(57)【要約】【課題】従来よりも遅延を小さくさせて効率良くパケットを送受信できる通信ノード及び通信システムを提案する。【解決手段】スレーブ10aでは、ウェイト領域Wを出力手段26から出力させているときに、アドレス照合手段22によるアドレス照合と、経路選択手段31による接続経路の切り替えとを行うので、伝送路３上に設けられた各スレーブ10a〜10cにおいてパケットＰのアドレス領域AD とウェイト領域Wの転送の直後にデータ１を遅延なく出力することができ、従来よりも遅延を小さくさせて効率良くパケットを送受信できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケットのアドレス領域に続いてウェイト領域が外部から入力される入力手段と、
前記アドレス領域を前記外部へ出力させているとき、又は前記アドレス領域に続いて前記ウェイト領域を前記外部へ出力させているときに、前記パケットに付加されたアドレスと、予め自己に設定されている自己アドレスとが一致又は不一致であるかを判断するアドレス照合手段と、
前記アドレス照合手段により前記パケットのアドレスと前記自己アドレスとが一致すると判断されたとき、前記ウェイト領域に続いて入力される受信データを取得するパケット取得手段と、
前記アドレス照合手段により前記パケットのアドレスと前記自己アドレスとが一致すると判断されたときには、前記ウェイト領域を外部に出力し終えた直後に、送出手段に予め記憶されている自己データを前記ウェイト領域の終端に付加して外部へ出力させ、前記アドレス照合手段により前記パケットのアドレスと前記自己アドレスとが不一致であると判断されたときには、前記アドレス領域及び前記ウェイト領域に続いてそのまま前記受信データを外部へ出力させる切替手段と
を備えることを特徴とする通信ノード。
【請求項２】
前記アドレス照合手段と前記パケット取得手段と前記自己データを記憶する前記送出手段とを備えた複数のスレーブと、
前記入力手段に入力された前記パケットを各前記スレーブにそれぞれ伝えることが可能な前記切替手段とを備え、
前記切替手段は、
前記複数のスレーブのうち、前記アドレス照合手段により前記パケットのアドレスと前記自己アドレスとが一致すると判断したスレーブが存在するときには、該スレーブから前記自己データを受け取る
ことを特徴とする請求項１記載の通信ノード。
【請求項３】
前記外部へ現在出力中の前記パケットのうち、前記外部へ出力中または既に出力し終えた送り先を示す送り先アドレスが、出力手段に接続されている経路を経由して帰還アドレスとして帰還すると、前記送り先アドレスと前記帰還アドレスとが一致又は不一致であるかを判断し、
前記送り先アドレスと前記帰還アドレスとが不一致であると判断したときには、前記現在出力中の前記パケットの出力を途中で中断させ、再び先頭から該パケットを前記外部へ出力させる再送手段を備える
ことを特徴とする請求項１又は２記載の通信ノード。
【請求項４】
前記アドレス照合手段と前記パケット取得手段とを備えた複数のスレーブと、
各前記スレーブと外部デバイスとを接続する切替入出力手段とを備え、
前記切替入出力手段は、前記自己データとなるデータを前記外部デバイスから受け取り、該データの種類に応じて各前記スレーブのいずれかを選択して該スレーブに該データを伝送する
ことを特徴とする請求項１記載の通信ノード。
【請求項５】
前記アドレス照合手段と前記パケット取得手段とを備えたスレーブと、
前記スレーブと外部デバイスとを接続する複数の入出力手段とを備え、
前記スレーブは、
前記受信データの種類に応じて複数の前記入出力手段のいずれかを選択して該入出力手段に該受信データを伝送する
ことを特徴とする請求項１記載の通信ノード。
【請求項６】
各前記スレーブと外部デバイスとを接続する切替入出力手段を備え、
前記切替入出力手段は、前記自己データとなるデータを前記外部デバイスから受け取り、該データの種類に応じて各前記スレーブのいずれかを選択して該スレーブに該データを伝送する
ことを特徴とする請求項２記載の通信ノード。
【請求項７】
前記スレーブのうち少なくとも１つは、
外部デバイスと複数の入出力手段を介して接続されており、前記受信データの種類に応じて複数の前記入出力手段のいずれかを選択して該入出力手段に該受信データを伝送する
ことを特徴とする請求項２記載の通信ノード。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか１項記載の通信ノードが伝送路に接続されおり、
前記パケットが複数の前記通信ノードを巡回する
ことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信ノード及び通信システムに関し、例えばケーブルを介してリング状に接続された複数の通信ノード間においてパケットデータの送受信を行う通信システムに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボットやＦＡ（Factory Automation）システムは、センサ（例えば角度センサや、触覚センサ、力センサ、近接センサ、振動センサ等）や、モータ等のアクチュエータ、その周辺回路（例えばドライバや、電流センサ、温度センサ、エンコーダ回路等）、各種処理を行うＭＰＵ（Micro・Processor・Unit）、メイン計算機等の多種多様なデバイスから構成されている。このようなロボットやＦＡシステムでは、相互にデータ交換や指令値を送る必要があるため、実時間通信ネットワークで結合することが有用である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、近年では、組み立て製品が小型複雑化していることや、人間の手指で扱う物体が、ロボットやＦＡシステムの取り扱う操作対象物となる場合も多いことから、ロボットやＦＡシステムについても小型化が要望されている。さらにこれらロボットやＦＡシステムは、人間の手指・手首・上腕を模したような装置となり、多種多様なモータやセンサ類が非常に多く搭載されている。そのため、センサ周辺回路や、モータ駆動回路、データ処理用ＭＰＵの回路、通信回路等の内蔵される電子回路系も、従来に比して大幅な小型化が要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２２８６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなロボットやＦＡシステム（以下、これらをまとめて単にロボットと呼ぶ）では、ロボットが取り扱う操作対象物や、ロボット自体の重量やサイズが小型化されると、必然的にデータ送受信時における物理的な応答周波数も高くなり、扱うセンサ信号やサーボ系の周波数帯域が、従来のロボット等に比べて一桁以上高く設定する必要があるという問題が生じる。そのため、このようなロボット等に用いられる通信システムでは、従来よりも高速周期でのデータ交換が行われることが望まれている。そして、ロボットやＦＡシステムでは、例えば小型高速回転型モータの制御や、振動センサ、加速度センサ等からのデータを用いていることが多いことから、この傾向が顕著である。
【０００６】
そこで、本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来よりも遅延を小さくさせて効率良くパケットを送受信できる通信ノード及び通信システムを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため本発明の請求項１は、パケットのアドレス領域に続いてウェイト領域が外部から入力される入力手段と、前記アドレス領域を前記外部へ出力させているとき、又は前記アドレス領域に続いて前記ウェイト領域を前記外部へ出力させているときに、前記パケットに付加されたアドレスと、予め自己に設定されている自己アドレスとが一致又は不一致であるかを判断するアドレス照合手段と、前記アドレス照合手段により前記パケットのアドレスと前記自己アドレスとが一致すると判断されたとき、前記ウェイト領域に続いて入力される受信データを取得するパケット取得手段と、前記アドレス照合手段により前記パケットのアドレスと前記自己アドレスとが一致すると判断されたときには、前記ウェイト領域を外部に出力し終えた直後に、送出手段に予め記憶されている自己データを前記ウェイト領域の終端に付加して外部へ出力させ、前記アドレス照合手段により前記パケットのアドレスと前記自己アドレスとが不一致であると判断されたときには、前記アドレス領域及び前記ウェイト領域に続いてそのまま前記受信データを外部へ出力させる切替手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２は、前記アドレス照合手段と前記パケット取得手段と前記自己データを記憶する前記送出手段とを備えた複数のスレーブと、前記入力手段に入力された前記パケットを各前記スレーブにそれぞれ伝えることが可能な前記切替手段とを備え、前記切替手段は、前記複数のスレーブのうち、前記アドレス照合手段により前記パケットのアドレスと前記自己アドレスとが一致すると判断したスレーブが存在するときには、該スレーブから前記自己データを受け取ることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項３は、前記外部へ現在出力中の前記パケットのうち、前記外部へ出力中または既に出力し終えた送り先を示す送り先アドレスが、出力手段に接続されている経路を経由して帰還アドレスとして帰還すると、前記送り先アドレスと前記帰還アドレスとが一致又は不一致であるかを判断し、前記送り先アドレスと前記帰還アドレスとが不一致であると判断したときには、前記現在出力中の前記パケットの出力を途中で中断させ、再び先頭から該パケットを前記外部へ出力させる再送手段を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項４は、前記アドレス照合手段と前記パケット取得手段とを備えた複数のスレーブと、各前記スレーブと外部デバイスとを接続する切替入出力手段とを備え、前記切替入出力手段は、前記自己データとなるデータを前記外部デバイスから受け取り、該データの種類に応じて各前記スレーブのいずれかを選択して該スレーブに該データを伝送することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項５は、前記アドレス照合手段と前記パケット取得手段とを備えたスレーブと、前記スレーブと外部デバイスとを接続する複数の入出力手段とを備え、前記スレーブは、前記受信データの種類に応じて複数の前記入出力手段のいずれかを選択して該入出力手段に該受信データを伝送することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項６は、各前記スレーブと外部デバイスとを接続する切替入出力手段を備え、前記切替入出力手段は、前記自己データとなるデータを前記外部デバイスから受け取り、該データの種類に応じて各前記スレーブのいずれかを選択して該スレーブに該データを伝送することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項７は、前記スレーブのうち少なくとも１つは、外部デバイスと複数の入出力手段を介して接続されており、前記受信データの種類に応じて複数の前記入出力手段のいずれかを選択して該入出力手段に該受信データを伝送することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項８は、請求項１〜７のうちいずれか１項記載の通信ノードが伝送路に接続されおり、前記パケットが複数の前記通信ノードを巡回することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１の通信ノード、請求項８の通信システムによれば、ウェイト領域を出力させているときに、アドレス照合手段によるアドレス照合と、データ交換とを行うことにより、入力してきたパケットとデータ交換する場合にも、単純にパケットを転送する場合と同等の遅延時間で効率良くパケットを送受信できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明における通信システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】スレーブの回路構成を示すブロック図である。
【図３】パケットが他のスレーブ宛のときのスレーブにおける送受信処理の説明に供する概略図である。
【図４】パケットが自己スレーブ宛のときのスレーブにおけるデータの送受信処理の説明に供する概略図である。
【図５】従来のスレーブノード及び外部デバイスの回路構成（１）を示すブロック図である。
【図６】従来のスレーブノード及び外部デバイスの回路構成（２）を示すブロック図である。
【図７】本発明によるスレーブノード及び外部デバイスの回路構成を示すブロック図である。
【図８】従来の通信システムの回路構成を示すブロック図である。
【図９】本発明による低遅延の通信ノードから構成された通信システムの回路構成を示すブロック図である。
【図１０】他の実施の形態による通信システムの全体構成を示す概略図である。
【図１１】スレーブノードの回路構成を示すブロック図である。
【図１２】リピータ方式を用いた切替手段の回路構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下図面に基づいて本発明の実施の形態を詳述する。
【００１８】
（１）通信システムの概要
図１において、１は通信システムを示し、複数の通信ノード2a〜2jが伝送路３によりリング状に接続された構成を有する。通信システム１は、通信ノード2a〜2jのうち１つ或いは複数がマスターノードであり、他の通信ノードがスレーブノードとして機能し得るようになされている。マスターノードは、固定された通信ノードとしてもよく、または、必要に応じて送信権（トークン）の受け渡しが通信ノード2a〜2j間で行われ、複数の通信ノード2a〜2jのうちいずれか１つ或いは複数の通信ノードが送信権をもつことで、マスターノードとして機能させるようにしてもよい。
【００１９】
因みに、この実施の形態の場合は、通信ノード2aのみが送信権をもったマスターノードとして機能し（以下、通信ノード2aをマスターノード2aと呼ぶ）、他の残り全ての通信ノード2b〜2jがスレーブノード（以下、通信ノード2b〜2jをスレーブノード2b〜2jと呼ぶ）として機能する場合について以下説明する。また、この実施の形態では、本発明による通信システム１を例えばロボットに適用した場合について説明し、当該ロボットの手や足等のように複数のモータやセンサ等が密集した外部デバイスに対してスレーブノード2b〜2jが設けられているとする。なお、ここでは、複数のモータ6a,6bと複数のセンサ7a,7bとこれらセンサ7a,7bに接続されたＡＤ変換部８を備える外部デバイス４だけを図示し、この外部デバイス４について着目して以下説明する。
【００２０】
この場合、通信システム１では、初めにマスターノード2aから伝送信号が送信され、この伝送信号が伝送路３に沿って全てのスレーブノード2b〜2jを順次通過してゆき、環状に接続されたスレーブノード2b〜2jを一定方向に周回して再びマスターノード2aに戻ってくる構成を有する。このように、通信システム１では、マスターノード2aから送信された伝送信号が、複数のスレーブノード2b〜2jが設けられた伝送路３上を高速周期で周回し得るようになされている。なお、スレーブノード2b〜2jは全て同一の構成を有することから、以下、そのうち外部デバイス４が接続され、複数のスレーブ10a〜10cを備えたスレーブノード2dに着目して説明する。
【００２１】
この際、マスターノード2aは、例えば所定のモータ6aに接続されたスレーブ10aを示すアドレスと、当該モータ6aに対する指令値を示したデータ０とをパケットＰに付加し、当該パケットＰを伝送信号として送信する。スレーブノード2dのスレーブ10aは、通常は伝送信号をスレーブ10bに転送しており、パケットＰが到達すると、パケットＰに付加されたアドレスを取得し、このアドレスを基に自己宛のパケットＰであるか否かを判断し得るようになされている。その結果、スレーブ10aは、パケットＰが他のスレーブ宛だと判断する場合は、パケットＰをそのまま伝送信号として次のスレーブ10bに転送し続ける。
【００２２】
一方、スレーブ10aは、パケットＰが自己宛だと判断すると、パケットＰに付加されたデータ０を取得すると供に、これと同時に当該モータ6aの電流値を示したデータ１をデータ０の換わりにパケットＰに付加し、このパケットＰを伝送信号として送信し、下流のスレーブ10b,10cやスレーブノード2e〜2jを一巡させてマスターノード2aに受信させ得る。マスターノード2aは、スレーブノード2b〜2jを周回してきた伝送信号を受信すると、パケットＰに付加されたデータ１を取得し得るようになされている。
【００２３】
実際上、このスレーブノード2dには、複数のスレーブ10a〜10cと、各スレーブ10a,10bに対応するモータ6a,6bを接続させる複数のＩＯ（Input/Output）11a,11bと、何れかのスレーブ10a〜10cに接続切り替え可能に構成され、ＡＤ変換部８から取得したデータ１を所定のスレーブ10aへ振り分ける切替機能が付いた入出力手段としてのＩＯ（以下、これを切替ＩＯと呼ぶ）12とが設けられている。
【００２４】
スレーブ10aは、パケットＰに付加されたデータ０を取得すると、これをＩＯ11aを介してモータ6aに伝達し得るようになされている。これによりモータ6aは、データ０に基づいて制御され得るようになされている。
【００２５】
因みに、上述した実施の形態においては、パケットＰに付加されたデータ０をスレーブ10aが取得してこれをＩＯ11aに出力しているが、本発明はこれに限らず、スレーブ10aが取得したデータ０を、任意のタイミングでＩＯ11aが取得するようにしてもよい。なお、このモータ6aは、センサ7aが接続されており、当該センサ7aによって例えばモータの電流値が検知されている。センサ7aによって検知された電流値は、ＡＤ変換部８によりデジタル化され、これをデータ１として切替ＩＯ12に伝達されて当該切替ＩＯ12から所定のスレーブ10aに振り分けられるようになされている。
【００２６】
ここで、本発明による通信システム１は、各スレーブ10a〜10cにおいてパケットＰを取得する際に所定の送受信処理（後述する）を行う点と、マスターノード2aにおいてアドレス照合手段15により照合したアドレス照合結果に基づき再送処理（後述する）を行う点と、切替ＩＯ12がＡＤ変換部８から取得したデータ１に応じて受け渡し先のスレーブ10a〜10cを切り替える切替処理を行える点に特徴がある。そして、本発明による通信システム１では、所定の送受信処理によりスレーブ10a〜10cを含むすべてのスレーブにおいて遅延を小さくさせることで各スレーブは自己宛てのパケットＰを効率よく取得させ得るようになされており、またマスターノード2aも自身が送信したパケットＰを短時間のうちに受信することができるため、マスターノード2aにおいてパケット破損時におけるパケットＰの再出力に必要な再送処理のための時間の短縮化が図られている。また、この通信システム１では、スレーブ10a〜10cを含む全てのスレーブで遅延を小さくさせることで各スレーブに効率良く自己宛のパケットＰを取得させつつ、切替ＩＯ12による切替処理によりモータ6a,6bとセンサ7a,7bの対応をとることで通信周期の高速化および外部デバイス４の小型化を図るようになされている。
【００２７】
（２）スレーブにおける送受信処理
本発明においてマスターノード2aで生成されるパケットＰは、例えばスレーブ10aを示すアドレスが付加されるアドレス領域ADと、予め定められた所定ビット数のウェイト領域Wと、マスターノード2aからのデータ０又は外部デバイス４から受け取ったデータ１の何れかが付加されるデータ領域DTと、データエラー検出用のチェックコードを示すＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）（図示せず）とからなり、アドレス領域ADを先頭にして、続いてウェイト領域W、データ領域DT及びＣＲＣの順に生成され得る。なお、この実施の形態の場合では、本発明による送受信処理と関係のないＣＲＣについての説明は省略し、以下、アドレス領域AD、ウェイト領域W及びデータ領域DTについて着目して説明する。
【００２８】
スレーブノード2dは、マスターノード2aで生成されたパケットＰを伝送信号として上流のスレーブノード2cからスレーブ10aが受信し得る。スレーブ10aは、切替手段21によって、上流のスレーブノード2cから受け取ったパケットＰをそのまま下流のスレーブ10bに転送し得るように構成されており、単なるパケットＰの転送を行うことで、パケットＰを取得してから下流のスレーブ10bへ出力する際に遅延の発生を小さくすることができる。
【００２９】
この際、スレーブ10aは、パケットＰのウェイト領域Wを転送しているとき、アドレス領域ADに付加されたアドレスの照合をアドレス照合手段22により行い、アドレスが自分宛だった場合には、パケットＰのデータ０を取得すると供に、予めバッファに記憶しておいたデータ１をウェイト領域Wの後に付加し、パケットＰのデータ領域DTの内容がデータ０からデータ１に変更されたものを下流のスレーブ10bが受け取り得るようになされている。
【００３０】
実際上、図２に示すように、スレーブ10aは、上流のスレーブノード2cからパケットＰが入力される入力手段23と、スレーブ10a内においてパケットＰの通過経路を切り替える切替手段21と、パケットＰを取り込むパケット取得手段24と、パケットＰのアドレス領域ADに付されたアドレスと、予め設定されている自己アドレスとを照合するアドレス照合手段22と、マスターノード2aへ送るデータ１を記憶する送出手段25と、切替手段21に入力されたパケットＰを下流のスレーブ10bに出力する出力手段26とを備えており、切替手段21には転送手段30と経路選択手段31とが設けられている。
【００３１】
切替手段21の経路選択手段31は、転送手段30又は送出手段25のいずれか一方と、出力手段26とを接続可能に構成されており、マスターノード2aからパケット出力前に出力されているアイドル信号を認識すると、出力手段26を転送手段30に接続させた転送状態となり得る。経路選択手段31は、パケット取得手段24によりパケットＰを取得すると、当該パケットＰのアドレス領域ADに付加されたアドレスの照合結果に応じて出力手段26の接続先を転送手段30から送出手段25に切り替える。
【００３２】
実際上、経路選択手段31は、アドレス領域ADに付加されたアドレスが他のスレーブ宛の場合、出力手段26と転送手段30とを接続し続け、データ領域DTにデータ０が付加されたパケットＰを出力手段26から伝送信号として出力し得る。これに対して、経路選択手段31は、アドレス領域ADに付加されたアドレスが自己スレーブ宛の場合、出力手段26からパケットＰのウェイト領域Wを伝送信号として出力している際に、出力手段26の接続先を送出手段25に切り替えることにより、データ０の替わりに新たにデータ１を付加したデータ領域DTをウェイト領域Wの直後に追加してこれを出力手段26から伝送信号として出力し得るようになされている。
【００３３】
（２−１）パケットが他のスレーブ宛の場合
スレーブ10aは、上流のスレーブノード2cからの伝送信号が入力手段23に到達すると、当該伝送信号を転送手段30に送出する。転送手段30は、入力手段23に入力されたパケットＰの内容を順次２つに分配し、同じ内容の２つのパケットＰを生成してゆき、一方のパケットＰをパケット取得手段24に送出すると供に、他方のパケットを経路選択手段31に送出する。
【００３４】
ここで、経路選択手段31は、パケットＰを受け取る前に出力手段26が予め転送手段30に接続されていることにより、転送手段30から受け取っているアドレス領域AD及びウェイト領域Wをそのまま通過させ、当該アドレス領域AD及びウェイト領域Wを伝送信号として出力手段26から下流のスレーブ10bへ出力させてゆく。
【００３５】
このとき同時にパケット取得手段24は、転送手段30からパケットＰを取得しており、取得したパケットＰを一時的に記憶してゆく。アドレス照合手段22は、パケット取得手段24に記憶したパケットＰのうちアドレス領域ADを受け取り終えたか否かを判断しており、当該アドレス領域ADを受け取り終えると、アドレス領域ADに付加されたアドレスと、予め設定されている自己アドレスとを照合し得るようになされている。
【００３６】
アドレス照合手段22は、アドレス領域ADに付加されたアドレスが自己アドレスと不一致であると判断した場合、パケットＰが他のスレーブ宛であるとして、経路選択手段31において出力手段26を転送手段30に接続させ続ける。これによりスレーブ10aは、図３に示すように、入力手段23に入力されたパケットＰのアドレス領域ADと、ウェイト領域Wと、データ０が付加されているデータ領域DTとを、経路選択手段31を経由させて伝送信号としてそのまま出力手段26から出力させてゆき、下流のスレーブ10bに転送し得る。
【００３７】
このようにスレーブ10aでは、先頭のアドレス領域ADをそのまま出力手段26から出力した後、ウェイト領域Wを出力手段26から出力させている間に、パケットＰのアドレス領域ADに付加されたアドレスと、自己アドレスとを照合することができる。なお、アドレス取得手段22は、転送手段30から受け取ったアドレス領域AD、ウェイト領域W及びデータ領域DTについて破棄し、次のパケットＰが転送手段30から送られてくるのを待ち受ける。
【００３８】
（２−２）パケットが自己スレーブ宛の場合
次に、アドレス領域ADに付加されたアドレスが自己スレーブ宛の場合について以下説明する。この場合、上述と同様に、スレーブ10aは、上流のスレーブノード2cからの伝送信号が入力手段23に入力されると、当該伝送信号を転送手段30に送出する。転送手段30は、入力手段23に入力されたパケットＰの内容を順次２つに分配し、同じ内容の２つのパケットＰを生成してゆき、一方のパケットＰをパケット取得手段24に送出すると供に、他方のパケットＰを経路選択手段31に送出する。
【００３９】
ここで、経路選択手段31は、パケットＰを受け取る前にアイドル信号を基に出力手段26が予め転送手段30に接続されていることにより、転送手段30から受け取っているアドレス領域AD及びウェイト領域Wをそのまま通過させ、当該アドレス領域AD及びウェイト領域Wを伝送信号として出力手段26から下流のスレーブ10bへ出力させてゆく。
【００４０】
このとき同時にパケット取得手段24は、転送手段30からパケットＰを受け取っており、受け取ったパケットＰを一時的に記憶してゆく。アドレス照合手段22は、パケット取得手段24において取得したアドレス領域ADのアドレスと、自己アドレスとを照合した結果、アドレス領域ADのアドレスが自己アドレスと一致すると判断した場合、パケットＰが自己スレーブ宛であるとして、経路選択手段31に切替信号を送出する。これにより経路選択手段31は、図４（Ａ）に示すように、出力手段26の接続先を転送手段30から送出手段25に切り替える。スレーブ10aは、図４（Ｂ）に示すように、送出手段25に記憶されているデータ１を読み出してデータ領域DTに付加し、当該データ領域DTをウェイト領域Wの終端に追加して、これを伝送信号として出力手段26から出力してゆき、下流のスレーブ10bに送出し得るようになされている。
【００４１】
実際上、この実施の形態の場合、アドレス照合手段22は、アドレス領域ADに付加されたアドレスが自己アドレスと一致したと判断した場合、アドレス領域ADの終端から予め定められた所定ビット数までを、パケット取得手段24で取得したことを認識すると、この箇所をウェイト領域Wの終端と判断し、送出手段25にデータ付加命令を送出する。これにより送出手段25は、データ付加命令に基づいて、自己データとしてのデータ１を経路選択手段31に送出し、ウェイト領域Wの終端となる箇所にデータ１を追加する。経路選択手段31は、ウェイト領域Wの終端の直後に追加したデータ１のデータ領域DTを伝送信号として出力手段26から出力し得るようになされている。
【００４２】
因みに、経路選択手段31は、出力手段26の接続経路が送出手段25に切り替えられた際、転送手段30からのウェイト領域Wの転送が中断される。そこで、経路選択手段31は、アドレス領域ADの終端から予め定められた所定ビット数までウェイト領域Wに相当する伝送信号を生成し、これをウェイト領域Wの転送が中断した時点から出力手段26に出力し続ける。なお、ウェイト領域Wのデータが変更され得るように伝送信号を生成する実装もあり得る。
【００４３】
なお、上述した実施の形態においては、アドレス領域ADに付加されたアドレスが自己アドレスと一致すると、送出手段25から経路選択手段31へのデータ１の送出タイミングを調整することで、ウェイト領域Wの終端にデータ１を追加するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ウェイト領域Wの終端が経路選択手段31を通過する際に、当該ウェイト領域Wの終端に合わせて経路選択手段31の接続経路が送出手段25に切り替わることで、ウェイト領域Wの終端にデータ１を追加するようにしてもよく、要は、ウェイト領域Wの終端に新たなデータ１を付加できればこの他種々の方法を適用するようにしてもよい。
【００４４】
例えば、マスターノード2aも各スレーブ10a〜10cもウェイト領域Wのデータを利用しない場合では、スレーブノード2b〜2jはアドレス領域ADの終端から所定のビット数の位置から自己のデータ１を送出するよう実装されていれば、ウェイト領域Wの内容が変更されてしまう実装であってもよい。また、マスターノード2aはウェイト領域Wにスレーブ10a〜10cに対して有効なデータを書き込んだパケットＰを送出し、宛先となるスレーブ10bはウェイト領域Wとデータ領域DTのデータを取得するとともに、アドレス領域ADの終端から所定のビット数の位置から自己のデータ１が送出されるような実装を行うが、この場合もマスターノード2aが受け取るウェイト領域Wは内容が変更されてしまう実装であってもよい。因みに、マスターノード2aはウェイト領域Wにデータを載せる実装もあり得る。
【００４５】
また、アドレス照合手段22は、アドレス領域ADに付加されたアドレスが自己アドレスと一致した場合、データ保持命令をパケット取得手段24に送出し得るようになされている。これにより、パケット取得手段24は、データ保持命令に基づいて、図４（Ｃ）に示すように、パケットＰに付加されていた受信データとしてのデータ０を記憶し、当該データ０をスレーブ10aに対応付けられたＩＯ11a（図１）へ伝達し得るようになされている。
【００４６】
このようにスレーブ10aでは、アドレス領域ADに続いて予め付加された所定ビット数のウェイト領域Wを、出力手段26から出力させている間に、アドレス領域ADのアドレスと自己アドレスとを照合するアドレス照合と、アドレス領域ADのアドレスが自己アドレスと一致したときに経路選択手段31において送出手段25へ接続経路を切り替える切替操作とを行うようになされている。これにより、ウェイト領域Wを設けた分だけパケット長が増加するものの、スレーブノード2b〜2jに含まれる多数のスレーブをパケットが通過する際に各スレーブで生じる遅延を、データ交換を行うにも関わらず単純な転送処理と同等の時間に短縮することができる。因みに、このような本発明による送受信処理では、例えば変調速度が100Mbaudならば、スレーブ10aの遅延は1bit以下つまり10nsec以下となる。
【００４７】
ここで、ウェイト領域Wを設けずに、アドレス領域ADの直後にデータ領域DTを設けた場合には、仮にアドレス照合手段22によるアドレス照合に時間を要し、経路選択手段31において出力手段26の接続先を送出手段25に切り替えるタイミングが遅くなったとき、アドレス領域ADの終端にあるデータ領域DTにおいてデータ０をデータ１に交換するデータ交換が間に合わなくなり、パケットＰが破壊される虞がある。
【００４８】
これに対して本願発明では、アドレス領域ADとデータ領域DTとの間にウェイト領域Wを予め設けていることにより、アドレス照合手段22において行われるアドレスの照合と、経路選択手段31における切替操作とをウェイト転送時間内に行うことができ、データ領域DTにおいてデータ０からデータ１へのデータ交換を確実に実行でき、パケットＰが破壊されることを防止できる。
【００４９】
（３）マスターノードにおける再送処理
次に、マスターノード2aによる再送処理について詳細に説明する。図１に示す通信システム１は、各スレーブノード2b〜2jにおけるパケットの伝送遅延が極めて短いことから、スレーブノード数が比較的多い場合でも、マスターノード2aが下流のスレーブノード2bにパケットＰを伝送信号として全て送信し終える前に、当該伝送信号の先頭が全てのスレーブノード2b〜2jを経由して再びマスターノード2aに帰還してくる。
【００５０】
そこで、マスターノード2aのアドレス照合手段15は、現在出力しているパケットＰのアドレス領域ADに付加したアドレスと、全てのスレーブノード2b〜2jを一巡して戻ってきたパケットのうちアドレス領域ADに付加されたアドレス（以下、これを帰還アドレスと呼ぶ）とを照合するエラー判定処理を行うようになされている。これによりマスターノード2aは、スレーブノード2b〜2jを一巡した後に取得したパケットが伝送中のノイズ等によって破損したか否かを判定し得るようになされている。
【００５１】
この場合、マスターノード2aのアドレス照合手段15には、記憶手段（図示せず）が設けられており、下流のスレーブノード2bへ現在送り出しているパケットＰのうち、アドレス領域ADに付加したアドレスがエラー判定用のアドレスとして記憶手段に記憶され得る。そして、マスターノード2aのアドレス照合手段15は、下流のスレーブノード2bへパケットＰを出力している際に、全てのスレーブノード2b〜2jを一巡した伝送信号が入力され、パケットＰのアドレス領域ADを取得すると、当該アドレス領域ADに付加されている帰還アドレスと、記憶手段に記憶されたエラー判定用のアドレスとが一致するか否かを判断し得る。このとき、アドレス照合手段15は、アドレス領域ADが全て帰還してから行うのではなく、帰還する信号を1bit単位でエラー判定用のアドレスと順次照合することで、領域ADがすべて帰還する以前に領域ADの破損を判定することができる。
【００５２】
その結果、マスターノード2aの再送手段としてのアドレス照合手段15は、エラー判定処理により、全てのスレーブノード2b〜2jを一巡したパケットＰの帰還アドレスと、記憶手段に記憶されたエラー判定用のアドレスとが不一致であると判定すると、伝送中のノイズ等によってパケットＰが破損していると判断し、現在出力している伝送信号の出力を直ちに中断させ、当該伝送信号の替わりにアイドル信号を出力させてアイドル状態にさせる。これにより各スレーブノード2b〜2jは、伝送信号の入力が途中で中断され、当該伝送信号の替わりにアイドル信号が入力されると、パケット取得手段24（図２）に記憶したパケットＰを破棄し、新たに伝送信号が入力されるまで待ち受ける。
【００５３】
そして、マスターノード2aは、アイドル状態にさせた後、パケットＰを再び先頭のアドレス領域からウェイト領域及びデータ領域の順に伝送信号として下流のスレーブノード2bへ出力し始める。このようにしてマスターノード2aは、パケットＰ全てを出力完了する前に、パケットＰが破損している虞があるか否かを判定し、パケットＰが破損している虞がある場合、パケットＰの出力完了を待つことなく、再びパケットＰを先頭から出力し直す。これにより、マスターノード2aは、伝送中に破損した虞のあるパケットＰをスレーブノード2b〜2jが取得することを未然に防止し、パケット破損時におけるパケットＰの再出力に必要な通信時間の短縮化を図り、実時間性を向上させることができる。
【００５４】
因みに、従来、ノイズ等によるパケットＰの破損は、パケットＰの最後に付加されたＣＲＣ（図示せず）を用いて判断される。そのため、マスターノード2aは、全てのスレーブノード2b〜2jを一巡した伝送信号全てを受け取り、パケット全体を取得した後に、ＣＲＣによりパケットＰの破損の有無を判断し、当該パケットＰが破損していると判断すると、パケットＰの再出力を行うことになる。
【００５５】
これに対して本願発明によるマスターノード2aでは、パケット全体を取得しなくても、パケットＰの破損の有無を検知でき、パケット全体を下流のスレーブノード2bへ出力している際に、再びパケットＰを先頭から出力し直すことができるので、その分だけ、パケット破損時におけるパケットＰの再出力時間の短縮化を図ることができる。
【００５６】
なお、仮にアドレス判定専用のＣＲＣをアドレス領域ADの直後に付加して、当該ＣＲＣにより領域ADの破損を判定する方法を用いた場合には、パケット全体を取得せずとも迅速にパケットＰの再送処理を行うことも可能であるが、パケット長の増加や処理回路が複雑になると言う欠点がある。これに対して本願発明のマスターノード2aは、帰還する信号1bit単位で、アドレス照合を順次行っていくことにより、アドレス領域AD全体を取得しなくてもアドレス領域ADの破損を判定することも可能である。これにより本発明では、より迅速にパケットＰの再送処理が可能なだけでなく、パケット長が増加することなく、また処理回路の複雑化を防止し、処理内容もシンプルであるため、マスターノード2aを構成するＩＣの内部の回路構成も簡素で小型化を図ることができる。
【００５７】
（４）切替ＩＯにおける切替処理
（４−１）切替ＩＯを有するスレーブノードの構成
次に、切替ＩＯ12における切替処理について、図１に示したスレーブノード2dに着目して詳細に説明する。この場合、ＩＯ11a,11b,切り替えＩＯ12は例えばパラレルバスやシリアルバス（ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）、ＳＭＢｕｓ（System Management Bus）、Ｉ２Ｏ（(Intelligent Input/Output)）、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter））等の伝送手段を備え、各バスを経由して、ＩＯ11a,11bに外部デバイス４のモータ6a,6bが、切替ＩＯ12に外部デバイス４のＡＤ変換器８がそれぞれ接続されている。
【００５８】
例えばＩＯ11aは、パラレルバスを経由して、モータ6aへの指令値であるデータ０をスレーブ10aから取得し、外部デバイス４のモータ6aにデータ０を出力し得るようになされている。
【００５９】
ここで、外部デバイス４は、多チャンネルのＡＤ変換部８を備えており、各モータ6a,6b毎に設けられたセンサ7a,7bがＡＤ変換部８に接続され、当該ＡＤ変換部８が複数のセンサ7a,7bから送られてくる計測信号をＡＤ変換処理し得るように構成されている。これにより外部デバイス４は、従来のようにセンサ7a,7b毎にそれぞれＡＤ変換部を個別に設け、複数のＡＤ変換部を備えた外部デバイスに比して小型化が図られている。
【００６０】
かかる構成に加えて、切替ＩＯ12には、例えばＳＭＢｕｓ等のバスが接続されており、当該バスを経由して切替ＩＯ12に外部デバイス４のＡＤ変換部８が接続されている。切替ＩＯ12は、各センサ7a,7bからの計測信号をＡＤ変換処理したデータ列をＡＤ変換部８からそれぞれ受け取ると、スレーブ10a〜10cのうちからデータ列に対応付けられた例えばスレーブ10aを選択し、当該データ列に付加されたデータ１を、選択したスレーブ10aにだけ出力し得るようになされている。
【００６１】
実際上、切替ＩＯ12がＡＤ変換部８から受け取るデータ列は、各スレーブ10a〜10cに予め対応付けられたＩＤを示したスレーブＩＤと、データ長と、マスターノード2aへ送られるデータ１とにより構成されている。切替ＩＯ12は、ＡＤ変換部８からデータ列を受け取ると、当該データ列のスレーブＩＤに対応した例えばスレーブ10aを接続先として選択し、当該データ列のデータ長の分だけデータ列を接続先のスレーブ10aに出力するように構成されている。
【００６２】
これにより切替ＩＯ12は、マスターノード2aからのデータ０をモータ6aに受け渡したスレーブ10aに対し、同じモータ6aでの電流値であるデータ１を出力し得るようになされている。かくして、切替ＩＯ12では、マスターノード2aからのデータ０をモータ6aに受け渡すスレーブと、このモータ6aから得られるデータ１が入力されるスレーブとを同一のスレーブ10aにできるため、当該スレーブ10aにおいてパケットＰを取得してアドレス照合を行ったタイミングで当該パケットＰのデータ領域においてデータ０及びデータ１のデータ交換を行わせることができる。
【００６３】
（４−２）従来のスレーブノードと本発明のスレーブノードとの比較
次に、本発明によるスレーブノード2dの切替処理について従来のスレーブノードと比較して以下説明する。図１との対応部分に同一符号を付して示す図５は従来のスレーブノード41及び外部デバイス42を示し、この外部デバイス42には複数のモータモジュール43a,43bが設けられている。各モータモジュール43a,43bは、モータ6a,6bの電流等を計測する複数のセンサ7a,7bから計測結果を受け取りＡＤ変換処理するＡＤ変換部44a,44bと、所定部位の回転角を計測するためのカウンタ46a,46bとをそれぞれ有している。
【００６４】
また、この比較例となる外部デバイス42には、これらＡＤ変換部44a,44b及びカウンタ46a,46bとは別に、所定のセンサ47に接続されたＡＤ変換部48と、センサネットワーク49に接続されたＭＰＵ50とが設けられている。ここで、このような構成を有する外部デバイス42では、ＡＤ変換部44a,44bやカウンタ46a,46bがモータモジュール43a,43b毎にそれぞれ設けられていることにより、当該モータモジュール43a,43bが大型化してしまい、その結果、外部デバイス42全体としても大型化するという問題があった。
【００６５】
そこで、このような外部デバイス42についてモータモジュール43a,43bの小型化を図るため、図５との対応部分に同一符号を付して示す図６のような外部デバイス52が考えられる。この比較例となる外部デバイス52では、所定のセンサ47や、各モータモジュール53a,53bのセンサ7a,7bを１つのＡＤ変換部48に接続させてＡＤ変換部48を共有化させると供に、カウンタの換わりに回転角を１つのＭＰＵ50で計測させている。これにより外部デバイス52では、各モータモジュール53a,53bのＡＤ変換部及びカウンタをそれぞれ省くことができるので、各モータモジュール53a,53bの小型化を図ることができる。
【００６６】
しかしながら、このようなスレーブノード41では、例えばモータ6aにデータ０を出力するスレーブ10aとは別のスレーブ10cに対し、当該モータ6aに関するＡＤ変換部48からのデータ１を入力することになり、１つのモータ6aに関するデータの入出力を異なるスレーブ10a,10cを用いて行うことになる。
【００６７】
この場合、モータ6aにデータ０を出力するスレーブ10aと、当該モータ6aに関するデータ１が入力されるスレーブ10dとでは、パケットＰを取得するタイミングが異なることから、これらスレーブ10a,10d間で通信周期を揃えて、パケットＰのデータ領域DTにおいてデータ０及びデータ１のデータ交換を行う必要が生じ、その結果、必要帯域が大きくなり通信システム全体としてパケットＰの周期が低速化してしまうという問題が生じる。
【００６８】
これに対して、図６との対応部分に同一符号を付して示す図７に示すように、本発明によるスレーブノード61では、ＡＤ変換部48やＭＰＵ50からのデータを複数のスレーブ10a〜10dに自由に振り分ける切替機能付きの切替ＩＯ12a,12bを設け、例えばこの切替ＩＯ12による経路の切り替えによって、データ０をモータ6aに出力するスレーブ10aと、このモータ6aに関するデータ１が入力されるスレーブ10aとを同一にできるため、当該スレーブ10aにおいてパケットＰを取得しアドレス照合したタイミングで、当該パケットＰのデータ領域におけるデータ０及びデータ１のデータ交換を行わせることができる。
【００６９】
これにより、スレーブノード61では、各モータモジュール53a,53bのＡＤ変換部及びカウンタを省いてＡＤ変換部48及びＭＰＵ50を共有化させ、各モータモジュール53a,53bを小型化させても、切替ＩＯ12a,12bで接続先のスレーブ10a〜10dを適宜切り替えることにより、例えばモータ6aに関するデータ０及びデータ１のやり取りを、同じスレーブ10aで行うことができる。
【００７０】
このようにスレーブノード61では、各スレーブ10a〜10dがパケットＰを取得したタイミングで、当該パケットＰのデータ領域DTにおけるデータ０及びデータ１のデータ交換を行わせることができる。従って、スレーブノード61では、上述した図６に示すスレーブノード41のようにスレーブ10a〜10d間で通信周期を揃える必要がなく、その分、必要帯域を小さくでき通信システム全体としてパケットＰの送受信の高速化を図ることができる。
【００７１】
また、これにより、１つのパケットで交換するデータが１つのモータモジュール53a又は53bに対応づけできるためマスターノード2aに接続された計算機での処理を簡便かつ効率化させることができる。例えばモータ6aへの指令とセンサ7aおよび回転角53aが一元的に扱うことが可能になる。
【００７２】
なお、図７においてスレーブＩＤとデータ１との間に示すTcはデータ長を示すものである。また、ＭＰＵ50は、切替ＩＯ12bを介して、スレーブ10a〜10dのいずれかを選択し、選択したスレーブへデータ１を送るだけではなく、選択したスレーブからデータ０を受け取るようになされている。つまり、ＭＰＵ50はスレーブ10a〜10dのいずれかを選択し、その選択したスレーブとデータの交換をすることもできる。
【００７３】
（５）動作及び効果
以上の構成において、図３に示したスレーブ10aでは、上流のスレーブノード2cからのパケットＰが入力手段23に入力し始めると、転送手段30及び経路選択手段31を経由させて出力手段26から下流のスレーブ10bへ出力させてゆき、これと同時に当該パケットＰをパケット取得手段24で取得する。スレーブ10aでは、現在取得中のパケットＰの先頭にあるアドレス領域ADの出力手段26からの出力に続いて、ウェイト領域Wを出力手段26から出力させているときに、アドレス照合手段22により当該アドレス領域ADのアドレスが、自己アドレスと一致するか否かを判断する。
【００７４】
スレーブ10aでは、アドレス領域ADのアドレスが自己アドレスと一致しない場合、転送手段30及び経路選択手段31を経由させて出力手段26から下流のスレーブ10bへパケットＰをそのまま出力し続け、パケット取得手段24により取得したパケットＰを廃棄する。
【００７５】
ところで、従来のスレーブでは、上流のスレーブからパケットを受け取り始めると、アドレス領域AD及びデータ領域DTからなるパケット全てをバッファに一旦取り込んだ後に、アドレス領域ADを解析し始め自己宛のパケットであるか否かを判断していた。その後、パケットが自己宛のときには、データ領域DTのデータを交換して、バッファに取り込んだパケットを改めて先頭のアドレス領域ADから順に伝送信号として下流のスレーブへ出力していた。
【００７６】
これに対して本発明によるスレーブ10aでは、パケットＰが入力手段23から入力されると、直ちに下流のスレーブ10bへ当該パケットＰを出力しつつ、これと同時にパケットＰに付加されたアドレスのアドレス照合を行うようにしたことにより、下流のスレーブ10bにパケットＰを転送する際に生じる遅延時間を従来よりも短縮させることができ、効率良くパケットＰを送受信できる。
【００７７】
なお、スレーブ10aでは、ウェイト領域Wを設けた分だけパケットＰが伸びるものの、当該ウェイト領域Wが比較的小さいビット数からなると供に、入力手段23からパケットＰを受け取ると同時に当該パケットＰを次の下流のスレーブ10bへ出力し始めることから、従来のスレーブよりもパケットＰを送受信する際の遅延時間を短縮化させることができる。
【００７８】
また、スレーブ10aは、パケットＰのアドレス領域ADに付加されたアドレスが自己アドレスと一致すると、パケット取得手段24において取得したパケットＰのうちデータ領域DTに付加されているデータ０を取得する。このときスレーブ10aは、経路選択手段31において出力手段26と転送手段30との接続を遮断すると供に、出力手段26に送出手段25を接続し、当該送出手段25に予め記憶されているデータ１を、データ０の替わりにウェイト領域Wの終端に付加し、これを出力手段26から下流のスレーブ10bへ出力する。
【００７９】
このように本発明によるスレーブ10aでは、パケットＰに予め定められた所定ビッド数のウェイト領域Wを出力手段26から出力させているときに、アドレス照合手段22によるアドレス照合と、経路選択手段31による接続経路の切り替えとを行うようにしたことにより、パケットＰが自己宛だと判断した後でも、ウェイト領域Wの終端にデータ０に替えて新たにデータ１を確実に付加でき、パケットＰが破壊されることを防止できる。
【００８０】
また、この通信システム１では、ウェイト領域Wを設けたため、ウェイト領域Wを出力手段26から出力させているときに、アドレス照合手段22によるアドレス照合と、経路選択手段31による接続経路の切り替えとを行うので、伝送路３上に設けられた各スレーブ10a〜10cにおいてパケットＰのアドレス領域ADとウェイト領域Wの転送の直後にデータ1を遅延なく出力することができ、従来よりも遅延を小さくさせ効率良くパケットＰを送受信できる。また、この通信システム１では、マスターノード2aから全スレーブノード2b〜2jを介して再びマスターノード2aまで戻ってくるパケットＰの時間を短くすることができる。
【００８１】
この通信システム１では、リング状に繋がれた一定の伝送路３上において現時点のスレーブノード2b〜2jの数をさらに増加させていっても、予め設定したウェイト領域Wの転送時間内にアドレス照合手段22によるアドレス照合と、経路選択手段31による接続経路の切り替えが収まるように全スレーブノードが設計さている限りは、パケット全体の遅延は各スレーブノードの転送遅延と全スレーブノード数の積となる。スレーブノードの遅延は整波方式（後述する）で1bit以下、リピート方式（後述する）ならさらに短いため、スレーブノードが多い場合でも高速応答性を実現した通信システム１を構築できる。
【００８２】
このような通信システム１では、各スレーブ10a〜10cにおいて、それぞれ遅延が極めて短く効率良くパケットＰを送受信でき、マスターノード2aとスレーブノード2b〜2jとの間でのデータ通信の高速応答化を図れることから、例えば外部デバイス４の小型化を図る際には極めて有効である。この点について、例えば、図８に示すような複数の通信ノード72a〜72fにそれぞれＭＰＵ73a〜73dが設けられた通信システム71を一例に説明する。この通信システム71では、モータ74a,74bがドライバ75a,75bを介してＭＰＵ73a,73bに設けられた通信ノード72c,72dと、センサ76a,76bが増幅回路77a,77bを介してＭＰＵ73c,73dに設けられた通信ノード72e,72fとを備えたデバイス79aが設けられている。また、通信システム71では、通信ノード72a,72bをそれぞれ備え、かつ設置空間Ｇに余裕のあるデバイス79b,79cが設けられている。
【００８３】
ここで、一方のデバイス79aの小型化を図る場合には、図８との対応部分に同一符号を付して示す図９における通信システム81のように、一方のデバイス82に設けられていたＭＰＵを取り省き、当該ＭＰＵの替わりに機能させる高性能ＰＵ（Processor Unit）83a,83bを他方のデバイス79b,79cの設置空間Ｇに設けることで、一方のデバイス82についてＭＰＵを取り省いた分だけ小型化を図ることができる。
【００８４】
この場合、通信システム81では、本発明による送受信処理を実行する通信ノード85a〜85fを用いることにより、高性能ＰＵ83a,83bのバス並みにパケット通信を高速応答化させることができ、一方のデバイス82から高性能ＰＵ83a,83bが離れた状態でも、図８に示す通信システム71と同様なパケット通信を実現することができる。
【００８５】
なお、振動センサや加速度センサ等のように高速サンプリングが必要なセンサでは、単位時間あたりのデータ量が非常に多い。そのため、通信システムのスレーブノードにおいて、パケットＰによるデータ収集の周期が遅いと、センサからのデータをバッファリングしておく必要がある。しかしながら、通信システム１においてスレーブノード2b〜2jがパケットＰにより高速周期でデータ収集が可能になると、スレーブ10a〜10cに配置すべきバッファやＲＡＭの量を大幅に減らすことができ、また使用するＩＣやＭＰＵのランクを下げることもできるので、スレーブ10a〜10cの小型化を一段と図ることができる。
【００８６】
また、図１に示したように、本発明によるマスターノード2aでは、下流のスレーブノード2cに現在出力しているパケットＰの先頭が、全てのスレーブノード2b〜2jを経由して再びマスターノード2aに帰還してきたとき、現在出力しているパケットＰのアドレス領域ADのアドレスと、スレーブノード2b〜2jを一巡して戻ってきたパケットＰのアドレス領域ADに付加されたアドレスとを照合する。
【００８７】
マスターノード2aは、現在出力しているパケットＰの送り先アドレスとしてのアドレスと、スレーブノード2b〜2jを一巡して戻ってきたパケットＰの帰還アドレスとしてのアドレスとが一致しない場合、パケットＰがスレーブノード2b〜2jを一巡しても、スレーブノード2b〜2jがパケットＰのアドレスを変更することはないため、下流のスレーブノード2b〜2jを一巡している際にパケットＰがノイズ等によって破損したと判断する。
【００８８】
この場合、マスターノード2aは、現在出力しているパケットＰを直ちに中断すると供に、再び先頭のアドレス領域ADからパケットＰを下流のスレーブノード2cへ出力し直すようにしたことにより、パケット破損時におけるパケットＰの再出力に必要な時間の短縮化を図り、実時間性を向上させることができる。
【００８９】
さらに、本発明によるスレーブノード2dでは、スレーブ10aと外部デバイス４のＡＤ変換部８とを接続する切替ＩＯ12が、ＡＤ変換部８から受け取ったデータ列のスレーブＩＤに応じて、接続先が複数のスレーブ10a〜10cのいずれかに自動的に切り替わるように構成されていることで、例えばマスターノード2aからのデータ０をモータ6aに出力するスレーブと、このモータ6aに関するデータ１が入力されるスレーブとを同一のスレーブ10aにできる。
【００９０】
このようにスレーブノード2dでは、外部デバイス４においてＡＤ変換部８を複数のセンサ7a,7bに共有させても、ＡＤ変換部８から受け取るデータ０を、当該データ０を得たモータ7aに対応付けられているスレーブ10aに対し直接出力することができるので、当該スレーブ10aにおいてパケットＰを取得しアドレス照合を終えたタイミングで当該パケットＰのデータ０及びデータ１のデータ交換を行わせることができる。かくして、スレーブノード2dでは、スレーブ10a〜10c単位の通信周期によりデータ１及びデータ０の送受信を高速で行うことができる。
【００９１】
（６）他の実施の形態
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であり、ロボットやＦＡシステムに用いる通信システムだけでなく、種々の通信システムに対して適用することができる。
【００９２】
また、上述した実施の形態においては、複数のスレーブのうち接続先となるスレーブを自由に切り替え可能に構成された切替ＩＯ12を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、マスターノード2aから受け取ったデータ０の内容に応じて、各スレーブ10a〜10cが複数のＩＯ11a,11b及び切替ＩＯ12のうち、いずれか１つのＩＯ11a,11b又は切替ＩＯ12に自由に切り替え可能に構成するようにしてもよい。
【００９３】
また、データ０は例えばモータ6aへの指令値とし、データ１は例えばモータ6aの電流値として説明したが、パケットＰのデータ領域の内容はこれに限定するものではない。
【００９４】
さらに、上述した実施の形態においては、複数の通信ノードがリング状に接続されたリング型の通信システム１を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、複数の通信ノードがライン型に接続された通信システムや、複数の通信ノードがスター型に接続された通信システム、複数の通信ノードがツリー型に接続された通信システム等この他種々の通信システムを適用してもよい。
【００９５】
さらに、他の実施の形態として、ＩＯ11a,11bは、モータ6a,6bへの出力として、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)出力を有する構成や、モータに接続された回転角センサ（ロータリーエンコーダ）のカウンタ入力を有する構成等この他種々の構成からなるＩＯを適用してもよい。
【００９６】
さらに、他の実施の形態として、スレーブ10a〜10cにおける送受信処理において、パケットＰが他のスレーブ宛の場合において、パケット取得手段22が転送手段30から受け取ったデータ領域DTを破棄せず、利用する実装もあり得る。
【００９７】
さらに、上述した実施の形態においては、自己データとしてデータ１を記憶している回路部について送出手段と言う表現を用いたが、必ずしも送出手段25が送出を行う実装である必要はなく、例えば、送出手段25は、単に自己データを記憶しているのみで、実際には切替手段21がその自己データを読み出して送出する構成であってもよい。また、送出手段25は自己データを記憶するとともに、切替手段21に自己データを送出し、切替手段21はその自己データを経路選択手段31を介して単に外部へ出力する構成であってもよい。
【００９８】
さらに、上述した実施の形態においては、先頭にアドレス領域ADがあるパケットＰを適用した場合について述べたが、本発明は、これに限らず、アドレス領域ADの直後にウェイト領域Wがあるパケットであれば、例えば先頭に他の種々のデータが存在し、その直後にアドレス領域ADがあるパケットを適用してもよい。
【００９９】
さらに、他の実施の形態として、スレーブノードにスレーブが複数ある場合、スレーブがアドレス照合手段22及びパケット取得手段24を共有する実装もあり得る。
【０１００】
（６−１）切替手段２１の共有化について
上述した実施の形態においては、各スレーブ10a〜10c毎に切替手段21をそれぞれ設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、各スレーブ毎に切替手段を設けずに、これらスレーブとは別に切替手段を設け、当該切替手段を各スレーブで共有させるようにしてもよい。この場合、図１との対応部分に同一符号を付して示す図１０のように、91は他の実施の形態による通信システムを示し、当該通信システム91の例えばスレーブノード2dは、複数のスレーブ92a〜92cと、これらスレーブ92a〜92cの外部に設けられた切替手段93とを備えており、当該切替手段93に対して各スレーブ92a〜92cが接続された構成を有する。なお、スレーブノード2dは、上述した実施の形態とはスレーブ92a〜92cの外部に切替手段93が設けられているのみが相違している。
【０１０１】
ここでは、スレーブ92a〜92cは同一の構成であるため、説明の便宜上、スレーブ92bに着目し、例えばパケットＰに付加されたデータ０をスレーブ92bが取得して、当該スレーブ92bに記憶されたデータ１をパケットＰに付加する場合について以下説明する。
【０１０２】
図２との対応部分に同一符号を付して示す図１１に示すように、スレーブ92bは、アドレス照合手段22、パケット取得手段24及び送出手段25を備えており、当該スレーブ92bの外部に設けられた切替手段93の転送手段94に、パケット取得手段24が接続された構成を有し、上述した実施の形態に比べて、当該スレーブ92b内に切替手段93が設けられていない分だけ小型化が図られている。
【０１０３】
この場合、切替手段93は、入力手段23からパケットＰが入力されると、当該パケットＰを転送手段94によって各スレーブへそれぞれ同時に出力すると供に、当該パケットをそのまま経路選択手段95にも出力し、経路選択手段95及び出力手段26を経由させてパケットＰを下流のスレーブノード2e（図１０）へそのまま転送し得るようになされている。
【０１０４】
スレーブ92bは、上述した実施の形態と同様に、ウェイト領域Wを出力手段26から出力させているときに、アドレス照合手段22によるアドレス照合を行うと供に、経路選択手段31に対して接続経路を切り替えさせ得るようになされている。同時に、スレーブ92a,92cもアドレス照合を行っている。
【０１０５】
実際上、各スレーブ92a,92b,92cは、受け取ったパケットＰに付加されたデータ０が自己宛でないことを判断すると、当該パケットＰを破棄する。これに対し、パケットＰがスレーブ92b宛であった場合、各スレーブ92a,92cは受け取ったパケットＰに付加されたデータ０が自己宛でないため当該パケットＰを破棄するが、スレーブ92bは、パケットＰのアドレス領域ADに付加されたアドレスが自己アドレスと一致すると、パケット取得手段24において取得したパケットＰのうちデータ領域DTに付加されているデータ０を取得する。
【０１０６】
このとき経路操作手段95は、スレーブ92bのアドレス照合手段22からの切替信号を受け取り、当該切替信号に基づいて出力手段26と転送手段30との接続を遮断すると供に、出力手段26と各スレーブ92a〜92cの送出手段25とを接続する。これにより経路操作手段95は、スレーブ92bの送出手段25からデータ１を受け取り、データ０の替わりにウェイト領域Wの終端に当該データ１を付加し、これを出力手段26から下流のスレーブノードへ出力し得るようになされている。
【０１０７】
以上の構成において、スレーブノード2dでは、上述した実施の形態と同様の効果を奏することに加え、各スレーブ92a〜92c内に切替手段93がそれぞれ設けられていない分だけ、当該スレーブ92a〜92cの小型化を図ることができると供に、スレーブノード2d自体の小型化を図ることができる。
【０１０８】
さらに、スレーブノード2dでは、各スレーブ92a〜92cにおける転送処理を１つの切替手段93で実行できることから、スレーブ92a〜92cの他にさらにスレーブを設け、スレーブ数を増加させていっても、スレーブノード2dから下流のスレーブノードへパケットＰを転送する転送時間を、スレーブ数を増加させる前の転送時間のまま維持できる。すなわち、この場合、遅延時間はスレーブの数に依存することなく、スレーブノードの数に比例するように構成され、大幅に遅延時間を短縮させることが可能になる。さらに、各スレーブノード2b〜2j内の回路も簡略化でき、ICの小型化も促進できる。
【０１０９】
（６−２）転送方式について
（６−２−１）整波方式
切替手段２１の一例としては、整波方式とリピータ方式による方法が考えられる。
整波方式においては、例えば転送手段30はレシーバ素子などを内蔵し、これにより受け取った伝送信号を２値化し、さらにスレーブ内のクロックのタイミングでサンプリングすることで、伝送信号のジッター（時間軸に沿って生じている変動成分）やスキュー（傾き）による波形の崩れを修正し整波した信号へと変換する。この整波された信号は、経路選択手段31とパケット取得手段24へと送られる。経路選択手段21は、その整波された信号または送出手段25からの信号をドライバ素子などを通じて下流へと送出する。この整波方式の遅延は、主にスレーブ内のクロックのタイミングでサンプリングする際に生じるもので、1bit以下となる。
【０１１０】
因みに、この整波方式の場合では、通信システム１における各切替手段21がサンプリングに使用するクロックに相互に誤差があり、なおかつパケット長が長い場合は、整波の最中に切替手段21において伝送信号の伝送クロックとサンプリングのクロックがズレてしまう状況が起こり得る。このようなズレの可能性がある場合は、転送自体を1bit以上遅延させて対処する必要があり、遅延の増大を招いてしまう問題がある。例えば、クロックが±100ppmの誤差を持つ場合は、最大5000bitで1bit分のズレが生じることになる。しかし、この場合、パケット長を5000bitより十分小さくすれば、クロック誤差による遅延を導入する必要がなくなるため、整波に起因する遅延を最小限にとどめることができる。一方で、パケット長を短くした場合には、実質的なデータの転送効率が下がる欠点もある。
本発明による通信システム１では転送効率よりも、遅延性を重視するため、パケット長を短くし、整波方式の際に切替手段21で生じるによる遅延を1bit以下に留めるものとする。
【０１１１】
（６−２−２）リピータ方式
ロボットハンドのように、極めて狭い領域に多数のスレーブノードが密集する場合は、伝送距離が短いためスキューやジッタ等の影響を受けにくく、このような状況はロボットの場合、少なくない。このような場合には、単純にリピータを介して転送する方法を用いることにより、切替手段21における遅延を整波方式よりも小さくすることができる。
【０１１２】
例えば、図１２に示すように、リピータ方式を用いた切替手段100は、入力手段23（図２）から受け取った伝送信号を２つに分岐し、そのうち一方の分岐信号を整波手段101により整波した後にパケット取得手段24へと出力する。なお、整波手段は、レシーバ素子102により受け取った伝送信号を２値化した後、クロック103のタイミングでサンプリング部104でサンプリングすることで、伝送信号の波形の崩れを修正し整波した信号を出力している。
【０１１３】
このとき、他方の分岐信号は、リピータ素子106を介して出力側に出力されうる。また送出手段25からの信号は切替手段100内のドライバ素子107を介して出力側に出力される。因みに、リピータ素子106は入力信号と同様の信号を出力するものであるが、出力インピーダンスなどを改善する働きをもつ素子であり、遅延は極めて小さい。また、リピータ素子106とドライバ素子107の出力は有効化／無効化が可能であり、無効化により例えば高インピーダンスになるものを用いる。リピータ素子106とドライバ素子107の有効化／無効化はアドレス照合手段２２により制御し、いずれか一方のみを有効化することで経路選択手段と同等の働きをなすものとする。これにより、入力手段23（図２）からの伝送信号、または送出手段25からの信号のいずれかが切替手段100から出力される。
【０１１４】
このときの切替手段100における遅延は、リピータ素子106の遅延と同じになるため、整波方式などに比して短くし得る。通常は、リピータ素子106のみが有効化しており、受信した伝送信号はそのままリピータ素子106を通過して出力され、送出手段25を出力する際は送出手段25に接続されたドライバ素子107のみを有効化し、送出手段25からのデータ送出が終了すると、再びリピータ素子のみを有効化する。
【０１１５】
なお図２において示した切替手段21は、転送手段30と経路選択手段31とが示されているが、必ずしも物理的な構造として転送手段30と経路選択手段31が設けられている必要はなく、例えば図１２で示した切替手段100のように、物理的な構造として転送手段と経路選択手段を設けておらずとも、機能的に同様な働きをする切替手段を構築してもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１  通信システム
2a  マスターノード（通信ノード）
2b〜2j  スレーブノード（通信ノード）
４  外部デバイス
10a〜10c  スレーブ
11a,11b  ＩＯ（入出力手段）
12  切替ＩＯ（切替入出力手段）
15  アドレス照合手段（再送手段）
21,93  切替手段
22  アドレス照合手段
23  入力手段
24  パケット取得手段
25  送出手段
26  出力手段
30  転送手段
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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