中に、前記レシーバからの前記受信信号から得たビット列を当該受信バッファに順次保持し、当該受信バッファに保持されている検出ビット列を、前記検証バッファに保持されているビット列と逐次比較し、その不一致に応じて当該ＭＡＣフレームと他の通信ノードから送信されたＭＡＣフレームとの衝突が発生したことを検出するようにしたものである。
【０００９】
また、本発明にかかる２芯イーサネット通信方法は、２芯ケーブルを介してＭＡＣフレームを送受信することによりイーサネット通信を行う２芯イーサネット通信ノードで用いられる２芯イーサネット通信方法であって、２芯ＰＨＹ処理部が、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式に基づいてＯＳＩ参照モデルにおける物理層（ＰＨＹ）の処理を実行することにより、前記２芯ケーブルを介して前記ＭＡＣフレームを送受信する２芯ＰＨＹ処理ステップを備え、前記２芯ＰＨＹ処理ステップは、前記ＭＡＣフレームの送信中に、前記２芯ケーブルへ送信した当該ＭＡＣフレームのビット列からなる検出ビット列を、送信前にコピーして保持しておいた当該送信ＭＡＣフレームのビット列と比較するステップと、その不一致に応じて当該ＭＡＣフレームと他の通信ノードから送信されたＭＡＣフレームとの衝突が発生したことを検出するステップとを有するものである。
【００１０】
また、本発明にかかる２芯イーサネット通信システムは、前述した２芯イーサネット通信ノードを含むものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、既存の現場において、従来の通信ネットワークで使用していた、例えばＩＰＥＶ−Ｓなどの弱電計装用２芯ケーブルを再利用して、イーサネット通信を実現することができる。したがって、従来の２芯ケーブルを全部撤去して新たな４芯ケーブルを配線する場合と比較して、工事に要する作業時間および作業負担が大きく費用を大幅に削減することができる。また、新たなケーブルを引き直せない状況にも容易に対応できる。このため、結果として、２芯ケーブルを用いてイーサネット通信を安価に実現することが可能となる。また、通信ノード間を結ぶ配線として、例えばＩＰＥＶ−Ｓなどの弱電計装用２芯ケーブルを用いた場合でも、フレーム衝突をより正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明にかかる２芯イーサネット通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】ＣＳＭＡ／ＣＤ方式に基づくＭＡＣフレーム送信処理を示すフローチャートである。
【図３】フレーム衝突検出方法を示す説明図である。
【図４】４芯ツイストペア・ケーブルを用いた一般的なイーサネット通信方式を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［発明の原理］
まず、図１を参照して、本発明の原理について説明する。図１は、本発明にかかる２芯イーサネット通信システムの構成を示すブロック図である。
【００１４】
本発明では、ＯＳＩ参照モデルのデータリンク層（ＭＡＣ）と２芯ケーブルとの間をインターフェースする際、データリンク層（ＭＡＣ）および物理層（ＰＨＹ）とのインターフェースＭＩＩ（Media Independent Interface）までについては、既存の１００ＢＡＳＥ−ＴＸ／１００ＢＡＳＥ−Ｔの仕様を踏襲する。一方、２芯ケーブルとをインターフェスする２芯線対応物理層（ＰＨＹ）を新たに設けている。
【００１５】
既存の物理層（ＰＨＹ）は、４芯ケーブルを用いるため、同時にデータ送受信可能な全二重方式であるが、２芯対応物理層（ＰＨＹ）は、２芯ケーブルを用いるため、交互にデータ送受信を行う半二重方式となる。このため、本発明では、イーサネットで用いられている既存のＣＳＭＡ／ＣＤ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection：キャリア検知多重アクセス/コリジョン検出方式）技術を、２芯ケーブルの半二重通信方式に適用する。
【００１６】
ＣＳＭＡ／ＣＤ技術は、データを送信したいノードが２芯の通信ケーブルの通信状況を監視して(Carrier Sense)、通信ケーブルが空くと送信を開始し、このとき、もし複数のノードが同時に送信を開始すると通信ケーブル内でビット列が衝突してデータが壊れるので(Collision Detection)、両者は送信を中止し、ランダムな時間待って送信を再開する方式である。
したがって、本発明は、２芯対応物理層（ＰＨＹ）として、図１に示すように、データリンク層（ＭＡＣ）のＭＩＩに接続されて、４芯式の全二重方式と２芯式の半二重方式とを仲介する２芯ＰＨＹ処理部１２を有している。
【００１７】
この際、例えばＩＰＥＶ−Ｓなどの弱電計装用２芯ケーブルを用いた場合、パルス信号の電流振幅に基づく一般的なフレーム衝突検出方法では、正確に検出できない場合がある。
本発明は、送信ＭＡＣフレームの送信ビット列に、他ＭＡＣフレームのビット列が重なり合った場合、パルス信号の電流振幅ではなく、送信ＭＡＣフレームの全送信ビット列のいずれかにおいて、送信ビットの論理値（電圧振幅）が必ず変化することに着目し、２芯ケーブルへ送信した送信ＭＡＣフレームのビット列と元の送信ＭＡＣフレームのビット列とを比較することにより、フレーム衝突の有無を検出するようにしたものである。
【００１８】
［実施の形態］
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態にかかる２芯イーサネット通信システム１について説明する。
【００１９】
図１に示すように、この２芯イーサネット通信システム１は、２芯ケーブルＷを使用してイーサネット通信を実現する通信システムである。
２芯イーサネット通信システム１では、使用する２芯ケーブルＷが平衡型であるため、ＲＳ４８５（ＥＩＡ−４８５）のバストポロジ構成を採用する。一方、基本となる通信方式は、イーサネットであるので、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式の手順で、ＭＡＣフレームの流れを制御する。
【００２０】
本実施の形態にかかる２芯イーサネット通信ノード１０には、主な処理部として、ＭＡＣ処理部１１と、２芯ＰＨＹ処理部１２とが設けられている。
【００２１】
ＭＡＣ処理部１１は、ＭＩＩを介して２芯ＰＨＹ処理部１２に接続されて、ＯＳＩ参照モデルにおけるデータリンク層（ＭＡＣ）の処理を実行することにより、相手の２芯イーサネット通信ノード１０のＭＡＣ処理部１１との間で、２芯ＰＨＹ処理部１２を介してＭＡＣフレームを送受信する機能を有している。
【００２２】
２芯ＰＨＹ処理部１２は、２芯ケーブルＷに接続されて、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式に基づきＯＳＩ参照モデルにおける物理層（ＰＨＹ）の処理を実行することにより、相手の２芯イーサネット通信ノード１０の２芯ＰＨＹ処理部１２との間で、２芯ケーブルＷを介してＭＡＣフレームを送受信する機能を有している。
【００２３】
２芯ＰＨＹ処理部１２には、主な回路部として、レシーバ１２Ａ、トランシーバ１２Ｂ、送信スイッチ１２Ｃ、および２芯通信コントローラ１２Ｄが設けられている。
【００２４】
レシーバ１２Ａは、全体として信号受信回路からなり、接続端子Ｔから入力された２芯ケーブルＷ上を流れる差動パルス信号を受信して差動増幅し、受信信号ＲＸとして２芯通信コントローラ１２Ｄへシングルエンドで出力する機能を有している。
トランシーバ１２Ｂは、全体として信号送信回路からなり、２芯通信コントローラ１２Ｄから出力されたシングルエンドの送信信号ＴＸを差動増幅して差動パルス信号に変換し、接続端子Ｔから２芯ケーブルＷへ出力する機能を有している。
【００２５】
送信スイッチ１２Ｃは、全体としてアナログスイッチなどのスイッチ回路からなり、トランシーバ１２Ｂと接続端子Ｔとの間に接続されて、２芯通信コントローラ１２Ｄから送信出力信号ＴＸ＿ＯＮに応じて、オン／オフ動作することにより、フレーム送信時にトランシーバ１２Ｂの出力端子と接続端子Ｔとを接続し、フレーム送信時以外の期間にはトランシーバ１２Ｂの出力端子と接続端子Ｔとを切り離す機能を有している。
【００２６】
２芯通信コントローラ１２Ｄは、全体として専用の通信ＬＳＩチップからなり、ＭＩＩを介してＭＡＣ処理部１１と接続されているとともに、レシーバ１２Ａおよびトランシーバ１２Ｂを介して２芯ケーブルＷと接続されており、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式に基づいてＯＳＩ参照モデルにおける物理層（ＰＨＹ）の処理を実行することにより、相手通信ノード１０の２芯ＰＨＹ処理部１２との間で、２芯ケーブルＷを介してＭＡＣフレームを送受信する機能を有している。
【００２７】
ＭＩＩの各信号のうち、受信データ出力信号ＲＸＤは２芯ケーブルＷから受信した受信ＭＡＣフレームを示す信号、受信データ有効出力信号ＲＸＤＶは受信ＭＡＣフレームの検出有無を示す信号、送信データ入力信号ＴＸＤはＭＡＣ処理部１１から送信された送信ＭＡＣフレームを示す信号、送信データ有効入力信号ＴＸＥＮは送信ＭＡＣフレームの出力有無を示す信号、キャリア検出出力信号ＣＲＳは２芯ケーブルＷ上を流れるパルス信号（キャリア）の検出有無を示す信号、衝突検出出力信号ＣＯＬは送信中のＭＡＣフレームと他の通信ノードからのＭＡＣフレームとの衝突有無を示す信号である。
【００２８】
２芯通信コントローラ１２Ｄは、ＯＳＩ参照モデルにおける物理層（ＰＨＹ）の処理を実行するための基本的な機能として、レシーバ１２Ａからの受信信号ＲＸから抽出したビット列により、受信ＭＡＣフレームを生成する機能と、生成した受信ＭＡＣフレームを示す受信データ出力信号ＲＸＤを、受信データ有効出力信号ＲＸＤＶに基づきＭＡＣ処理部１１へ出力する機能と、ＭＡＣ処理部１１からの送信データ有効入力信号ＴＸＥＮに基づき送信データ入力信号ＴＸＤにより送信ＭＡＣフレームを取得する機能と、送信出力信号ＴＸ＿ＯＮにより送信スイッチ１２Ｃをオンした後、送信ＭＡＣフレームをビット列に変換した送信信号ＴＸをトランシーバ１２Ｂへ出力する機能とを有している。
【００２９】
この他、２芯通信コントローラ１２Ｄは、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式に基づいてＯＳＩ参照モデルにおける物理層（ＰＨＹ）の処理を実行するための具体的な機能として、レシーバ１２Ａからの受信信号ＲＸにより２芯ケーブルＷを流れる他の通信ノードから送信されたＭＡＣフレームの有無、すなわちキャリア信号の有無を監視し、その監視結果をキャリア検出出力信号ＣＲＳとして出力する機能と、２芯ケーブルＷを流れるキャリア信号なしが確認された場合には、ＭＡＣ処理部１１から取得した送信ＭＡＣフレームをトランシーバ１２Ｂから２芯ケーブルＷへ送信する機能とを有している。
【００３０】
さらに、２芯通信コントローラ１２Ｄは、送信ＭＡＣフレームの送信中に、２芯ケーブルＷに送信した送信ＭＡＣフレームのビット列からなる検出ビット列をレシーバ１２Ａからの受信信号ＲＸにより検出する機能と、検出した検出ビット列を、送信前にコピーして内部バッファに保持しておいた送信ＭＡＣフレームの送信ビット列と比較し、その不一致に応じて送信ＭＡＣフレームと他の通信ノードから送信された他ＭＡＣフレームとの衝突（コリジョン）が発生したことを検出する機能と、衝突発生が検出された場合には、送信ＭＡＣフレームの送信を中止して規定のバックオフ時間だけ待機した後、送信ＭＡＣフレームの再送信を開始する機能とを有している。
【００３１】
［実施の形態の動作］
次に、図２を参照して、本実施の形態にかかる２芯イーサネット通信ノード１０の動作として、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式に基づくＭＡＣフレーム送信処理について説明する。図２は、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式に基づくＭＡＣフレーム送信処理を示すフローチャートである。
【００３２】
２芯通信コントローラ１２Ｄは、まず、ＭＡＣ処理部１１からの送信データ有効入力信号ＴＸＥＮに基づき送信データ入力信号ＴＸＤにより送信ＭＡＣフレームを取得し（ステップ１００）、レシーバ１２Ａからの受信信号ＲＸにより２芯ケーブルＷを流れるキャリア信号の有無を監視することにより、２芯ケーブルＷが他の通信ノードにより使用されていない空き状態であるか否かを確認する（ステップ１０１）。
ここで、キャリア信号が検出されて２芯ケーブルＷが空き状態でないことが確認された場合（ステップ１０１：ＮＯ）、２芯通信コントローラ１２Ｄは、一定時間だけ待機した後、ステップ１０１へ戻って空き状態の確認を行う。
【００３３】
一方、キャリア信号が検出されず２芯ケーブルＷが空き状態であることが確認された場合（ステップ１０１：ＹＥＳ）、２芯通信コントローラ１２Ｄは、送信出力信号ＴＸ＿ＯＮにより送信スイッチ１２Ｃをオンした後、送信ＭＡＣフレームをビット列に変換した送信信号ＴＸをトランシーバ１２Ｂへ出力することにより、送信ＭＡＣフレームの送信を開始する（ステップ１０２）。
【００３４】
この後、２芯通信コントローラ１２Ｄは、送信ＭＡＣフレームの送信中、２芯ケーブルＷに送信した送信ＭＡＣフレームに関する検出ビット列をレシーバ１２Ａからの受信信号ＲＸにより検出することにより、送信ＭＡＣフレームと他の通信ノードから送信された他ＭＡＣフレームとの衝突（コリジョン）の発生有無を確認する（ステップ１０３）。
ここで、衝突発生が確認された場合（ステップ１０３：ＹＥＳ）、２芯通信コントローラ１２Ｄは、衝突検出出力信号ＣＯＬにより衝突発生をＭＡＣ処理部１１へ通知した後（ステップ１０４）、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式で定められた規定のバックオフ時間だけ待機した後（ステップ１０５）、ステップ１０１へ戻って、送信ＭＡＣフレームの再送信を実行する。
【００３５】
一方、衝突発生が確認されなかった場合（ステップ１０３：ＮＯ）、２芯通信コントローラ１２Ｄは、送信ＭＡＣフレームが送信終了するまで（ステップ１０６：ＮＯ）、ステップ１０３の衝突発生確認を繰り返し実行する。
この後、送信ＭＡＣフレームの送信終了に応じて（ステップ１０６：ＹＥＳ）、２芯通信コントローラ１２Ｄは、一連のＭＡＣフレーム送信処理を終了する。
【００３６】
［フレーム衝突検出方法］
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかる２芯通信ノードでのフレーム衝突検出方法について説明する。図３は、フレーム衝突検出方法を示す説明図である。
【００３７】
一般に、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式において、フレーム衝突の有無を検出する場合、２芯ケーブルを流れるキャリア信号の振幅を監視するものとなっている。すなわち、複数の通信ノードからＭＡＣフレームがほぼ同時に送信された場合、これらＭＡＣフレームのビット列を示すパルス信号が重なり合うことになる。この際、正負同一極性のパルス信号が重なり合った場合、通常のパルス信号の振幅よりも大きな振幅となる。このため、キャリア信号の振幅を通常のパルス信号の振幅と比較すれば、フレーム衝突有無を検出することができる。
【００３８】
しかしながら、このようなフレーム衝突検出方法は、２芯ケーブルとして例えば１０ＢＡＳＥ２で使用される２芯同軸ケーブルを前提としており、例えばＩＰＥＶ−Ｓなどの弱電計装用２芯ケーブルとは、配線構造が大きく異なっている。このため、パルス信号の伝搬特性などの配線特性の違いに起因して、例えばＩＰＥＶ−Ｓなどの弱電計装用２芯ケーブルでは、２芯同軸ケーブルと比較してパルス信号の重なり具合が異なり、パルス信号の振幅が十分大きくならない場合が考えられる。このため、このような場合には、従来のようなパルス信号の振幅を用いたフレーム衝突検出方法では、正確にフレーム衝突を検出できない可能性がある。
【００３９】
これに対して、本発明は、送信ＭＡＣフレームの送信ビット列に、他ＭＡＣフレームのビット列が重なり合った場合、パルス信号の振幅が変化しなくても、送信ＭＡＣフレームの全送信ビット列のいずれかにおいて、送信ビット列の論理値が変化することに着目し、２芯ケーブルＷへ送信した送信ＭＡＣフレームと元の送信ＭＡＣフレームとを比較することにより、フレーム衝突の有無を検出するようにしたものである。
【００４０】
図３に示すように、トランシーバ１２Ｂから送信された送信ＭＡＣフレームのビット列は、接続端子Ｔを介して２芯ケーブルＷへ出力される。この際、接続端子Ｔには、レシーバ１２Ａの入力端子が接続されているため、送信ビット列は、レシーバ１２Ａへループバックすることになる。したがって、送信ＭＡＣフレームの送信中は、レシーバ１２Ａからの受信信号ＲＸとして、２芯ケーブルＷへ送信した送信ＭＡＣフレーム、すなわち他の通信ノードから送信された他フレームの影響を含む送信ＭＡＣフレームのビット列が得られることになる。
【００４１】
本実施の形態は、このような新たなフレーム衝突検出方法を実現するため、２芯通信コントローラ１２Ｄに、ＭＡＣ処理部１１から入力された送信ＭＡＣフレームのビット列を保持する送信バッファ２１と、送信ＭＡＣフレームのビット列をコピーして保持する検証バッファ２２と、レシーバ１２Ａから入力された受信ＭＡＣフレームのビット列を保持する受信バッファ２３と、フレーム衝突を検出する衝突検出部２４とを設けたものである。
【００４２】
そして、衝突検出部２４で、送信バッファ２１から送信ＭＡＣフレームのビット列を順次読み出してトランシーバ１２Ｂへ出力することにより送信ＭＡＣフレームの送信を開始し、送信ＭＡＣフレームの送信中に、レシーバ１２Ａからの受信信号から得たビット列を受信バッファ２３に順次保持し、受信バッファ２３に保持されている検出ビット列を、検証バッファ２２に保持されているビット列と逐次比較し、その不一致に応じて送信中の送信ＭＡＣフレームと他の通信ノードから送信された他ＭＡＣフレームとの衝突が発生したことを検出するようにしたものである。
【００４３】
したがって、２芯通信コントローラ１２Ｄの衝突検出部２４において、送信ＭＡＣフレームの送信中に、レシーバ１２Ａからの受信信号ＲＸにより、２芯ケーブルから検出した検出ビット列が、送信前にコピーして内部バッファに保持しておいた送信ＭＡＣフレームのビット列と比較され、その不一致に応じて当該ＭＡＣフレームと他の通信ノードから送信されたＭＡＣフレームとの衝突が発生したことが検出される。
これにより、通信ノード間を結ぶ配線として、例えばＩＰＥＶ−Ｓなどの弱電計装用２芯ケーブルを用いた場合でも、フレーム衝突をより正確に検出することができる。
【００４４】
［実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、２芯ケーブルを介してＭＡＣフレームを送受信することによりイーサネット通信を行う２芯イーサネット通信ノード１０に、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式に基づいてＯＳＩ参照モデルにおける物理層（ＰＨＹ）の処理を実行することにより、２芯ケーブルを介してＭＡＣフレームを送受信する２芯ＰＨＹ処理部１２を備え、この２芯ＰＨＹ処理部１２で、ＭＡＣフレームの送信中に、２芯ケーブルへ送信した当該ＭＡＣフレームのビット列からなる検出ビット列を、送信前にコピーして保持しておいた当該送信ＭＡＣフレームのビット列と比較し、その不一致に応じて当該ＭＡＣフレームと他の通信ノードから送信されたＭＡＣフレームとの衝突が発生したことを検出するようにしたものである。
【００４５】
これにより、既存の現場において、従来の通信ネットワークで使用していた、例えばＩＰＥＶ−Ｓなどの弱電計装用２芯ケーブルを再利用して、イーサネット通信を実現することができる。したがって、従来の２芯ケーブルを全部撤去して新たな４芯ケーブルを配線する場合と比較して、工事に要する作業時間および作業負担が大きく軽減し、費用を大幅に削減することができる。また、新たなケーブルを引き直せない状況にも容易に対応できる。このため、結果として、２芯ケーブルを用いてイーサネット通信を安価に実現することが可能となる。
【００４６】
また、本実施の形態では、フレーム衝突を検出する場合、２芯ケーブルＷへ送信した送信ＭＡＣフレームのビット列と元の送信ＭＡＣフレームのビット列とを比較することにより、フレーム衝突の有無を検出するようにしたので、通信ノード間を結ぶ配線として、例えばＩＰＥＶ−Ｓなどの弱電計装用２芯ケーブルを用いた場合でも、フレーム衝突をより正確に検出することができる。
【００４７】
また、本実施の形態にかかる２芯ＰＨＹ処理部１２は、前述のとおり、レシーバ、トランシーバ、アナログスイッチなど安価な回路で構成できるとともに、２芯通信コントローラ１２Ｄも安価なＰＬＤ（Programmable Logic Device ）で実現でき、前述したＰＬＣ方式で用いるＰＬＣチップに比較して、極めて低コストで２芯イーサネット通信を実現することが可能となる。
【００４８】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…２芯イーサネット通信システム、１０…２芯イーサネット通信ノード、１１…ＭＡＣ処理部、１２…２芯ＰＨＹ処理部、１２Ａ…レシーバ、１２Ｂ…トランシーバ、１２Ｃ…送信スイッチ、１２Ｄ…２芯通信コントローラ、２１…送信バッファ、２２…検証バッファ、２３…受信バッファ、２４…衝突検出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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