(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の伝送路を用いて同一の信号を並列伝送する場合に、共通の外乱要因により、複数の信号データが同じ破損モードにならない手段を提供する。【解決手段】送信装置１０と受信装置とが複数のシリアル伝送路３０〜３２を介して接続され、伝送路を介して信号を伝送する伝送方法である。各伝送路に対応するデータフレームを、所定の信号の格納位置がそれぞれ異なる時刻に各伝送路上に現れるように構成し、所定の信号を格納したデータフレームを複数の伝送路でローテートさせながら並列に伝送する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置と受信装置とが複数の伝送路を介して接続され、前記伝送路を介して信号を伝送する伝送方法であって、
各伝送路に対応するデータフレームを、所定の信号の格納位置がそれぞれ異なる時刻に各伝送路上に現れるように構成し、
前記構成され、前記所定の信号を格納したデータフレームを複数の伝送路で並列に伝送する、ことを特徴とする伝送方法。
【請求項２】
前記所定の信号は、前記データフレームを、前記伝送路ごとに異なるビット長だけローテートすることを特徴とする、請求項１に記載の信号送信方法。
【請求項３】
複数の伝送路を介して信号を伝送する伝送装置を含む通信システムであって、前記伝送装置は、データフレームを、所定の信号の格納位置がそれぞれ異なる時刻に各々の前記伝送路上に現れるように変形する手段と、
前記所定の信号を格納し、変形されたデータフレームを複数の伝送路で並列に伝送する手段と、を有することを特徴とする通信システム。
【請求項４】
前記データフレームを変形する手段は、前記データフレームを、各々の前記伝送路ごとに異なるビット長だけローテートすることを特徴とする、請求項３に記載の信号送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号の伝送方法及び通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
装置等で用いる多数の信号をそれぞれ個別の信号線で伝送する代わりに、これらの信号の状態をディジタルデータ（以下、「信号データ」）に変換し、少数の通信線あるいは無線により伝送する方式が望まれている。特に、装置の安全性に関わる信号や、ミッションクリティカル機能に関する信号については、例えば信号データを冗長化して伝送することで信頼性を確保する方式が用いられる。
【０００３】
具体的には、特許文献１に記載のように、同一の通信データを複数の通信ネットワークで同時に伝送し、そのうち受信側において最初に受信したデータを採用する回線制御システムを開示している。また、特許文献２では、複数の伝送路を用いてデータを伝送する際に、各伝送路の伝送タイミングが互いに異なるように制御するデータ伝送制御装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７２６５６号公報
【特許文献２】特開平１１−３４６１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１が開示するように、複数の伝送路を用いて信号データを冗長化する場合でも、強力なノイズ源などの外乱要因が伝送路上あるいはその近辺に存在する場合、それらの影響を受けて、冗長化された信号データが同時に破損するケースが存在しうる。その際、送受信装置の構成によっては、このようなデータの同時破損を正しく検出できない場合がある。例えば、経路間の多数決により信号データの妥当性を判定するような構成の装置では、同時にデータが破損する経路が全体の多数となった場合に、破損したデータを採択してしまう。
【０００６】
一方、特許文献２が開示するように、伝送路ごとに異なるタイミングで信号データを伝送することにより、共通の外乱要因で信号データが複数の伝送路上で同時に破損する危険性を軽減することはできるが、伝送路ごとに信号の伝送遅延が異なるため、全体として伝送遅延の最悪値を悪化させうる。従って、前述した安全機能やミッションクリティカル機能に関連する信号には好適でないケースもある。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑み、複数の伝送路を用いて信号データを伝送する際に、共通の外乱要因によるデータの同時破損を軽減可能な伝送方法及び伝送装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、信号データを格納したデータフレームを複数の伝送路で並列に伝送する信号伝送方法であって、前記各伝送路に対応する前記データフレームを、前記信号データの格納位置がそれぞれ異なる時刻に前記各伝送路上に現れるように構成することを特徴とする信号伝送方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、例えば、各々信号データの格納位置が異なるように各伝送路向けのデータフレームを構成することによって、複数の伝送路上へ同時に前記データフレームを構成しても、各々異なる時刻に信号データが現れるようにすることができる。それにより、共通の外乱要因が存在する場合でも、複数の伝送路上で同時に信号データが破損する危険性を軽減することが可能となる。あわせて、各伝送路上へ同時にデータフレームを伝送するため,伝送遅延の最悪値を増加させることなく、安全機能やミッションクリティカル機能に関連する信号を伝送することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第一の実施例である通信システムの全体構成。
【図２】本発明の第一の実施例である通信システム別の全体構成例。
【図３】本発明の第一の実施例における送信装置の構成例。
【図４】本発明の第一の実施例におけるフレームデータの構成例。
【図５】本発明の第一の実施例における受信装置の構成例。
【図６】本発明の第一の実施例におけるフレーム変形部の詳細構成。
【図７】本発明の第二の実施例におけるフレーム復元部の詳細構成。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の第一の実施例として、通信システムにおいて制御対象物体に搭載された安全装置の信号を複数の伝送路により制御盤へ伝送する場合の構成例を示し、本発明の原理を説明する。
【００１３】
まず、図１を参照して本実施例の全体構成を説明する。
【００１４】
通信線３は、制御対象物体１と、制御盤２を接続しており、制御対象物体１内外の装置群の状態取得ならびに同装置群の制御と、同装置群への電力供給を目的としている。制御対象物体１に搭載された送信装置１０と、制御盤２に内蔵された受信装置２０は、通信線３は、電線で、通信線３に内蔵されたシリアル伝送路３０〜３２により接続される。
【００１５】
送信装置１０には、制御対象物体１の内外に搭載されたスイッチ・センサ群１１からの入力信号１１ａが、各々信号線を経由して入力される。なお、制御対象物体には、このほかにも、例えば操作・表示盤１２のような乗客向け装置なども搭載されている。一方、受信装置２０からは出力信号２０ａが出力され、制御盤２に入力される。
【００１６】
シリアル伝送路３０〜３２は、制御対象物体の仕様や設置環境に応じて適切な伝送媒体や伝送技術を任意に選択しうる。例えば、伝送媒体には、並行線、より対線（ツイストペア）、同軸ケーブル、光ファイバなどを含み、伝送技術にはＲＳ−４８５およびそれらをベースとする各種フィールドバス規格などを含む。本実施例では、入力信号１１ａの伝送における信頼性を担保するため、シリアル伝送路３０〜３２による３並列冗長構成としている。この伝送路の冗長度は、システムが要求する信頼性に基づいて設計されるもので、本実施例の本質を変えるものではない。
【００１７】
また、通信システムによっては、通信線３を具備せず、送信装置１０と受信装置２０を無線によって接続してもよい。その場合、図２に示すように、無線送信装置３００及び無線受信装置３０１により、シリアル伝送路３０〜３２を構成する。無線送信装置３００と無線受信装置３０１は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１規格などの無線技術を適用した装置構成を用いることができる。図１や図２のシステムで、強力なノイズ源などの外乱要因が通信線３や無線通信の伝送路上あるいはその近辺に存在する場合、それらの影響を受けて、冗長化された信号データが同時に破損することを防ぐための実施例について以下詳細に説明する。
【００１８】
次に、送信装置１０の構成を、図３を参照して説明する。
【００１９】
送信装置１０は、信号入力部１００、フレーム生成部１１０、フレーム変形部１２０〜１２２、送信Ｉ／Ｆ部１３０〜１３２、送信制御部１４０を含んで構成される。
【００２０】
信号入力部１００は、入力信号１１ａを送信装置１０に取り込み、ディジタルデータなどの形式で所定の信号である入力信号値１００ａを出力するインタフェース機能を提供し、例えば、マイクロプロセッサの入力ポートと、バッファ回路、電圧変換回路などの周辺回路で構成する。
【００２１】
フレーム生成部１１０は、入力信号値１００ａをシリアル伝送路３０〜３２で伝送するために用いる所定のフレームデータ１１０ａを生成する機能を提供する。例えば、フレーム生成部１１０は、システムで定義された信号の更新周期に従い、定期的に入力信号値１００ａを参照し、内部のバッファメモリ１１１に格納する。次いで、シリアル伝送路３０〜３２による伝送で必要となる管理情報、例えば、所定の識別ヘッダ、宛先装置及び／又は発信元装置のアドレス、伝送状態フラグ（例えば、リクエスト、アクノリッジ、エラー。これらに限定されない）、シーケンス番号、誤り検出符号及び／又は誤り訂正符号などをバッファメモリ１１１に格納し、フレームデータ１１０ａを構成する。フレームデータ１１０ａの例を図４に示す。
【００２２】
フレーム変形部１２０〜１２２は、フレーム生成部１１０が生成したフレームデータ１１０ａをシリアル伝送路３０〜３２上で伝送する際に、入力信号値１００ａが異なる時刻に各伝送路上に現れるようにするため、所定の規則に基づいてフレームデータのフォーマットを変形する機能を提供する。例えば、フレーム変形部１２０、１２１、１２２にフレームデータ１１０ａを入力すると、それぞれ異なるビット数だけフレームデータをローテートし、入力信号値がフレームデータの先頭からそれぞれ異なるビット位置に配置された変形フレームデータ１２０ａ〜１２２ａを出力するように構成する。動作の詳細は後述する。
【００２３】
送信Ｉ／Ｆ部１３０〜１３２はそれぞれ、シリアル伝送路３０〜３２に対して変形フレームデータ１２０ａ〜１２２ａを送信する機能を持つ手段である。これらは、例えば、マイクロプロセッサのシリアルポート（ＵＡＲＴあるいはＵＳＡＲＴ）、並／直列変換機（ＳＥＲＤＥＳ）、シフトレジスタなどのディジタルインタフェース回路と、シリアル伝送路３０〜３２の仕様に合わせた送信回路、例えばＲＳ−４８５トランシーバなどで構成することができる。なお、送信Ｉ／Ｆ部１３０〜１３２にて変形フレームデータを送信する際に、一般的に用いられる通信プロトコル、例えば、ＴＣＰやＵＤＰなどにカプセル化してもよい。それにより、汎用のネットワーク機器を活用して信号を伝送させることができ、調達性の向上が期待できる。さらに、送信Ｉ／Ｆ部１３０〜１３２は、変形フレームデータが入力されると同時に送信を開始してもよいが、例えば、シリアル伝送路３０〜３２上で送受信の切り替えを行う場合や、各伝送路で同じ伝送遅延を保証する目的で、送信制御部１４０から出力される共通の送信制御信号１４０ａによって送信を開始するように構成してもよい。
【００２４】
次に、受信装置２０の構成を、図５を参照して説明する。
【００２５】
受信装置２０は、受信Ｉ／Ｆ部２００〜２０２、フレーム復元部２１０〜２１２、フレーム検査部２２０〜２２２、信号値抽出部２３０、信号出力部２４０を含んで構成される。
【００２６】
受信Ｉ／Ｆ部２００〜２０２はそれぞれ、シリアル伝送路３０〜３２より変形フレームデータ２００ａ〜２０２ａを受信する機能を持つ手段である。送信Ｉ／Ｆ部１３０〜１３２と同様に、例えば、マイクロプロセッサのシリアルポート（ＵＡＲＴあるいはＵＳＡＲＴ）、並／直列変換機（ＳＥＲＤＥＳ）、シフトレジスタなどのディジタルインタフェース回路と、シリアル伝送路３０〜３２の仕様に合わせた受信回路、例えばＲＳ−４８５トランシーバなどで構成することができる。変形フレームデータ２００ａ〜２０２ａは、送信Ｉ／Ｆ部１３０〜１３２が送信した変形フレームデータ１２０ａ〜１２２ａとそれぞれ同一であることが期待される。
【００２７】
フレーム復元部２１０〜２１２は、フレーム変形部１２０〜１２２が用いた規則を逆に適用することで、各伝送路向けに変形されたフレームデータのフォーマットからフレームデータ１１０ａを復元する機能を備える。例えば、フレーム復元部２１０、２１１、２１２において、変形フレームデータ２００ａ〜２０２ａを、それぞれフレーム変形部１２０、１２１、１２２と同じビット数だけ逆方向にローテートすることにより、同一のフォーマットを持つ復元フレームデータ２１０ａ〜２１２ａが得られる。
【００２８】
フレーム検査部２２０〜２２２は、復元フレームデータ２１０ａ〜２１２ａに含まれる前述の管理情報を参照し、受信Ｉ／Ｆ部２００ａ〜２０２ａが受信した変形フレームデータ２００ａ〜２０２ａが正常なものであるかを検査する。例えば、自装置が受信すべきフレームデータであるか、当該フレームデータが重複や抜けなく受信できているか、入力信号値の値が誤りなく伝送されているかなどが検査される。検査の結果、フレームデータ２１０ａ〜２１２ａが正常なものであれば、それらを信号値抽出部２３０へ出力する。もし、フレームデータ２１０ａ〜２１２ａに誤りがある場合、それらを信号値抽出部２３０へは出力せず、代わりにエラー通知または無効値を信号値抽出部２３０へ出力する。
【００２９】
信号値抽出部２３０は、フレーム検査部２２０〜２２２が出力した正常なフレームデータ２１０ａ〜２１２ａを集約・採択し、入力信号値のフィールドから信号値を抽出して出力信号値２３０ａを出力する機能を備える。集約・採択のアルゴリズムは、エレベーターシステムで要求される遅延時間などの制約に基づいて設計すべきであるが、例として、入力されたフレームデータのうち、最先のものを選択し、残りを重複として破棄するものとする。
【００３０】
信号出力部２４０は、ディジタルデータなどの態様による出力信号値２３０ａから、制御盤２で利用可能な態様の出力信号２１ａを生成して出力するインタフェース機能を提供する。例えば、マイクロプロセッサの出力ポートと、バッファ回路、電圧変換回路などの周辺回路で構成することができる。
【００３１】
以下、フレーム変形部とフレーム復元部２１０〜２１２の詳細構成を説明する。本実施例において、フレーム変形部１２０〜１２２は同一構成であり、以下、代表としてフレーム変形部１２０の構成を示す。同様に、フレーム復元部２１０〜２１２は同一構成であり、フレーム復元部２１０の構成を代表として示す。
【００３２】
フレーム変形部１２０の詳細構成を図６に示す。フレーム変形部１２０は、フレーム書き込み部１２０１、バッファメモリ１２０２、ローテート制御部１２０３、フレーム出力部１２０４から構成される。フレーム書き込み部１２０１は、入力されたフレームデータ１１０ａをバッファメモリ１２０２に順次書き込んでいく。このとき、ローテート制御部１２０３からローテート長１２０３ａを取得し、フレームデータ１１０ａの先頭がバッファメモリ１２０２の先頭からローテート長１２０３ａだけずらした位置に配置されるように書き込みを開始する。
【００３３】
まず、フレーム書き込み部１２０１は、フレームデータ１１０ａの末尾からローテート長１２０３ａの分だけ残した位置まで書き込みを進め、最後に、フレーム書き込み部１２０１は、バッファメモリ１２０２の先頭からフレームデータ１１０ａの残りを書き込む。以上の動作により、ちょうど元のフレームデータ１１０ａをローテート長１２０３ａの分だけローテートした変形フレームデータ１２０ａが生成される。生成された変形フレームデータ２１０ａは、フレーム出力部１２０４によってバッファメモリ１２０２の先頭から読み出され、出力される。
【００３４】
例えば、伝送路上またはその近辺で発生するノイズの発生周期と一致しないように各経路のローテート長１２０３を調整することで、各伝送路上で伝送されるフレームデータがノイズによって同時に破損する頻度を低減することができる。
【００３５】
次に、フレーム復元部２１０の詳細構成を図７に示す。フレーム復元部２１０は、フレーム入力部２１０１、バッファメモリ２１０２、ローテート制御部２１０３、フレーム読み出し部２１０４から構成される。入力された変形フレームデータ２００ａは、フレーム入力部２１０１によってバッファメモリ２１０２の先頭から順次書き込まれる。
【００３６】
フレーム読み出し部２１０４は、ローテート制御部２１０３からローテート長２１０３ａを取得し、バッファメモリ２０１２の先頭からローテート長２１０３ａだけずらした位置から読み出しを開始する。フレーム読み出し部２１０４は、バッファメモリ２１０２中のフレームデータ末尾までデータを読み出し、順次復元フレームデータ２１０ａとして出力する。フレーム読み出し部２１０４は最後に、バッファメモリ２１０２の先頭まで読み出し位置を戻し、ローテート長２１０３の分だけバッファメモリからフレームデータを読み出して出力する。以上の動作により、フレーム変形部１２０によってローテートされた変形フレームデータ１２０ａを逆方向にローテートした復元フレームデータ２１０ａが生成される。復元フレームデータ２１０ａは、元のフレームデータ１１０ａと同一であることが期待される。
【００３７】
最後に、本実施例における信号の伝送経路を説明する。スイッチ・センサ１１で生成された入力信号１１ａは、信号入力部１００により入力信号値１００ａに変換される。入力信号値１００ａは、フレーム生成部１１０により所定の周期で読み出され、フレームデータ１１０ａに格納される。
【００３８】
フレームデータ１１０ａは、フレーム変形部１２０〜１２２により、シリアル伝送路３０〜３２のそれぞれに対応するローテート長の分だけローテートされた変形フレームデータ１２０ａ〜１２２ａに変換された上で、送信Ｉ／Ｆ部１３０〜１３２によってシリアル伝送路３０〜３２のそれぞれに送出される。
【００３９】
変形フレームデータ１２０ａ〜１２２ａは、受信Ｉ／Ｆ部２００〜２０２によって変形フレームデータ２００ａ〜２０２ａとして受信される。変形フレームデータ１２０ａ〜１２２ａと変形フレームデータ２００ａ〜２０２ａはそれぞれ同一であることが期待されるが、伝送路上あるいはその周辺のノイズ源により破損している可能性がある。
【００４０】
変形フレームデータは、フレーム復元部２１０〜２１２において、伝送路３０〜３２に対応するローテート長だけフレーム変形部１２０〜１２２と逆方向にローテートされ、フレームデータ１１０ａと同じフォーマットの復元フレームデータ２１０ａ〜２１２ａに変換される。
【００４１】
復元フレームデータ２１０ａ〜２１２ａは、それぞれフレーム検査部２２０〜２２２で正常であるかを検査され、正常であった場合にのみ信号値抽出部２３０に集約される。信号値２３０で、正常に受信されたフレームデータから入力信号値１００ａが抽出され、信号出力部２４０にて制御盤２へ出力される。  以上説明した構成及び動作により、伝送路ごとに異なる変形を施したフレームデータを伝送することにより、各々に格納される入力信号値が伝送路上で異なる時刻に現れるようにすることができる。従って、共通の外乱要因によって複数の伝送路でフレームデータが破損した場合でも、各伝送路上のフレームデータが同時に同じモードの誤りを起こすケースを低減させることができ、複数経路を用いた冗長伝送の信頼性を向上させることができる。
【００４２】
なお、以上の説明において、構成に関して特段の断りがない機能や手段は、電気回路、電子回路、論理回路、およびそれらを内蔵した集積回路のほか、マイコン、プロセッサ、及びこれらに類する演算装置と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＳＳＤ、メモリカード、光ディスク及びこれらに類する記憶装置と、バス、ネットワーク及びこれらに類する通信装置、及び周辺の諸装置の組み合わせによって実行されるプログラムによって実現してもよく、いずれの実現態様でも本発明は成立し得ることに留意されたい。
【００４３】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、制御対象物体が駆動機構により移動可能な物体でもよい。通信システムは、制御対象物体の移動を制御する制御装置と、制御対象物体との間で送受信される安全機能やミッションクリティカル機能に関連する信号を伝送するシステムであってもよい。この場合、制御対象物体は、制御装置に、センサで検知した安全機能やミッションクリティカル機能に関連する信号を通信線や無線により伝送する。制御装置は、それらの信号から制御対象物体に対する制御に関する信号を伝送し、その伝送された信号により制御対象物体は駆動機構を利用して制御対象物体を制御する。
【００４４】
従って、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  送信装置
２０  受信装置
３０〜３２  シリアル伝送路
１００  信号入力部
１１０  フレーム生成部
１２０  フレーム変形部
１３０  送信Ｉ／Ｆ部
１４０  送信制御部
２００  受信Ｉ／Ｆ部
２１０  フレーム復元部
２２０  フレーム検査部
２３０  信号抽出部
２４０  信号出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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