(57)【要約】本発明は、マスターユニット（１）と複数の各スレーブユニット（３）とを含んだ通信システムに関する。例えば経路エラーまたは加入者の完全な故障などが生じた場合におけるエラーモードでは、データがループ伝送される。ループ伝送は、マスターユニット（１）を始点として、第１通信路（２１）および第２通信路（２）を介して行われる。
2010504011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスターユニット（１）と複数の各スレーブユニット（３）とを含んだ、通信システムであって、
上記マスターユニットおよび上記各スレーブユニットは、それぞれ、第１通信路（２１）に接続された２つの各第１ターミナルと、第２通信路（２２）に接続された２つの各第２ターミナルとを含んでおり、
上記マスターユニット（１）および上記各スレーブユニット（３）の上記各第１ターミナルは、上記第１通信路（２１）を介して接続されて第１のリング構造を形成しており、
上記マスターユニット（１）および上記各スレーブユニット（３）の上記各第２ターミナルは、上記第２通信路（２２）を介して接続されて第２のリング構造を形成しており、
上記各スレーブユニット（３）のそれぞれは、上記各スレーブユニット（３）内の障害モードにあるスレーブユニット内にて、上記各第１ターミナルと上記各第２ターミナルとの間にある上記第１通信路（２１）および上記第２通信路（２２）を互いに短絡させる、スレーブ結合ユニット（３６）を含んでおり、
上記マスターユニットは、データ信号を送信するために上記各第１ターミナルの一方に接続された送信ユニット（１１）と、データ信号を受信するために上記各第１ターミナルの他方に接続された受信ユニット（１２）と、上記障害モードにある２つの上記各第２ターミナル（１１３、１１４）を短絡させるマスター結合ユニット（１３）とを含んでいる、通信システム。
【請求項２】
上記マスターユニット（１）は、上記第１通信路（２１）上のスレーブユニットにより、上記障害モードの開始を検知して、上記マスターユニットの上記障害モードをトリガするように構成されている、請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
上記スレーブユニット（３）は、データ転送方向において後段に接続された上記スレーブユニットへのデータ転送障害を検知して、上記スレーブユニットの障害モードをトリガするように構成されている、請求項１または２に記載の通信システム。
【請求項４】
上記スレーブユニット（３）は、
データ信号を処理するための処理ユニット（３５）と、上記スレーブ結合ユニット（３６）とを含んでおり、
上記スレーブ結合ユニット（３６）は、上記処理ユニット（３５）を、通常モードにおいて、上記第１通信路（２１）に接続された上記スレーブユニット（３）の上記各第１ターミナルの間に切り替え、かつ、上記障害モードにおいて、上記第１通信路（２１）に接続された上記スレーブユニット（３）の上記各第１ターミナルと上記第２通信路（２２）に接続された上記スレーブユニット（３）の上記各第２ターミナルとの間に切り替えるものである、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の通信システム。
【請求項５】
第１通信路（２１）に接続された、２つの各第１ターミナル（１１１、１１２）と、
第２通信路（２２）に接続された、２つの各第２ターミナル（１１３、１１４）と、
上記各第１ターミナルの一方（１１１）に接続された、データ信号を伝送するための送信ユニット（１１）と、
上記各第１ターミナルの他方（１１２）に接続された、データ信号を受信するための受信ユニット（１２）と、
障害モードにおいて上記各第２ターミナル（１１３、１１４）の２つを短絡させる、マスター結合ユニット（１３）とを含んでいる、マスターユニット（１）。
【請求項６】
上記第１通信路（２１）上のデータ伝送障害を検知して、上記マスターユニットの上記障害モードをトリガするように構成されている、請求項５に記載のマスターユニット。
【請求項７】
マスターユニットと複数の各スレーブユニットとを含んだ通信システムを動作させるための方法であって、
上記マスターユニットおよび上記各スレーブユニットは、それぞれ、第１通信路に接続された２つの各第１ターミナルと、第２通信路に接続された２つの各第２ターミナルとを含んでおり、
上記マスターユニットおよび上記各スレーブユニットの上記各第１ターミナルは、上記第１通信路を介して接続されて、第１のリング構造を形成しており、
上記マスターユニットおよび上記各スレーブユニットの上記各第２ターミナルは、上記第２通信路を介して接続されて、第２のリング構造を形成しており、
通常の動作モードでは、上記第１通信路を介して、リング型データ伝送が実行され、
当該リング型データ伝送は、上記マスターユニットの上記各第１ターミナルの一方を始点として、データ伝送方向に、上記第１通信路を介して接続された上記第１のスレーブユニットへと向かい、当該第１のスレーブユニットから、上記データ伝送方向に、上記第１通信路を介して接続された次のスレーブユニットへと、上記データ伝送方向に、上記第１通信路を介して接続された最後のスレーブユニットまでと向かい、その後、上記マスターユニットの上記各第１ターミナルの他方へと向かい、
障害モードでは、上記第１通信路および上記第２通信路を介して、ループ型のデータ伝送が行われ、
当該ループ型のデータ伝送は、上記マスターユニットの上記第１ターミナルの上記一方を始点として、上記データ伝送方向に、上記第１通信路を介して接続された上記第１のスレーブユニットへと向かい、当該第１のスレーブユニットから、上記データ伝送方向に、上記第１通信路に接続された上記次のスレーブユニットへと、上記データ伝送方向に沿って、上記第１通信路を介して接続された上記障害モードにあるスレーブユニットへ到達するまで向かい、その後、上記障害モードにある上記スレーブユニットから、上記第２通信路を介して、上記マスターユニットの上記第２ターミナルの一方へと戻り、上記マスターユニットの上記第２ターミナルの上記一方から、上記マスターユニットの上記第２ターミナルの他方へと向かい、上記マスターユニットの上記第２ターミナルの当該他方から、上記データ伝送方向に、上記第２通信路を介して接続された上記第１のスレーブユニットへと向かい、上記第２通信路を介して接続された上記第１のスレーブユニットから、上記データ伝送方向に、上記第２通信路を介して接続された次のスレーブユニットへと、上記データ伝送方向に、上記第２通信路を介して接続された上記障害モードにあるスレーブユニットへ到達するまで向かい、その後、障害モードにある上記スレーブユニットから、上記第１通信路を介して、上記マスターユニットの上記第１ターミナルの上記他方へ戻る、方法。
【請求項８】
上記マスターユニットは、上記第１通信路上のスレーブユニットを用いて上記障害モードの開始を検知し、上記マスターユニットの上記障害モードをトリガする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記スレーブユニットは、上記データ伝送方向における後段に接続された上記スレーブユニットへのデータ伝送障害を検知し、上記スレーブユニットの上記障害モードをトリガする、請求項７または８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスター／スレーブ構造を含んだ通信システムに関し、上記のような通信システムのためのマスターユニットに関し、およびマスター／スレーブ構造を含んだ通信システムの動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造技術および自動化技術では、シリアルバスシステムが用いられることが多くなってきている。シリアルバスシステムでは、Ｉ／Ｏモジュール、トランスデューサー、ドライバ、バルブ、およびユーザ端末など、マシン周辺に配置されたデバイスが、自動化システム、工学的システム、および可視化システムを有する効率的なリアルタイム通信システムを介して通信する。
【０００３】
このプロセスでは、全ての各加入者は、シリアルバス（好ましくはフィールドバス）を介してネットワーク接続され、バスを介したデータ交換はマスター／スレーブ原理に基づいて行われることが好ましい。
【０００４】
デバイスを一般的に制御するバスシステム内の能動的な加入者（システム管理者）は、バスアクセス許可権を有しており、バスを介したデータ転送を決定する。以下では、能動的なバス加入者は、シリアルバスシステム内のマスターユニットとして指定されている。
【０００５】
一方、受動的なバス加入者は、一般的には周辺マシンデバイスであり、バスアクセス許可権を有していない。すなわち、受動的なバス加入者は、受信した情報信号のみを受け入れるか、あるいは、マスターユニットからの要求に応じてマスターユニットへ情報信号を送信する。以下では、上記受動的なバス加入者は、シリアルバスシステム内のスレーブユニットとして呼ばれている。
【０００６】
マスター／スレーブ構造を含んだフィールドバスシステムは、一般的には、複雑な配線を回避するためにリングトポロジーにて構成されており、これによって全ての各バス加入者がリング型伝送路に接続される。マスターユニットによって生成されたデータ信号は、マスターユニットによってリング型伝送路に送られて、リング型伝送路に直列接続されたスレーブユニットを連続的に循環し、その後、マスターユニットによって再び受信および評価される。
【０００７】
データ信号は、通常は、マスターユニットによって、制御データおよびユーザデータからなるデータパケットとして構成される。イーサネット（登録商標）規格を採用して、最大で１５００バイトの長さのデータパケットを１００メガビット／秒という高い伝送速度で同時に伝送できるようにすることが好ましい。リング型伝送路に接続された各スレーブユニットのそれぞれは、上記ユーザデータのためのイーサネット電文のユーザデータを処理し、当該ユーザデータは、マスターユニットによってリング型伝送路に送られる。
【０００８】
リング構造を含んだマスター／スレーブ通信システムは、通常、マスターユニットが、データ発信点としての送信ユニットと、データ引き上げ点としての受信ユニットとを含むように構成されている。個々のスレーブユニットは、伝送路において接続されてリング型伝送路を形成し、上記リング型伝送路によって、各加入者のそれぞれは、それに隣り合う２つの各加入者に対してそれぞれ接続される。
【０００９】
リング型伝送路内における最初の加入者および最後の加入者はマスターユニットに接続される。上記接続によって、データパケットは一方向に伝送される。この伝送方向は、マスターユニットを始点として、当該マスターユニットの送信ユニットを介して、第１に接続されたスレーブユニットへ向かい、その後、当該スレーブユニットから次のスレーブユニットへと、データ伝送方向に沿って、リング内の最後のスレーブユニットまで向かい、その後、マスターユニットの受信ユニットへと戻る。
【００１０】
各スレーブユニットは、前の加入者から循環されてくるデータパケットを受信するための第１ターミナルと、次の加入者へ転送するための第２ターミナルと、これら２つの各ターミナル間に配置され、スレーブユニット内におけるデータパケットの循環を処理するための処理ユニットとを含んでいる。
【００１１】
マスター／スレーブ通信システムは、特に製造および処理の自動化において用いられる場合は、高い障害耐性を有していることが必須要件である。高い障害耐性とは、すなわち、障害が発生した場合においても所望の機能（例えば基材の製造）を行うことのできる通信システムの能力である。製造プロセスに影響を与えることなく対処すべき通信システムの障害としては、データパケット内における欠陥以外では、特に伝送路内における加入者の故障、および／または、（例えば伝送媒体からの物理的切断による）伝送路の切断が含まれる。
【００１２】
特にリンク障害（すなわち、各送信セクション全体の障害）などに対して障害耐性を有するマスター／スレーブ通信システムを構築するために、二重リング構造が用いられる場合が多い。
【００１３】
特許文献１には、マスターユニットが、互いに逆方向に機能する２つの各通信路を介して複数の各スレーブユニットに直列接続された、マスター／スレーブ構造を含んだ通信システムが記載されている。当該マスターユニットは、トランスミッタおよび／またはレシーバをそれぞれ含んだ２つの各送信ユニットおよび各受信ユニットと、複数のデータパケットを２つの各通信路内に同時に循環させるための、上記各通信路に対応した各制御ユニットとを含んでいる。
【００１４】
このとき、スレーブユニットは、結合ユニットを含んでいる。当該結合ユニットは、リンク障害が生じた場合に（例えば通信回線が破損した場合に）、２つの各通信路上のデータパケットをモニタし、およびそれぞれ切り替えることによって通信システムを再構成するために備えられている。このような再構成は、リンク障害によって通信システムの大きい方の区域に障害が発生しないように、あるいは完全な障害が生じないように行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第４,６６３,７４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来の、障害耐性を有するマスター／スレーブ通信システムは、二重リング構造を有しており、マスターユニットが、対応するトランスミッタおよび／またはレシーバを有する２つの各送信ユニットおよび各受信ユニットと、両方の各通信路にデータパケットを発信するための上記各通信路に対応した各制御ユニットとを有している。上記従来のマスター／スレーブ通信システムでは、マスターユニットのハードウェアおよび切り替えの複雑性がより高くなるため、コストが大幅に増加する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、リンク障害の発生時に、ハードウェアおよび切り替えの複雑性が最小限であるマスター／スレーブ構造のリアルタイム再構成を可能にする、マスター／スレーブ構造を有する通信システムと、そのような通信システムのためのマスターユニットと、マスター／スレーブ構造を有する通信システムの動作方法とを提供することを目的とする。
【００１８】
上記目的は、請求項１に係る通信システムと、請求項５に係るマスターユニットと、請求項７に係る方法とによって達成される。本発明の好ましい各実施形態は、各従属請求項に記載されている。
【００１９】
本発明によると、通信システムは、マスターユニットの第１ターミナルおよび第２ターミナルと、第１通信路および第２通信路を介して第１リング構造および第２リング構造にそれぞれ接続された、複数の各スレーブユニットとを含んでいる。通常の動作では、リング型データ伝送は、第１通信路を介して行われる。当該リング型データ伝送は、上記マスターユニットの第１ターミナルを始点として、データ伝送方向に、上記第１通信路を介して接続された上記各スレーブユニットの第１スレーブユニットへと向かい、当該第１スレーブユニットから、上記データ伝送方向に、上記第１通信路を介して接続された次のスレーブユニットへと、上記データ伝送方向に、上記第１通信路を介して接続された最後のスレーブユニットまで向かい、その後、上記マスターユニットの上記第１ターミナルにさらに向かう。
【００２０】
障害モードでは、第１通信路および第２通信路を介して、ループ型のデータ伝送が行われる。当該ループ型のデータ伝送は、上記マスターユニットの上記第１ターミナルの一方を始点として、上記データ伝送方向に、上記第１通信路を介して接続された上記第１のスレーブユニットへと向かい、上記第１通信路を介して接続された上記第１のスレーブユニットから、上記データ伝送方向に、上記第１通信路を介して接続された上記次のスレーブユニットへと、上記データ伝送方向に、上記第１通信路を介して接続された障害モードにあるスレーブユニットへ到達するまで向かう。
【００２１】
その後、上記障害モードにある上記スレーブユニットから、上記第２通信路を介して、上記マスターユニットの上記第２ターミナルの一方へと戻る。上記マスターユニットの上記第２ターミナルの上記一方から、上記マスターユニットの上記第２ターミナルの他方へと向かい、上記マスターユニットの上記第２ターミナルの当該他方から、上記データ伝送方向に、上記第２通信路を介して接続された上記第１のスレーブユニットへと向かう。
【００２２】
上記第２通信路を介して接続された上記第１のスレーブユニットから、上記データ伝送方向に、上記第２通信路を介して接続された次のスレーブユニットへと、上記データ伝送方向に、上記第２通信路を介して接続された上記障害モードにあるスレーブユニットへ到達するまで向かい、その後、障害モードにある上記スレーブユニットから、上記第１通信路を介して、上記マスターユニットの上記第１ターミナルの上記他方へ戻る。
【００２３】
本発明に係るマスター／スレーブ通信システムの構成を用いることによって、通常の通信路の障害（例えば、スレーブユニットへのライン切断またはスレーブユニットの故障）時において、ハードウェアの複雑性および切り替えの複雑性を最小限に抑えながら、従ってコストを低減しながら、高い障害耐性が達成される。本発明では、通信システムにおいて２重リングトポロジーが用いられているが、マスターユニットが有している送信および受信ユニットは、単一リング構造と同様に１つのみである。
【００２４】
通常の動作では、データ伝送は、通常の第１の通信路のみを介して行われる。これによって、マスターユニットの送信ユニットから伝送されるデータパケットは、通常の通信路に直列接続された全てのスレーブユニット内を連続的に循環した後、マスターユニットの受信ユニットに戻される。通常の通信路が切断されると、通信システムにおいて障害モードがトリガ（発動）される。当該障害モードでは、マスターユニットが交点に位置する通常の通信路および代用の第２通信路を介して、ループ型のデータ伝送が行われる。
【００２５】
ループ型のデータ伝送では、データパケットは、マスターユニットの送信ユニットから、通常の通信路を介して、通常の通信路内の障害点の前に位置するスレーブユニットまで連続的に循環する。上記スレーブユニットは、通常の通信路および代用の通信路を短絡させ、これによってデータパケットが、代用の通信路を介してマスターユニットの第２ターミナルの一方へと戻される。
【００２６】
マスターユニットは、代用の通信路の第２ターミナルの一方および代用の通信路の第２ターミナルの他方を短絡させ、その後、データパケットを、代用の通信路の第２ターミナルの他方を介して、上記他方に接続されたスレーブユニットへと、通常の通信路の障害点の前に位置するスレーブユニットまで伝送する。このスレーブユニットは、代用の通信路を通常の通信路へ接続し、これによってデータパケットは、通常の通信路上のマスターユニットの受信ユニットへ戻される。
【００２７】
障害耐性機能は、通常の通信路内の障害点にそれぞれ隣り合う２つの各スレーブユニット内の各スレーブ結合ユニットによって、および／または、通常の通信路内におけるリンク障害時に通信システム内の伝送路を自動的に再構成する、マスターユニット内のマスター結合ユニットによって達成される。
【００２８】
本発明に係るマスターユニットは、通常の第１通信路に接続された２つの各第１ターミナルと、代用となる第２通信路に接続された２つの各第２ターミナルとを含んでいる。上記２つの各第１ターミナルには、データ信号を伝送するための送信ユニットと、データ信号を受信するための受信ユニットが接続されている。マスターユニットのマスター結合ユニットは、障害モードにおいて（すなわち、リンク障害時において）、通常の第１通信路内の２つの各第２ターミナルを短絡させる。これによって、第１通信路および第２通信路を介してループ型のデータ伝送が行われる。
【００２９】
本発明に係るマスターユニットの構成を用いることによって、単一リング構造における構成と同様に、二重リング構造内に送受信ユニットを１つのみ含んだマスターユニットを用いることが可能となる。さらに、第２のリング構造および結合用のマスターユニットのための各ターミナルが設けられている。これらの各ターミナルは、第１のリング構造でのリンク障害時に、第２のリング構造の第２ターミナルを接続して、データ伝送路を再構成するためのものである。
【００３０】
以下では、本発明について、添付の各図面を参照しながらより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】マスターユニットが二重リング構造を介してスレーブユニットに直列接続されたマスター／スレーブ構造を有する、本発明に係る通信システムの、通常モードを示す概略図である。
【図１Ｂ】上記通信システムのリンク障害の発生時における、第１の通信システムの再構成モードを示す概略図である。
【図１Ｃ】上記通信システムのスレーブユニットの故障中における第２の通信システム再構成モードを示す概略図である。
【図２】スレーブユニットの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
自動化技術では、フィールドバスシステムが用いられることが多くなってきている。フィールドバスシステムでは、マシン周辺の分散デバイスが、フィールドバスを介して、自動化、工学的、および可視化システムと通信する。通常、フィールドバスシステムは、例えば電線、光ファイバー、または無線ケーブルなどのシリアルバスを含んでいる。全ての各バス加入者はこのフィールドバスに接続されるため、能動的な各バス加入者と受動的な各バス加入者とが区別される。
【００３３】
フィールドバスシステム内における能動的な各バス加入者は、バスを介したデータ伝送を制御する各マスターユニットである。このようなマスターユニットは、例えば、生産ラインのプロセスホストコンピュータとして機能する産業用ＰＣである。マスターユニットは、バスアクセス許可権を有しており、外部要求なしにフィールドバスへデータを出力することができる。
【００３４】
バスシステムの受動的な各加入者は、Ｉ／Ｏデバイス、弁、ドライバ、およびトランスデューサーなどの周辺マシンデバイスである。これら受動的な加入者はスレーブユニットとして機能し、バスアクセス許可権を有していない。すなわち、受動的な各加入者が実行できる機能は、受信したデータ信号を受け入れるか、あるいは、マスターユニットの要求に応じてマスターユニットへデータ信号を伝送することのみである。
【００３５】
マスター／スレーブ通信システム内へデータを伝送する通信規格として、イーサネットの概念が好適に用いられる。イーサネット通信システムでは、伝送されるデータは、データパケットである所定の形式によってカプセル化される。これは、以下では電文（テレグラム）とも称される。
【００３６】
イーサネット電文は、データ長が最大１５００バイトであり、ユーザデータに加えて、開始コード、宛先アドレス、送信元アドレス、データパケットタイプ、および障害対応用メカニズムを含んだ制御データを有している。
【００３７】
マスター／スレーブ構造を含んだイーサネット通信システムは、個々のスレーブユニットが伝送媒体を介して接続されてチェーンを形成している。各スレーブユニットのそれぞれが、それに隣り合う２つの各スレーブユニットに接続されている。チェーン内の第１のスレーブユニットおよび最後のスレーブユニットがマスターユニットに接続されており、これによってリング構造が形成されるように、構成されていることが好ましい。
【００３８】
データの伝送は、マスターユニットから、上記マスターユニットに隣り合う第１のスレーブユニットへ、その後、当該第１のスレーブユニットから、それに隣り合う次のスレーブユニットへ、その後、最後のスレーブユニットへと向かい、その後、マスターユニットに戻るように、一方向に行われる。
【００３９】
特に、例えばケーブルの破損によって、通信システム内のリンク障害が発生した場合に、すなわちスレーブユニット内の伝送区域全体に障害が発生した場合に、高い障害耐性を保証するために、マスター／スレーブ通信システムは、代用の第２の通信路を含んでいる。当該の代用の第２の通信路は、マスターユニットをスレーブユニットへ接続して、別のリング構造を形成するための通信路である。
【００４０】
図１は、上記のような障害耐性を有するマスター／スレーブ通信システムを示す概略図である。図１Ａは、上記マスター／スレーブ通信システムの通常モードを示しており、図１Ｂは、上記マスター／スレーブ通信システムのリンク障害時における第１の再構成モードを示しており、図１Ｃは、上記マスター／スレーブ通信システムのスレーブユニット故障時における第２の再構成モードを示している。
【００４１】
上記通信システムは、二重リング構造を介して、Ｎコの各スレーブユニット３に直列接続されたマスターユニット１を含んでいる。上記二重リング構造は、２つの別々の各データ伝送路を含んでいる。
【００４２】
これら各データ伝送路はそれぞれ、マスターユニットをＮコの各スレーブユニット３に接続しており、これによって、互いに独立した各通信路２１、２２が形成されている。伝送路としては、電線、光ファイバー、または無線ケーブルを用いることができる。
【００４３】
マスターユニット１は、送信ユニットＴＸ１１および受信ユニットＲＸ１２を含んでいる。送信ユニットＴＸ１１は、第１ターミナル１１１を介して、第１通信路２１の第１端に接続されている。受信ユニットＲＸ１２は、第２ターミナル１１２を介して、第１通信路２１の第２端に接続されている。マスターユニット１はさらに、マスター結合ユニット１３を含んでいる。
【００４４】
マスター結合ユニット１３は、第３ターミナル１１３および第４ターミナル１１４を介して、第２通信路２２の一方の端に接続されている。送信ユニットＴＸ１１、受信ユニットＲＸ１２、およびマスター結合ユニット１３は、制御線１５を介して、マスターユニット１の中央の制御ユニット１６に接続されている。
【００４５】
各スレーブユニット３は、前の加入者から第１通信路２１を介してデータパケットを受信するための第１の受信ユニットＲＸ３１を有した第１ターミナルと、第１通信路２１を介して次の加入者へ転送するための第１の送信ユニットＴＸ３２を有した別の第１ターミナルとを含んでいる。
【００４６】
各スレーブユニット３はさらに、前の加入者から第２通信路２２を介してデータパケットを受信するための第２の受信ユニットＲＸ３３を有した第２ターミナルと、第２通信路２２を介して次の加入者へ転送するための第２の送信ユニットＴＸ３４を有した別の第２ターミナルとを含んでいる。
【００４７】
各スレーブユニット３では、処理ユニット３５およびスレーブ結合ユニット３６が、第１の受信ユニットＲＸ３１および第２の受信ユニットＲＸ３３と、第１の送信ユニットＴＸ３２および第２の送信ユニットＴＸ３４との間で切り替えられる。
【００４８】
図２は、スレーブユニット３の一実施形態を示す慨略図である。スレーブユニット３では、第１通信路２１に接続された第１の受信ユニットＲＸ３１、および第２通信路２２に接続された第２の送信ユニットＴＸ３４が、ポート０としてグループ化されている。
【００４９】
第２通信路２２に接続された第２の受信ユニットＲＸ３３、および第１通信路２１に接続された第１の送信ユニットＴＸ３２は、ポート１としてグループ化されている。
【００５０】
スレーブ結合ユニット３６は、それぞれ２−１マルチプレクサとして構成された、第１の切り替えスイッチとしてのマルチプレクサ３８および第２の切り替えスイッチとしてのマルチプレクサ３９を含んでいる。
【００５１】
各送受信ユニット３１、３２、３３、３４、各マルチプレクサ３８、３９、スレーブ結合ユニット３６、および処理ユニット３５は、ネットワーク回線３７を介して互いに接続されている。第１の受信ユニットＲＸ３１は、第１のマルチプレクサ３８の第１の入力部に接続されている。
【００５２】
第１のマルチプレクサ３８の第２の入力部は、第２の受信ユニットＲＸ３３に接続されている。第１のマルチプレクサ３８の出力部は、処理ユニット３５に接続されている。第２のマルチプレクサ３９は、その第１の入力部を介して第２の受信ユニットＲＸ３３に接続されており、またその第２の入力部を介して処理ユニット３５に接続されている。マルチプレクサ３９の出力部は、第２の送信ユニットＴＸ３４に接続されている。さらに、処理ユニット３５は、第１の送信ユニットＴＸ３２に接続されている。
【００５３】
図１Ａに示されているような、マスター／スレーブ通信システムの障害のない通常（ノーマル）の動作では、マスターユニット１の中央の制御ユニット１６によって生成されたデータパケットが、送信ユニットＴＸ１１と、第１通信路２１の第１ターミナル１１１の一方とを介して出力される。
【００５４】
その後、電文が、第１通信路２１を循環し、後段に接続されたスレーブユニット３を連続的に循環する。スレーブユニット３内のスレーブ結合ユニット３６のマルチプレクサ３８および３９は、処理ユニット３５が第１の受信ユニットＲＸ３１および第１の送信ユニットＴＸ３２に接続されるように切り替えられる。
【００５５】
データパケットは、最後のスレーブユニットＮへ循環した後、第１通信路２１および別の第１ターミナル１１２を介して、マスターユニット１の受信ユニットＲＸ１２へ戻される。マスターユニット１の受信ユニットＲＸ１２は、受信したデータパケットを、評価のために中央の制御ユニット１６へ転送する。
【００５６】
障害のない通常モードでは、第２通信路２２に接続されたマスター結合ユニット１３の２つの各ターミナル１１３、１１４が閉じられる。従って、マスターユニット１は、第１通信路２１を介して電文を送信するのみである。当該電文は、循環中に、スレーブユニット３の処理ユニット３５によって処理される。第２通信路２２では、データ伝送は行われない。
【００５７】
図１に示されているマスター／スレーブ通信システムは、第１通信路２１においてリンク障害が生じた場合に、システム内でのデータ伝送を維持するために、自身を再構成する機能を有している。第１通信路２１においてリンク障害が生じた場合、障害部分に対してそれぞれ隣り合った２つの各スレーブユニットが、上記リンク障害を検知して、自動的に障害モードになる。
【００５８】
障害モードでは、スレーブ結合ユニット３６が第１通信路２１および第２通信路２２を短絡させて、各データパケットを一方の通信路から他方の通信路へとリダイレクト（通信路を変更）する。
【００５９】
第１通信路２１におけるリンク障害部分に隣り合った各スレーブユニット３が障害モードになるのに並行して、マスターユニット１もまた、マスター結合ユニット１３によって障害モードになる。マスター結合ユニット１３は、第２通信路２２に接続された２つの各ターミナル１１３、１１４を開いて互いに短絡させる。
【００６０】
障害モードでは、第１通信路２１および第２通信路２２を介してループ型のデータ伝送が行われる。ループ型のデータ伝送は、マスターユニット１の送信ユニットＲＸ１１から、データ伝送方向へ、第１通信路２１の第１ターミナル１１１の一方を介して、第１通信路２１を介して接続された第１のスレーブユニット３へと向かって行われる。
【００６１】
データ伝送は、データ伝送方向へ、上記第１のスレーブユニット３から、第１通信路２１に接続された次のスレーブユニット３へと、障害モードにある第１のスレーブユニットに到達するまで行われる。
【００６２】
障害モードにある第１のスレーブユニット３では、上記データ伝送のデータパケットが第２通信路２２へリダイレクトされる。その後、上記データパケットは、第２通信路およびこれに接続されたスレーブユニットを介して、マスター結合ユニット１３の一方の第２ターミナル１１３へと導かれる。
【００６３】
マスター結合ユニット１３では、データパケットが、一方の第２ターミナル１１３から他方の第２ターミナル１１４へと切り替えられ、その後、第２通信路２２を介して接続された第１のスレーブユニット３へデータ伝送方向に転送される。
【００６４】
当該データパケットは、当該第１のスレーブユニット３から、第２通信路２２を介して接続された次のスレーブユニット３へとデータ伝送方向に転送され、障害モードにある第２のスレーブユニット３に到達するまでデータ伝送方向に転送される。
【００６５】
障害モードにある第２のスレーブユニットは、データパケットを、第１通信路２１を介して、マスターユニット１の受信ユニットＲＸ１２の他方の第１ターミナル１１２へと送り戻す。
【００６６】
図１Ｂは、スレーブユニットＭとスレーブユニットＭ＋１との間においてリンク障害が生じた場合における、マスター／スレーブ通信システムでのデータ伝送（矢印）を示す図である。
【００６７】
スレーブユニット１〜Ｍ−１およびＭ＋２〜Ｎは、通常の動作モードにあり、スレーブユニットＭ、Ｍ＋１、およびマスターユニット１は、障害モードにある。図１Ｃは、スレーブユニットＭが完全に故障している間における、マスター／スレーブ通信システム内におけるデータ伝送（矢印）の再構成を示している。
【００６８】
このスレーブユニットＭが完全に故障している状態は、スレーブユニットＭ−１とスレーブユニットＭとの間、およびスレーブユニットＭ＋１とスレーブユニットＭとの間において、２つの各リンク障害が発生した状態と等しい。スレーブユニット１〜Ｍ−２およびスレーブユニットＭ＋２〜Ｎは、通常モードにて動作する。スレーブユニットＭ−１、Ｍ＋１、およびマスターユニット１は、障害モードにある。
【００６９】
リンク障害の発生時における再構成は、リンク障害に隣り合った各スレーブユニット３の２つの各ポート０、１によってトリガされる。スレーブユニット３の各ポート０、１は、認識方法を用いて、２つの各通信路２１、２２を介した、互いに隣り合うスレーブユニットとの通信が可能であるかを決定（検知）する。スレーブユニット３のポートによってリンク障害が認識された場合、スレーブ結合ユニット３６によって、スレーブユニット３において対応する障害モードがトリガされる。
【００７０】
図１Ｂに示されているスレーブユニットＭでのリンク障害時、および／または、図１Ｃに示されているスレーブユニットＭ−１内でのデバイス故障時において生じるような通信障害が、通信路２１を介して接続されたスレーブユニット３のポート１によって決定（検知）された場合、処理ユニット３５は、スレーブ結合ユニット３６によって、第１の受信ユニットＲＸ３１および第２の送信ユニットＴＸ３４に接続される。
【００７１】
スレーブユニット３内の第１通信路２１に到着する電文は、処理ユニット３５を介して第２通信路２２へ戻される。図２に示されているスレーブユニット３内のスレーブ結合ユニット３６の構成では、処理ユニット３５による処理後に、第２のマルチプレクサ３９の第２の入力をその出力に切り替えることによって、上述したデータパケットのリダイレクトが行われる。
【００７２】
図１Ｂに示されているスレーブユニットＭ＋１内でのリンク障害、および図１Ｃに示されているスレーブユニットＭ＋１内でのデバイス故障時において生じるような通信障害が、通信路２１を介して接続されたスレーブユニット３のポート０によって決定された場合、処理ユニット３５は、スレーブユニット３内のスレーブ結合ユニット３６によって、第２の受信ユニットＲＸ３３および第１の送信ユニットＴＸ３２に接続される。
【００７３】
これによって、第２通信路２２に到着する電文は、処理ユニット３５により処理した上にて、第１通信路２１に戻される。図２に示されているスレーブユニット３のスレーブ結合ユニット３６の構成では、処理ユニット３５により処理した上にて、第１のマルチプレクサ３８の第２の入力を第１のマルチプレクサ３８の出力に切り替えることによって、上述したデータパケットのリダイレクトが行われる。
【００７４】
障害モードにあるマスターユニット１の再構成もまた、マスター結合ユニット１３自身のポートによってトリガされることが好ましい。データパケットが第２通信路２２に到着するとすぐに、ポートは、データパケットをマスターユニット１を介して第２通信路２２へ転送するために、各第２ターミナル１１３、１１４を開けて、その後、上記各第２ターミナル１１３、１１４を互いに短絡させる。
【００７５】
あるいは、マスター結合ユニット１３の障害モードは、マスターユニット１の中央の制御ユニット１６によってトリガすることもできる。受信ユニットＴＸ１２がいかなるデータパケットも受信しなくなったため第１通信路２１に障害が発生したことをマスターユニット１の制御ユニット１６が決定（検知）するとすぐに、中央の制御ユニット１６は、前述した方法によってマスター結合ユニット１３にアクセスする。すなわち、データパケットを第２通信路２２へ出力するために、各第２ターミナル１１３、１１４が開かれ、その後、互いに短絡される。
【００７６】
本発明に係るマスター／スレーブ通信システムの構成および機能性により、リンク障害時に、特にマスターユニットにおいて、ハードウェアの複雑性および切り替えの複雑性が低い簡素な方法で、障害耐性の高いデータ通信を達成することができる。
【００７７】
すなわち、マスターユニットは、二重リング構造を動作させるために、１つの送信ユニットおよび１つの受信ユニットのみを必要とする。さらに設けられたマスター結合ユニットによって、通常の通信路が遮断された場合において、代用の通信路を介してデータ伝送の再構成を行うことができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【国際調査報告】
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