(57)【要約】  本発明は、第１通信経路および第２通信経路を用いて相互に接続されたいくつかのユーザ端末を有するマスタ／スレイブ構造を含む通信システムに関する。第１通信経路および第２通信経路は、反対方向となるように機能し、ユーザ端末は、第１通信経路に接続され、第１通信経路にて情報信号を受信するための第１受信部と、第１通信経路に接続され、第１通信経路で情報信号を送信するための第１送信部と、第２通信経路に接続され、第２通信経路にて情報信号を受信するための第２受信部と、第２通信経路に接続され、第２通信経路で情報信号を送信するための第２送信部と、入力部および出力部を備え、情報信号を処理するための処理部（３５）と、切り替え可能な結合器とを備える。通常稼動では、切り替え可能な結合器は、処理部の入力部を第１受信部と、処理部の出力部を第１送信部と、第２受信部を第２送信部と接続し、障害モードでは、第１受信部および／または第２送信部、ならびに処理部の入力部を第２受信部と、処理部の出力部を第１送信部と接続する。
2008536412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の通信経路（２１）および第２の通信経路（２２）を介して相互に接続された複数のユーザ端末を有した通信システムにおけるユーザ端末（３）において、
上記第１の通信経路および上記第２の通信経路は互いに通信方向が反対方向となるように機能するものであり、
上記ユーザ端末（３）は、上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）における情報信号を受信するための第１の受信部（３１）と、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）で情報信号を送信するための第１の送信部（３２）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）における情報信号を受信するための第２の受信部（３３）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）で情報信号を送信するための第２の送信部（３４）と、
入力部および出力部を備えた、情報信号を処理するための処理部（３５）と、
起動可能とする結合器（３７）とを備え、
上記起動可能とする結合器（３７）は、通常モードである場合、上記処理部（３５）の入力部を上記第１の受信部（３１）に、上記処理部の出力部を上記第１の送信部（３２）に、および上記第２の受信部（３３）を上記第２の送信部（３４）にそれぞれ接続し、
上記第１の送信部（３２）および上記第２の受信部（３３）のうちの少なくとも一方が障害モードである場合、上記処理部（３５）の入力部を上記第１の受信部（３１）に、および上記処理部（３５）の出力部を上記第２の送信部（３４）にそれぞれ接続し、
上記第１の受信部（３１）および上記第２の送信部（３４）のうちの少なくとも一方が障害モードである場合、上記処理部（３５）の入力部を上記第２の受信部（３３）に、上記処理部（３５）の出力部を上記第１の送信部（３２）にそれぞれ接続するよう構成されていることを特徴とするユーザ端末。
【請求項２】
上記起動可能とする結合器（３７）は、
上記第１の入力部が上記第１の受信部（３１）に接続され、
上記第２の入力部が上記第２の受信部（３３）に接続され、
上記出力部が上記処理部（３５）の入力部に接続されている第１の多重化装置（３８）と、
上記第１の入力部が上記第２の受信部（３５）に接続され、
上記第２の入力部が上記処理部（３５）の出力部に接続され、
上記出力部が、上記第２の送信部（３４）に接続されている第２の多重化装置（３９）とを備えており、
上記第１の多重化装置（３８）は、通常モードである場合、自装置にて備える第１の入力部を自装置にて備える出力部に接続し、
第１の受信部（３１）および第２の送信部（３４）のうちの少なくとも一方が障害モードである場合、自装置にて備える第２の入力部を自装置にて備える出力部に接続するよう構成されており、
上記第２の多重化装置（３９）は、通常モードである場合、自装置にて備える第１の入力部を自装置にて備える出力部に接続し、
第１の送信部（３２）および第２の受信部（３３）のうちの少なくとも一方が障害モードである場合、自装置にて備える第２の入力部を、自装置にて備える出力部に接続するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のユーザ端末。
【請求項３】
上記第１の送信部（３２）および上記第２の送信部（３４）と、上記第１の受信部（３１）および上記第２の受信部（３３）とのうちの少なくとも一方は、接続している上記通信経路（２１、２２）におけるリンク障害を検出し、対応する障害モードを開始させるように構成されていることを特徴する請求項１または請求項２に記載のユーザ端末。
【請求項４】
マスタ・スレイブ構造を有する通信システムにおけるマスタ・ユニットであって、
多数のユーザ端末をスレイブ・ユニット（３）として有し、
上記スレイブ・ユニットは、第１の通信経路（２１）および第２の通信経路（２２）から形成され、通信方向が反対方向となるように機能する二重環状構造（２）を介して、上記マスタ・ユニットと直列に接続されているマスタ・ユニットにおいて、
上記マスタ・ユニット（１）は、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）で情報信号を送信するための第１の送信部（１１）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）で情報信号を送信するための第２の送信部（２１）と、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）における情報信号を受信するための第１の受信部（１３）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）における情報信号を受信するための第２の受信部（１４）と、
上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に接続されている送信制御部（１６）と、
上記第１の受信部（１３）および上記第２の受信部（１４）に接続されている受信制御部（１８）とを備えており、
上記送信制御部（１６）は、データ・フィールドおよび所定の値を設定するためのカウンタ・フィールドを含み、上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）において反対方向に別々に送信する情報信号を、上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に対して転送するよう構成されており、
各ユーザ端末の上記処理部は、情報信号が通過したとき、所定の値によって上記カウンタ・フィールドの値を変更するように構成されており、
上記受信制御部（１８）は、上記第１の通信経路（３１）と接する上記第１の受信部（１３）、および上記第２の通信経路（２２）と接する上記第２の受信部（１４）それぞれによって、受信された上記２つの情報信号の上記カウンタ・フィールドの値を評価するように構成されていることを特徴とするマスタ・ユニット。
【請求項５】
上記受信制御部（１８）は、上記第１の通信経路（２１）と接する上記第１の受信部（１３）、および上記第２の通信経路（２２）と接する上記第２の受信部（１４）によって受信された上記情報信号の上記カウンタ・フィールドの値を、加算するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のマスタ・ユニット。
【請求項６】
リード・モードである場合、上記送信制御部は、接続された各ユーザ端末（３）に関連付けられたデータ・エリアを有するデータ・フィールドを含み、上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）において反対方向に別々に送信する情報信号を、上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に対して転送するように構成されており、
各ユーザ端末の上記処理部（３５）は、通過する上記情報信号を処理する間に、上記関連付けられたデータ・エリアに書き込みを行うよう構成されており、
上記受信制御部（１８）は、上記第１の通信経路（２１）と接する上記第１の受信部（１３）、および上記第２の通信経路（２２）と接する上記第２の受信部（１４）それぞれによって受信された上記２つの情報信号の上記データ・フィールドを、重ね合わせるように構成されていることを特徴とする請求項４または５に記載のマスタ・ユニット。
【請求項７】
マスタ・スレイブ構造を有する通信システムにおけるマスタ・ユニットであって、
多数のユーザ端末をスレイブ・ユニット（３）として有し、
上記スレイブ・ユニットは、第１の通信経路（２１）および第２の通信経路（２２）から形成され、通信方向が反対方向となるように機能する二重環状構造（２）を介して、上記マスタ・ユニットと直列に接続されているマスタ・ユニットにおいて、
上記マスタ・ユニット（１）は、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）で情報信号を送信するための第１の送信部（１１）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）で情報信号を送信するための第２の送信部（２１）と、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）における情報信号を受信するための第１の受信部（１３）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）における情報信号を受信するための第２の受信部（１４）と、
上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に接続されている送信制御部（１６）と、
上記第１の受信部（１３）および上記第２の受信部（１４）に接続されている受信制御部（１８）とを備えており、
リード・モードである場合、上記送信制御部（１８）は、接続された各ユーザ端末（３）に関連付けられたデータ・エリアを有するデータ・フィールドを含み、上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）において反対方向に別々に送信する情報信号を、上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に対して転送するように構成されており、
リード・モードである場合、上記受信制御部（１８）は、上記第１の通信経路（２１）に接する上記第１の受信部（１３）によって、および上記第２の通信経路（２２）に接する上記第２の受信部（１４）によって、受信された上記２つの情報信号の上記データ・フィールドを重ね合わせるよう構成されていることを特徴とするマスタ・ユニット。
【請求項８】
請求項４から６のうちのいずれか１項に記載のマスタ・ユニット（１）と、
請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の、スレイブ・ユニット（３）としての多数のユーザ端末とを含むマスタ・スレイブ構成を有することを特徴とする通信システム。
【請求項９】
複数のユーザ端末（３）を有する通信システムにおけるユーザ端末（３）であって、第１の通信経路（２１）および第２の通信経路（２２）を介して互いに接続されたユーザ端末（３）を稼動させるための方法において、
上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）は、互いの通信方向が反対方向となるように機能しており、
上記ユーザ端末（３）は、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）における情報信号を受信するための第１の受信部（３１）と、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）で情報信号を送信するための第１の送信部（３２）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）における情報信号を受信するための第２の受信部（３３）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）で情報信号を送信するための第２の送信部（３４）と、
入力部および出力部を備え、情報信号を処理するための処理部（３５）と、
起動可能とする結合器（３７）とを備え、
通常モードである場合、上記起動可能とする結合器（３７）が、上記処理部（３５）の入力部を上記第１の受信部（２１）に、上記処理部（３５）の出力部を上記第１の送信部（３８）に、上記第２の受信部（３３）を上記第２の送信部（３４）にそれぞれ接続し、
上記第１の送信部（３２）および上記第２の受信部（３３）のうちの少なくとも一方が障害モードである場合、上記処理部（３５）の入力部を上記第１の受信部（３１）に、上記処理部（３５）の出力部を上記第２の送信部（３４）にそれぞれ接続し、
上記第１の受信部（３１）および上記第２の送信部（３４）のうち少なくとも一方が障害モードである場合、上記処理部（３５）の入力部を上記第２の受信部（３３）に、上記処理部の出力部を上記第１の送信部（３２）にそれぞれ接続することを特徴とする方法。
【請求項１０】
上記起動可能とする結合器（３７）は、
自装置にて備える第１の入力部を上記第１の受信部（３１）に接続し、
自装置にて備える第２の入力部を上記第２の受信部（３３）に接続し、
自装置にて備える出力部を上記処理部（３５）の入力部に接続する第１の多重化装置（３８）と、
自装置にて備える第１の入力部を上記第２の受信部（３３）に接続し、
自装置にて備える第２の入力部を上記処理部（３５）の出力部に接続し、
自装置にて備える出力部を上記第２の送信部（３４）に接続する第２の多重化装置（３９）と、を備えており、
通常モードである場合、上記第１の多重化装置（３８）が、自装置にて備える第１の入力部を自装置にて備える出力部に接続し、
第１の受信部（３１）および第２の送信部（３４）のうちの少なくとも一方が障害モードである場合、自装置にて備える第２の入力部を自装置にて備える出力部に接続しており、
通常モードである場合、上記第２の多重化装置（３９）が、自装置にて備える第１の入力部を自装置にて備える出力部に接続し、
第１の送信部（３１）および第２の受信部（３４）のうちの少なくとも一方が障害モードである場合、自装置にて備える第２の入力部を自装置にて備える出力部に接続することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記第１の送信部（３２）と、上記第２の送信部（３４）および上記第１の受信部（３１）のうちの少なくとも一方と、上記第２の受信部（３３）とが、それぞれ接続している上記通信経路（２１、２２）におけるリンク障害を検出し、対応する障害モードを起動させることを特徴する請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
マスタ・ユニット（１）、およびスレイブ・ユニットとしての、多数のユーザ端末（３）を有し、請求項９から１１のうちのいずれか１項に記載の方法によって動作させる、マスタ・スレイブ構造を含む通信システムを稼動させるための方法において、
上記スレイブ・ユニット（３）は、第１の通信経路（２１）および第２の通信経路（２２）から形成され、通信方向が反対方向となるように機能する二重環状構造（２）を介して、上記マスタ・ユニット（１）と直列に接続されており、
上記マスタ・ユニット（１）は、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）で情報信号を送信するための第１の送信部（１１）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）で情報信号を送信するための第２の送信部（１２）と、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）における情報信号を受信するための第１の受信部（１３）と、
上記第２の通信経路（２２）に接続され、この第２の通信経路（２２）における情報信号を受信するための第２の受信部（１４）と、
上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に接続されている送信制御部（１６）と、
上記第１の受信部（１３）および上記第２の受信部（１４）に接続されている受信制御部（１８）とを備えており、
上記送信制御部（１６）が、データ・フィールドおよび所定の値を設定するためのカウンタ・フィールドを含み、上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）において反対方向に別々に送信する情報信号を、上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に対して転送し、
各ユーザ端末の上記処理部（３５）が、情報信号が通過したとき、所定の値によって上記カウンタ・フィールドの値を変更し、
上記受信制御部（１８）が、上記第１の通信経路（２１）と接する上記第１の受信部（１３）、および上記第２の通信経路（２２）と接する上記第２の受信部（１４）それぞれによって、受信された上記２つの情報信号の上記カウンタ・フィールドの値を評価することを特徴とする方法。
【請求項１３】
上記受信制御部（１８）が、上記第１の通信経路（２１）と接する上記第１の受信部（１３）、および上記第２の通信経路（２２）と接する上記第２の受信部（１４）それぞれによって受信された上記情報信号の上記カウンタ・フィールドの値を、足し合わせることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
リード・モードである場合、上記送信制御部（１６）が、接続された各ユーザ端末（３）に関連付けられたデータ・エリアを有するデータ・フィールドを含み、上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）において反対方向に別々に送信する情報信号を、上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に対して転送し、
各ユーザ端末の上記処理部（３５）が、通過する上記情報信号を処理する間に、上記関連付けられたデータ・エリアに書き込み、
上記受信制御部（１８）が、上記第１の通信経路（２１）と接する上記第１の受信部（１３）、および上記第２の通信経路（２２）と接する上記第２の受信部（１４）それぞれによって受信した２つの上記情報信号の上記データ・フィールドを重ね合わせることを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
マスタ・ユニット（１）、および、スレイブ・ユニットとしての多数のユーザ端末（３）を有し、請求項７から９のいずれか１項に記載の方法を用いて稼動する、マスタ・スレイブ構造を含む通信システムを動作させる方法であって、
上記スレイブ・ユニット（３）は、第１の通信経路（２１）および第２の通信経路（２２）から形成され、通信方向が反対方向となるように機能する二重環状構造（２）を介して、上記マスタ・ユニット（１）と直列に接続されており、
上記マスタ・ユニット（１）は、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）で情報信号を送信するための第１の送信部（１１）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）で情報信号を送信するための第２の送信部（１２）と、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）における情報信号を受信するための第１の受信部（１３）と、
上記第２の通信経路（２２）に接続され、この第２の通信経路（２２）における情報信号を受信するための第２の受信部（１４）と、
上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に接続されている送信制御部（１６）と、
上記第１の受信部（１３）および上記第２の受信部（１４）に接続されている受信制御部（１８）とを備えており、
リード・モードである場合、上記送信制御部（１６）が、接続された各ユーザ端末（３）に関連付けられたデータ・エリアを有するデータ・フィールドを含み、上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）において反対方向に別々に送信する情報信号を、上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に対して転送し、
各ユーザ端末の上記処理部（３５）が、通過する上記情報信号を処理する間に、上記関連付けられたデータ・エリアに書き込み、
上記受信制御部（１８）が、上記第１の通信経路（２１）と接する上記第１の受信部（１３）、および上記第２の通信経路（２２）と接する上記第２の受信部（１４）それぞれによって、受信された上記２つの情報信号のデータ・フィールドを重ね合わせることを特徴とする方法。
【請求項１６】
多数のサーボモータを制御し、調節するために用いられることを特徴とする請求項１１から１４のうちのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、伝送方向が反対方向である二重環状構造を有する回線を介してつながった、複数のユーザ端末を有する通信システムにおけるユーザ端末と、マスタ・ユニットとに関する。また、このような、マスタ・スレイブ構造を有する通信システムと、上記ユーザ端末および上記通信システムの稼動方法に関する。
【０００２】
製造とオートメーション技術において、シリアル・バス・システムがますます使用されてきている。離れた位置に配置された、Ｉ／Ｏモジュール、変換器、駆動装置、バルブ、および操作用端末といった周辺機器が、効率のよいリアルタイム通信システムを経由して、オートメーション、エンジニアリングまたは画像表示のシステムと通信する。この配置において、全てのユーザ端末は、シリアル・バス、望ましくはフィールド・バス、を介して互いにネットワーク化されている。そして、データ交換が、上記バス経由で、一般的には、マスタ・スレイブの原則に基づいて行われる。
【０００３】
上記バス・システムにおいて、アクティブ・バス・ユーザ端末は、制御装置に該当し、一般的には、バス・アクセス権限を保有し、上記バス上の上記データ転送を決定する。上記アクティブ・バス・ユーザ端末は、上記シリアル・バス・システムにおいて、マスタ・ユニットと呼ばれる。これに対して、パッシブ・バス・ユーザ端末は、一般的に、周辺機器にあたる装置である。パッシブ・バス・ユーザ端末は、バス・アクセス権限を受け取ることはない。すなわち、パッシブ・バス・ユーザ端末は、受信した情報信号を認識したり、要求に応じてマスタ・ユニットに情報信号を転送したりすることが許されているのみである。パッシブ・バス・ユーザ端末は上記シリアル・バス・システムにおいて、スレイブ・ユニットと呼ばれる。
【０００４】
複雑なケーブル配線をさけるべく、マスタ・スレイブ構造を有するフィールド・バス・システムは、通常、環状トポロジに配置される。すなわち、全てのバス・ユーザ端末は、リング形状の伝送路に接続される。上記マスタ・ユニットによって生成された情報信号は、マスタ・ユニットによって、リング形状の伝送路に送出される。その後、上記情報信号は、リング形状の伝送路に、直列に接続された上記スレイブ・ユニットを順番に通過していく。そして、上記マスタ・ユニットによって再び受信され、評価される。マスタ・スレイブ・システムは、マルチ・マスタ・システムとしても構成することができる。
【０００５】
一般的に、上記情報信号は、上記マスタ・ユニットによって、制御情報と利用データ（Nutzdaten）とを含むデータ・パケットに編成される。ここで、データ・パケットとしては、データ・パケット長が１，５００以下であるとともに、伝送速度が、１００Ｍｂｉｔ／ｓｅｃであるイーサネット（登録商標）標準のものを利用することが望ましい。上記リング形状の伝送路を通過するイーサネットのメッセージが、上記マスタ・ユニットによって送出されたとき、上記リング形状の伝送路に接続された各スレイブ・ユニットは、自ユニット宛ての上記利用データをイーサネットのメッセージと交換する。
【０００６】
一般的に、リング構造を有する上記マスタ・スレイブ通信システムは、上記マスタ・ユニットが、伝送媒体に対するデータ投入点としての送信部およびデータ抽出点としての受信部を有する形態で構成される。個々のスレイブ・ユニットは、上記伝送経路において、お互いに接続され、鎖状につながる。すなわち、それぞれのユーザ端末は、隣接する２つのユーザ端末と接続されており、この鎖状の接続形態における、最初に位置するユーザ端末および最後に位置するユーザ端末は、上記マスタ・ユニットと接続されている。上記データ・パケットは、上記マスタ・ユニットを起点として、１方向にのみ送信される。すなわち、上記データ・パケットは、上記マスタ・ユニットの上記送信部から送信され、接続されている最初に位置するスレイブ・ユニットから、次に位置するスレイブ・ユニットへと、伝搬されていく。そして、上記鎖状の伝送経路上で、最後に位置するスレイブ・ユニットにまで到達したあと、上記マスタ・ユニットの上記受信部に戻される。各スレイブ・ユニットは、前に位置するユーザ端末から送信され、上記循環するデータ・パケットを受信部で受信するインターフェースと、後に位置するユーザ端末に送信部で転送するインターフェースと、上記スレイブ・ユニットを通過してくる、上記データ・パケットを処理するために上記受信部および上記送信部の間に配置された処理部とを備える。すなわち、上記処理部は、上記スレイブ・ユニットに割り当てられた上記利用データを上記データ・パケットと交換するためのものである。
【０００７】
マスタ・スレイブ構造を有する上記リング形状の通信システムは、しばしば、次のような形態で構成される。すなわち、上記マスタ・ユニットと、上記スレイブ・ユニットとが物理的に一列に配置される。そして、伝送媒体は、二重線構造を有しており、各スレイブ・ユニットは、送信部および受信部が、組み合わさったポートを２つ有しており、上記伝送の連鎖において最後に位置するスレイブ・ユニットの出力ポートは、送信部および受信部が短絡されている形態である。上記マスタ・ユニットの受信部から、二重線構造の第１の線に投入されたデータ・パケットは行きの経路上のスレイブ・ユニットによって処理される。そして、その後、上記データ・パケットは、そのまま、二重線構造の第２の線を経由し、戻りの経路上の上記マスタ・ユニットの上記受信部だけに、転送される。
【０００８】
マスタ・スレイブ通信システムには、主として高い耐障害性（fault tolerance）が求められる。すなわち、高い耐障害性とは、上記通信システムの必要な機能を維持するための許容力、例えば、障害が起こったときに、加工中の製品の製造工程を維持するための許容力である。このことは、上記通信システムが製造工程およびプロセス・オートメーションにおいて使用されるとき、とくに重要である。本文において、処理工程の機能不全に陥ることがないように、上記通信システムが克服すべき障害とは、上記データ・パケットに関する障害に加えて、全伝送リンクの故障をさす。全伝送リンクの故障の一例としては、とくに、伝送媒体の物理的な切断によるものが挙げられる。
【０００９】
耐障害性を得るために、マスタ・スレイブ通信システムには、全伝送区間の故障が起こったときなど、リンク障害時に、それぞれの伝送方向が反対方向である二重環状構造がよく用いられる。このように、伝送方向が反対方向である２つの通信経路を経由して非常に多数のスレイブ・ユニットと上記マスタ・ユニットが直列に接続された、直列に接続された上記マスタ・ユニットからなる、マスタ・スレイブ構造を有する通信システムが、米国特許第４，６６３７，４８号明細書に開示されている。ここでは、同時に２つの通信経路上に上記データ・パケットを送信する上記マスタ・ユニットが開示されている。また、上記スレイブ・ユニットは、通過する上記データ・メッセージを処理するため、２つの通信経路の間に接続されている２つの処理部を備えている。さらに、起動可能とする結合器が、ユーザ端末に配置されており、リンク障害が発生したときに、例えば、回線が切断されたときなど、両方の伝送環上の信号を監視し、上記通信システムを、それぞれ対応して切り替えることにより、上記通信システムを再設定する。上記通信システムは、このようにして、上記通信システムの大部分のリンク障害による故障や、上記通信システム全体の故障を防ぐ。
【００１０】
また、独国特許出願公開第１０３  １２  ９０７  Ａ１号明細書では、データ伝送方向における、それぞれの通信経路において、まず、処理部と、２つの入力部および１つの出力部を有する多重化装置とを配置するスレイブ・ユニットの構成が提案されている。上記多重化装置は、自装置の入力部を、それぞれ、上記スレイブ・ユニットの上記２つの処理部に接続されており、また、自装置の出力部を関連付けられた上記通信経路に接続されている構成である。非障害時の通常稼動においては、２つの上記多重化装置のそれぞれが、関連付けられた上記通信経路に配置された上記処理部に、上記出力部をつなぐ。しかしながら、関連付けられた上記通信経路上にリンク障害が起こり、障害モードのときは、障害が起こっていない他方の上記通信経路に備えられている上記処理部に、上記出力部をつなぎかえる。このような上記スレイブ・ユニットの構成は、上記障害時において、本質的にリアルタイムで上記通信システムの再設定ができる。
【００１１】
しかしながら、耐障害マスタ・スレイブ通信システムは、二重環状構造を有しており、いずれの場合においても、個々のスレイブ・ユニットは、通過するデータ・メッセージを処理するための処理部を２つ有しているため、上記スレイブ・ユニットのハードウェアおよび切り替え機構が非常に複雑となり、このためコストがかかる。さらに、通常稼動において、２つの上記処理部を通過する２つの上記データ・パケットのうち、どちらのデータ・パケットを装置の制御として採用するかを、それぞれのスレイブ・ユニットが、決定しなければならず、高い伝送率を要求されるこのような通信システムにおいて大きな制約となる。さらに、公知の二重環状トポロジを有する耐障害通信システムおいては、上記マスタ・ユニットが、リンク障害に対して単独で対応し、通常稼動モードから障害稼動モードに切り替える必要がある。
【００１２】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、通信システムにおけるユーザ端末、マスタ・ユニット、マスタ・スレイブ構造を有する通信システム、ならびに、スレイブ・ユニットおよびマスタ・ユニットに両方における、ハードウェアおよび切り替え機構の複雑性を最小とするとともに、耐障害二重環状トポロジにおけるリンク障害発生時に、リアルタイムで再設定を行う手段を備える通信システムにおける、ユーザ端末および通信システムを稼動させるための方法を提供することにある。
【００１３】
上記目的は、請求項１に記載のユーザ端末、請求項４または請求項７に記載のマスタ・ユニット、請求項８に記載の通信システム、請求項９に記載のユーザ端末を稼動させるための方法、および、請求項１２または請求項１５に記載のマスタ・スレイブ構造を有する通信システムを稼動させるための方法によって実現される。また、望ましい構成が、上記請求項の従属項として記載している。
【００１４】
本発明によると、通信方向が互いに反対方向となる二重環状構造として機能する２つの通信経路である、第１通信経路と第２通信経路とを介して互いに接続された複数のユーザ端末を備える通信システムにおける、ユーザ端末が、以下のように構成されている。すなわち、該ユーザ端末は、各通信経路に対してそれぞれ、関連付けられた通信経路にて情報信号を受信するための１つの受信部と、関連付けられた通信経路にて情報信号を送信するための１つの送信部とを備える。さらに、上記ユーザ端末は、入力部および出力部有し、該ユーザ端末を通過する情報信号を処理するためのシングル処理部と、起動可能とする結合器とが備えられている。通常稼動において、上記アクティブ化させることができる結合器は、上記第１の通信経路に属する第１の受信部および送信部と、通過する情報信号を処理するために間に配置される上記処理部と、上記第２の通信経路に属する第２の受信部および送信部とを相互に接続している。上記第１の送信部と、上記第２の受信部とのうち少なくとも一方が障害の場合、すなわち、上記ユーザ端末においてリンク障害が起こったとき、上記起動可能とする結合器は、上記第１の受信部と、上記第２の送信部とを、上記処理部を介して接続する。そして、上記第１の受信部と、上記第２の送信部との少なくとも一方が障害モードとなるとき、換言すれば、隣接している上記ユーザ端末にリンク障害が再度、起こったとき、上記第２の受信部と、上記第１の送信部とを、上記処理部を介して接続する。
【００１５】
二重環状トポロジの耐障害通信システムにおいて、上記ユーザ端末をこのようにレイアウトすることで、片方もしくは両方の通信経路において、隣接するユーザ端末にリンク障害が発生したとき、上記リンク障害にもかかわらず、問題なく機能するように、ユーザ端末の再設定をリアルタイムに実行することができる。そのため、上記ユーザ端末の機能、すなわち、上記ユーザ端末が接続された通信システムでの機能を、リンク障害が生じたにもかかわらず維持できる。本発明に係る上記構成によると、ユーザ端末には、シングル処理部のみが備えられているだけなので、ハードウェアを簡素化することができ、コストも削減できるという効果を奏する。さらに、上記のような冗長構成冗長性を有する場合、すなわち、リンク障害が発生するような場合であっても、ユーザ端末の動作は、通常稼動時における動作と変わらない。これは、常にひとつの処理部によって通過する上記情報信号が、解釈され、処理されるので、通常稼動時と上記ユーザ端末の動作が変わらない。このことは、同時に、上記切り替え処理時にいて広いダイナミック・レンジをもたらし、このため、上記通信システムにおけるリアルタイム性の要件も満たす。
【００１６】
またこれに関連して、上記ユーザ端末が備える上記起動可能とする結合器は、上記第１の受信部に接続されている上記第１の入力部と、上記第２の受信部に接続されている上記第２の入力部と、上記処理部に接続されている上記出力部とを備える第１の多重化装置、および、上記第２の受信部に接続されている上記第１の入力部と、上記処理部に接続されている上記第２の入力部と、上記第２の送信部に接続されている上記出力部とを備える第２の多重化装置とを有し、上記第１の多重化装置は、通常稼動時には、自装置の第１の入力部を自装置の出力部に接続し、一方、上記第１の受信部、および上記第２の送信部のうちの少なくとも一方が障害モードのときには、自装置の第２の入力部を自装置の出力部に接続し、かつ、上記第２の多重化装置は、通常稼動時には、第１の入力部を自装置の出力部と接続し、一方、上記第１の送信部および上記第２の受信部のうちの少なくとも一方が障害モードのときには、自装置の第２の入力部を自装置の出力部に接続するよう構成されることが望ましい。
【００１７】
本発明に係る上記起動可能とする結合器の構成によると、上記処理部に対し先行もしくは後続の位置にある、２つの２−１多重化装置は、障害が発生した場合、リンク障害が発生した場所に応じて、処理部通過後に情報信号がフィードバックされるように、該情報信号はユーザ端末により常に処理されることを保証する。２−１多重化装置を用いることで引き起こされるハードウェアの複雑性はわずかである。それに加えて、２−１多重化装置を用いることで、通常稼動および障害モードの間において、簡単かつ高度に動的な形態で切り替えを行うことができる。本発明によると、スレイブ・ユニットとしてのユーザ端末を複数有するマスタ・スレイブ構造を有する通信システムにおける上記マスタ・ユニットは、以下のような構成となる。すなわち、上記マスタ・ユニットは上記スレイブ・ユニットと、上記第１の通信経路と上記第２の通信経路とから形成され、かつ、通信方向が反対方向となるように機能する上記二重環状構造を介して直列に接続されるように構成されている。このような構成によると、上記マスタ構造は、通信経路ごとに、関連付けられた送信部および受信部を備え、上記送信部は、送信制御部に接続されており、上記受信部は受信制御部に接続されている。そして、このような構成において、上記送信制御部が上記マスタ・ユニットの２つの送信部に転送する情報信号は、データ・フィールドと、所定の値が設定されるカウンタ・フィールドを含む。これは、上記情報信号を、上記第１の通信経路および上記第２の通信経路に対して、それぞれ反対方向に別々に送信するためである。上記情報信号が通過するとき、それぞれのユーザ端末において、上記処理部は、上記カウンタ・フィールドの値を所定の値によって変更する。そして、上記制御装置は、上記第１の通信経路および上記第２の通信経路において上記受信部が受信した、２つの情報信号の上記カウンタ・フィールドの値を評価する。
【００１８】
本発明に係る通信システムによると、上記マスタ・ユニットは、上記通信システムにおいて、とくに、上記リンク障害の発生後、上記通信システムを再設定した場合、障害から回復したことを簡単な手順で判定する機能を有する。上記通信経路を経由しながら、反対方向に循環する、２つの同一の情報信号を受け取り、それから上記カウンタ・フィールドを評価した後で、上記マスタ・ユニットは、稼動中に、接続された上記スレイブ・ユニットが何台であるのか判定することができる。
【００１９】
それぞれの、起動中の上記スレイブ・ユニットにおいて、上記処理部が、該処理部の制御により通過する上記情報信号の上記カウンタ・フィールドの値を、その都度変更するので、結果として、上記マスタ・ユニットにおいて受信した２つの上記情報信号の上記カウンタ・フィールドの評価から、上記スレイブ・ユニットが操作可能か否かを示す操作可能性を導き出すことができる。
【００２０】
受信した２つの上記情報信号における上記カウンタ・フィールドの値の相関関係を評価することで、上記通信システムにおいて上記リンク障害が発生したのはどのユーザ端末なのか、または、ユーザ端末が完全に障害中であるのか否か、もしくは、どの場所のユーザ端末が完全に障害中であるのかを、それぞれ判定することができる。
【００２１】
本文においては、上記第１の通信経路および上記第２の通信経路において受信した、２つの循環する上記情報信号の上記カウンタ・フィールドは、双方のカウンタ・フィールドの値を足し合わせることにより評価されることが好ましい。上記合計値は、各々のスレイブ・ユニットの上記処理部が変更した値を集計したものをそのまま反映しているため、すぐに全スレイブ・ユニットが起動中か否か即座に特定することができる。
【００２２】
本発明によると、上記通信システムの耐障害性は、簡単に、リード・モードという方法によって、はるかに強まる。すなわち、上記スレイブ・ユニットが、上記マスタ・ユニットにデータを送信する場合、上記通信システムにおいて接続されたそれぞれのユーザ端末に関する関連データ・エリアを有するデータ・フィールドとともに情報信号が、上記マスタ・ユニットの上記送信制御部によって２つの上記送信部に転送される。これら２つの上記情報信号は、上記第１の通信経路および上記第２の通信経路において、それぞれ別々に、かつ反対方向に送信され、上記情報信号が通過したとき、それぞれのユーザ端末が、対応する関連データ・エリアに書き込みを行う。上記マスタ・ユニットの上記受信制御部は、上記第１の通信経路および上記第２の通信経路から受信した２つの情報信号のデータ・フィールドを重ね合わせる。
【００２３】
上記手順を鑑みると、とくに前述の冗長性、すなわち、上記通信システムが、リンク障害が原因で、再設定され、個々のユーザ端末が障害モードに切り替わったとき、上記通信システムの上記操作可能性が、信頼性のあるリード・モードを単純な方法により保証する。これは、２つの情報信号のデータ・フィールドを重ね合わせることで、とくに、論理和演算することで、重ね合わされたデータ・フィールドが、上記通信経路を介して上記情報信号がどのように上記マスタ・ユニットにフィードバックされたかにかかわらず生成され、上記ユーザ端末から送信されたデータすべてを含むからである。
【００２４】
そのため、上記手順は、とくに、上記二重の環状トポロジにおける上記リンク障害の場合、簡単な方法によって、高い耐障害性を提供する。そのうえ、再設定モードにおける上記マスタ・ユニットの上記評価方法は、通常モードの評価方法と変わらない。
【００２５】
本発明は、以下に添付の図面を参照することでさらに詳細に説明されるであろう。
【００２６】
図１は、本発明に係る通信システムのマスタ・スレイブ構造について図示したものである。
【００２７】
図１Ａは、通常モードについて示したものである。
【００２８】
図１Ｂは、両方のリンク障害の発生時における、第１の通信システム再設定を示したものである。
【００２９】
図１Ｃは、スレイブ・ユニットの故障時における、第２の通信システム再設定を示したものである。
【００３０】
図２は、本発明に係るユーザ端末を図示したものである。
【００３１】
オートメーション技術において、フィールド・バス・システムは、周辺機器が、分散形式で配置され、フィールド・バスを経由してオートメーション、エンジニアリングおよび画像表示システムと通信するような態様で、ますます使用されている。一般的には、フィールド・バス・システムは、例えば、送電線、光導波管、もしくは、無線ケーブル等のシリアル・バスを備える。このフィールド・バスに接続されている全てのバス・ユーザ端末は、アクティブ・バス・ユーザ端末か、パッシブ・バス・ユーザ端末かを明確に区別される。フィールド・バス・システムにおけるアクティブ・バス・ユーザ端末は、バス上のデータ・トラフィックを決定するマスタ・ユニットである。このような、マスタ・ユニットとしては、例えば、製造工程におけるプロセス制御用コンピュータとして利用される工業用ＰＣ等が挙げられる。このマスタ・ユニットは、バス・アクセスの権限を保有し、外部からの要求がなくても、フィールド・バスに対して、データを出力することができる。バス・システム上のパッシブ・バス・ユーザ端末は、周辺機器装置のことである。上記周辺機器装置としては、例えば、Ｉ／Ｏデバイス、バルブ、駆動装置および変換器等が挙げられる。パッシブ・バス・ユーザ端末は、スレイブ・ユニットとして動作し、バス・アクセス権限を得ることは無い。すなわち、パッシブ・バス・ユーザ端末は、受信した情報信号を認識したり、要求に応じて、その後、情報信号をマスタ・ユニットに送信したりすることが許されているのみである。
【００３２】
マスタ・スレイブ・システムにおけるデータ送信の通信規格としてイーサネットの概念が好適に採用できる。イーサネットの通信システムにおいて、送信データは、所定のフォーマットを有するデータ・パケットにカプセル化されて送信される。なお、上記データ・パケットのことを、以下において、メッセージと称する。また、イーサネットのメッセージは、利用データに加えて、開始識別子、あて先および発信元アドレス、データ・パケット・タイプおよび障害メカニズムを有した制御データを含んで、データ長は１，５００バイト以下である。
【００３３】
マスタ・スレイブ構造を有するイーサネット通信システムは、個々の上記スレイブ・ユニットが、伝送媒体を介して、相互に接続され、鎖状につながるような構成であることが望ましい。すなわち、それぞれのスレイブ・ユニットは、自身の両隣と接続し、鎖状につながれた状態において、先頭に位置するユーザ端末と最後尾に位置するユーザ端末とは、上記マスタ・ユニットと接続することにより、環状構造を形成する。このような配置によって、データは、マスタ・ユニットから、一方向に送信され、先頭の隣接するスレイブ・ユニットに送信される。そして、上記スレイブ・ユニットから、次のスレイブ・ユニットへ、順番に、最後尾に位置するスレイブ・ユニットまで、転送され、そして、上記マスタ・ユニットに戻ってくる。
【００３４】
高い耐障害性を保障するように、上記通信システムにおけるリンク障害、すなわち、例えばケーブルの断線による、スレイブ・ユニットが備えられた全伝送区間の故障などが生じた場合、しばしば、マスタ・スレイブ構造を有する通信システムでは、通信方向が互いに反対方向となるように機能する２つの通信経路を有する。上記通信システムでは、通信方向が反対方向となるように機能する二重環状構造を有しているために、リンク障害が発生したにも関わらず上記通信システムが動作可能となるように、リンク障害発生時において上記通信システムを再設定することができる手段がある。
【００３５】
図１は、本発明の実施形態に係る耐障害性通信システムの基本的な回路図である。上記通信システムは、二重環状構造２を介して、N個のスレイブ・ユニット３と、直列に接続されている、マスタ・ユニット１を備えている。二重環状構造は、それぞれ反対の方向となる、接続された上記スレイブ・ユニット３間における通路である、２つの片方向の通信経路２１、２２を備える。マスタ・ユニット１は、第１の送信部ＴＸ１１を介して、データ送出点としての第１の通信経路２１と接続されており、また、第２の送信部ＴＸ１２を介して、データ送出点としての第２の通信経路２２と接続されている。さらに、マスタ・ユニット１は、第１の通信経路２１に関するデータ注入点として第１の受信部ＲＸ１３と、第２の通信経路２２に関するデータ注入点として第２の受信部ＲＸ１４とを備えている。上記第１の送信部ＴＸ１１および上記第２の送信部ＴＸ１２は、第１の制御線１５を介して送信制御部１６に接続されている。上記第１の受信部ＲＸ１３および上記第２の受信部ＲＸ１４は、第２の制御線１７を介して受信制御部１８と接続されている。
【００３６】
各スレイブ・ユニット３は、第１の通信経路２１を介して、先行のユーザ端末からメッセージを受信するための、第１の受信部ＲＸ３１とのインターフェースと、第１の通信経路２１を介して、後続のユーザ端末にメッセージを送信するための、第１の送信部ＴＸ３２とのインターフェースとを備えている。さらに、各スレイブ・ユニット３は、第２の通信経路２２を介して、先行するユーザ端末から巡回するイーサネット・メッセージを受信するための、第２の受信部ＲＸ３３とのインターフェースと、上記メッセージを後続のユーザ端末に転送するための、第２の送信部ＴＸ３４とのインターフェースとを備える。それぞれのスレイブ・ユニット３において、第１の受信部ＲＸ３１および第２の受信部ＲＸ３２と、第１の送信部ＴＸ３３および第２の送信部ＴＸ３４と、処理部３５および、起動可能とする結合器３７との間は、それぞれ接続されている。
【００３７】
スレイブ・ユニット３の基本的な回路図を、図２においてより詳細に示す。スレイブ・ユニット３において、第１の通信経路２１に接続されている第１の受信部ＲＸ３１および第２の通信経路２２に接続されている第２の送信部ＴＸ３４は、ポート０にグループ化されている。第２の通信経路２２に接続されている第２の受信部ＲＸ３３および第１の通信経路２１に接続されている第１の送信部ＴＸ３２は、ポート１にグループ化されている。
【００３８】
起動可能とする結合器３７は、第１の切り替えスイッチ３８と、第２の切り替えスイッチ３９とを備え、それぞれは、２−１多重化装置として構成されている。上記第１の受信部ＲＸ３１、上記第１の送信部ＴＸ３２、上記第２の受信部ＲＸ３３、上記第２の送信部ＴＸ３４、上記起動可能とする結合器３７の第１の多重化装置３８および第２の多重化装置３９、ならびに処理部３５それぞれは、回線ネットワーク４０により、図２において矢印で示されるように相互に接続されている。
【００３９】
第１の受信部ＲＸ３１が有する出力部は、第１の多重化装置３８が有する第１の入力部に接続されている。第１の多重化装置３８が有する第２の入力部は、第２の受信部ＲＸ３３に接続されている。第１の多重化装置３８が有する出力部は、処理部３５に接続されている。第２の多重化装置３９もやはり、自装置における第１の入力部と、第２の受信部ＲＸ３３とが接続されており、自装置における第２の入力部と、処理部３５の出力部とが接続されている。第２の多重化装置３９が有する出力部は、第２の送信部ＴＸ３４と接続されている。さらに、処理部３５が有する出力部は、第１の送信部ＴＸ３２に回線ネットワーク４０を介して接続されている。
【００４０】
図１Ａに示すように、通信システムにおいて障害が発生しておらず、通常稼動している場合、マスタ・ユニットの送信制御部１６は、第１の送信部ＴＸ１１および第２の送信部ＴＸ１２に対しメッセージを転送する。なお、上記メッセージは、第１の送信部ＴＸ１１および第２の送信部ＴＸ１２によって、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２を介して、同時に、それぞれ逆方向となるように送信されている。この処理では、上記メッセージそれぞれは、接続されたスレイブ・ユニット３、該スレイブ・ユニット３における、全ての、起動可能とする結合器３７を、それぞれ逆方向に通過していく。ここで、スレイブ・ユニット３において、起動可能とする結合器３７は以下のように接続されている。すなわち、処理部３５の入力部が、第１の受信部ＲＸ３１に接続され、処理部３５の出力部が第１の送信部ＴＸ３２に接続され、第２の受信部ＲＸ３３が第２の送信部ＴＸ３４に接続される。
【００４１】
スレイブ・ユニット３がこのような稼動モードにある場合、起動可能とする結合器３７は、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２において、それぞれ反対方向に２つの同一メッセージを巡回させることができる。すなわち、第１の通信経路２１を介して送信されるメッセージのみが、処理部３５によって処理されるように、常に、スレイブ・ユニットを通過する。これに対して、第２の通信経路２２を巡回するメッセージは、スレイブ・ユニット３を単に通過するのみで、未処理のまま、マスタ・ユニット１に再び達する。また、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２を介して、反対方向に巡回する２つのメッセージは、この場合、マスタ・ユニット１の第１の受信部ＲＸ１３および第２の受信部ＲＸ１４によって検知され、評価するために、第２の制御線１７を介して受信制御部１８に転送される。
【００４２】
本発明の上記構成によると、２つの２−１多重化装置３８、３９を備え、かつ起動可能とする結合器３７は、障害のない通常稼動では、以下のように制御される。すなわち、２つの通信経路である第１の通信経路２１および第２の通信経路２２において、同時ではあるがそれぞれ反対方向に巡回する２つのメッセージのうち、第１の通信経路２１におけるメッセージのみが、スレイブ・ユニット３の処理部３５によって処理されるように制御される。第２の通信経路２２を巡回するメッセージは、冗長なものとして機能するとともに、マスタ・ユニット１にて変更されることなくフィードバックされる。
【００４３】
本発明に係る通信システムには、マスタ・スレイブ構造を有しており、上記スレイブ・ユニットが、通信方向が反対方向となるように機能する２つの二重環状構造を介してマスタ・ユニットに直列に接続され、スレイブ・ユニット３ごとに、ただ１つのシングル処理部３５を備えてなる構成である。さらにまた、上記通信システムは、リンク障害の発生などの障害時において、上記通信システム全体が実施できるように維持するため、個々のスレイブ・ユニットにおいて通信経路を再設定することが可能となっている。
【００４４】
図１Ｂは、スレイブ・ユニットＭおよびスレイブ・ユニットＭ＋１の間における、二重リンクの障害を示している。図１Ｃは、スレイブ・ユニットＭが完全に故障し、２つの二重リンクの障害が発生した場合と同様の状態を示している。なお、この２つの二重リンクの障害とは、ひとつは、スレイブ・ユニットＭ−１とスレイブ・ユニットＭとの間において発生した二重リンクの障害であり、もうひとつは、スレイブ・ユニットＭ＋１とスレイブ・ユニットＭとの間において発生した二重リンクの障害である。このような、二重リンクの障害が発生したとき、スレイブ・ユニット３が有する、起動可能とする結合器３７は、第１の通信経路２１または第２の通信経路２２のどちらか一方に到着したメッセージを、その都度、他方の通信経路からマスタ・ユニット１にフィードバックするように動作し、まずは上記メッセージが常にスレイブ・ユニット３の処理部３５を通過するように動作する。
【００４５】
図１Ｂに示す、スレイブ・ユニットＭおよびスレイブ・ユニットＭ＋１の間における二重リンクの障害の場合、スレイブ・ユニット１からＭ−１およびスレイブ・ユニットＭ＋２およびＭは通常稼動するのに対して、スレイブ・ユニットＭおよびスレイブ・ユニットＭ＋１は、再設定される。図１Ｃに示す、スレイブ・ユニットＭが完全に故障した場合、スレイブ・ユニット１からＭ−２およびスレイブ・ユニットＭ＋２からＭは通常稼動する。これに対して、スレイブ・ユニットＭ−１およびスレイブ・ユニットＭ＋１は再設定される。
【００４６】
上記再設定は、スレイブ・ユニット３における２つのポート、すなわち、ポート０およびポート１をトリガーとすることが好ましい。これら２つのポート０およびポート１は、公知の検出処理を行うことによって、上記スレイブ・ユニットが隣接している上記スレイブ・ユニットと通信可能か否かを検出する。ポート０またはポート１によってリンク障害が検出された場合、対応する障害モードが実行され、スレイブ・ユニットが備える、起動可能とする結合器３４が、必要な動作を行う。
【００４７】
図１Ｂに示す二重リンクの障害発生時のような、スレイブ・ユニットＭにおけるポート１の障害モードの場合、および図１Ｃに示す、スレイブ・ユニットＭ−１における装置故障の場合、起動可能とする結合器３７は、処理部３５の入力部を、第１の受信部ＲＸ３１に接続し、処理部３５の出力部を第２の送信部ＴＸ３４に接続する。このため、第１の通信経路２１を巡回するメッセージは、処理部３５を介して、第２の通信経路２１にフィードバックされる。図２に示すように、第１の多重化装置３８および第２の多重化装置３９を備えるスレイブ・ユニット３における、起動可能とする結合器３７の構成の場合、第２の多重化装置３９が備える第２の入力部が、第２の多重化装置３９の出力部に接続される。一方、第１の多重化装置３８は通常稼動のままである。
【００４８】
スレイブ・ユニット３において、ポート０が障害モードの場合、スレイブ・ユニット３における、起動可能とする結合器３４は次のように駆動する。すなわち、処理部３５の入力部を、第２の受信部ＲＸ３３に接続し、処理部３５の出力部を、第１の送信部ＴＸ３２に接続し、これにより、第２の通信経路２２を通過するメッセージが、上記処理部３５における処理後に、第１の通信経路２１と接するマスタ・ユニット１にフィードバックされるように駆動する。なお、上記ポート０が障害モードの場合とは、第１の受信部ＲＸ３１および第２の送信部ＴＸ３４の少なくとも１つが隣接するスレイブ・ユニットへの通信経路の障害を検知した場合であり、隣接するスレイブ・ユニットへの通信経路の障害としては、スレイブＭ＋１において、図１Ｂに示す二重リンクの障害が発生する場合、ならびにスレイブＭ＋１において、図１Ｃに示す装置障害が発生する場合である。図２に示す、起動可能とする結合器３４の実施形態では、第１の多重化装置３８が、自装置の第２の入力部を出力部に切り替える一方で、第２の多重化装置３９は通常モードのままとなる。
【００４９】
本発明に係る上記した手段では、二重環状構造と起動可能な結合器とによって、唯一の処理部のみを備えるスレイブ・ユニットにおける、通信システムの再設定手段を実行することができる。その手段は、簡単な方法により、リンク障害の場合においても通信システムを実行可能とすることを保障し、また、冗長な場合のメッセージ処理に関するスレイブ・ユニットの振る舞いは、通常モードと変わらない。
【００５０】
隣接するユーザ端末への２つの通信経路が遮られている、図１Ｂおよび図１Ｃに示す二重リンクの障害とは別に、本発明に係る手段では、唯一の通信経路が妨げられる単一リンクの障害を検知し、障害発生場所と隣接するユーザ端末を適宜再設定することで通信システムを動作可能な状態に維持することもできる。
【００５１】
また、スレイブ・ユニット３では、ただ１つの処理部３５を有するため、２つの処理部を備えるスレイブ・ユニットに比べて、どちらの処理部がメッセージ処理に関与すべきかについて決定する必要がない。
【００５２】
特に、マスタ・ユニット１においてもまた、ハードウェアコストかけずに、通信システムの高い耐障害性を達成することができる。すなわち、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２において、反対方向に巡回するメッセージの処理を、障害のない通常稼動時と、リンク障害時との間でとくに変更することなく、リンク障害時には個々のスレイブ・ユニットを再設定することで通信システムが動作可能な状態となるように維持される。スレイブ・ユニットについても本発明に係る方法によって構成することができる。しかしながら、二重環状構造を有するマスタ・スレイブ・システムの一部として利用可能な、異なる切り替え設定を備えたスレイブ・ユニットとしてもよい。
【００５３】
本発明によると、マスタ・ユニット１が備える第１の通信経路２１と接する第１の受信部ＴＸ１３と、第２の通信経路２２と接する第２の受信部１４とによって受信された、２つのメッセージが、受信制御部１８においてひとつのメッセージを生成するために重ね合わせられる。なお、この処理では、２つのメッセージの利用データをビットごとに論理和演算することが望ましい。
【００５４】
さらに、上記メッセージそれぞれの場合において、制御データ・エリアにカウンタ・フィールドを含んでいる。特にリンク障害の発生等、通信システムの稼動状態を検出するために、上記メッセージそれぞれのカウンタ・フィールドの値が評価される。上記カウンタ・フィールドの値は、互いに足し合わされ、評価されることが好ましい。本発明では、マスタ・ユニット１の送信制御部１６は、第１の送信部ＴＸ１１および第２の送信部ＴＸ１２それぞれに対し、データ・フィールドおよび所定の値が設定されたカウンタ・フィールドを有し、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２において反対方向に別々に送信するための、同一メッセージを転送する。また、接続されたスレイブ・ユニット３の処理部３５は、上記メッセージが通過すると、所定の値によってカウンタ・フィールドの値を変更するように構成されている。受信制御部１８において、第１の通信経路２１と接する第１の受信部ＲＸ１３、および、第２の通信経路２２と接する第２の受信部ＲＸ１４とによって受信された２つのメッセージのカウンタ・フィールドの値が、それぞれ評価される。ここで、２つのカウンタ・フィールドの値から、全ての接続されたスレイブ・ユニットが起動中かどうかを、簡単に検出することができる。
【００５５】
また、反対方向にメッセージを送信する際には、メッセージのカウンタ・フィールドに、値として０をセットし、メッセージがスレイブ・ユニット３を通過するとき、それぞれの処理部３５において、上記カウンタ・フィールドの値を１だけインクリメントすることが望ましい。本発明に係るこのようなユーザ端末の構成により、通常稼動においても、ユーザ端末回路を再設定する障害モードにおいても、処理部３５では、ただ１つのメッセージのみを処理すればよい。マスタ・ユニット１にフィードバックされる２つのメッセージのカウンタ・フィールドの加算された値は、起動中のユーザ端末の数を示す。このため、接続している全接続ユーザ端末が起動中であるか否か、あるいは、図１Cに示すように、例えば２つの二重リンクの障害により、一つのユーザ端末が全体的に故障しているか否かを判定することができる。さらに、既知であるスレイブ・ユニット接続数に基づいて、２つのカウンタ・フィールドの値を比較することで、例えば、図１Ｂに示した、スレイブ・ユニットＭおよびスレイブ・ユニットＭ＋１の間におけるリンク障害の場合などにおける、リンク障害の正確な位置を判定することができる。
【００５６】
通信システムの耐障害稼動、特には、リンク障害の発生時におけるユーザ端末の信号の進路を変更することで通信システムを再設定する場合の通信システムの耐障害稼動は、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２を反対方向に巡回する２つの同一のメッセージに、利用データ・フィールドにおいて、接続されたスレイブ・ユニットそれぞれに対して、データ・エリアが割り当てられるように構成されることによって達成される。各スレイブ・ユニット３の処理部３５は、関連するデータにおいて、通過するメッセージとデータ交換を実行する。マスタ・ユニット１の受信制御部１８では、第１の通信経路２１につながる第１の受信部ＲＸ１３、ならびに第２の通信経路２２につながる第２の受信部ＲＸ１４それぞれによって、受信した２つのメッセージの利用データ・フィールドを共通のメッセージを得るために重ね合わせる。この重ね合わせられたメッセージは、通信システムが通常稼動中であるか、リンク障害の発生による障害モード中であるかにかかわらず、全スレイブ・ユニット３が起動中である限り、常に同一のものになる。
【００５７】
リード・モードにおいて、スレイブ・ユニット３がマスタ・ユニット１にデータを転送しようとしたとき、全利用データ・フィールドに値として０が設定されたメッセージが、マスタ・ユニット１の送信制御部１６によって、第１の制御線１５を介して、第１の送信部ＴＸ１１および第２の送信部ＴＸ１２に対して転送される。スレイブ・ユニット３の処理部３５は関連付けられた利用データ・エリアに所定のデータを書き込む。マスタ・ユニット１の受信制御部１８は、その後、第１の通信経路２１と接する第１の受信部ＲＸ１３、および第２の通信経路２２と接する第２の受信部ＲＸ１４によって受信した、２つのメッセージの上記利用データ・フィールドを、共通のメッセージに変形するために、論理和演算する。通信システムが、通常モードであるか、再設定モードであるかにかかわらず、論理和演算したメッセージは、常に、マスタ・ユニット１によって要求された接続中のスレイブ・ユニット３の全データを含む。
【００５８】
ライト・モードにおいては、対照的に、マスタ・ユニット１は、送信を試みるとき、例えば、第１の制御線１５を介して、スレイブ・ユニット３に対し、制御命令を送るとき、マスタ・ユニット１の送信制御部１６は、第１の送信部ＴＸ１１および第２の送信部ＴＸ１２に対して、メッセージを転送する。なお、このメッセージは、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２おいて、同時に反対方向に送信するために、スレイブ・ユニット３に転送すべきデータを含む利用データ・フィールドを有する。その後、スレイブ・ユニット３の処理部３５は、スレイブ・ユニット３自身が通常モードであるか、再設定モードであるかにかかわらず、メッセージから、関連付けられたデータを取り出す。このとき、原則として、マスタ・ユニット１にフィードバックされ、第１の受信部ＲＸ１３、および第２の受信部ＲＸ１４によって受信される２つのメッセージの利用データ・フィールドを論理和演算する必要はない。そのような論理和演算処理は、送信されたメッセージの利用データ・フィールドと対応する利用データ・フィールドとの共通メッセージとなるだけだからである。
【００５９】
本発明に係るマスタ・スレイブ通信システムの構成では、任意に配置された個々のスレイブ・ユニットとともにマスタ・ユニットが配置される構成も可能だが、とくに、スレイブ・ユニットが、本発明に係る方式によって配置され、稼動したならば、マスタ・ユニットは、リンク障害の発生後、二重環状構造において信号の進路を再設定する場合、障害回復の決定は簡単に行える。さらに、通信システムの上記した冗長時の場合、すなわち、通信システムの個々のユーザ端末が、障害モードに切り替わったときにおいても、フィードバックされる２つのメッセージの利用データ・フィールドを重ね合わせることによって、通信システムにおける、リード・ライト操作の信頼性が保証される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る通信システムのマスタ・スレイブ構造について図示したものである。
【図１Ａ】通常モードについて示したものである。
【図１Ｂ】両方のリンク障害の発生時における、第１の通信システム再設定を示したものである。
【図１Ｃ】スレイブ・ユニットの故障時における、第２の通信システム再設定を示したものである。
【図２】本発明に係るユーザ端末を図示したものである。
【図１Ａ】
2008536412.tif 000003
【図１Ｂ】
2008536412.tif 000004
【図１Ｃ】
2008536412.tif 000005
【図２】
2008536412.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月9日(2007.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスタ・スレイブ構造を有する通信システム用のマスタ・ユニットであって、
第１の通信経路（２１）に接続され、この第１の通信経路（２１）で情報信号を送信するための第１の送信部（１１）と、
第２の通信経路（２２）に接続され、この第２の通信経路（２２）で情報信号を送信するための第２の送信部（１２）と、
第１の通信経路（２１）に接続され、この第１の通信経路（２１）における情報信号を受信するための第１の受信部（１３）と、
第２の通信経路（２２）に接続され、この第２の通信経路（２２）における情報信号を受信するための第２の受信部（１４）と、
上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に接続されている送信制御部（１６）を備えたマスタ・ユニットにおいて、
上記第１の受信部（１３）および上記第２の受信部（１４）に接続されている受信制御部（１８）をさらに備え、
マスタ・ユニットがリード・モードである場合、上記送信制御部（１８）は、接続された各ユーザ端末（３）に関連付けられたデータ・エリアを有するデータ・フィールドを含み、上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）において反対方向に別々に送信する情報信号を、上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に対してそれぞれ転送するよう構成されており、
リード・モードである場合、上記受信制御部（１８）は、上記第１の通信経路（２１）に接する上記第１の受信部（１３）、および上記第２の通信経路（２２）に接する上記第２の受信部（１４）それぞれによって受信された上記２つの情報信号の上記データ・フィールドを重ね合わせるように構成されていることを特徴とするマスタ・ユニット。
【請求項２】
リード・モードである場合、上記送信制御部（１８）によって、上記第１の送信部（１１）および第２の送信部（１２）に対して転送される上記情報信号は、０の値が設定されたデータ・フィールドを有しており、
リード・モードである場合、受信制御部（１８）は、上記第１の通信経路（２１）を経由して上記第１の受信部（１３）によって、ならびに上記第２の通信経路（２２）を経由して上記第２の受信部（１４）によってそれぞれ受信された、２つの上記情報信号の上記データ・フィールドを論理和演算するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマスタ・ユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマスタ・ユニット（１）と、
上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）を介して、互いに接続された、スレイブ・ユニット（３）としての多数のユーザ端末とを備え、
上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）は、互いに通信方向が反対方向となるように機能することを特徴とする通信システム。
【請求項４】
各ユーザ端末（３）は、
上記第１の通信経路（２１）に接続され、この第１の通信経路（２１）における情報信号を受信するための第１の受信部（３１）と、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）で情報信号を送信するための第１の送信部（３２）と、
上記第２の通信経路（２２）に接続され、この第２の通信経路（２２）における情報信号を受信するための第２の受信部（３３）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）で情報信号を送信するための第２の送信部（３４）と、
入力部および出力部を有する、情報信号を処理するための処理部（３５）と、
起動可能とする結合器（３７）とを備え、
上記起動可能とする結合器（３７）は、通常モードである場合、上記処理部（３５）の上記入力部を上記第１の受信部（３１）に、上記処理部の上記出力部を上記第１の送信部（３２）に、上記第２の受信部（３３）を上記第２の送信部（３４）にそれぞれ接続し、
上記第１の送信部（３２）および上記第２の受信部（３３）のうちの少なくとも一方が障害モードである場合、上記処理部（３５）の上記入力部を上記第１の受信部（３１）に、ならびに上記処理部（３５）の上記出力部を上記第２の送信部（３４）にそれぞれ接続し、
上記第１の受信部（３１）および上記第２の送信部（３４）のうちの少なくとも一方が障害モードである場合、上記処理部（３５）の上記入力部を上記第２の受信部（３３）に、上記処理部（３５）の上記出力部を上記第１の送信部（３２）にそれぞれ接続するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
【請求項５】
各ユーザ端末（３）が備える、起動可能とする結合器（３７）は、
自装置が有する第１の入力部が上記第１の受信部（３１）に接続され、自装置が有する第２の入力部が上記第２の受信部（３３）に接続され、自装置が有する出力部が上記処理部（３５）の入力部に接続された、第１の多重化装置（３８）と、
自装置が有する第１の入力部が上記第２の受信部（３５）に接続され、自装置が有する第２の入力部が上記処理部（３５）の出力部に接続され、自装置が有する出力部が上記第２の送信部（３４）と接続された、第２の多重化装置（３９）とを備えており、
上記第１の多重化装置（３８）は、通常モードである場合、自装置が備える第１の入力部を自装置が備える出力部に接続し、
第１の受信部（３１）および第２の送信部（３４）のうちの少なくとも一方が障害モードである場合、自装置が備える第２の入力部を自装置が備える出力部に接続するよう構成されており、
上記第２の多重化装置（３９）は、通常モードである場合、自装置が備える第１の入力部を自装置が備える出力部に接続し、
第１の送信部（３２）および第２の受信部（３３）のうちの少なくとも一方が障害モードである場合、自装置が備える第２の入力部を自装置が備える出力部に接続するよう構成されていることを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
【請求項６】
各ユーザ端末（３）において、上記第１の送信部（３２）および上記第２の送信部（３４）と、上記第１の受信部（３１）および上記第２の受信部（３３）とのうちの少なくとも一方は、接続している上記通信経路（２１、２２）におけるリンク障害を検出し、対応する障害モードを開始するように構成されていることを特徴する請求項４または請求項５に記載の通信システム。
【請求項７】
上記マスタ・ユニット（１）の上記送信制御部（１６）は、所定の値を設定するためのカウンタ・フィールドを有し、上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）において反対方向に別々に送信する情報信号を、上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に対して転送するように構成されており、
各ユーザ端末の上記処理部（３５）は、情報信号が通過したとき、所定の値によって上記カウンタ・フィールドの値を変更するように構成されており、
上記マスタ・ユニット（１）の上記受信制御部（１８）は、上記第１の通信経路（３１）に接する上記第１の受信部（１３）、および上記第２の通信経路（２２）に接する上記第２の受信部（１４）によって受信された上記２つの情報信号の上記カウンタ・フィールドの値をそれぞれ評価するように構成されていることを特徴とする請求項４から６のうちいずれか１項に記載の通信システム。
【請求項８】
上記マスタ・ユニット（１）の上記受信制御部（１８）は、上記第１の通信経路（２１）に接する上記第１の受信部（１３）、および上記第２の通信経路（２２）に接する上記第２の受信部（１４）によって受信された上記２つの情報信号の上記カウンタ・フィールドの値を加算するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
【請求項９】
マスタ・ユニット（１）、およびスレイブ・ユニットとしての多数のユーザ端末（３）を備えた、マスタ・スレイブ構造を有する通信システムを稼動させるための方法であって、
上記通信システムは、
第１の通信経路（２１）および第２の通信経路（２２）から形成され、通信方向が反対方向となるように機能する二重環状構造（２）を介して、上記マスタ・ユニット（１）と直列に接続する上記スレイブ・ユニット（３）と、
上記第１の通信経路に接続し、この第１の通信経路（２１）で情報信号を送信するための第１の送信部（１１）と、
上記第２の通信経路に接続し、この第２の通信経路（２２）で情報信号を送信するための第２の送信部（１２）と、
上記第１の通信経路に接続し、この第１の通信経路（２１）における情報信号を受信するため第１の受信部（１３）と、
上記第２の通信経路（２２）に接続し、この第２の通信経路（２２）における情報信号を受信するため第２の受信部（１４）と、
上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に接続する送信制御部（１６）と、
上記第１の受信部（１３）および上記第２の受信部（１４）に接続する受信制御部（１８）と、を備える上記マスタ・ユニット（１）とを有しており、
リード・モードである場合、上記マスタ・ユニット（１）の上記送信制御部（１６）が、接続された各ユーザ端末（３）に関連付けられたデータ・エリアを有するデータ・フィールドを含み、上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）において反対方向に別々に送信する情報信号を、上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に対して転送し、
各ユーザ端末の上記処理部（３５）が、通過する上記情報信号の処理の間に、上記関連付けられたデータ・エリアに書き込みを行い、
上記マスタ・ユニット（１）の上記受信制御部（１８）が、上記第１の通信経路（２１）に接する上記第１の受信部（１３）、および上記第２の通信経路（２２）に接する上記第２の受信部（１４）によって受信された上記２つの情報信号の上記データ・フィールドを重ね合わせることを特徴とする方法。
【請求項１０】
リード・モードである場合、マスタ・ユニット（１）の送信制御部（１８）によって、上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）から転送される上記情報信号は、０の値にセットされるデータ・フィールドを有しており、
リード・モードである場合、マスタ・ユニット（１）の上記受信制御部（１８）が、上記第１の通信経路（２１）に接する上記第１の受信部（１３）、および上記第２の通信経路（２２）に接する上記第２の受信部（１４）によって受信された上記２つの情報信号の上記データ・フィールドを論理和演算することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記マスタ・ユニット（１）の上記送信制御部（１６）は、所定の値を設定するためのカウンタ・フィールドを有し、上記第１の通信経路（２１）および上記第２の通信経路（２２）において反対方向に別々に送信する情報信号を、上記第１の送信部（１１）および上記第２の送信部（１２）に対して転送し、
各ユーザ端末の上記処理部（３５）は、上記情報信号が通過したとき、所定の値によって、上記カウンタ・フィールドの値を変更し、
上記受信制御部（１８）は、上記第１の通信経路（２１）に接する上記第１の受信部（１３）、および、上記第２の通信経路（２２）に接する上記第２の受信部（１４）によって受信された上記２つの情報信号の上記カウンタ・フィールドの値をそれぞれ評価することを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記マスタ・ユニット（１）の上記受信制御部（１８）が、上記第１の通信経路（２１）に接する上記第１の受信部（１３）、および、上記第２の通信経路（２２）に接する上記第２の受信部（１４）によって、受信された上記情報信号の上記カウンタ・フィールドの値を、足し合わせることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各ユーザ端末（３）は、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）における情報信号を受信するための第１の受信部（３１）と、
上記第１の通信経路に接続され、この第１の通信経路（２１）で情報信号を送信するための第１の送信部（３２）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）における情報信号を受信するための第２の受信部（３３）と、
上記第２の通信経路に接続され、この第２の通信経路（２２）で情報信号を送信するための第２の送信部（３４）と、
起動可能とする結合器（３７）とを備えており、
上記起動可能とする結合器（３７）が、通常モードである場合、上記処理部（３５）の入力部を上記第１の受信部（２１）に、上記処理部（３５）の出力部を上記第１の送信部（３８）に、上記第２の受信部（３３）を上記第２の送信部（３４）に接続し、
上記第１の送信部（３２）および上記第２の受信部（３３）のうちの少なくとも一つが障害モードである場合、上記処理部（３５）の上記入力部を上記第１の受信部（３１）に、ならびに上記処理部（３５）の上記出力部を上記第２の送信部（３４）に接続し、上記第１の受信部（３１）および上記第２の送信部（３４）のうちの少なくとも一つが障害モードである場合、上記処理部（３５）の上記入力部を上記第２の受信部（３３）に、ならびに上記処理部の上記出力部を上記第１の送信部（３２）に接続することを特徴とする請求項９から１２のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
上記起動可能とする結合器（３７）は、自装置が備える上記第１の入力部が上記第１の受信部（３１）に接続され、自装置が備える上記第２の入力部が上記第２の受信部（３３）に接続され、自装置が備える出力部が上記処理部（３５）の上記入力部に接続されている第１の多重化装置（３８）と、
自装置が備える第１の入力部が上記第２の受信部（３３）に接続され、自装置が備える第２の入力部が上記処理部（３５）の上記出力部に接続され、自装置が備える出力部が、上記第２の送信部（３４）に接続されている第２の多重化装置（３９）と、を有しており、
通常モードである場合に、上記第１の多重化装置（３８）が、自装置の第１の入力部を自装置の出力部に接続し、第１の受信部（３１）および第２の送信部（３４）のうちの少なくとも一つが障害モードである場合に、自装置の第２の入力部を自装置の出力部に接続し、
通常モードである場合に、上記第２の多重化装置（３９）が、自装置の第１の入力部を自装置の出力部に接続し、第１の送信部（３１）および第２の受信部（３４）のうちの少なくとも一つが障害モードである場合に、自装置の第２の入力部を自装置の出力部に接続することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記第１の送信部（３２）および上記第２の送信部（３４）と、上記第１の受信部（３１）および上記第２の受信部（３３）とのうちの少なくとも一つが、接続している上記通信経路（２１、２２）におけるリンク障害を検出し、対応する障害モードを起動させることを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
多数のサーボモータを制御し、調節するために用いることを特徴とする請求項９から１５のうちのいずれか１項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、伝送方向が反対方向である二重環状構造を有する回線を介してつながった、複数のユーザ端末を有する通信システムにおけるユーザ端末と、マスタ・ユニットとに関する。また、このような、マスタ・スレイブ構造を有する通信システムと、上記ユーザ端末および上記通信システムの稼動方法に関する。
【０００２】
製造とオートメーション技術において、シリアル・バス・システムがますます使用されてきている。離れた位置に配置された、Ｉ／Ｏモジュール、変換器、駆動装置、バルブ、および操作用端末といった周辺機器が、効率のよいリアルタイム通信システムを経由して、オートメーション、エンジニアリングまたは画像表示のシステムと通信する。この配置において、全てのユーザ端末は、シリアル・バス、望ましくはフィールド・バス、を介して互いにネットワーク化されている。そして、データ交換が、上記バス経由で、一般的には、マスタ・スレイブの原則に基づいて行われる。
【０００３】
上記バス・システムにおいて、アクティブ・バス・ユーザ端末は、制御装置に該当し、一般的には、バス・アクセス権限を保有し、上記バス上の上記データ転送を決定する。上記アクティブ・バス・ユーザ端末は、上記シリアル・バス・システムにおいて、マスタ・ユニットと呼ばれる。これに対して、パッシブ・バス・ユーザ端末は、一般的に、周辺機器にあたる装置である。パッシブ・バス・ユーザ端末は、バス・アクセス権限を受け取ることはない。すなわち、パッシブ・バス・ユーザ端末は、受信した情報信号を認識したり、要求に応じてマスタ・ユニットに情報信号を転送したりすることが許されているのみである。パッシブ・バス・ユーザ端末は上記シリアル・バス・システムにおいて、スレイブ・ユニットと呼ばれる。
【０００４】
複雑なケーブル配線をさけるべく、マスタ・スレイブ構造を有するフィールド・バス・システムは、通常、環状トポロジに配置される。すなわち、全てのバス・ユーザ端末は、リング形状の伝送路に接続される。上記マスタ・ユニットによって生成された情報信号は、マスタ・ユニットによって、リング形状の伝送路に送出される。その後、上記情報信号は、リング形状の伝送路に、直列に接続された上記スレイブ・ユニットを順番に通過していく。そして、上記マスタ・ユニットによって再び受信され、評価される。マスタ・スレイブ・システムは、マルチ・マスタ・システムとしても構成することができる。
【０００５】
一般的に、上記情報信号は、上記マスタ・ユニットによって、制御情報と利用データ（Nutzdaten）とを含むデータ・パケットに編成される。ここで、データ・パケットとしては、データ・パケット長が１，５００以下であるとともに、伝送速度が、１００Ｍｂｉｔ／ｓｅｃであるイーサネット（登録商標）標準のものを利用することが望ましい。上記リング形状の伝送路を通過するイーサネットのメッセージが、上記マスタ・ユニットによって送出されたとき、上記リング形状の伝送路に接続された各スレイブ・ユニットは、自ユニット宛ての上記利用データをイーサネットのメッセージと交換する。
【０００６】
一般的に、リング構造を有する上記マスタ・スレイブ通信システムは、上記マスタ・ユニットが、伝送媒体に対するデータ投入点としての送信部およびデータ抽出点としての受信部を有する形態で構成される。個々のスレイブ・ユニットは、上記伝送経路において、お互いに接続され、鎖状につながる。すなわち、それぞれのユーザ端末は、隣接する２つのユーザ端末と接続されており、この鎖状の接続形態における、最初に位置するユーザ端末および最後に位置するユーザ端末は、上記マスタ・ユニットと接続されている。上記データ・パケットは、上記マスタ・ユニットを起点として、１方向にのみ送信される。すなわち、上記データ・パケットは、上記マスタ・ユニットの上記送信部から送信され、接続されている最初に位置するスレイブ・ユニットから、次に位置するスレイブ・ユニットへと、伝搬されていく。そして、上記鎖状の伝送経路上で、最後に位置するスレイブ・ユニットにまで到達したあと、上記マスタ・ユニットの上記受信部に戻される。各スレイブ・ユニットは、前に位置するユーザ端末から送信され、上記循環するデータ・パケットを受信部で受信するインターフェースと、後に位置するユーザ端末に送信部で転送するインターフェースと、上記スレイブ・ユニットを通過してくる、上記データ・パケットを処理するために上記受信部および上記送信部の間に配置された処理部とを備える。すなわち、上記処理部は、上記スレイブ・ユニットに割り当てられた上記利用データを上記データ・パケットと交換するためのものである。
【０００７】
マスタ・スレイブ構造を有する上記リング形状の通信システムは、しばしば、次のような形態で構成される。すなわち、上記マスタ・ユニットと、上記スレイブ・ユニットとが物理的に一列に配置される。そして、伝送媒体は、二重線構造を有しており、各スレイブ・ユニットは、送信部および受信部が、組み合わさったポートを２つ有しており、上記伝送の連鎖において最後に位置するスレイブ・ユニットの出力ポートは、送信部および受信部が短絡されている形態である。上記マスタ・ユニットの受信部から、二重線構造の第１の線に投入されたデータ・パケットは行きの経路上のスレイブ・ユニットによって処理される。そして、その後、上記データ・パケットは、そのまま、二重線構造の第２の線を経由し、戻りの経路上の上記マスタ・ユニットの上記受信部だけに、転送される。
【０００８】
マスタ・スレイブ通信システムには、主として高い耐障害性（fault tolerance）が求められる。すなわち、高い耐障害性とは、上記通信システムの必要な機能を維持するための許容力、例えば、障害が起こったときに、加工中の製品の製造工程を維持するための許容力である。このことは、上記通信システムが製造工程およびプロセス・オートメーションにおいて使用されるとき、とくに重要である。本文において、処理工程の機能不全に陥ることがないように、上記通信システムが克服すべき障害とは、上記データ・パケットに関する障害に加えて、全伝送リンクの故障をさす。全伝送リンクの故障の一例としては、とくに、伝送媒体の物理的な切断によるものが挙げられる。
【０００９】
耐障害性を得るために、マスタ・スレイブ通信システムには、全伝送区間の故障が起こったときなど、リンク障害時に、それぞれの伝送方向が反対方向である二重環状構造がよく用いられる。このように、伝送方向が反対方向である２つの通信経路を経由して非常に多数のスレイブ・ユニットと上記マスタ・ユニットが直列に接続された、直列に接続された上記マスタ・ユニットからなる、マスタ・スレイブ構造を有する通信システムが、米国特許第４，６６３７，４８号明細書に開示されている。ここでは、同時に２つの通信経路上に上記データ・パケットを送信する上記マスタ・ユニットが開示されている。また、上記スレイブ・ユニットは、通過する上記データ・メッセージを処理するため、２つの通信経路の間に接続されている２つの処理部を備えている。さらに、起動可能とする結合器が、ユーザ端末に配置されており、リンク障害が発生したときに、例えば、回線が切断されたときなど、両方の伝送環上の信号を監視し、上記通信システムを、それぞれ対応して切り替えることにより、上記通信システムを再設定する。上記通信システムは、このようにして、上記通信システムの大部分のリンク障害による故障や、上記通信システム全体の故障を防ぐ。
【００１０】
また、独国特許出願公開第１０３  １２  ９０７  Ａ１号明細書では、データ伝送方向における、それぞれの通信経路において、まず、処理部と、２つの入力部および１つの出力部を有する多重化装置とを配置するスレイブ・ユニットの構成が提案されている。上記多重化装置は、自装置の入力部を、それぞれ、上記スレイブ・ユニットの上記２つの処理部に接続されており、また、自装置の出力部を関連付けられた上記通信経路に接続されている構成である。非障害時の通常稼動においては、２つの上記多重化装置のそれぞれが、関連付けられた上記通信経路に配置された上記処理部に、上記出力部をつなぐ。しかしながら、関連付けられた上記通信経路上にリンク障害が起こり、障害モードのときは、障害が起こっていない他方の上記通信経路に備えられている上記処理部に、上記出力部をつなぎかえる。このような上記スレイブ・ユニットの構成は、上記障害時において、本質的にリアルタイムで上記通信システムの再設定ができる。
【００１１】
しかしながら、耐障害マスタ・スレイブ通信システムは、二重環状構造を有しており、いずれの場合においても、個々のスレイブ・ユニットは、通過するデータ・メッセージを処理するための処理部を２つ有しているため、上記スレイブ・ユニットのハードウェアおよび切り替え機構が非常に複雑となり、このためコストがかかる。さらに、通常稼動において、２つの上記処理部を通過する２つの上記データ・パケットのうち、どちらのデータ・パケットを装置の制御として採用するかを、それぞれのスレイブ・ユニットが、決定しなければならず、高い伝送率を要求されるこのような通信システムにおいて大きな制約となる。さらに、公知の二重環状トポロジを有する耐障害通信システムおいては、上記マスタ・ユニットが、リンク障害に対して単独で対応し、通常稼動モードから障害稼動モードに切り替える必要がある。
【００１２】
なお、米国特許出願公開第２００４／０００８７１９号明細書から、請求項１の特徴を有するマスタ・スレイブ通信システム用のマスタ・ユニットと、請求項９の前提部分の特徴を有するマスタ・スレイブ通信システムを稼動するための方法とが、公知となっている。耐障害二重環状構造を有する通信システムも、米国特許４，５２７，２７０、欧州特許出願公開第０  ６０５  ７９５  Ａ２号明細書、英国特許第２  ３４８  ７８２明細書、欧州特許第１  ２７１  ８５４号明細書に示されている。
【００１３】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、マスタ・スレイブ通信システム用のマスタ・ユニット、およびマスタ・ユニットにおけるハードウェアおよび切り替え機構の複雑性を最小とするとともに、耐障害二重環状トポロジにおけるリンク障害発生時に、リアルタイムで再設定を行う手段を提供するためのマスタ・スレイブ通信システムを稼動させるための方法を提供することにある。
【００１４】
上記目的は、請求項１に記載のマスタ・ユニット、および、請求項９に記載の方法によって実現される。また、望ましい構成が、上記請求項の従属項として記載している。
【００１５】
本発明によると、通信方向が互いに反対方向となる二重環状構造として機能する２つの通信経路である、第１通信経路と第２通信経路とを介して互いに接続された複数のユーザ端末を備える通信システムにおける、ユーザ端末が、以下のように構成されている。すなわち、該ユーザ端末は、各通信経路に対してそれぞれ、関連付けられた通信経路にて情報信号を受信するための１つの受信部と、関連付けられた通信経路にて情報信号を送信するための１つの送信部とを備える。さらに、上記ユーザ端末は、入力部および出力部有し、該ユーザ端末を通過する情報信号を処理するためのシングル処理部と、起動可能とする結合器とが備えられている。通常稼動において、上記アクティブ化させることができる結合器は、上記第１の通信経路に属する第１の受信部および送信部と、通過する情報信号を処理するために間に配置される上記処理部と、上記第２の通信経路に属する第２の受信部および送信部とを相互に接続している。上記第１の送信部と、上記第２の受信部とのうち少なくとも一方が障害の場合、すなわち、上記ユーザ端末においてリンク障害が起こったとき、上記起動可能とする結合器は、上記第１の受信部と、上記第２の送信部とを、上記処理部を介して接続する。そして、上記第１の受信部と、上記第２の送信部との少なくとも一方が障害モードとなるとき、換言すれば、隣接している上記ユーザ端末にリンク障害が再度、起こったとき、上記第２の受信部と、上記第１の送信部とを、上記処理部を介して接続する。
【００１６】
二重環状トポロジの耐障害通信システムにおいて、上記ユーザ端末をこのようにレイアウトすることで、片方もしくは両方の通信経路において、隣接するユーザ端末にリンク障害が発生したとき、上記リンク障害にもかかわらず、問題なく機能するように、ユーザ端末の再設定をリアルタイムに実行することができる。そのため、上記ユーザ端末の機能、すなわち、上記ユーザ端末が接続された通信システムでの機能を、リンク障害が生じたにもかかわらず維持できる。本発明に係る上記構成によると、ユーザ端末には、シングル処理部のみが備えられているだけなので、ハードウェアを簡素化することができ、コストも削減できるという効果を奏する。さらに、上記のような冗長構成冗長性を有する場合、すなわち、リンク障害が発生するような場合であっても、ユーザ端末の動作は、通常稼動時における動作と変わらない。これは、常にひとつの処理部によって通過する上記情報信号が、解釈され、処理されるので、通常稼動時と上記ユーザ端末の動作が変わらない。このことは、同時に、上記切り替え処理時にいて広いダイナミック・レンジをもたらし、このため、上記通信システムにおけるリアルタイム性の要件も満たす。
【００１７】
またこれに関連して、上記ユーザ端末が備える上記起動可能とする結合器は、上記第１の受信部に接続されている上記第１の入力部と、上記第２の受信部に接続されている上記第２の入力部と、上記処理部に接続されている上記出力部とを備える第１の多重化装置、および、上記第２の受信部に接続されている上記第１の入力部と、上記処理部に接続されている上記第２の入力部と、上記第２の送信部に接続されている上記出力部とを備える第２の多重化装置とを有し、上記第１の多重化装置は、通常稼動時には、自装置の第１の入力部を自装置の出力部に接続し、一方、上記第１の受信部、および上記第２の送信部のうちの少なくとも一方が障害モードのときには、自装置の第２の入力部を自装置の出力部に接続し、かつ、上記第２の多重化装置は、通常稼動時には、第１の入力部を自装置の出力部と接続し、一方、上記第１の送信部および上記第２の受信部のうちの少なくとも一方が障害モードのときには、自装置の第２の入力部を自装置の出力部に接続するよう構成されることが望ましい。
【００１８】
本発明に係る上記起動可能とする結合器の構成によると、上記処理部に対し先行もしくは後続の位置にある、２つの２−１多重化装置は、障害が発生した場合、リンク障害が発生した場所に応じて、処理部通過後に情報信号がフィードバックされるように、該情報信号はユーザ端末により常に処理されることを保証する。２−１多重化装置を用いることで引き起こされるハードウェアの複雑性はわずかである。それに加えて、２−１多重化装置を用いることで、通常稼動および障害モードの間において、簡単かつ高度に動的な形態で切り替えを行うことができる。本発明によると、スレイブ・ユニットとしてのユーザ端末を複数有するマスタ・スレイブ構造を有する通信システムにおける上記マスタ・ユニットは、以下のような構成となる。すなわち、上記マスタ・ユニットは上記スレイブ・ユニットと、上記第１の通信経路と上記第２の通信経路とから形成され、かつ、通信方向が反対方向となるように機能する上記二重環状構造を介して直列に接続されるように構成されている。このような構成によると、上記マスタ構造は、通信経路ごとに、関連付けられた送信部および受信部を備え、上記送信部は、送信制御部に接続されており、上記受信部は受信制御部に接続されている。そして、このような構成において、上記送信制御部が上記マスタ・ユニットの２つの送信部に転送する情報信号は、データ・フィールドと、所定の値が設定されるカウンタ・フィールドを含む。これは、上記情報信号を、上記第１の通信経路および上記第２の通信経路に対して、それぞれ反対方向に別々に送信するためである。上記情報信号が通過するとき、それぞれのユーザ端末において、上記処理部は、上記カウンタ・フィールドの値を所定の値によって変更する。そして、上記制御装置は、上記第１の通信経路および上記第２の通信経路において上記受信部が受信した、２つの情報信号の上記カウンタ・フィールドの値を評価する。
【００１９】
本発明に係る通信システムによると、上記マスタ・ユニットは、上記通信システムにおいて、とくに、上記リンク障害の発生後、上記通信システムを再設定した場合、障害から回復したことを簡単な手順で判定する機能を有する。上記通信経路を経由しながら、反対方向に循環する、２つの同一の情報信号を受け取り、それから上記カウンタ・フィールドを評価した後で、上記マスタ・ユニットは、稼動中に、接続された上記スレイブ・ユニットが何台であるのか判定することができる。
【００２０】
それぞれの、起動中の上記スレイブ・ユニットにおいて、上記処理部が、該処理部の制御により通過する上記情報信号の上記カウンタ・フィールドの値を、その都度変更するので、結果として、上記マスタ・ユニットにおいて受信した２つの上記情報信号の上記カウンタ・フィールドの評価から、上記スレイブ・ユニットが操作可能か否かを示す操作可能性を導き出すことができる。
【００２１】
受信した２つの上記情報信号における上記カウンタ・フィールドの値の相関関係を評価することで、上記通信システムにおいて上記リンク障害が発生したのはどのユーザ端末なのか、または、ユーザ端末が完全に障害中であるのか否か、もしくは、どの場所のユーザ端末が完全に障害中であるのかを、それぞれ判定することができる。
【００２２】
本文においては、上記第１の通信経路および上記第２の通信経路において受信した、２つの循環する上記情報信号の上記カウンタ・フィールドは、双方のカウンタ・フィールドの値を足し合わせることにより評価されることが好ましい。上記合計値は、各々のスレイブ・ユニットの上記処理部が変更した値を集計したものをそのまま反映しているため、すぐに全スレイブ・ユニットが起動中か否か即座に特定することができる。
【００２３】
本発明によると、上記通信システムの耐障害性は、簡単に、リード・モードという方法によって、はるかに強まる。すなわち、上記スレイブ・ユニットが、上記マスタ・ユニットにデータを送信する場合、上記通信システムにおいて接続されたそれぞれのユーザ端末に関する関連データ・エリアを有するデータ・フィールドとともに情報信号が、上記マスタ・ユニットの上記送信制御部によって２つの上記送信部に転送される。これら２つの上記情報信号は、上記第１の通信経路および上記第２の通信経路において、それぞれ別々に、かつ反対方向に送信され、上記情報信号が通過したとき、それぞれのユーザ端末が、対応する関連データ・エリアに書き込みを行う。上記マスタ・ユニットの上記受信制御部は、上記第１の通信経路および上記第２の通信経路から受信した２つの情報信号のデータ・フィールドを重ね合わせる。
【００２４】
上記手順を鑑みると、とくに前述の冗長性、すなわち、上記通信システムが、リンク障害が原因で、再設定され、個々のユーザ端末が障害モードに切り替わったとき、上記通信システムの上記操作可能性が、信頼性のあるリード・モードを単純な方法により保証する。これは、２つの情報信号のデータ・フィールドを重ね合わせることで、とくに、論理和演算することで、重ね合わされたデータ・フィールドが、上記通信経路を介して上記情報信号がどのように上記マスタ・ユニットにフィードバックされたかにかかわらず生成され、上記ユーザ端末から送信されたデータすべてを含むからである。
【００２５】
そのため、上記手順は、とくに、上記二重の環状トポロジにおける上記リンク障害の場合、簡単な方法によって、高い耐障害性を提供する。そのうえ、再設定モードにおける上記マスタ・ユニットの上記評価方法は、通常モードの評価方法と変わらない。
【００２６】
本発明は、以下に添付の図面を参照することでさらに詳細に説明されるであろう。
【００２７】
図１は、本発明に係る通信システムのマスタ・スレイブ構造について図示したものである。
【００２８】
図１Ａは、通常モードについて示したものである。
【００２９】
図１Ｂは、両方のリンク障害の発生時における、第１の通信システム再設定を示したものである。
【００３０】
図１Ｃは、スレイブ・ユニットの故障時における、第２の通信システム再設定を示したものである。
【００３１】
図２は、本発明に係るユーザ端末を図示したものである。
【００３２】
オートメーション技術において、フィールド・バス・システムは、周辺機器が、分散形式で配置され、フィールド・バスを経由してオートメーション、エンジニアリングおよび画像表示システムと通信するような態様で、ますます使用されている。一般的には、フィールド・バス・システムは、例えば、送電線、光導波管、もしくは、無線ケーブル等のシリアル・バスを備える。このフィールド・バスに接続されている全てのバス・ユーザ端末は、アクティブ・バス・ユーザ端末か、パッシブ・バス・ユーザ端末かを明確に区別される。フィールド・バス・システムにおけるアクティブ・バス・ユーザ端末は、バス上のデータ・トラフィックを決定するマスタ・ユニットである。このような、マスタ・ユニットとしては、例えば、製造工程におけるプロセス制御用コンピュータとして利用される工業用ＰＣ等が挙げられる。このマスタ・ユニットは、バス・アクセスの権限を保有し、外部からの要求がなくても、フィールド・バスに対して、データを出力することができる。バス・システム上のパッシブ・バス・ユーザ端末は、周辺機器装置のことである。上記周辺機器装置としては、例えば、Ｉ／Ｏデバイス、バルブ、駆動装置および変換器等が挙げられる。パッシブ・バス・ユーザ端末は、スレイブ・ユニットとして動作し、バス・アクセス権限を得ることは無い。すなわち、パッシブ・バス・ユーザ端末は、受信した情報信号を認識したり、要求に応じて、その後、情報信号をマスタ・ユニットに送信したりすることが許されているのみである。
【００３３】
マスタ・スレイブ・システムにおけるデータ送信の通信規格としてイーサネットの概念が好適に採用できる。イーサネットの通信システムにおいて、送信データは、所定のフォーマットを有するデータ・パケットにカプセル化されて送信される。なお、上記データ・パケットのことを、以下において、メッセージと称する。また、イーサネットのメッセージは、利用データに加えて、開始識別子、あて先および発信元アドレス、データ・パケット・タイプおよび障害メカニズムを有した制御データを含んで、データ長は１，５００バイト以下である。
【００３４】
マスタ・スレイブ構造を有するイーサネット通信システムは、個々の上記スレイブ・ユニットが、伝送媒体を介して、相互に接続され、鎖状につながるような構成であることが望ましい。すなわち、それぞれのスレイブ・ユニットは、自身の両隣と接続し、鎖状につながれた状態において、先頭に位置するユーザ端末と最後尾に位置するユーザ端末とは、上記マスタ・ユニットと接続することにより、環状構造を形成する。このような配置によって、データは、マスタ・ユニットから、一方向に送信され、先頭の隣接するスレイブ・ユニットに送信される。そして、上記スレイブ・ユニットから、次のスレイブ・ユニットへ、順番に、最後尾に位置するスレイブ・ユニットまで、転送され、そして、上記マスタ・ユニットに戻ってくる。
【００３５】
高い耐障害性を保障するように、上記通信システムにおけるリンク障害、すなわち、例えばケーブルの断線による、スレイブ・ユニットが備えられた全伝送区間の故障などが生じた場合、しばしば、マスタ・スレイブ構造を有する通信システムでは、通信方向が互いに反対方向となるように機能する２つの通信経路を有する。上記通信システムでは、通信方向が反対方向となるように機能する二重環状構造を有しているために、リンク障害が発生したにも関わらず上記通信システムが動作可能となるように、リンク障害発生時において上記通信システムを再設定することができる手段がある。
【００３６】
図１は、本発明の実施形態に係る耐障害性通信システムの基本的な回路図である。上記通信システムは、二重環状構造２を介して、N個のスレイブ・ユニット３と、直列に接続されている、マスタ・ユニット１を備えている。二重環状構造は、それぞれ反対の方向となる、接続された上記スレイブ・ユニット３間における通路である、２つの片方向の通信経路２１、２２を備える。マスタ・ユニット１は、第１の送信部ＴＸ１１を介して、データ送出点としての第１の通信経路２１と接続されており、また、第２の送信部ＴＸ１２を介して、データ送出点としての第２の通信経路２２と接続されている。さらに、マスタ・ユニット１は、第１の通信経路２１に関するデータ注入点として第１の受信部ＲＸ１３と、第２の通信経路２２に関するデータ注入点として第２の受信部ＲＸ１４とを備えている。上記第１の送信部ＴＸ１１および上記第２の送信部ＴＸ１２は、第１の制御線１５を介して送信制御部１６に接続されている。上記第１の受信部ＲＸ１３および上記第２の受信部ＲＸ１４は、第２の制御線１７を介して受信制御部１８と接続されている。
【００３７】
各スレイブ・ユニット３は、第１の通信経路２１を介して、先行のユーザ端末からメッセージを受信するための、第１の受信部ＲＸ３１とのインターフェースと、第１の通信経路２１を介して、後続のユーザ端末にメッセージを送信するための、第１の送信部ＴＸ３２とのインターフェースとを備えている。さらに、各スレイブ・ユニット３は、第２の通信経路２２を介して、先行するユーザ端末から巡回するイーサネット・メッセージを受信するための、第２の受信部ＲＸ３３とのインターフェースと、上記メッセージを後続のユーザ端末に転送するための、第２の送信部ＴＸ３４とのインターフェースとを備える。それぞれのスレイブ・ユニット３において、第１の受信部ＲＸ３１および第２の受信部ＲＸ３２と、第１の送信部ＴＸ３３および第２の送信部ＴＸ３４と、処理部３５および、起動可能とする結合器３７との間は、それぞれ接続されている。
【００３８】
スレイブ・ユニット３の基本的な回路図を、図２においてより詳細に示す。スレイブ・ユニット３において、第１の通信経路２１に接続されている第１の受信部ＲＸ３１および第２の通信経路２２に接続されている第２の送信部ＴＸ３４は、ポート０にグループ化されている。第２の通信経路２２に接続されている第２の受信部ＲＸ３３および第１の通信経路２１に接続されている第１の送信部ＴＸ３２は、ポート１にグループ化されている。
【００３９】
起動可能とする結合器３７は、第１の切り替えスイッチ３８と、第２の切り替えスイッチ３９とを備え、それぞれは、２−１多重化装置として構成されている。上記第１の受信部ＲＸ３１、上記第１の送信部ＴＸ３２、上記第２の受信部ＲＸ３３、上記第２の送信部ＴＸ３４、上記起動可能とする結合器３７の第１の多重化装置３８および第２の多重化装置３９、ならびに処理部３５それぞれは、回線ネットワーク４０により、図２において矢印で示されるように相互に接続されている。
【００４０】
第１の受信部ＲＸ３１が有する出力部は、第１の多重化装置３８が有する第１の入力部に接続されている。第１の多重化装置３８が有する第２の入力部は、第２の受信部ＲＸ３３に接続されている。第１の多重化装置３８が有する出力部は、処理部３５に接続されている。第２の多重化装置３９もやはり、自装置における第１の入力部と、第２の受信部ＲＸ３３とが接続されており、自装置における第２の入力部と、処理部３５の出力部とが接続されている。第２の多重化装置３９が有する出力部は、第２の送信部ＴＸ３４と接続されている。さらに、処理部３５が有する出力部は、第１の送信部ＴＸ３２に回線ネットワーク４０を介して接続されている。
【００４１】
図１Ａに示すように、通信システムにおいて障害が発生しておらず、通常稼動している場合、マスタ・ユニットの送信制御部１６は、第１の送信部ＴＸ１１および第２の送信部ＴＸ１２に対しメッセージを転送する。なお、上記メッセージは、第１の送信部ＴＸ１１および第２の送信部ＴＸ１２によって、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２を介して、同時に、それぞれ逆方向となるように送信されている。この処理では、上記メッセージそれぞれは、接続されたスレイブ・ユニット３、該スレイブ・ユニット３における、全ての、起動可能とする結合器３７を、それぞれ逆方向に通過していく。ここで、スレイブ・ユニット３において、起動可能とする結合器３７は以下のように接続されている。すなわち、処理部３５の入力部が、第１の受信部ＲＸ３１に接続され、処理部３５の出力部が第１の送信部ＴＸ３２に接続され、第２の受信部ＲＸ３３が第２の送信部ＴＸ３４に接続される。
【００４２】
スレイブ・ユニット３がこのような稼動モードにある場合、起動可能とする結合器３７は、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２において、それぞれ反対方向に２つの同一メッセージを巡回させることができる。すなわち、第１の通信経路２１を介して送信されるメッセージのみが、処理部３５によって処理されるように、常に、スレイブ・ユニットを通過する。これに対して、第２の通信経路２２を巡回するメッセージは、スレイブ・ユニット３を単に通過するのみで、未処理のまま、マスタ・ユニット１に再び達する。また、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２を介して、反対方向に巡回する２つのメッセージは、この場合、マスタ・ユニット１の第１の受信部ＲＸ１３および第２の受信部ＲＸ１４によって検知され、評価するために、第２の制御線１７を介して受信制御部１８に転送される。
【００４３】
本発明の上記構成によると、２つの２−１多重化装置３８、３９を備え、かつ起動可能とする結合器３７は、障害のない通常稼動では、以下のように制御される。すなわち、２つの通信経路である第１の通信経路２１および第２の通信経路２２において、同時ではあるがそれぞれ反対方向に巡回する２つのメッセージのうち、第１の通信経路２１におけるメッセージのみが、スレイブ・ユニット３の処理部３５によって処理されるように制御される。第２の通信経路２２を巡回するメッセージは、冗長なものとして機能するとともに、マスタ・ユニット１にて変更されることなくフィードバックされる。
【００４４】
本発明に係る通信システムには、マスタ・スレイブ構造を有しており、上記スレイブ・ユニットが、通信方向が反対方向となるように機能する２つの二重環状構造を介してマスタ・ユニットに直列に接続され、スレイブ・ユニット３ごとに、ただ１つのシングル処理部３５を備えてなる構成である。さらにまた、上記通信システムは、リンク障害の発生などの障害時において、上記通信システム全体が実施できるように維持するため、個々のスレイブ・ユニットにおいて通信経路を再設定することが可能となっている。
【００４５】
図１Ｂは、スレイブ・ユニットＭおよびスレイブ・ユニットＭ＋１の間における、二重リンクの障害を示している。図１Ｃは、スレイブ・ユニットＭが完全に故障し、２つの二重リンクの障害が発生した場合と同様の状態を示している。なお、この２つの二重リンクの障害とは、ひとつは、スレイブ・ユニットＭ−１とスレイブ・ユニットＭとの間において発生した二重リンクの障害であり、もうひとつは、スレイブ・ユニットＭ＋１とスレイブ・ユニットＭとの間において発生した二重リンクの障害である。このような、二重リンクの障害が発生したとき、スレイブ・ユニット３が有する、起動可能とする結合器３７は、第１の通信経路２１または第２の通信経路２２のどちらか一方に到着したメッセージを、その都度、他方の通信経路からマスタ・ユニット１にフィードバックするように動作し、まずは上記メッセージが常にスレイブ・ユニット３の処理部３５を通過するように動作する。
【００４６】
図１Ｂに示す、スレイブ・ユニットＭおよびスレイブ・ユニットＭ＋１の間における二重リンクの障害の場合、スレイブ・ユニット１からＭ−１およびスレイブ・ユニットＭ＋２およびＭは通常稼動するのに対して、スレイブ・ユニットＭおよびスレイブ・ユニットＭ＋１は、再設定される。図１Ｃに示す、スレイブ・ユニットＭが完全に故障した場合、スレイブ・ユニット１からＭ−２およびスレイブ・ユニットＭ＋２からＭは通常稼動する。これに対して、スレイブ・ユニットＭ−１およびスレイブ・ユニットＭ＋１は再設定される。
【００４７】
上記再設定は、スレイブ・ユニット３における２つのポート、すなわち、ポート０およびポート１をトリガーとすることが好ましい。これら２つのポート０およびポート１は、公知の検出処理を行うことによって、上記スレイブ・ユニットが隣接している上記スレイブ・ユニットと通信可能か否かを検出する。ポート０またはポート１によってリンク障害が検出された場合、対応する障害モードが実行され、スレイブ・ユニットが備える、起動可能とする結合器３４が、必要な動作を行う。
【００４８】
図１Ｂに示す二重リンクの障害発生時のような、スレイブ・ユニットＭにおけるポート１の障害モードの場合、および図１Ｃに示す、スレイブ・ユニットＭ−１における装置故障の場合、起動可能とする結合器３７は、処理部３５の入力部を、第１の受信部ＲＸ３１に接続し、処理部３５の出力部を第２の送信部ＴＸ３４に接続する。このため、第１の通信経路２１を巡回するメッセージは、処理部３５を介して、第２の通信経路２１にフィードバックされる。図２に示すように、第１の多重化装置３８および第２の多重化装置３９を備えるスレイブ・ユニット３における、起動可能とする結合器３７の構成の場合、第２の多重化装置３９が備える第２の入力部が、第２の多重化装置３９の出力部に接続される。一方、第１の多重化装置３８は通常稼動のままである。
【００４９】
スレイブ・ユニット３において、ポート０が障害モードの場合、スレイブ・ユニット３における、起動可能とする結合器３４は次のように駆動する。すなわち、処理部３５の入力部を、第２の受信部ＲＸ３３に接続し、処理部３５の出力部を、第１の送信部ＴＸ３２に接続し、これにより、第２の通信経路２２を通過するメッセージが、上記処理部３５における処理後に、第１の通信経路２１と接するマスタ・ユニット１にフィードバックされるように駆動する。なお、上記ポート０が障害モードの場合とは、第１の受信部ＲＸ３１および第２の送信部ＴＸ３４の少なくとも１つが隣接するスレイブ・ユニットへの通信経路の障害を検知した場合であり、隣接するスレイブ・ユニットへの通信経路の障害としては、スレイブＭ＋１において、図１Ｂに示す二重リンクの障害が発生する場合、ならびにスレイブＭ＋１において、図１Ｃに示す装置障害が発生する場合である。図２に示す、起動可能とする結合器３４の実施形態では、第１の多重化装置３８が、自装置の第２の入力部を出力部に切り替える一方で、第２の多重化装置３９は通常モードのままとなる。
【００５０】
本発明に係る上記した手段では、二重環状構造と起動可能な結合器とによって、唯一の処理部のみを備えるスレイブ・ユニットにおける、通信システムの再設定手段を実行することができる。その手段は、簡単な方法により、リンク障害の場合においても通信システムを実行可能とすることを保障し、また、冗長な場合のメッセージ処理に関するスレイブ・ユニットの振る舞いは、通常モードと変わらない。
【００５１】
隣接するユーザ端末への２つの通信経路が遮られている、図１Ｂおよび図１Ｃに示す二重リンクの障害とは別に、本発明に係る手段では、唯一の通信経路が妨げられる単一リンクの障害を検知し、障害発生場所と隣接するユーザ端末を適宜再設定することで通信システムを動作可能な状態に維持することもできる。
【００５２】
また、スレイブ・ユニット３では、ただ１つの処理部３５を有するため、２つの処理部を備えるスレイブ・ユニットに比べて、どちらの処理部がメッセージ処理に関与すべきかについて決定する必要がない。
【００５３】
特に、マスタ・ユニット１においてもまた、ハードウェアコストかけずに、通信システムの高い耐障害性を達成することができる。すなわち、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２において、反対方向に巡回するメッセージの処理を、障害のない通常稼動時と、リンク障害時との間でとくに変更することなく、リンク障害時には個々のスレイブ・ユニットを再設定することで通信システムが動作可能な状態となるように維持される。スレイブ・ユニットについても本発明に係る方法によって構成することができる。しかしながら、二重環状構造を有するマスタ・スレイブ・システムの一部として利用可能な、異なる切り替え設定を備えたスレイブ・ユニットとしてもよい。
【００５４】
本発明によると、マスタ・ユニット１が備える第１の通信経路２１と接する第１の受信部ＴＸ１３と、第２の通信経路２２と接する第２の受信部１４とによって受信された、２つのメッセージが、受信制御部１８においてひとつのメッセージを生成するために重ね合わせられる。なお、この処理では、２つのメッセージの利用データをビットごとに論理和演算することが望ましい。
【００５５】
さらに、上記メッセージそれぞれの場合において、制御データ・エリアにカウンタ・フィールドを含んでいる。特にリンク障害の発生等、通信システムの稼動状態を検出するために、上記メッセージそれぞれのカウンタ・フィールドの値が評価される。上記カウンタ・フィールドの値は、互いに足し合わされ、評価されることが好ましい。本発明では、マスタ・ユニット１の送信制御部１６は、第１の送信部ＴＸ１１および第２の送信部ＴＸ１２それぞれに対し、データ・フィールドおよび所定の値が設定されたカウンタ・フィールドを有し、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２において反対方向に別々に送信するための、同一メッセージを転送する。また、接続されたスレイブ・ユニット３の処理部３５は、上記メッセージが通過すると、所定の値によってカウンタ・フィールドの値を変更するように構成されている。受信制御部１８において、第１の通信経路２１と接する第１の受信部ＲＸ１３、および、第２の通信経路２２と接する第２の受信部ＲＸ１４とによって受信された２つのメッセージのカウンタ・フィールドの値が、それぞれ評価される。ここで、２つのカウンタ・フィールドの値から、全ての接続されたスレイブ・ユニットが起動中かどうかを、簡単に検出することができる。
【００５６】
また、反対方向にメッセージを送信する際には、メッセージのカウンタ・フィールドに、値として０をセットし、メッセージがスレイブ・ユニット３を通過するとき、それぞれの処理部３５において、上記カウンタ・フィールドの値を１だけインクリメントすることが望ましい。本発明に係るこのようなユーザ端末の構成により、通常稼動においても、ユーザ端末回路を再設定する障害モードにおいても、処理部３５では、ただ１つのメッセージのみを処理すればよい。マスタ・ユニット１にフィードバックされる２つのメッセージのカウンタ・フィールドの加算された値は、起動中のユーザ端末の数を示す。このため、接続している全接続ユーザ端末が起動中であるか否か、あるいは、図１Cに示すように、例えば２つの二重リンクの障害により、一つのユーザ端末が全体的に故障しているか否かを判定することができる。さらに、既知であるスレイブ・ユニット接続数に基づいて、２つのカウンタ・フィールドの値を比較することで、例えば、図１Ｂに示した、スレイブ・ユニットＭおよびスレイブ・ユニットＭ＋１の間におけるリンク障害の場合などにおける、リンク障害の正確な位置を判定することができる。
【００５７】
通信システムの耐障害稼動、特には、リンク障害の発生時におけるユーザ端末の信号の進路を変更することで通信システムを再設定する場合の通信システムの耐障害稼動は、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２を反対方向に巡回する２つの同一のメッセージに、利用データ・フィールドにおいて、接続されたスレイブ・ユニットそれぞれに対して、データ・エリアが割り当てられるように構成されることによって達成される。各スレイブ・ユニット３の処理部３５は、関連するデータにおいて、通過するメッセージとデータ交換を実行する。マスタ・ユニット１の受信制御部１８では、第１の通信経路２１につながる第１の受信部ＲＸ１３、ならびに第２の通信経路２２につながる第２の受信部ＲＸ１４それぞれによって、受信した２つのメッセージの利用データ・フィールドを共通のメッセージを得るために重ね合わせる。この重ね合わせられたメッセージは、通信システムが通常稼動中であるか、リンク障害の発生による障害モード中であるかにかかわらず、全スレイブ・ユニット３が起動中である限り、常に同一のものになる。
【００５８】
リード・モードにおいて、スレイブ・ユニット３がマスタ・ユニット１にデータを転送しようとしたとき、全利用データ・フィールドに値として０が設定されたメッセージが、マスタ・ユニット１の送信制御部１６によって、第１の制御線１５を介して、第１の送信部ＴＸ１１および第２の送信部ＴＸ１２に対して転送される。スレイブ・ユニット３の処理部３５は関連付けられた利用データ・エリアに所定のデータを書き込む。マスタ・ユニット１の受信制御部１８は、その後、第１の通信経路２１と接する第１の受信部ＲＸ１３、および第２の通信経路２２と接する第２の受信部ＲＸ１４によって受信した、２つのメッセージの上記利用データ・フィールドを、共通のメッセージに変形するために、論理和演算する。通信システムが、通常モードであるか、再設定モードであるかにかかわらず、論理和演算したメッセージは、常に、マスタ・ユニット１によって要求された接続中のスレイブ・ユニット３の全データを含む。
【００５９】
ライト・モードにおいては、対照的に、マスタ・ユニット１は、送信を試みるとき、例えば、第１の制御線１５を介して、スレイブ・ユニット３に対し、制御命令を送るとき、マスタ・ユニット１の送信制御部１６は、第１の送信部ＴＸ１１および第２の送信部ＴＸ１２に対して、メッセージを転送する。なお、このメッセージは、第１の通信経路２１および第２の通信経路２２おいて、同時に反対方向に送信するために、スレイブ・ユニット３に転送すべきデータを含む利用データ・フィールドを有する。その後、スレイブ・ユニット３の処理部３５は、スレイブ・ユニット３自身が通常モードであるか、再設定モードであるかにかかわらず、メッセージから、関連付けられたデータを取り出す。このとき、原則として、マスタ・ユニット１にフィードバックされ、第１の受信部ＲＸ１３、および第２の受信部ＲＸ１４によって受信される２つのメッセージの利用データ・フィールドを論理和演算する必要はない。そのような論理和演算処理は、送信されたメッセージの利用データ・フィールドと対応する利用データ・フィールドとの共通メッセージとなるだけだからである。
【００６０】
本発明に係るマスタ・スレイブ通信システムの構成では、任意に配置された個々のスレイブ・ユニットとともにマスタ・ユニットが配置される構成も可能だが、とくに、スレイブ・ユニットが、本発明に係る方式によって配置され、稼動したならば、マスタ・ユニットは、リンク障害の発生後、二重環状構造において信号の進路を再設定する場合、障害回復の決定は簡単に行える。さらに、通信システムの上記した冗長時の場合、すなわち、通信システムの個々のユーザ端末が、障害モードに切り替わったときにおいても、フィードバックされる２つのメッセージの利用データ・フィールドを重ね合わせることによって、通信システムにおける、リード・ライト操作の信頼性が保証される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る通信システムのマスタ・スレイブ構造について図示したものである。
【図１Ａ】通常モードについて示したものである。
【図１Ｂ】両方のリンク障害の発生時における、第１の通信システム再設定を示したものである。
【図１Ｃ】スレイブ・ユニットの故障時における、第２の通信システム再設定を示したものである。
【図２】本発明に係るユーザ端末を図示したものである。
【国際調査報告】
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