(57)【要約】【課題】マイクロコンピュータを使わない独立した通信専用機器を使って多対多の制御用通信を実現するためには、その機器が安価に実現できなければならない。しかし制御用通信の要請を満足する通信効率が良く通信間隔のばらつきのない通信を実現するためには、精度の高い時間計測機能が必要で高価な振動子を使う必要があった。【解決手段】ネットワーク上の通信ノードが固定長の情報を送信することと、ネットワーク上の送信ノード数を固定に限定した上で、ネットワーク通信を管理するノードから個々のノードの送信を促すようアドレス信号を定期的に送信する通信方式を使うことによって時間精度の低い安価な振動子でも目的を達成できる。。【選択図】図２
2005210654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークの特定通信ノード（マスターノードと称する）が、固定された時間間隔で、ネットワーク上の個別ノードの発信を促す発信ノード指定信号（アドレス信号）を、あらかじめ設定された固定ノード数分、ノードからの応答の有無にかかわらず順次発信し、各ノードは対応する呼び出し信号の直後に固定長の送信信号を送出することで、簡単なハードウエアで構成できるとともに、時間精度が低い安価な発振素子を使っても個々の通信ノードの送信時間間隔に揺らぎの少ない固定周期型の通信を実現できることを特徴とする制御用ＬＡＮ通信方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、機器制御に利用される通信方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  制御情報を交換するためにネットワークを構築する場合には、従来マイクロコンピュータが使われることが多かった。しかしマイクロコンピュータを使うには環境面や価格面で難しい部位との情報伝達を行いたい場合があること、マイクロコンピュータによるネットワークはソフトウエア開発が伴い、通信のための開発コストが発生することが問題点であった。
通信機能を持った専用ハードウエアによりネットワークを構築することがその解決策として考えられるが、その条件としては極力安価であり、かつ制御用通信の要請として定期的通信が可能で時間間隔ゆらぎ量が小さいことが実現されていなくてはならない。【０００３】    制御用ネットワークの既存通信方式としては、トークンリング方式やポーリング方式やタイムトリガ方式が利用されている。これらの方式は、情報量に関して汎用的であるため、情報量としては少ないが安定した通信間隔が必要な制御システム用のＬＡＮに適用する場合、それぞれ問題があった。
（１）トークンリング通信方式：
ネットワークを構成する通信ノードに順番を与え、バケツリレーのように次々と発信権であるトークンを渡してゆく。この方式では個々の個々のノードがトークンの到着時間の間隔を記憶し、場面ごとに発信量を制御することで、トークンが各ノードを一巡するまでの時間最悪値を保障すべく制御する。一巡時間の限度を管理する機能が複雑になり、機器としての価格が安くなりにくい傾向がある。また応答時間の最悪値も大きめに設定され、通信時間間隔のブレも大きい。トークンがなくなってしまったときにも、複雑な取り決めにより復旧が行われ、異常を検知してから復旧するまでの時間が長くなる。【０００４】（２）ポーリング通信方式：
ネットワーク上の特定のノードがマスタとなり、スレーブとなるノードに対し発信すべきデータの有無を問い合わせる方式である。問い合わせに対する応答が遅れると通信時間間隔がそのまま遅れてしまい、時間間隔が揺らぐ欠点がある。【０００５】（４）タイムトリガ通信方式：
あらかじめ決められた通信ノードが灯台のように、時間間隔を刻む信号を発生させ、各通信ノードはその信号発生からの相対時間経過を原因（トリガ）として送信を行うという方式である。この方式では通信間隔のブレはなく当然通信応答時間も安定する。また、その周期のなかでの発信割り当て時間も必要に応じて設定ができるため、通信ノードの情報量の差を吸収でき、制御用通信方式として好ましい性質をもつ。
しかし時間を正しく計測しなくてはならないため、水晶振動子などの正確な外部素子が必要となり素子として高価になる傾向がある。また、自由な時間設定ができることの裏返しとして、初期設定が複雑になり設定のためのソフトウエアツールが不可欠になる。
逆に、時間精度が低い素子を使う場合には、通信ノードの送信タイミングが重ならないことを保証するためのガード用の空き時間を設ける必要がでてきて、通信効率が悪くなる。
小さなデータを送信することの多い制御通信ではこの空き時間が通信効率（単位時間あたりの転送情報量）を下げる要因となる。
【特許文献】特開平１１−４１２１０  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとしている課題】
【０００６】解決しようとしている課題は、独立した通信専用ハードウエアによる制御用途通信として通信時間間隔に揺らぎが無く通信効率が良い通信を安価に実現することである。特に時間精度の高い回路素子を使わなくてはならなかった点を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】本発明はネットワークに接続される最大ノード数を固定とし、かつ各ノードの一度の送信情報量を固定と限定した上で、アドレスによる優先順位で決定される任意のネットワーク管理用ノード（マスターノードと呼ぶ）が、連続したアドレス信号をネットワーク上に一定時間間隔で最大ノード数だけ送信して各ノードの送信タイミングを作ることを繰り返すことによりＬＡＮとしての通信を実現することを主な特徴とする通信方式である。
ここでマスターノードはデータを送信するノードがあるなしにかかわらず一定時間間隔でアドレス信号を出し続ける。
情報送信に関しては、ネットワーク上のノードはマスターノードからのアドレス信号を監視し、自アドレス信号を受信したノードは固定長データを受信後すぐに送信することで実現する。
情報受信に関しては、ネットワーク上のノードは目的のアドレス信号に後続する情報を獲得して受信することができる。
ノード別に固定時間枠の窓が予約してあるので、送信ノードはいつでもネットワーク通信に参加・脱退ができ、他のノードの通信に影響を与えない。
【０００８】  図１はマスターノードの発信内容である。
マスターノードは自ノードが持つタイマーに従って一定時間ごとに、ノードアドレス情報を発信する。一定時間とは図３に示すようにノードアドレス送出時間と、対応するノードのデータ送信時間分と、データとアドレス情報を区別するための空き時間との合計値である。
【０００９】  図２は、呼ばれた通信ノードからの応答データを重ねて記述したものである。
マスターが発信したアドレスに対応するノードは固定データ量（例えば１６ビット）分のデータを（パリティ信号等の付随情報をつけて）許容時間以内に送出する。
ネットワークに該当アドレスのノードが無い場合には、単に空き時間となる。
【００１０】  この場合、通信ノードに要求される時間精度は、アドレスデータ開始からデータ終了までの長さで１ビットの時間差ずれを起こさないことで十分である。
【００１１】  一方、従来から存在するタイムトリガ通信方式では、マスターノードは全通信コンテンツを送信することを促す信号のみを定期的に送信し、ネットワーク上のノードはそのサイクル信号からの時間差によって送信のタイミングを作っている。このため、サイクル信号受信からの正確な時間差計測能力が各ノードに要求される。すべてのノードへのアドレス情報送信がタイミング補正情報として機能する本発明に比べてより高い時間精度が要求される。
【発明の効果】
【００１２】  本発明通信方式は固定時間周期の通信タイミングでかつ、アドレスを指定して送信を促しているため、ネットワーク上に存在する各ノードにとってタイミング補正の効果をもち、  送信時も受信字も、アドレス受信タイミングから送信完了までの短い範囲での時間精度のみが必要となるだけとなり、実現のために高価な時間計測精度を必要としない。また、定周期、固定ノード数、固定情報長の方式であるため実現のための論理回路は単純である。
アドレスは番号として連続しているため、各ノードはアドレス情報の連続性によって、マスターノードが送信するアドレス情報をチェックできる。このためアドレス情報を誤る可能性は非常に低く信頼性の高い通信が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  安価な、ネットワークを実現するという目的のため、本発明の通信方式を実装したＩＣチップを作成し、発振子として安価なセラミック素子を使うことで実現したＬＡＮ用ノードが典型的な形態である。
安価性を追求するため、ネットワークの最大ノード数、ノードの送信アドレス、受信アドレスはＩＣ内の消去不可メモリに書き込むこととして余分なハードウエアを使わないで実現する。
【実施例】
【００１４】  最大通信ノード数１２８（アドレス用情報として８ビット使用）  １ノードの送信情報長１６ビット、チェックビット長を２ビット  とし
送信アドレスと、データとの間を２ビット、データと次のアドレスとの間の時間を２ビットとした通信方式実施例の性能特性を示す。
この例では、１ノードの送信割り当てビット長は（８＋１＋１６＋２＋２）３０ビットとなる。
この３０ビットの時間内に、±０．５ビット以上の時間揺らぎがでないことを発振子の精度条件とすると、±０．５ビット／３０ビット  つまり±１．６％以内の精度さえあれば良い。
あるメーカの例ではセラミック発振子の周波数ばらつきは±０．５％、−２０度Ｃから−８０度Ｃの間の温度変化時に周波数変化は±１％である。最悪ケースとして個体差と温度差による周波数変化を合わせても±１．５％でありこのメーカのセラミック振動子の精度範囲に収まっている。【００１５】  図４に本発明を利用した通信ＩＣを使ったネットワークの応用構成例を示す。ネットワークの物理層は、同時にすべての通信ノードが、同じ通信パケットを受信できることが可能ということのみが条件であり、一般的には電気信号でも光信号でも良い。
このネットワークには、本発明の通信方式を実装した通信ＩＣと物理層を駆動する物理層ドライバの組が接続されている。その通信ＩＣにスイッチや制御される側の機器が接続される。
図４の例で、１４のモータと１７のライトは１５のスイッチノードの信号を取り込み、１６のマイクロコンピュータ（マイコンと称する）は１４と１５のデータを取り込むよう設定する。
そうすればスイッチのＯＮ−ＯＦＦがそのままマイコンを介することなく直接、モータとライトの制御に結びつけることができる。  マイコンは、そのライトの状態、モータの状態、を監視することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】ロボットの制御用ネットワーク、自動車車内の低速制御用ネットワーク、
家庭内の有線リモコンシステム、に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】  マスターノードからのアドレス信号出力タイミング説明である。
【図２】  アドレス信号の間の時間的窓に送信データが入った信号例である。
【図３】  アドレス信号と送信データ信号を拡大したタイミング説明である。
【図４】  本発明方式を実装した通信ＩＣを使ったネットワーク応用構成例である。
【符号の説明】
【００１８】  １，２，３，４，５，６，７，８：  アドレス信号（ノード＃１から＃８）
９：  ＃１ノード送信データ
１０：＃３ノード送信データ
１１：＃４ノード送信データ
１２：＃６ノード送信データ
１３：＃８ノード送信データ
１４：  モータ
１５：  スイッチ
１６：  マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
１７：  ランプ
１８：  ネットワーク媒体  例ＲＳ４８５
１９，２０，２１，２２：  本発明の通信方式を実装した通信ＩＣ
２３，２４，２５，２６：  通信物理層ドライバ
【図１】
2005210654.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005210654.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月12日(2004.4.12)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
センサー情報の収集とスイッチの制御を目的とする移動体の内部制御用または生産機器制御用分野で使用される  通信専用ハードウエアが通信ノードを構成する通信システムに適用されるものであって、設置される通信ノードの最大数をあらかじめ固定に設定したネットワーク上で、特定通信ノードがネットワーク上のノードからの送信を促す呼び出し情報としてアドレス情報を使い、かつ指定アドレスノードからの応答送信の有無にかかわらず一定時間間隔毎に呼び出し情報の送信を設定された最大ノード数だけ連続したアドレス順序で繰り返すことと  自アドレスの呼び出し情報を受信した通信ノードは規定時間以内に固定長データを送信することを特徴とする制御用ＬＡＮ通信方式。