(57)【要約】【課題】  有線通信と無線通信を同じプロトコルで行っても無線通信特有の障害を回避できるネットワークシステムを実現する。【解決手段】  有線ネットワークと無線ネットワークが並存して敷設されたネットワークシステムに関するものである。有線ネットワークで送信された通信フレームに無線通信に特有な情報を付加し、情報を付加した通信フレームを有線ネットワークの通信プロトコルで無線ネットワークへ送信する中継装置を設けた。【選択図】                    図１
2005269300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有線ネットワークと無線ネットワークが並存して敷設されたネットワークシステムにおいて、
前記有線ネットワークで送信された通信フレームに無線通信に特有な情報を付加し、情報を付加した通信フレームを前記有線ネットワークの通信プロトコルで前記無線ネットワークへ送信する中継装置を備えたことを特徴とするネットワークシステム。
【請求項２】
前記無線通信に特有な情報は、無線通信用ヘッダ及び無線通信用誤り訂正コードであることを特徴とする請求項１に記載のネットワークシステム。
【請求項３】
前記無線通信用ヘッダは、無線専用プリアンブル、無線チャンネル、無線通信相手局のグループＩＤの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項２に記載のネットワークシステム。
【請求項４】
前記中継装置は、無線通信を行う環境に応じた変復調方式を選択し、選択した変復調方式で有線信号を無線信号に変換することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のネットワークシステム。
【請求項５】
前記中継装置は、送受信先を管理するプロセッサと、通信プロトコルを変えないで有線信号と無線信号の間の変換を行う無線変換部とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のネットワークシステム。
【請求項６】
前記無線変換部は、前記プロセッサから受信した通信フレームに無線通信用ヘッダ及び無線通信用誤り訂正コードを付加して前記無線ネットワークへ送出することを特徴とする請求項５に記載のネットワークシステム。
【請求項７】
前記無線変換部は、前記無線ネットワークから受信した通信フレームに付いたヘッダの解析を行い、正常受信であればヘッダを削除し、通信フレームに付いた無線通信用誤り訂正コードを用いて誤りをチェックし、通信フレームのデータ部分を前記プロセッサに送信することを特徴とする請求項５に記載のネットワークシステム。
【請求項８】
前記プロセッサと前記無線変換部との間のインタフェイスとしてシリアルインターフェイスを設けたことを特徴とする請求項５に記載のネットワークシステム。
【請求項９】
前記無線ネットワークには無線通信に対応する温度センサ、湿度センサ、設定器の少なくともいずれかが配置されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のネットワークシステム。
【請求項１０】
前記有線ネットワークと無線ネットワークは制御系ネットワークで、この制御系ネットワークはプロセス制御システム、空調システムに敷設されたネットワークであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有線ネットワークと無線ネットワークが並存して敷設されたネットワークシステムに関するものである。更に詳しくは、有線ネットワークと無線ネットワークとの間でシームレスに通信を行うための改良を施したネットワークシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロセス制御システム、ビル、公共施設、アメニティ施設等に用いる空調システムには制御系ネットワークが引かれている。制御系ネットワークはフィールド現場に敷設され、温度センサ、湿度センサ、設定器等が接続されている。
フィールド現場における制御系ネットワークの一部を無線ネットワークにしたシステムがある。無線ネットワークは、有線ネットワークに比べると設置する機器のワイアリングを不要にし、それに付帯する工事等の設置費用の大幅な削減を可能にするというメリットがある。制御系ネットワークの一部を無線ネットワークにしたシステムの従来例について説明する。
【０００３】
（従来例１）
図５は従来におけるネットワークシステムの構成例を示した図である。
図５で、オペレータステーション１は上位ネットワークの階層にある。上位ネットワークはＬＡＮ（Local Area Network）２で構成する。オペレータステーション１はＬＡＮ２上に接続されている。ＬＡＮ２は情報系ネットワークである。
【０００４】
センサ機器３ａ〜３ｃ及び制御機器４ａ〜４ｄは専用のネットワーク階層にある。専用のネットワーク階層には制御系ネットワーク５が敷設されている。制御系ネットワーク５上に制御機器４ａ〜４ｄが接続されている。制御系ネットワーク５は、例えばLonWorks（登録商標）ネットワークである。LonWorks（登録商標）ネットワークでは、ツイストペア線によりネットワークを構成している。センサ機器３ａ〜３ｃは、例えば温度センサ、湿度センサ、設定器等である。センサ機器３ａ〜３ｃは無線機能を備え、専用の無線プロトコルで通信する。制御機器４ａ〜４ｄはコントローラ、リモコン等である。
【０００５】
センサ機器３ａ〜３ｃとの無線通信を実現するために、LonWorks（登録商標）対応の無線親機６を制御系ネットワーク５上に接続している。この無線親機６に対してセンサ機器３ａ〜３ｃは無線子機になる。
無線子機となるセンサ機器３ａ〜３ｃは、一般的には８〜２５６個に限定され、専用の無線プロトコルにより無線親機６と交信する。他の無線ネットワークとの混信を防止するため、無線ネットワーク毎に無線電波の周波数を設定する。これらの設定は個々の無線にて行う。
【０００６】
ネットワークコントローラ７は制御系ネットワーク５とＬＡＮ２を相互接続する。オペレータステーション１はネットワークコントローラ７を経由して制御機器４ａ〜４ｄと通信する。また、オペレータステーション１はセンサ機器３ａ〜３ｃとは無線親機６経由で通信する。ネットワークコントローラ７の代わりにゲートウェイを用いてもよい。
【０００７】
（従来例２）
図６は従来におけるネットワークシステムの他の構成例を示した図である。図６で前出の図と同一のものは同一符号を付ける。
この従来例では、制御専用プロトコルに従った有線信号を直接無線電波に変換している。制御専用プロトコルは、例えばLonTalkプロトコルである。有線信号と無線信号の変換にはネットワーク変換用ブリッジ８を用いる。センサ機器９ａ〜９ｄは例えば温度センサ、湿度センサ、設定器等である。センサ機器９ａ〜９ｄには無線トランシーバ／レシーバ１０ａ〜１０ｄを付けている。無線トランシーバ／レシーバ１０ａ〜１０ｄは、送信するときに有線信号を無線信号に直接変換し、受信した無線信号を有線信号に直接変換する。これによって、有線ネットワークのプロトコルをそのまま使ってセンサ機器９ａ〜９ｄと無線通信できる。
【０００８】
図６の従来例によれば、ネットワーク変換用ブリッジ８と無線トランシーバ／レシーバ１０ａ〜１０ｄを設けたことにより、有線ネットワークと無線ネットワークにおいて同じプロトコルで通信できる。有線ネットワークと無線ネットワークという通信媒体の違いを意識することなく、あたかも同じネットワークのように通信できる。無線ネットワークには無線固有のプロトコルは存在しない。通信するときは有線ネットワークのプロトコルを意識すればよい。
【０００９】
図７は図６のシステムで用いる通信フレームの構成を示した図である。
図７で、通信フレームはプリアンブル２１、データ２２、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）情報２３からなる。プリアンブル２１には同期パターンが記述されている。ＣＲＣ情報２３にはデータの誤り検出のための情報が記述されている。
【００１０】
特許文献１には有線通信と無線通信を並存させてプラントを制御する分散型制御システムが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−８４８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、図５の従来例では次の問題点があった。
（ａ）無線親機６によりネットワークが遮断されてしまうため、ネットワーク全体の種々の設定がオペレータステーション１からシームレスに行えない。このため、有線側での設定と無線側での設定を別個に行う必要があり、システム構築時及びシステム変更時に煩雑な設定処理に多大な手間を要する。
（ｂ）通信プロトコルが有線部分と無線部分とで異なるため、無線親機での調停が必要になる。
（ｃ）無線子機（センサ機器３ａ〜３ｃ）の追加、削除、故障等がオペレータステーション１から見えにくく、機器の保守が困難である。
（ｄ）無線子機はセンサ機器等に限定されるとともに、専用設計が必要である。無線子機をコントローラにまで拡張することは容易でない。このため、汎用性に欠ける。
【００１３】
また、図６の従来例では次の問題点があった。
（ａ）有線通信のプロトコルを直接無線電波に変換する場合、有線通信と無線通信との間でプロトコルの相違はないものの、無線特有のエラー発生要因を吸収することは困難である。すなわち、他の無線機からの干渉、気候条件による電波強度のゆらぎ、建物内での反射波等の影響、障害物の影響等により発生する通信エラーの復元を行うには無線特有の処理が必要であり、有線ネットワークのプロトコルでの処理では限界がある。図６の従来例の通信方式では無線部分での接続信頼性を付加する余地がなく、信頼性の高い無線通信を行うことは困難である。
（ｂ）LonWorks（登録商標）ネットワークでのツイストペア線での信号形態は、信号の直流成分を抑えるため、マンチェスター符号を使用している。これにより、信号帯域が２倍に拡大する。この信号を直接無線電波に変換すると、変換により無線信号帯域も２倍に拡大し、帯域の有効利用が阻害される。特に日本国内における特小無線等における帯域は電波法により狭く規定されているため、帯域が２倍に拡大すると伝送速度が１／２に低下し、著しく通信パフォーマンスを落とすことになる。
【００１４】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、有線通信と無線通信を同じプロトコルで行っても無線通信特有の障害を回避できるネットワークシステムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成するために、本発明は次のとおりの構成になっている。
（１）有線ネットワークと無線ネットワークが並存して敷設されたネットワークシステムにおいて、
前記有線ネットワークで送信された通信フレームに無線通信に特有な情報を付加し、情報を付加した通信フレームを前記有線ネットワークの通信プロトコルで前記無線ネットワークへ送信する中継装置を備えたことを特徴とするネットワークシステム。
【００１６】
（２）前記無線通信に特有な情報は、無線通信用ヘッダ及び無線通信用誤り訂正コードであることを特徴とする（１）に記載のネットワークシステム。
【００１７】
（３）前記無線通信用ヘッダは、無線専用プリアンブル、無線チャンネル、無線通信相手局のグループＩＤの少なくともいずれかであることを特徴とする（２）に記載のネットワークシステム。
【００１８】
（４）前記中継装置は、無線通信を行う環境に応じた変復調方式を選択し、選択した変復調方式で有線信号を無線信号に変換することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のネットワークシステム。
【００１９】
（５）前記中継装置は、送受信先を管理するプロセッサと、通信プロトコルを変えないで有線信号と無線信号の間の変換を行う無線変換部とを有することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のネットワークシステム。
【００２０】
（６）前記無線変換部は、前記プロセッサから受信した通信フレームに無線通信用ヘッダ及び無線通信用誤り訂正コードを付加して前記無線ネットワークへ送出することを特徴とする（５）に記載のネットワークシステム。
【００２１】
（７）前記無線変換部は、前記無線ネットワークから受信した通信フレームに付いたヘッダの解析を行い、正常受信であればヘッダを削除し、通信フレームに付いた無線通信用誤り訂正コードを用いて誤りをチェックし、通信フレームのデータ部分を前記プロセッサに送信することを特徴とする（５）に記載のネットワークシステム。
【００２２】
（８）前記プロセッサと前記無線変換部との間のインタフェイスとしてシリアルインターフェイスを設けたことを特徴とする（５）に記載のネットワークシステム。
【００２３】
（９）前記無線ネットワークには無線通信に対応する温度センサ、湿度センサ、設定器の少なくともいずれかが配置されたことを特徴とする（１）乃至（８）のいずれかに記載のネットワークシステム。
【００２４】
（１０）前記有線ネットワークと無線ネットワークは制御系ネットワークで、この制御系ネットワークはプロセス制御システム、空調システムに敷設されたネットワークであることを特徴とする（１）乃至（９）のいずれかに記載のネットワークシステム。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（ａ）中継装置は、有線ネットワークで送信された通信フレームに無線通信に特有な情報（無線通信用ヘッダ及び無線通信用誤り訂正コード）を付加し、この通信フレームを有線ネットワークの通信プロトコルで無線ネットワークへ送信する。このため、有線通信と無線通信を同じプロトコルで行っても無線通信特有の障害を回避できる。これによって、有線ネットワークと無線ネットワークが並存する制御系ネットワークにつながる各機器の設定を自動化できる。
（ｂ）通信媒体は有線ネットワークと無線ネットワークで異なってもプロトコルは両者で同一のため、有線から無線に渡るシームレスなネットワークを構成できる。即ち、有線ネットワークと無線ネットワークを混在させてネットワークを構築できる。機器の追加、削除を自動的に行うことができ、オペレータステーションから一括管理を行いやすい。
（ｃ）無線変換部は機器本体とは機能的に独立しており、センサーからコントローラまで容易に対応することが出来る。
（ｄ）無線に起因する各種の通信障害要因を回避できるため、接続信頼性の高い通信を行うことが出来る。また、無線チャンネル、無線通信相手局のグループＩＤ等の設定により、有線で接続する相手を制限するのと同様に、接続する相手を制限できるため、電波到達範囲にあるすべての無線機器が通信相手として選択される事態を回避できる。更に、異なるドメインからの無線電波の混信、干渉等を防止できる。
（ｅ）使用環境に応じて最適な変復調方式を選べる自由度が高く、無線の使用帯域を有効に利用することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。
図１で、制御系ネットワーク５には有線通信対応の制御機器４ａ、４ｂが接続されている。無線ネットワーク３０には無線通信対応の制御機器３１ａ〜３１ｃ及び無線通信対応のセンサ機器３２ａ〜３２ｃが配置されている。制御機器３１ａ〜３１ｃはコントローラ、リモコン等である。制御機器３１ａ〜３１ｃは自律して制御を行うように構成されている。センサ機器３２ａ〜３２ｃは、例えば温度センサ、湿度センサ、設定器等である。
【００２７】
中継装置４０は、有線信号を無線電波に変換する役目を持ち、有線ネットワーク５（制御系ネットワーク）と無線ネットワーク３０とをつなぐブリッジまたはルータの働きをする。中継装置４０をブリッジとすれば有線と無線を統合したネットワークを構成できる。ルータとすれば有線と無線をそれぞれ独立したドメインとして扱うことができる。
【００２８】
本発明では、無線通信対応の制御機器３１ａ〜３１ｃ、無線通信対応のセンサ機器３２ａ〜３２ｃ及び中継装置４０が無線を通信媒体として相互につながっていて、有線接続した機器と同様に通信ができる。無線接続された各機器は図６の従来例と同様に無線トランシーバ／レシーバを持つが、従来例と異なり有線のプロトコルを直接無線電波に変換するものではない。本発明では、無線接続された各機器（制御機器３１ａ〜３１ｃ、センサ機器３２ａ〜３２ｃ及び中継装置４０）は、有線信号の通信フレームに無線通信に特有な情報を付加し、情報を付加した通信フレームを、有線ネットワークの通信プロトコルで無線ネットワークへ送信する。
【００２９】
図２は無線機器の構成例を示した図である。
図２で、無線機器５０はＣＰＵ部（プロセッサ）５１と無線変換部５２とを有する。
無線機器５０は、制御機器３１ａ〜３１ｃ、センサ機器３２ａ〜３２ｃ及び中継装置４０に相当する。
ＣＰＵ部５１は送受信先を管理する。
無線変換部５２は、通信プロトコルを変えないで有線信号と無線信号の相互変換を行う。無線変換部５２は、有線ネットワークから無線ネットワークへ送信するときに、有線通信の通信フレームに無線通信に特有な情報を付加して無線ネットワークへ送出する。無線通信に特有な情報は、無線通信用ヘッダ及び無線通信用誤り訂正コードである。
ＣＰＵ部５１と無線変換部５２はデータ線５３と制御線５４で接続されている。無線変換部５２はアンテナ部５５を介して無線通信する。
【００３０】
図３は本発明における無線通信で用いる通信フレームの構成を示した図である。
図３の通信フレームは、有線通信で用いる通信フレームのデータ部分に無線通信用ヘッダと無線通信用誤り訂正コードを付加した通信フレームである。
図３で、データ部分６１は有線通信で用いる通信フレームのデータ部分である。データ部分６１は、例えば図７に示すLonWorks（登録商標）ネットワークにおける有線通信用通信フレームからプリアンブルを除いたものである。なお、データ部分６１はプリアンブルを除かないで図７に示す通信フレームそのものであってもよい。
このようなデータ部分６１に無線通信用ヘッダ６２と無線通信用誤り訂正コード６３を付加している。
【００３１】
無線通信用ヘッダ６２には、無線専用プリアンブル、無線チャンネル、無線通信相手局のグループＩＤ等の情報が埋め込まれている。無線専用プリアンブルは無線特有の同期信号である。送信されてきた通信フレームの無線通信用ヘッダ６２に無線専用プリアンブルがあるときは、他の機器がこれから通信しようとしている。このため、自身の機器から通信をしないようにする。
【００３２】
本発明の無線変換部５２は、ＣＰＵ部５１から受信した有線通信の通信フレームに無線通信用ヘッダ６２と無線通信用誤り訂正コード６３を付加していて、そのためのＣＰＵインターフェイスを設けている。
無線電波送信時には有線通信の通信フレームに無線通信用ヘッダ６２を付加し、受信時は無線通信フレームのヘッダを処理した後、削除してＣＰＵ部５１に有線通信の通信フレームとして送信する。
【００３３】
無線通信用ヘッダ６２には、無線専用プリアンブル、無線チャンネル、無線通信相手局のグループＩＤ等の情報が埋め込まれ、ヘッダに埋め込まれた情報全体が使用される環境に最適な変復調方式を無線変換部５２は選択する。
無線通信は無線変換部５２で処理するが、処理後は有線通信のプロトコルで処理するため、無線接続された機器は有線接続された機器と同様の振る舞いをすることが可能である。
例えば、LonWorks（登録商標）ネットワークにおいては、LonTalkプロトコルで有線通信する機器と同様に、無線接続された機器にもLonTalkプロトコルを行き渡らせることができる。
【００３４】
無線変換部５２で無線通信の相手を決めることはできない。従って、無線はあくまでツイストペア線と同様に通信媒体の一つであり、無線変換部５２で送受信先の管理を行うものではない。送受信先はＣＰＵ部５１で管理する。これによって、有線ネットワークと無線ネットワークにおけるシームレス性を確保できる。
【００３５】
図４は無線変換部５２の構成例を示した図である。
図４で、無線変換部５２はＣＰＵ部５１とのインターフェイス部５２１を介して通信データを送受信する。インターフェイス部５２１はシリアルインターフェイスである。
送信時は、ＣＰＵ部５１から送られてきた通信フレームに誤り訂正処理部５２２で誤り訂正コードを付加し、ヘッダ処理部５２３でヘッダを付加した後、無線電波に変換するための変復調部５２４で変調し、パワーアンプ部５２５で電力増幅し、アンテナ部５２６で無線電波として送信する。
【００３６】
受信時は、アンテナ部５２６で受信した無線電波をローノイズアンプ部５２７にて増幅した後、変復調部５２４で復調し、ヘッダ処理部５２３でヘッダの解析を行い、正常受信であればヘッダを削除して誤り訂正処理部５２２は誤りを訂正し、データ（図３のデータ部分６１）のみをＣＰＵ部５１に送る。
なお、誤り訂正処理部５２２とヘッダ処理部５２３はカスケードに接続されているが、これらを並列に接続してもよい。
【００３７】
このように無線変換部を構成することで、次の効果が得られる。
（ａ）無線の混信、干渉を避けるため、無線専用ヘッダに無線チャンネルと無線通信相手局のグループＩＤの設定を行い、これらが不一致の場合、受信を中止する等の管理を行うことが可能である。
（ｂ）無線専用プリアンブル等を監視することで送信時の通信パケットの衝突防止のための機能を盛り込むことも出来る。
（ｃ）無線に適した変復調方式の選択が可能である。
（ｄ）無線に適した同期信号の生成と解析が実現できる。
（ｅ）エラー訂正コードの付加等によってエラーフリーな無線通信が実現できる。
【００３８】
なお、実施例ではLonWorks（登録商標）ネットワークを主な対象としているが、本発明は、工場、プラント等の制御系ネットワークで各機器の設定を自動化しているものでその自動コンフィギュレーションの機能を維持しつつ、ネットワークの一部または全部を無線化したい場合にも容易に適用できるものである。制御系ネットワークはプロセス制御システム、空調システムに敷設されたネットワークであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】無線機器の構成例を示した図である。
【図３】本発明における無線通信で用いる通信フレームの構成を示した図である。
【図４】無線変換部の構成例を示した図である。
【図５】従来におけるネットワークシステムの構成例を示した図である。
【図６】従来におけるネットワークシステムの他の構成例を示した図である。
【図７】図６のシステムで用いる通信フレームの構成を示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
４ａ、４ｂ、３１ａ〜３１ｃ  制御機器
５  制御系ネットワーク
３０  無線ネットワーク
３２ａ〜３２ｃ  センサ機器
４０  中継装置
５１  ＣＰＵ部
５２  無線変換部
６１  データ部分
６２  無線通信用ヘッダ
６３  無線通信用誤り訂正コード
５２１  インターフェイス部
５２２  誤り訂正処理部
５２３  ヘッダ処理部
５２４  変復調部
【図１】
2005269300.tif 000003
【図２】
2005269300.tif 000004
【図３】
2005269300.tif 000005
【図４】
2005269300.tif 000006
【図５】
2005269300.tif 000007
【図６】
2005269300.tif 000008
【図７】
2005269300.tif 000009