(57)【要約】【課題】各ノードの一斉に起動に際して、ノードＩＤの重複発生にもアークネットの再構築の多発を回避する。【解決手段】アークネットプロトコルにより複数のノード＃１〜＃Ｎがネットワークを構築し、一斉起動に各ノードのＩＤが重複していないことを確認したネットワークへの参加を、各ノード間で互いに異なるタイミングにする。各ノードの内部時計１によるＣＰＵ３への割り込み時の内部カウンタ４の計数値から乱数発生部５が乱数を発生し、乗算部６でタイミング数値を乗じて待ち時間を発生し、タイマ計時部７で計時した待ち時間後にネットワーク参加処理部８が参加処理をする。各ノードの外部から一定時刻毎に各ノードに対して外部トリガ入力する構成、各ノードで互いに異なる値で各ノード内に埋め込んでおく構成も含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークネットプロトコルによって複数のノードがネットワークを構築し、各ノードはＩＤ番号を可変とし、各ノードが一斉に起動するときに各ノードのＩＤが重複していないことを確認してネットワークに参加する初期化処理手段を備えた通信システムにおいて、
各ノードは、一斉起動に際して、前記初期化処理手段によるネットワークへの参加を、各ノード間で互いに異なるタイミングにするネットワーク参加処理手段を備えたことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記ネットワーク参加処理手段は、各ノードの内部時計によるＣＰＵへの割り込み時のＣＰＵの内部カウンタの計数値から乱数を発生し、この乱数を基にしたネットワークへの参加待ち時間を決定し、この待ち時間後をネットワーク参加タイミングとする構成にしたことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記ネットワーク参加処理手段は、各ノードの外部に設けられて時刻を刻む手段を有し、一定時刻毎に各ノードの１つに対して発生する外部トリガ入力をネットワーク参加タイミングとする構成にしたことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項４】
前記ネットワーク参加処理手段は、各ノードで設定されるノードＩＤとは別に、各ノードで互いに異なる値で各ノード内に埋め込んだタイミング値をネットワーク参加タイミングとする構成にしたことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アークネットプロトコルによって複数のノードがネットワークを構築する通信システムに係り、特に、ノードＩＤの重複によるネットワーク再構築の多発を防止した通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アークネット（ＡＲＣＮＥＴ）は、トークン・パッシング方式のＬＡＮ（ローカルエリア・ネットワーク）プロトコルであり、各ノード間の通信には以下の形態をとることで実現される（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図２は構築終了したネットワークの例を示す。全てのノードはそれぞれノードＩＤ番号（ＩＤ＃Ｘ）をもち、トークンをパスする相手ノードのＩＤ番号（ＮＩＤ＝＃Ｙ）を登録しておき、この相手ノードのＩＤ番号を付加したトークンをパス方向で順番に（基本的には大きいノード番号宛てで）送信し、このトークンを渡されたノードがネットワークの使用権を得る。この使用権を得たノードは、送信するデータがあればパケット送信を行うことができ、送信するデータがなければ次のノードにトークン（ネットワーク使用権）を渡す。このネットワークは、新しいノードが追加されるか、存在するノードが削除されるまでトークンパスを続ける。
【０００４】
上記のネットワークの構築手順を説明する。図３に示すように、まず、４台のノードはそれぞれＩＤ（図示では＃４，＃７，＃１５３，＃２１２）が設定される。
【０００５】
図３の状態で、４台のノードが同時に電源オンされたとき、各ノードはバースト信号をそれぞれ送出する。バースト信号は、他のノードからの送信を妨害し、いずれのノードにも使用権をもたせない状態を作り出す。このバースト信号の継続（タイマ検出）で、各ノードはアイドル状態を検出して、ネットワークの構築（リコンフィグレーション）を同時にスタートさせる（図４）。
【０００６】
アイドル状態を検出した各ノードは、それぞれ自ノードのＩＤ値を元にした互いに異なる時限をもつタイマをスタートさせる（図５）。各ノードは、タイムアウトによりネットワークの使用権を得、トークンの送出を始める。この場合、ＩＤ＃２１２をもつノードが最初にタイムアウトし、自ノードのＩＤ＃２１２をデータとして含むトークンＩＴＴをネットワークに発信する（図６）。このトークンは他のノードで受信され、各ノードはネットワーク上にアクティビティが発生したと判断（いずれかのノードが使用権をもったと認識）し、他のノードはタイマをストップし、ネットワーク状況監視タイマをスタートさせる。
【０００７】
ネットワーク使用権を得たノード（ＩＤ＃２１２）は、応答監視タイマの周期でＮＩＤをインクリメントして新しいトークンの送信を繰り返し、これに対する応答を待つ（図７）。ＮＩＤがノード（ＩＤ＃４）になったトークンの送信では、ノード＃４が自分へのトークンであると判断し、ネットワークの使用権を得たと認識し、トークンを送信する（図８）。ＩＤ＃２１２のノードは、ＩＤ＃４のノードから発信されたトークンを認識することによって、自ノードのＮＩＤを＃４として登録する。
【０００８】
ネットワーク使用権を得たノード＃４は、応答監視タイマの周期でＮＩＤをインクリメントして新しいトークンの送信を繰り返し、これに対する応答を待つ（図９）。最終的にはノード＃７がネットワークの使用権を得たときに、ノード＃４はノード＃７が発信したトークンを認識することによって、自ノードのＮＩＤを＃７として登録する（図１０）。
【０００９】
同様の処理がノード＃７とノード＃１５３との間でなされ、さらにノード＃１５３とノード＃２１２との間で使用権獲得とＮＩＤ登録がなされ、ネットワークの構築が終了する。ネットワーク構築後は、各ノードはＮＩＤ値を登録しているため、当該ノードに対して直接にトークンを送信する。
【００１０】
以上のように、ネットワークの構築には、ネットワーク上に存在するノード内で、ＩＤが最大のものが最初にトークンを送出し始め、各ノードは自ノードの次のノード（自分がトークンを渡すべきノード）を探しながらネットワークの自動構築ができる。このネットワーク構築機能により、ネットワークへのノードの追加（参加）、削除（離脱）、さらにはノイズなどの障害によるトークン紛失時の再構築が可能となる。また、ネットワーク構築に必要な時間は、ネットワークに参加しているアクティブなノードの数と存在するＩＤ＃値によって決まり、一定時間以内にネットワーク使用権を獲得することが保証される。
【００１１】
上記のアークネットは、その簡易性、高速性などの理由から、多くの通信システムに採用されており、例えば、送配電系統の保護に、マイクロプロセッサ等で各装置を構成するディジタル形保護継電システムでは、伝送路で結合された装置間の計測情報や制御情報を伝送している。
【００１２】
この場合、各装置では固定のＩＤをもつノード同士が接続され、その間で各種情報の通信を行うものが主であった。しかし、機種によっては、同種のノードを多数接続し、そのノードＩＤを設定などで可変としているものがある。この場合、各ノードは設定によってノードＩＤが変えることができるため、不用意な設定によってはノードＩＤが重複する（同じＩＤが設定される）ことがある。
【００１３】
アークネットでは、通常、ノードＩＤが重複するとネットワークが不安定となるため、前記のネットワークの再構築、すなわち、ネットワークを信号的に一旦破壊し、ネットワークを構成する各ノードのＩＤを確認し、各ノードがトークンを渡すべき相手ノードを検出・登録し、ネットワークの再構成を実行する。しかし、ノードＩＤの設定を変更しない限りノードＩＤの重複は解消されないため、結果的にネットワークの再構築を繰り返すこととなる。このネットワーク再構築中は通信が行えず、その時間も小さいものではない。このような状態を避けるため、アークネットの初期化処理ではＩＤの重複検出を行うのが一般的である（例えば、非特許文献２参照）。
【００１４】
図１１は、初期化処理手順を示す。まず、送受信手段をディセーブル状態にし（Ｓ１）、自ノードにＩＤをセットし（Ｓ２）、受信のみをイネーブルに（Ｓ３）、一定時間待ち（Ｓ４）、その間にネットワーク上に自ノードと同じＩＤをもつトークンが循環しているか否かでＩＤの重複を判定する（Ｓ５）。ＩＤが重複していなければ、送信イネーブルにしてネットワークへの参加（接続）を行い（Ｓ６）、ＩＤが重複していればＩＤ重複異常をシステムに報告する（Ｓ７）。
【００１５】
【非特許文献１】
インターネットＵＲＬ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｍｓｃ．ｊｐ／ａｒｃｎｅｔ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｄ＿ｓｈｅｅｔ／ａｒｃｔｅｃｈ．ｐｄｆ）、検索日２００３年３月３日
【００１６】
【非特許文献２】
インターネットＵＲＬ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｍｓｃ．ｊｐ／ａｒｃｎｅｔ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｄ＿ｓｈｅｅｔ／ｃｏｍ２００２０ｄ．ｐｄｆ）、検索日２００３年３月３日
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前記の初期化処理方法は、構築されたネットワークに対してノードを追加（参加）する場合には有効に働くが、各ノードが同時に電源立ち上げによるネットワーク構築の場合や他の要因によるネットワークの再構築中には、トークン自体がネットワーク上に存在しないため、ＩＤの重複を正常に認識出来ない。これは上記の初期化処理方法では電源立ち上げで一定時間待つ間に、ネットワーク上を監視し、ネットワーク上に同じＩＤを持つノードの送受信が行われるかを監視するためで、各ノードが一斉に立ち上がるような場合には、同じタイミングで一定時間待つため、ネットワーク上で通信が行われないためである。
【００１８】
このため、各ノードが一斉に起動するシステムでは、起動時のノードＩＤ重複判定が出来ず、その結果、ネットワークの再構築多発による通信不良などで、異常を検出していた。しかし、多発するネットワークの再構築の間、通信状態が不安定となるため、各ノード間の通信処理も同様に不安定となってしまう。
【００１９】
本発明の目的は、アークネットを利用し、各ノードのＩＤ番号を可変とし、各ノードを一斉に起動する通信システムにおいて、ノードＩＤの重複発生にもネットワークの再構築の多発を回避できる通信システムを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、一斉起動に際して、各ノード間でネットワーク参加タイミングを分散するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００２１】
（１）アークネットプロトコルによって複数のノードがネットワークを構築し、各ノードはＩＤ番号を可変とし、各ノードが一斉に起動するときに各ノードのＩＤが重複していないことを確認してネットワークに参加する初期化処理手段を備えた通信システムにおいて、
各ノードは、一斉起動に際して、前記初期化処理手段によるネットワークへの参加を、各ノード間で互いに異なるタイミングにするネットワーク参加処理手段を備えたことを特徴とする。
【００２２】
（２）前記ネットワーク参加処理手段は、各ノードの内部時計によるＣＰＵへの割り込み時のＣＰＵの内部カウンタの計数値から乱数を発生し、この乱数を基にしたネットワークへの参加待ち時間を決定し、この待ち時間後をネットワーク参加タイミングとする構成にしたことを特徴とする。
【００２３】
（３）前記ネットワーク参加処理手段は、各ノードの外部に設けられて時刻を刻む手段を有し、一定時刻毎に各ノードの１つに対して発生する外部トリガ入力をネットワーク参加タイミングとする構成にしたことを特徴とする。
【００２４】
（４）前記ネットワーク参加処理手段は、各ノードで設定されるノードＩＤとは別に、各ノードで互いに異なる値で各ノード内に埋め込んだタイミング値をネットワーク参加タイミングとする構成にしたことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）内部時計を使った乱数発生によるネットワーク参加タイミングの分散化。
【００２６】
図１は、本実施形態を示す機能ブロックを示し、ネットワーク参加への待ち時間処理手段のみを示す。また、アークネットプロトコルを搭載して伝送路で結合される各ノード＃１〜＃Ｎのうち、ノード＃１に代表して機能ブロックを示す。
【００２７】
各ノードは、時刻を刻む機能を持った内部時計１を設ける。内部時計１は電源バックアップ部２による電源バックアップを行い、ノードの電源停止時でも一定時間は時刻を刻めるものとしておく。内部時計１には通常、時刻を刻む際にズレを生じる。このズレは全てのノードがもつ内部時計で一定のものではなく、通常固有のものとなる。
【００２８】
各ノードに搭載されたＣＰＵ３は、ソフトウェア構成の処理要素４〜８を設ける。内部カウンタ４は、ＣＰＵの動作周波数になるクロックのカウンタ機能をもつ。この内部カウンタ４は、一般的なＣＰＵに既設のものとなる。
【００２９】
乱数発生部５は、各ノード起動処理の中で、内部時計１から秒単位の時刻の変わり目にＣＰＵ３へ割り込みが発生したときに、内部カウンタ４のカウント値をベースにした乱数を求める。
【００３０】
乗算部６は、乱数発生部５で発生する乱数とタイミングを求める単位となる数値で乗算を行い、この乗算結果をネットワーク参加までの待ち時間として出力する。
【００３１】
タイマ計時部７は、乗算部６からの待ち時間をセットし、クロック等の計数によって該待ち時間の計時を行う。この待ち時間の計時は図１１のアークネットの初期化処理のうちの処理Ｓ４に対応する。
【００３２】
ネットワーク参加処理部８は、タイマ計時部７のタイムアップでネットワークへの参加処理を行う。この参加処理は、図１１のアークネットの初期化処理のうちの処理Ｓ５〜Ｓ７になり、ＩＤが重複していなければネットワークへ参加し、ＩＤが重複しているときは重複異常をシステムに報告する。
【００３３】
以上の機能ブロックを各ノードに設けることで、ネットワーク参加までの待ち時間は、内部時計１の時刻を刻むタイミングのズレにより各ノード間で不定となり、ネットワークへの参加がノード間で分散される。
【００３４】
したがって、本実施形態によれば、各ノードのＩＤ番号を可変とし、各ノードを一斉に起動するシステムにおいて、ネットワーク参加時のノードＩＤ重複が検出可能となり、重複していた場合には、ネットワークへの参加を取りやめることによりネットワークの不安定状態の回避と、ＩＤ重複異常を即座に検出することが可能となる。
【００３５】
（実施形態２）外部トリガによるネットワーク参加タイミングの分散化。
【００３６】
本実施形態は、図１の処理要素４〜７によるネットワーク参加タイミングの生成に代えて、ノードを構成するマイクロプロセッサ（またはコンピュータ）の入出力デバイス（Ｉ／Ｏデバイス）から外部トリガを与える場合である。
【００３７】
このネットワーク参加タイミングを生成する手段は、例えば、時刻を刻む機能を持ち、各ノードが初期化処理で受信のみイネーブル状態にしている状態（図１１のＳ３）で一定時刻（例えば１秒）毎にシステム内の各ノードの１つに対して発生する外部トリガ入力をネットワーク参加タイミングとする。
【００３８】
このネットワーク参加タイミング生成手段は、通信システムに共通のものとしてアークネットに接続するか、代表的な１つのノード内に設け、そのノードを送受信イネーブル状態としてトリガさせる。また、時刻を刻む機能として、システム共通の外部時計装置やＧＰＳ（グローバル・ポジジョニング・システム）から時計情報を受信する受信機とすることができる。
【００３９】
本実施形態によれば、各ノードは、タイミング生成手段により入力されたＩ／Ｏ入力タイミンクに基づき、ネットワークへの参加を行う。これにより各ノード間のネットワークへの参加タイミングの分散化を行うことができ、実施形態１と同様にノードＩＤの重複発生にもネットワークの再構築の多発を回避できる。
【００４０】
（実施形態３）各ノード固有にしたネットワーク参加タイミングの分散化。
【００４１】
本実施形態は、各ノードに対し設定されるノードＩＤとは別に、ネットワーク参加タイミングを生成する値（タイミング値）を予めノード内に埋め込む方法である。
【００４２】
このタイミング値は当然、システム内で固有の数値とし、これにより、各ノード間のネットワーク参加タイミングの分散化を行い、ノードＩＤの重複発生にもネットワークの再構築の多発を回避する。
【００４３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、一斉起動に際して、各ノード間でネットワーク参加タイミングを分散するようにしたため、以下の効果が期待できる。
【００４４】
・ネツトワーク参加時のノードＩＤ重複が検出可能となる。
【００４５】
・重複していた場合には、ネットワークへの参加を取りやめることによりネットワークの不安定状態の回避ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示すノードの機能ブロック図。
【図２】アークネットのネットワーク構成例。
【図３】アークネットのネットワーク構築手順（その１）。
【図４】アークネットのネットワーク構築手順（その２）。
【図５】アークネットのネットワーク構築手順（その３）。
【図６】アークネットのネットワーク構築手順（その４）。
【図７】アークネットのネットワーク構築手順（その５）。
【図８】アークネットのネットワーク構築手順（その６）。
【図９】アークネットのネットワーク構築手順（その７）。
【図１０】アークネットのネットワーク構築手順（その８）。
【図１１】アークネットの初期化処理手順。
【符号の説明】
＃１〜＃Ｎ…ノード
１…内部時計
２…電源バックアップ部
３…ＣＰＵ
４…内部カウンタ
５…乱数発生部
６…乗算部
７…タイマ計時部
８…ネットワーク参加処理部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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