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JP2015115864A - Data transfer system and data transfer system control method - Google Patents

Data transfer system and data transfer system control method Download PDF

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JP2015115864A
JP2015115864A JP2013258061A JP2013258061A JP2015115864A JP 2015115864 A JP2015115864 A JP 2015115864A JP 2013258061 A JP2013258061 A JP 2013258061A JP 2013258061 A JP2013258061 A JP 2013258061A JP 2015115864 A JP2015115864 A JP 2015115864A
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transfer
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江端 智一
Tomokazu Ebata
智一 江端
祖父江 恒夫
Tsuneo Sofue
恒夫 祖父江
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Abstract

【課題】制御系ネットワーク通信におけるリアルタイム性を損なうことなく、マルチキャスト通信を可能とする。【解決手段】転送フレームを生成、送信するマスタ60は、少なくとも一のデータ転送装置10を含む通信ネットワークを通じて、制御対象が接続されている複数のスレーブ70に接続されている。データ転送装置10はマスタ60と接続する通信ポートとスレーブ70と接続する通信ポートとを有する。データ転送装置10は、通信ネットワーク上に構成される複数のデータ転送経路に応じて、あらかじめ設定されている所定の期間にマスタ60から受信した転送フレームをメモリ上でコピーしてスレーブ70側の通信ポートに受け渡すことにより所定の期間内でデータ転送を完了させる。【選択図】図5Multicast communication is enabled without impairing real-time performance in control network communication. A master that generates and transmits a transfer frame is connected to a plurality of slaves to which control targets are connected through a communication network including at least one data transfer apparatus. The data transfer apparatus 10 has a communication port connected to the master 60 and a communication port connected to the slave 70. The data transfer device 10 copies the transfer frame received from the master 60 during a predetermined period set in advance according to a plurality of data transfer paths configured on the communication network, and performs communication on the slave 70 side. By transferring the data to the port, the data transfer is completed within a predetermined period. [Selection] Figure 5

Description

本発明は、データ転送システム及びデータ転送システムの制御方法に関する。   The present invention relates to a data transfer system and a data transfer system control method.

1990年代前半、イーサネット(Ethernet、登録商標)は、情報系ネットワークでローカルエリアネットワーク(LAN)の通信媒体として使われていたが、リアルタイム性能の問題からファクトリーオートメーション(FA)システムへの適用は難しいとされていた。しかし、スイッチングハブの出現によって、この問題が劇的に改善されるに至り、また、インターネット普及も追い風になって、スイッチングハブが安価に入手できるようになったことで、イーサネットがFAシステム等の産業向けに使われるようになった(以下、「産業用イーサネット」と言う)。   In the first half of the 1990s, Ethernet (registered trademark) was used as a local area network (LAN) communication medium in information systems, but it was difficult to apply to factory automation (FA) systems due to real-time performance problems. It had been. However, with the advent of switching hubs, this problem has been drastically improved, and the spread of the Internet has become a tailwind, and switching hubs can be obtained at a low cost. It has come to be used for industry (hereinafter referred to as “industrial Ethernet”).

産業用イーサネットは、1990年代中頃から、コントローラ間ネットワークに適用され、さらに2000年以後には生産現場等に設置されているアクチュエータ、センサ等をネットワークで接続する、フィールドネットワークにまで拡張されるに至っている。   Industrial Ethernet has been applied to inter-controller networks since the mid-1990s, and since 2000, it has been extended to field networks that connect actuators, sensors, etc. installed on production sites via networks. Yes.

一般に、制御系ネットワークシステムは、産業用イーサネットなどの制御ネットワークと、これに接続されているマスタ及び複数のスレーブから構成され、マスタが制御命令を搭載したフレームを送出し、各スレーブが当該フレームを受信してそれに含まれる制御命令を実行する。フレームには、各スレーブにおいて必要とされる情報が添付されることもある。   In general, a control network system is composed of a control network such as an industrial Ethernet, a master connected to the control network, and a plurality of slaves. The master sends out a frame carrying a control command, and each slave transmits the frame. Receive and execute control instructions contained in it. Information necessary for each slave may be attached to the frame.

制御系ネットワークシステムに関し、例えば非特許文献1〜3に示すような技術がある。非特許文献1に記載のEtherCAT(登録商標)は、イーサネットベースのフィールドバスの規格である。この規格では、マスタは、1つのイーサネットのフレーム上の所定の領域に、複数のスレーブへの制御情報を書き込み、当該フレームを受信したスレーブはその制御情報を読み込んでアクチュエータ等の制御を行なう。またスレーブはセンサの情報を、当該イーサネットフレームの所定の領域に書き込んで、その情報をマスタに転送する。マスタが送信した1つのイーサネットフレームについては、全てのスレーブで読み込み及び書き込みが行われ、当該イーサネットフレームが再びマスタに返送されてくることで、1サイクル分の制御が完了する   Regarding the control system network system, for example, there are technologies as shown in Non-Patent Documents 1 to 3. EtherCAT (registered trademark) described in Non-Patent Document 1 is an Ethernet-based fieldbus standard. In this standard, the master writes control information for a plurality of slaves in a predetermined area on one Ethernet frame, and the slave that receives the frame reads the control information and controls the actuator and the like. The slave writes the sensor information in a predetermined area of the Ethernet frame, and transfers the information to the master. One Ethernet frame transmitted by the master is read and written by all the slaves, and the Ethernet frame is returned to the master again to complete the control for one cycle.

このように、EtherCat等で実現される制御ネットワークは、一般的には、固定長のフレームを用いて、高精度リアルタイム通信あるいは短期間サイクリック通信を実現しており、マスタがフレームの送出をサイクリック制御することによって、ネットワークを含むシステム全体として同期制御を可能としている。   As described above, a control network realized by EtherCat or the like generally realizes high-precision real-time communication or short-term cyclic communication using a fixed-length frame, and the master transmits a frame cyclically. By performing click control, the entire system including the network can be controlled synchronously.

非特許文献2には、キーと値だけで構成されて、主にメモリ上に展開されるデータベースの発明が記載されている。当該データベースは、従来のハードディスク上に構成されるデータベースや、SQLを使ったデータベースと比較して、2桁以上の高速アクセス性能を実現していると言われている。このアクセス性能は、制御系ネットワークが必要とするリアルタイムでの所定時間内でのデータ処理を可能とする場合がある。   Non-Patent Document 2 describes an invention of a database that is composed of only keys and values and is mainly developed on a memory. The database is said to realize a high-speed access performance of two digits or more as compared with a database configured on a conventional hard disk or a database using SQL. This access performance may enable data processing within a predetermined time in real time required by the control network.

また、非特許文献3には回線交換方式の通信について記載されている。回線交換方式とは、通信開始から終了まで、物理的又は仮想的な伝送路を設定し、その伝送路を通信回線として占有して行う通信の交換方式、又はその方式によるデータ通信方式をいう。回線交換方式は、パケット通信のようにデータを蓄積し、流量・再送を行う必要がなく交換設備の機能が簡便で済む。また、通信回線を終端装置間で占有するため、基本的には、接続速度やQoS(Quality of Service)が保証され、輻輳などによる伝送遅延等の伝送時間の変動は原則として生じない。   Non-Patent Document 3 describes communication using a circuit switching system. The circuit switching system refers to a communication switching system in which a physical or virtual transmission path is set from the start to the end of communication and the transmission path is occupied as a communication line, or a data communication system based on that system. The circuit switching method stores data as in packet communication, and does not require flow rate / retransmission, so that the function of the switching facility is simple. In addition, since the communication line is occupied between the terminal devices, basically, the connection speed and QoS (Quality of Service) are guaranteed, and in principle, fluctuations in transmission time such as transmission delay due to congestion do not occur.

"EtherCAT Master Application Developers Manual Doc. No.: P.4500.21 / Rev. 1.4, Page 22 of 151"、[online]、[平成25年7月12日検索]、インターネット<URL: http://www.esd-electronics-usa.com/Shared/Handbooks/EtherCATMasterDevelopersManual.pdf>"EtherCAT Master Application Developers Manual Doc. No .: P.4500.21 / Rev. 1.4, Page 22 of 151", [online], [Search July 12, 2013], Internet <URL: http: // www. esd-electronics-usa.com/Shared/Handbooks/EtherCATMasterDevelopersManual.pdf> "Java development 2.0: Redis for the real world"、developerWorks、[online]、[平成25年7月12日検索]、インターネット<URL: http://www.ibm.com/developerworks/library/j-javadev2-22/>"Java development 2.0: Redis for the real world", developerWorks, [online], [searched July 12, 2013], Internet <URL: http://www.ibm.com/developerworks/library/j-javadev2 -22 /> "Introduction to WAN Technologies, 3 Circuit Switching"、[online]、[平成25年7月12日検索]、インターネット<URL: http://docwiki.cisco.com/wiki/Introduction_to_WAN_Technologies#Circuit_switching>"Introduction to WAN Technologies, 3 Circuit Switching", [online], [searched July 12, 2013], Internet <URL: http://docwiki.cisco.com/wiki/Introduction_to_WAN_Technologies#Circuit_switching>

しかしながら、これらの文献に記載されている発明には、以下のような問題があると考えられる。まず、非特許文献1に記載の発明では、制御システムにおけるリアルタイム通信を実現するためには、イーサネットのフレームをリアルタイムで転送する専用装置が必要となるという問題がある。また、かかるリアルタイム通信を必要とする制御システムと、必要としないコンテンツ配信等のための情報システムとを同一の装置に接続することはできないという問題もある。後者の問題は、制御系のリアルタイムの通信が、情報系の非リアルタイムの通信によって損なわれるためである。   However, the inventions described in these documents are considered to have the following problems. First, in the invention described in Non-Patent Document 1, there is a problem that a dedicated device for transferring Ethernet frames in real time is required to realize real-time communication in the control system. Also, there is a problem that a control system that requires such real-time communication and an information system that does not require content distribution cannot be connected to the same device. The latter problem is because real-time communication in the control system is impaired by non-real-time communication in the information system.

また、非特許文献2に記載のデータベースの発明は、高速のデータ読み書きを実現するためのものであるが、制御系システムにおけるリアルタイム性能とは、単にリアルタイム時間を越える高速アクセスが実現できるだけでは十分ではない。すなわち、リアルタイム性が破られる可能性が限りなく0に近いことでは足りず、確実に0でなければならない。この点、非特許文献2の技術は、確実なリアルタイム性が完全に保証されている訳ではない。   Further, the invention of the database described in Non-Patent Document 2 is for realizing high-speed data reading / writing. However, the real-time performance in the control system is not sufficient to simply realize high-speed access exceeding the real-time time. Absent. That is, it is not enough that the possibility of breaking the real-time property is close to 0, and it must be surely 0. In this regard, the technology of Non-Patent Document 2 does not completely guarantee reliable real-time performance.

また、非特許文献3の回線交換方式では、通信回線を流れるデータ量にかかわらず、複数の端末による伝送路などの共有(マルチキャスト通信)ができないため、ネットワーク資源の利用効率が悪く、異なる速度の端末装置間での通信は比較的困難となる。また、通信中はその端末装置同士を接続している通信回線を占有しつづけるため、動的な経路切替は困難であり、また切替が可能であったとしても時間がかかる。   Further, in the circuit switching method of Non-Patent Document 3, since the transmission path or the like cannot be shared by a plurality of terminals regardless of the amount of data flowing through the communication line (multicast communication), the use efficiency of network resources is poor, and the speed of the network is different. Communication between terminal devices becomes relatively difficult. In addition, during communication, since the communication line connecting the terminal devices continues to be occupied, dynamic path switching is difficult, and even if switching is possible, it takes time.

回線交換方式の代表例としては、加入電話回線ネットワーク「公衆交換電話網(PSTN、Public Switching Telephone Network)」がある。PSTNでは「SS7(Signaling System No.7(共通線信号No.7)」というプロトコルが用いられる。SS7は、回線制御装置に対して切替の制御命令の通信を行うが、制御ネットワークが要求する精度の速度で回線を切替えることはできない。基本的には、送信元が発信する送信先のアドレス(電話番号等)の入力毎に、回線制御装置に対して切替命令が行われるからである。   A typical example of the circuit switching system is a subscriber telephone network “Public Switching Telephone Network (PSTN)”. The PSTN uses a protocol called “SS7 (Signaling System No. 7) .The SS7 communicates a switching control command to the line control device, but the accuracy required by the control network The line cannot be switched at a speed of 1. Basically, a switching command is issued to the line control device every time a transmission destination address (telephone number or the like) transmitted by the transmission source is input.

以上の課題を踏まえ、本発明は、制御系ネットワーク通信におけるリアルタイム性を損なうことなく、マルチキャスト通信を可能とするデータ転送システム等を提供することを目的としている。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a data transfer system or the like that enables multicast communication without impairing real-time performance in control network communication.

上記の及び他の目的を達成するための、本発明の一態様は、転送フレームを生成して送信する第一の通信部と、前記転送フレームを受信して格納されているデータを読み出す複数の第二の通信部と、前記第一の通信部と前記第二の通信部とを通信可能に接続する通信ネットワーク、前記通信ネットワークを介して前記第一の通信部と前記第二の通信部とに接続されて前記第一の通信部と前記第二の通信部との間でのデータ転送を実行するデータ転送部とを備えるデータ転送システムであって、前記データ転送部は、前記データ転送を制御するためのデータ転送制御部と、前記転送フレームを格納する記憶部と、前記第一の通信部との間での前記転送フレームの送受信を実行する第一の通信ポートと、少なくとも一の前記第二の通信部との間での前記転送フレームの送受信を実行する第二の通信ポートとを備え、前記第一の通信部と時刻同期がなされており、前記記憶部は、前記第一の通信ポートが受信した前記転送フレームを格納する第一の記憶領域と、前記第二の通信ポートが送受信する前記転送フレームを格納する第二の記憶領域とを備え、前記データ転送制御部は、あらかじめ設定されている所定の期間に前記第一の通信ポートが前記転送フレームを受信した場合、当該転送フレームを前記第一の記憶領域に格納するとともに、前記第二の記憶領域に転送し、前記第二の通信ポートから送信させるデータ転送システムである。また、本発明の他の態様は、前記データ転送システムの制御方法である。   In order to achieve the above and other objects, one aspect of the present invention includes a first communication unit that generates and transmits a transfer frame, and a plurality of data that receives the transfer frame and reads stored data. A second communication unit, a communication network that connects the first communication unit and the second communication unit in a communicable manner, the first communication unit and the second communication unit via the communication network, A data transfer system that is connected to the first communication unit and executes a data transfer between the first communication unit and the second communication unit, wherein the data transfer unit performs the data transfer A data transfer control unit for controlling, a storage unit for storing the transfer frame, a first communication port for executing transmission / reception of the transfer frame between the first communication unit, and at least one of the above Between the second communication department A second communication port for performing transmission / reception of the transfer frame, time-synchronized with the first communication unit, and the storage unit storing the transfer frame received by the first communication port And a second storage area for storing the transfer frame transmitted and received by the second communication port, and the data transfer control unit is configured to perform the first storage area in a predetermined period set in advance. When one communication port receives the transfer frame, the data transfer system stores the transfer frame in the first storage area, transfers the transfer frame to the second storage area, and transmits the transfer frame from the second communication port. It is. Another aspect of the present invention is a method for controlling the data transfer system.

本発明のデータ転送システム等によれば、制御系ネットワーク通信におけるリアルタイム性を損なうことなく、マルチキャスト通信が可能となる。   According to the data transfer system and the like of the present invention, multicast communication is possible without impairing real-time performance in control network communication.

一般的な制御ネットワークの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a general control network. 一般的な制御ネットワークの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a general control network. 本発明の一実施形態によるデータ転送システム1の動作の概要の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the outline | summary of operation | movement of the data transfer system 1 by one Embodiment of this invention. 一般的な制御系システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a general control system. 本発明の一実施形態による情報転送システム1の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the information transfer system 1 by one Embodiment of this invention. データ転送システム1に設けられるスケジュールサーバ20のハードウェア構成例を示す図である。It is a figure which shows the hardware structural example of the schedule server 20 provided in the data transfer system 1. FIG. データ転送システム1に設けられるデータ転送装置10のハードウェア構成例を示す図である。It is a figure which shows the hardware structural example of the data transfer apparatus 10 provided in the data transfer system 1. FIG. データ転送システム1に設けられるマスタ60のハードウェア構成例を示す図である。2 is a diagram illustrating a hardware configuration example of a master 60 provided in the data transfer system 1. FIG. データ転送システム1に設けられる通信インターフェース68のハードウェア構成例を示す図である。2 is a diagram illustrating a hardware configuration example of a communication interface 68 provided in the data transfer system 1. FIG. 一般的なイーサネットフレームと、データ転送システム1で用いられる2種類の転送フレームの構成例を示す図である。2 is a diagram illustrating a configuration example of a general Ethernet frame and two types of transfer frames used in the data transfer system 1. FIG. データ転送システム1の初期情報テーブル1100である。It is an initial information table 1100 of the data transfer system 1. スケジュールサーバ20のソフトウェア構成例と、その動作を説明する模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a software configuration example of a schedule server 20 and its operation. 図12のリソース割当モジュール233によるデータ処理例を示すフローチャートである。13 is a flowchart illustrating an example of data processing by the resource allocation module 233 of FIG. リソース割当モジュール233によって生成される全体タイムテーブル235の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the whole time table 235 produced | generated by the resource allocation module 233. FIG. 図5のデータ転送装置TM_Aの個別タイムテーブルを作成するためのデータ転送装置TM_Aの構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of the data transfer device TM_A for creating an individual time table of the data transfer device TM_A of FIG. 5. 図5のデータ転送装置TM_Aの個別タイムテーブルを作成するためのマトリックスを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a matrix for creating an individual time table of the data transfer device TM_A of FIG. 5. 図5の各データ転送装置TM_A〜TM_Dの個別タイムテーブル構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of an individual time table structure of each data transfer apparatus TM_A-TM_D of FIG. 図5の各マスタ装置Cont_α〜Cont_γの個別タイムテーブル構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of an individual time table structure of each master apparatus Cont_ (alpha) -Cont_ (gamma) of FIG. データ転送装置10に設けられるマイコン19のソフトウェア構成例及び動作例を示す図である。2 is a diagram illustrating a software configuration example and an operation example of a microcomputer 19 provided in the data transfer apparatus 10. FIG. 時刻ベースデータ転送切替モジュール193の動作を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing the operation of a time base data transfer switching module 193. マスタ60に設けられる通信インターフェース68のソフトウェア構成例及び動作例を示す図である。3 is a diagram illustrating a software configuration example and an operation example of a communication interface 68 provided in a master 60. FIG. 通信インターフェース68のメモリ689に構成されるインカミング転送フレーム用又はアウトゴーイング転送フレーム用のメモリ領域を例示する図である。It is a figure which illustrates the memory area for an incoming transfer frame or an outgoing transfer frame comprised in the memory 689 of the communication interface 68. 時刻ベースフレーム送出モジュール6863の動作例を示すフローチャートである。12 is a flowchart illustrating an operation example of a time base frame transmission module 6863. 構築情報によって構成されるT−LANの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of T-LAN comprised by construction information. 第一の実施例のT−LAN#3の構成変更例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure change of T-LAN # 3 of a 1st Example. 図25の変更例のために再構成した全体タイムテーブル235の図である。FIG. 26 is a diagram of an entire time table 235 reconstructed for the modified example of FIG. 25. 図25に対応した各データ転送装置TM_B〜TM_D及びマスタ装置Cont_γの個別タイムテーブル236を示す図である。FIG. 26 is a diagram illustrating an individual time table 236 of each data transfer device TM_B to TM_D and master device Cont_γ corresponding to FIG. 25. 本実施形態のデータ転送システム1を鉄道運行管理システムに適用した事例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the data transfer system 1 of this embodiment to the railway operation management system. 図28のシステムにおける全体タイムテーブル235の構成例を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing a configuration example of an overall time table 235 in the system of FIG. 28. 図28のシステムにおける個別タイムテーブル236の構成例を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing a configuration example of an individual time table 236 in the system of FIG. 28.

以下、適宜添付図面を参照しながら本発明につき、その実施形態に即して説明する。まず、本発明の構成及び動作の理解を容易とするために、従来の制御系ネットワークの構成例について説明する。図1、図2に、従来の一般的な制御系ネットワークの概略構成例を示している。図1に示す制御系ネットワークは、非特許文献1に関して述べたような、イーサネットベースのフィールドバスである。図1の構成例では、生産ライン等のサイトSに、それぞれ異なる制御を実行するための制御A用ネットワークと制御B用ネットワークとが設けられている。例えば制御A用ネットワークは制御マスタ100に対して複数のスレーブ200が、通信線300によってデイジーチェーン構成で接続されている。制御マスタ100は、各スレーブ200への制御情報が書き込まれたフレームを通信線300に送出する。当該フレームを受信した各スレーブ200はその制御情報を読み込んで所定の制御を行なうとともに、各スレーブ200に接続されている端末デバイスからの情報を、当該フレームに書き込んで、次のスレーブ200に転送する。制御マスタ100が送信した1つのフレームについて全てのスレーブ200で読み込み及び書き込みが行われ、再び制御マスタ100に返送されてくることで、1サイクル分の制御が完了する。制御B用ネットワークでは、上記と同様の通信制御が別個に実行される。   Hereinafter, the present invention will be described in accordance with embodiments thereof with reference to the accompanying drawings as appropriate. First, in order to facilitate understanding of the configuration and operation of the present invention, a configuration example of a conventional control network will be described. 1 and 2 show a schematic configuration example of a conventional general control network. The control network shown in FIG. 1 is an Ethernet-based field bus as described with respect to Non-Patent Document 1. In the configuration example of FIG. 1, a control A network and a control B network for executing different controls are provided at a site S such as a production line. For example, in the control A network, a plurality of slaves 200 are connected to the control master 100 by a communication line 300 in a daisy chain configuration. The control master 100 sends a frame in which control information for each slave 200 is written to the communication line 300. Each slave 200 that has received the frame reads the control information and performs predetermined control, and writes information from a terminal device connected to each slave 200 into the frame and transfers it to the next slave 200. . One frame transmitted by the control master 100 is read and written by all the slaves 200 and returned to the control master 100 again, thereby completing the control for one cycle. In the control B network, the same communication control as described above is executed separately.

また、図2に示すネットワークは、2台の制御マスタ100に複数のLANスイッチ250を通信線300で接続して構成されている。LANスイッチ250は周知のように、端末に付与されたID(MACアドレス等)を利用してパケットのスイッチングを実行するデバイスである。これにより、ネットワークに接続されている端末のグループ化が可能となっており、図2では、制御A用の制御マスタ100により制御される端末はVLAN#1の符号で識別される仮想グループを構成している。VLANの略号は、Virtual LANを表す。   The network shown in FIG. 2 is configured by connecting a plurality of LAN switches 250 to two control masters 100 via communication lines 300. As is well known, the LAN switch 250 is a device that performs packet switching using an ID (MAC address or the like) assigned to a terminal. As a result, the terminals connected to the network can be grouped. In FIG. 2, the terminals controlled by the control master 100 for control A form a virtual group identified by the code of VLAN # 1. doing. The abbreviation for VLAN represents Virtual LAN.

これに対して、本発明の実施形態について例示すれば以下のとおりである。本発明の実施形態に係るデータ転送システム1は、時刻同期機能を有し、タイムテーブルに記載されたスケジュールに応じて所定のポート間でデータ転送を行うデータ転送装置、又は、スケジュールに応じてデータを送信し又は受信するマスタと、当該タイムテーブルを作成し、当該データ転送装置又は当該マスタに対して、当該タイムテーブルを配信するスケジュールサーバと、データを送信受信するスレーブとを有する。   On the other hand, it will be as follows if an embodiment of the present invention is illustrated. The data transfer system 1 according to the embodiment of the present invention has a time synchronization function and performs data transfer between predetermined ports according to a schedule described in a time table, or data according to a schedule. A master that transmits or receives the data, a schedule server that creates the time table and distributes the time table to the data transfer apparatus or the master, and a slave that transmits and receives the data.

スケジュールサーバは、所定の時刻に所定のマスタ−スレーブ間を接続する情報を、各データ転送装置のタイムテーブルに変換して、各データ転送装置に転送する。データ転送装置又はマスタは、時刻同期機能によって常に時刻の同期が行われ、上記タイムテーブルの内容に応じてポート間のデータ転送経路を切替える。マスタ−スレーブ間では、時刻同期機能によって常に時刻の同期が行われ、上記タイムテーブルの内容に応じて転送フレームを送信、又は受信する。   The schedule server converts information for connecting a predetermined master and slave at a predetermined time into a time table of each data transfer device, and transfers the data to each data transfer device. The data transfer device or the master always synchronizes the time by the time synchronization function, and switches the data transfer path between the ports according to the contents of the time table. Between the master and the slave, time synchronization is always performed by the time synchronization function, and a transfer frame is transmitted or received according to the contents of the time table.

図3に、本発明の動作の概要の一例を示す。例えば、制御用のフレームを送信するマスタ60とデータ転送装置10とが通信線300によって通信可能に接続されている構成において、これらを時刻同期させて、マスタ60とデータ転送装置10による論理的な経路を所定の期間ごとに構成する。つまり、ある時刻になるとあるデータ転送装置10のあるポートに到着した転送フレームは、一度データ転送装置10のメモリの所定アドレスにコピーされた後、別のポートに転送する為のメモリの所定アドレスにコピーされることになる。当該所定の期間以外に到着した転送フレームは、データ転送装置10においてコピーされないようにすることもできる。   FIG. 3 shows an example of an outline of the operation of the present invention. For example, in a configuration in which a master 60 that transmits a control frame and a data transfer apparatus 10 are connected to be communicable with each other via a communication line 300, they are time-synchronized so that the master 60 and the data transfer apparatus 10 can A route is configured for each predetermined period. That is, a transfer frame that arrives at a certain port of a data transfer device 10 at a certain time is once copied to a predetermined address in the memory of the data transfer device 10 and then transferred to a predetermined address in the memory for transfer to another port. Will be copied. A transfer frame that arrives outside the predetermined period can be prevented from being copied by the data transfer apparatus 10.

これによって、データ転送装置10において、1入力多出力の論理的なデータ転送装置を作ることによって、論理的な経路で直結された任意の形状のネットワーク経路が構築され、リアルタイム性を担保するマルチキャスト通信を可能とするデータ転送を実現することができる。   As a result, in the data transfer device 10, by creating a logical data transfer device with one input and multiple outputs, a network path of an arbitrary shape directly connected by a logical path is constructed, and multicast communication that guarantees real-time performance It is possible to realize data transfer that enables

これを実現するためには、マスタ60とデータ転送装置10との間において、高精度の時刻同期が可能であることが前提となる。100km四方レベルの範囲を必要とする制御システム(電力系統管理システム、鉄道運行管理システム等)を想定すると、例えば、GPS(Global Positioning System)を利用した時刻同期等で実現することができる。ただし、NTP(Network Time Protocol)、あるいはIEEE1588を用いたもの等、本発明の実施形態であるデータ転送システム1が適用される制御システムとして要求される時刻同期の精度を担保するものであれば、限定はない。   In order to realize this, it is assumed that highly accurate time synchronization is possible between the master 60 and the data transfer device 10. Assuming a control system (power system management system, railway operation management system, etc.) that requires a range of 100 km square, it can be realized by, for example, time synchronization using GPS (Global Positioning System). However, as long as the accuracy of time synchronization required as a control system to which the data transfer system 1 according to the embodiment of the present invention is applied, such as NTP (Network Time Protocol) or IEEE 1588 is used, There is no limitation.

以上のような構成により、本発明の実施形態に係るデータ転送システムによれば、図3に示すように、ネットワーク内の論理的な経路を時刻単位で変化させることによって、複数のマルチキャスト通信を可能とするリアルタイムなデータ転送が可能となる。   With the configuration as described above, the data transfer system according to the embodiment of the present invention enables a plurality of multicast communications by changing the logical route in the network in units of time as shown in FIG. Real-time data transfer is possible.

次に、本発明について、その実施形態による実施例の構成に即して説明する。   Next, the present invention will be described with reference to the configuration of an example according to the embodiment.

第一の実施例
図4は、一般的な制御系システムとしてのデータ転送システム1の構成を示す図である。マスタコントローラ60(第一の通信部。以下、「マスタ60」という。)は、サーボドライブ、I/O、温湿度計、温湿度調整器、インバータ、ステッピングモータ等の被制御対象、又は被制御対象との間に介在するインターフェース装置であるスレーブデバイス70(第二の通信部。以下、「スレーブ70」という。)と、制御用イーサネット80(以下、「制御LAN80」という。)によって、通信可能にカスケード接続されている。
First Embodiment FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a data transfer system 1 as a general control system. The master controller 60 (first communication unit; hereinafter referred to as “master 60”) is a controlled object such as a servo drive, I / O, thermo-hygrometer, temperature-humidity adjuster, inverter, stepping motor, or the like. Communication is possible by a slave device 70 (second communication unit; hereinafter referred to as “slave 70”) which is an interface device interposed between the target and a control Ethernet 80 (hereinafter referred to as “control LAN 80”). Cascade connection.

マスタ60は、制御対象機器への制御命令のリクエストを搭載した転送フレームを送出し、スレーブ70は、それぞれ各スレーブ単位に割り当てられた転送フレームの領域のデータを読み出し、制御命令によって指定される制御内容を実行し、その実行結果、その他のセンサデータ等を転送フレームに書き込む。スレーブ70は、当該転送フレームを次のスレーブ70に順次転送し、最後にマスタ60に戻す。各データの書き込み、読み込みは、転送フレームをフレーム単位で転送する為、リアルタイム性が保証されたデータ転送が可能となる。この点について具体的には後述する。   The master 60 sends a transfer frame loaded with a request for a control command to the device to be controlled, and the slave 70 reads the data of the transfer frame area allocated to each slave unit, and is designated by the control command. The contents are executed, and the execution result and other sensor data are written in the transfer frame. The slave 70 sequentially transfers the transfer frame to the next slave 70 and finally returns to the master 60. In writing and reading each data, a transfer frame is transferred in units of frames, so that data transfer with guaranteed real time can be performed. This point will be specifically described later.

スケジュールサーバ20は、マスタ60と、イーサネット、RS−232C等の通信回線によって接続されており、上記の転送フレームへのデータの割り当て領域や、マスタ60がスレーブ70にサイクリックに転送する転送フレームの周期を設定する機能を有する。マスタ60、スレーブ70、及びスケジュールサーバ20は、後述するような、通信機能を有するコンピュータとして構成されている。   The schedule server 20 is connected to the master 60 via a communication line such as Ethernet or RS-232C, and the data allocation area to the transfer frame and the transfer frame that the master 60 transfers cyclically to the slave 70. It has a function to set a cycle. The master 60, the slave 70, and the schedule server 20 are configured as a computer having a communication function as described later.

次に、本実施例の通信ネットワークを介した制御系システムの構成例について説明する。図5は、本実施例の通信ネットワークを介した制御系システムを構成するデータ転送システム1の構成例を示す図である。なお、構成要素のうち、マスタ60、スレーブ70、スケジュールサーバ20については、図4のものと同じである。   Next, a configuration example of the control system via the communication network of this embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the data transfer system 1 configuring the control system via the communication network according to the present embodiment. Among the components, the master 60, the slave 70, and the schedule server 20 are the same as those in FIG.

データ転送装置10(データ転送部)は、他のデータ転送装置10、マスタ60、及びスレーブ70を相互に通信可能に接続するネットワーク機器である。図5の構成例では、データ転送装置10間はスター状のネットワークを構成しているが、本発明はこのネットワーク形態に限られるものではない。またネットワークを構成する通信媒体も特に限定されるものではない。   The data transfer device 10 (data transfer unit) is a network device that connects another data transfer device 10, a master 60, and a slave 70 so that they can communicate with each other. In the configuration example of FIG. 5, a star-shaped network is configured between the data transfer apparatuses 10, but the present invention is not limited to this network configuration. Further, the communication medium constituting the network is not particularly limited.

データ転送装置10は、スケジュールサーバ20、マスタ60、又は制御LAN80と接続される複数のポートを有し、自己の所有するタイムテーブルに従って、所定の時間になったら、2以上のポート間のデータ転送のみを実施することで、論理的にポート間を接続する。   The data transfer device 10 has a plurality of ports connected to the schedule server 20, the master 60, or the control LAN 80, and transfers data between two or more ports at a predetermined time according to its own time table. By performing only this, the ports are logically connected.

マスタ60は、ネットワークインターフェースを有し、あらかじめ図5のデータ転送システム1に関して設定されている所定の時間になったら、所定の転送フレームを送信し、あるいは受信する。   The master 60 has a network interface, and transmits or receives a predetermined transfer frame at a predetermined time set in advance with respect to the data transfer system 1 of FIG.

制御LAN80は、マスタ60から受信する転送フレームをスレーブ70に転送する。スレーブ70は、受信した転送フレームに含まれる制御命令を読み出し、また転送フレームに制御結果の情報を書き込み、制御LAN80を介して順次接続されているスレーブ70に転送していく。最後のスレーブ70は、制御LAN80を介して、転送フレームを、マスタ60に転送する。   The control LAN 80 transfers the transfer frame received from the master 60 to the slave 70. The slave 70 reads out a control command included in the received transfer frame, writes control result information in the transfer frame, and transfers the control result to the slaves 70 sequentially connected via the control LAN 80. The last slave 70 transfers the transfer frame to the master 60 via the control LAN 80.

なお、本実施例においては、制御LAN80、およびマスタ60、データ転送装置10を接続するネットワーク媒体として、イーサネット、又は広域イーサネット(Wide Area Network、WAN)を例として説明することとするが、特にこのネットワーク媒体に限定されるものではない。また、これらのネットワークには双方向通信を可能とする2以上の物理的又は仮想的な通信線を有するものを含むが、図中においては煩雑さを避けるためにその記載を一本の線で単純化している。   In the present embodiment, Ethernet or wide area network (WAN) will be described as an example of a network medium for connecting the control LAN 80, the master 60, and the data transfer apparatus 10, but this is particularly true. It is not limited to network media. In addition, these networks include those having two or more physical or virtual communication lines that enable two-way communication, but in the figure, the description is made with one line in order to avoid complexity. It is simplified.

また、図5の構成例において、データ転送装置10とマスタ60との間では、高精度の時刻同期が施されているものとする。この時刻同期の方式は、例えばGPSを使った方式、NTPによる方式、IEEE1588に準拠する方式等、必要となる時刻同期の精度を担保するものであれば、限定はない。本実施例については、一例としてGPSを使った時刻同期方式を例として説明する。なお、GPSを使用した時刻同期方式については、“The Role of GPS in Precise Time and Frequency Dissemination” [online][平成25年1月12日検索] インターネット、<URL:http://ilrs.gsfc.nasa.gov/docs/timing/gpsrole.pdf>に詳しく記載されている。   In the configuration example of FIG. 5, it is assumed that highly accurate time synchronization is performed between the data transfer apparatus 10 and the master 60. The time synchronization method is not limited as long as the required time synchronization accuracy is ensured, for example, a method using GPS, a method using NTP, a method based on IEEE 1588, or the like. In this embodiment, a time synchronization method using GPS will be described as an example. For the time synchronization method using GPS, “The Role of GPS in Precise Time and Frequency Dissemination” [online] [searched on January 12, 2013] Internet, <URL: http: //ilrs.gsfc. It is described in detail in nasa.gov/docs/timing/gpsrole.pdf>.

なお、以下の説明において、複数のデータ転送装置10、マスタ60を互いに識別するために、データ転送装置10については、TM_A、TM_B等の符号を、マスタ60については、Cont_α、Cont_β等の符号を付すこととする。   In the following description, in order to identify the plurality of data transfer apparatuses 10 and the master 60 from each other, codes such as TM_A and TM_B are used for the data transfer apparatus 10, and codes such as Cont_α and Cont_β are used for the master 60. It will be attached.

次に、本実施例のスケジュールサーバ20(スケジュール管理部)について説明する。図6は、スケジュールサーバ20のハードウェア構成例を示す図である。スケジュールサーバ20は、各種データ演算を実行するためのプロセッサであるCPU22、CPU22で実行されるプログラム及び各種データの記憶領域を提供するRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等の記憶デバイスであるメモリ23、キーボード24やマウス25等のデータ入力デバイスを制御する入出力コントローラ26、各種データ表示を行う表示モニタ271を制御するモニタコントローラ27、及びイーサネットネットワークインターフェースカード(NIC)等で構成される通信インターフェース21を具備する。これらの各部は、バス28により相互に通信可能に接続されている。スケジュールサーバ20には、HDD(HardDisk Drive)、SSD(Solid State Drive)等の補助記憶デバイスを設けることもできる。通信インターフェース21は、データ転送装置10とイーサネットで接続されるが、これらに限定されるものではなく、RS−232C等、その通信媒体や通信手段は問わない。   Next, the schedule server 20 (schedule management unit) of this embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the schedule server 20. The schedule server 20 is a storage device such as a CPU 22 that is a processor for executing various data operations, a program executed by the CPU 22, and a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory) that provide storage areas for various data. A memory 23, an input / output controller 26 for controlling a data input device such as a keyboard 24 and a mouse 25, a monitor controller 27 for controlling a display monitor 271 for displaying various data, an Ethernet network interface card (NIC), and the like. The communication interface 21 is provided. These units are connected to each other via a bus 28 so that they can communicate with each other. The schedule server 20 may be provided with an auxiliary storage device such as a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (SSD). The communication interface 21 is connected to the data transfer apparatus 10 via Ethernet, but is not limited thereto, and any communication medium or communication means such as RS-232C may be used.

次に、データ転送装置10について説明する。図7は、データ転送装置10のハードウェア構成例を示す図である。データ転送装置10は、複数のNIC11、メモリ13、GPS受信機兼1PPS生成器15、PLL周波数シンセサイザ17、及びマイクロコンピュータ19(データ転送制御部。以下「マイコン19」)を具備する。NIC11、メモリ13(記憶部)、及びPLL周波数シンセサイザ17は、マイコン19とそれぞれ接続されている。NIC11は制御LAN80に応じた構成を有するインターフェースカードであり、制御LAN80を介して他のデータ転送装置10、スレーブ70、及びスケジュールサーバ20と通信可能に接続される。   Next, the data transfer apparatus 10 will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the data transfer apparatus 10. The data transfer apparatus 10 includes a plurality of NICs 11, a memory 13, a GPS receiver / 1PPS generator 15, a PLL frequency synthesizer 17, and a microcomputer 19 (data transfer control unit; hereinafter referred to as “microcomputer 19”). The NIC 11, the memory 13 (storage unit), and the PLL frequency synthesizer 17 are respectively connected to the microcomputer 19. The NIC 11 is an interface card having a configuration corresponding to the control LAN 80, and is communicably connected to the other data transfer device 10, the slave 70, and the schedule server 20 via the control LAN 80.

GPS受信機兼1PPS生成器15は、GPSアンテナANTと接続され、アンテナANTを介してGPS衛星から受信するGPS信号に基づいて精密な1PPS(Pulse Per Second(1秒間隔のパスル))信号を生成し、PLL周波数シンセサイザ17に転送する。PLL周波数シンセサイザ17は、この1PPS信号からマイコン19が必要とするクロック周波数のクロック信号を生成する。この1PPS信号に同期したクロック信号を使うことによって、各データ転送装置10、マスタ60を互いに時刻同期させて稼動させることが可能となる。   The GPS receiver and 1PPS generator 15 is connected to the GPS antenna ANT and generates a precise 1 PPS (Pulse Per Second) signal based on the GPS signal received from the GPS satellite via the antenna ANT. To the PLL frequency synthesizer 17. The PLL frequency synthesizer 17 generates a clock signal having a clock frequency required by the microcomputer 19 from the 1PPS signal. By using a clock signal synchronized with the 1PPS signal, each data transfer device 10 and the master 60 can be operated in time synchronization with each other.

マイコン19は、接続されている各NIC11で受信された他の機器からのデータを、所定のタイムスケジュールに従ってあて先の機器に接続されているNIC11へ出力する機能を、メモリ13に格納されているプログラムを用いて実現する。このデータ転送機能は、本実施例の制御系システムにおいて、データ転送のリアルタイム性を担保するための主要な機能である。   The microcomputer 19 is a program stored in the memory 13 having a function of outputting data from other devices received by each connected NIC 11 to the NIC 11 connected to the destination device according to a predetermined time schedule. This is realized using This data transfer function is a main function for ensuring real-time data transfer in the control system of this embodiment.

次に、マスタ60について説明する。図8は、マスタ60のハードウェア構成例を示す図である。マスタ60は、スケジュールサーバ20と同様に、各種データ演算を実行するためのプロセッサであるCPU62、CPU62で実行されるプログラム及び各種データの記憶領域を提供するRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等の記憶デバイスであるメモリ63、キーボード66やマウス67等のデータ入力デバイスを制御する入出力コントローラ65、各種データ表示を行う表示モニタ641を制御するモニタコントローラ64、及びイーサネットネットワークインターフェースカード(NIC)等で構成される通信インターフェース68を具備する。これらの各部は、バス69により相互に通信可能に接続されている。通信インターフェース68は、データ転送装置10と制御LAN80によって接続される。   Next, the master 60 will be described. FIG. 8 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the master 60. Similar to the schedule server 20, the master 60 is a CPU 62 that is a processor for executing various data operations, a program executed by the CPU 62, and a RAM (Random Access Memory) that provides storage areas for various data, and a ROM (Read Only). A memory 63 such as a memory), an input / output controller 65 that controls a data input device such as a keyboard 66 and a mouse 67, a monitor controller 64 that controls a display monitor 641 that displays various data, and an Ethernet network interface card ( NIC) or the like. These units are connected to each other via a bus 69 so as to communicate with each other. The communication interface 68 is connected to the data transfer apparatus 10 via the control LAN 80.

次に、マスタ60に設けられている通信インターフェース68について説明する。図9は、前述した通信インターフェース68のハードウェア構成例を示す図である。通信インターフェース68は、NIC688、メモリ689、GPS受信機兼1PPS生成器682、PLL周波数シンセサイザ684、及びマイクロコンピュータ686(以下「マイコン686」)を具備する。NIC688、メモリ689、及びPLL周波数シンセサイザ684は、マイコン686とそれぞれ接続されている。NIC688は制御LAN80に応じた構成を有するインターフェースカードであり、制御LAN80を介してデータ転送装置10と通信可能に接続される。   Next, the communication interface 68 provided in the master 60 will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the communication interface 68 described above. The communication interface 68 includes a NIC 688, a memory 689, a GPS receiver / 1PPS generator 682, a PLL frequency synthesizer 684, and a microcomputer 686 (hereinafter “microcomputer 686”). The NIC 688, the memory 689, and the PLL frequency synthesizer 684 are connected to the microcomputer 686, respectively. The NIC 688 is an interface card having a configuration corresponding to the control LAN 80 and is communicably connected to the data transfer apparatus 10 via the control LAN 80.

マイコン686と、NIC688は、データ転送装置10へのデータ送信用とデータ転送装置10からのデータ受信用の2つの接続を有している。周波数シンセサイザ684、GPS信号兼1PPS生成器682の機能、作用については、前述の図6に関して説明したマスタ60の場合と同じである。なお、本実施例においては、通信インターフェース68について、マイコン686を使用して制御する態様で説明しているが、これに限定されるものではない。例えば通信インターフェース68の機能を、FPGA等を用いて実現しても、本実施例の効果、作用に影響を与えるものではない。   The microcomputer 686 and the NIC 688 have two connections for data transmission to the data transfer apparatus 10 and data reception from the data transfer apparatus 10. The functions and operations of the frequency synthesizer 684 and the GPS signal / 1PPS generator 682 are the same as those of the master 60 described with reference to FIG. In the present embodiment, the communication interface 68 is described as being controlled using the microcomputer 686, but the present invention is not limited to this. For example, even if the function of the communication interface 68 is realized using an FPGA or the like, it does not affect the effects and operations of the present embodiment.

次に、本実施例での制御系システムで使用されるデータフレームの構造について説明する。図10は、一般的なイーサネットフレームと、2種類の転送フレームを示す図である。イーサネットフレームは、プリアンブル(PA)611、送信先アドレス(DA)612、送信元アドレス(SA)613、タイプ614、データ615、及びフレームチェックシーケンス(FCS)616からなる。この一般的なイーサネットフレームの構造については、例えば“Ethernet Technologies” [online][平成25年1月12日検索]インターネット、<http://docwiki.cisco.com/wiki/Ethernet_Technologies>に詳細に記載されているため、ここでは特に説明しない。   Next, the structure of the data frame used in the control system in this embodiment will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating a general Ethernet frame and two types of transfer frames. The Ethernet frame includes a preamble (PA) 611, a transmission destination address (DA) 612, a transmission source address (SA) 613, a type 614, data 615, and a frame check sequence (FCS) 616. The structure of this general Ethernet frame is described in detail in, for example, “Ethernet Technologies” [online] [searched on January 12, 2013] Internet, <http://docwiki.cisco.com/wiki/Ethernet_Technologies> Therefore, it is not specifically described here.

本実施例においては、図10の#A、#Bで示される2種類の転送フレームを使用するものとしている。これらのフレームは、イーサネットフレームのデータ615に格納される。なお、#Bのフレームは、マスタ60とスレーブ70との間においてフォーマットが規定されていれば自由に使用してよく、制御の種類に応じて、必要な分だけ用意することができる。#Aの転送フレームにおいて、ヘッダ領域6151は、マスタ60がフレームの種類をスレーブ70に知らせるために使用されるヘッダ領域であり、データ領域6152、6153は、スレーブ70用に準備されたフレーム上のデータ領域である。これらの領域に、マスタ60、又はスレーブ70がビット単位で制御命令やセンサ情報等のデータを搭載する。このフレーム構成に関しては、例えば、EtherCAT Master Application Developers Manual.Doc: P4500.21 /Rev.1.4 Page20 of 151 [online][平成25年1月12日検索]インターネット、<URL: http://www.esd-electronics-usa.com/Shared/Handbooks/EtherCATMasterDevelopersManual.pdf>に詳しく記載されている。   In this embodiment, two types of transfer frames indicated by #A and #B in FIG. 10 are used. These frames are stored in the Ethernet frame data 615. The #B frame may be freely used as long as the format is defined between the master 60 and the slave 70, and as many as necessary can be prepared according to the type of control. In the #A transfer frame, the header area 6151 is a header area used for the master 60 to inform the slave 70 of the frame type, and the data areas 6152 and 6153 are on the frame prepared for the slave 70. It is a data area. In these areas, the master 60 or the slave 70 mounts data such as control commands and sensor information in bit units. Regarding this frame configuration, for example, EtherCAT Master Application Developers Manual.Doc: P4500.21 /Rev.1.4 Page20 of 151 [online] [searched on January 12, 2013] Internet, <URL: http: // www. More details can be found at esd-electronics-usa.com/Shared/Handbooks/EtherCATMasterDevelopersManual.pdf>.

次に、以上の構成を踏まえて、本実施例のデータ転送システムの作用について、順次説明する。まず、本実施例のデータ転送システム1の初期情報について説明する。図11は、スケジュールサーバ20から入力される、本実施例によるリアルタイムデータ転送システム1に関する初期情報を示す初期情報テーブル234である。初期情報とは、データ転送システム1において実現されるべき通信ネットワークを表現した基本仕様ともいうべき情報であり、あらかじめデータ転送システム1に要求される仕様に従って設計、作成される。初期情報テーブル234は、T−LAN2341、マスタ2342、制御LAN2343、通信期間2344、及び通信周期2345の項目を有する。T−LAN2341とは、本実施例の時刻単位で形態を変化するデータ転送システムであり、時分割(time-multiplexed)制御LAN(以下「T−LAN」という。)のエントリ番号が入力される。優先度はエントリ番号が若い順に高いものとする。すなわち、T−LAN2341が#1のデータ転送システムと#2とが競合した場合には、#1の構成が優先される。   Next, based on the above configuration, the operation of the data transfer system of the present embodiment will be sequentially described. First, initial information of the data transfer system 1 of the present embodiment will be described. FIG. 11 is an initial information table 234 indicating initial information regarding the real-time data transfer system 1 according to the present embodiment, which is input from the schedule server 20. The initial information is information that should also be referred to as a basic specification representing a communication network to be realized in the data transfer system 1, and is designed and created in advance according to specifications required for the data transfer system 1. The initial information table 234 includes items of a T-LAN 2341, a master 2342, a control LAN 2343, a communication period 2344, and a communication cycle 2345. The T-LAN 2341 is a data transfer system whose form changes in units of time in this embodiment, and an entry number of a time-multiplexed control LAN (hereinafter referred to as “T-LAN”) is input. The priority is assumed to be the highest entry number. That is, when the T-LAN 2341 competes with the data transfer system # 1 and # 2, the configuration # 1 has priority.

マスタ2342、制御LAN2343の列には、マスタ60とそのマスタ60が制御する制御LAN80を識別する文字列をペアで入力する。マスタ60と制御LAN80によって、所定の時刻にマルチキャスト通信を可能とするT−LANが構築される。通信期間2344、通信周期2345は、それぞれ、当該T−LANが有効となる期間とそれを繰り返す周期とを入力する。T−LAN#1を例として説明すると、マスタ60(Cont_α)と制御LAN80(CLAN_1)が、本実施例の広域のリアルタイムデータ転送システム1を構成するのは、5msの期間であり、それが10ms周期で行われることを示す。なお、このT−LANを構成する装置やネットワークは、それぞれいくつ存在してもよい。   In the columns of the master 2342 and the control LAN 2343, a character string for identifying the master 60 and the control LAN 80 controlled by the master 60 is input as a pair. A T-LAN that enables multicast communication at a predetermined time is constructed by the master 60 and the control LAN 80. In the communication period 2344 and the communication period 2345, a period in which the T-LAN is valid and a period in which the period is repeated are input. Explaining T-LAN # 1 as an example, the master 60 (Cont_α) and the control LAN 80 (CLAN_1) constitute the wide-area real-time data transfer system 1 of this embodiment in a period of 5 ms, which is 10 ms. Indicates that it is performed in a cycle. Note that any number of devices and networks may be included in the T-LAN.

次に、スケジュールサーバ20の機能について説明する。図12は、スケジュールサーバ20のメモリ23に格納されているソフトウェア構成と、その動作を説明する図である。まず、スケジュールサーバ20には、キーボード24、マウス25を通じて、外部インターフェースドライバ(以下「外部I/Fドライバ」という。)231を介して、初期情報設定モジュール232に対して、初期システム情報が入力される。外部I/Fドライバ231は、スケジュールサーバ20へのデータ入出力を管理する機能部である。   Next, the function of the schedule server 20 will be described. FIG. 12 is a diagram for explaining the software configuration stored in the memory 23 of the schedule server 20 and the operation thereof. First, the initial system information is input to the initial information setting module 232 via the external interface driver (hereinafter referred to as “external I / F driver”) 231 through the keyboard 24 and mouse 25 to the schedule server 20. The The external I / F driver 231 is a functional unit that manages data input / output to the schedule server 20.

ここで、入力される初期システム情報とは、データ転送装置10の切替期間(本実施例では1ms)、又は繰り返し最大値周期(本実施例では20ms)である。なお、1518バイト長のフレームを100Mbpsのイーサネットで使う場合、切替期間を最小125μ秒程度まで設定することが可能である。繰り返し周期は、本実施例のネットワークを利用する制御系システムの転送フレームの送信周期に依存して設定されることになる。例えば、転送フレームを1秒周期で送信することを必要とする制御系システムがあれば、その最大値は1000msとする必要がある。   Here, the input initial system information is a switching period (1 ms in this embodiment) of the data transfer apparatus 10 or a repetition maximum value period (20 ms in this embodiment). When a 1518 byte long frame is used in 100 Mbps Ethernet, the switching period can be set to a minimum of about 125 μsec. The repetition period is set depending on the transmission period of the transfer frame of the control system that uses the network of this embodiment. For example, if there is a control system that needs to transmit a transfer frame at a cycle of 1 second, the maximum value needs to be 1000 ms.

初期情報設定モジュール232は、これらの初期システム情報を外部I/Fドライバ231から受信して、例えば図11に例示した初期情報テーブル234に、切替期間2346、繰り返し周期2347として格納する。初期情報テーブル234に記録されるT−LAN2341、マスタ2342、及び制御LAN2343の各項目も、キーボード24等を介して入力される。   The initial information setting module 232 receives these initial system information from the external I / F driver 231 and stores them in the initial information table 234 illustrated in FIG. 11 as a switching period 2346 and a repetition period 2347, for example. The items of the T-LAN 2341, the master 2342, and the control LAN 2343 recorded in the initial information table 234 are also input via the keyboard 24 and the like.

次に、スケジュールサーバ20では、リソース割当モジュール233が、初期情報テーブル234を参照して、各ネットワーク(T−LAN#1等)へのネットワークリソースの割り当てを実施する。リソース割り当ての成否は、外部I/Fドライバ231を介して、スケジュールサーバ20に通知され、モニタ271等に出力される。リソース割り当てに成功した場合、リソース割当モジュール233によって、後述する全体タイムテーブル235(全体構成情報記憶部)、個別タイムテーブル236(個別スケジュール情報)、及び配布時刻スケジュール237のファイルが作成される。これらのファイルは、メモリ23に格納される。   Next, in the schedule server 20, the resource allocation module 233 refers to the initial information table 234 and allocates network resources to each network (T-LAN # 1 etc.). The success or failure of resource allocation is notified to the schedule server 20 via the external I / F driver 231 and output to the monitor 271 or the like. When the resource allocation is successful, the resource allocation module 233 creates files for an overall time table 235 (entire configuration information storage unit), an individual time table 236 (individual schedule information), and a distribution time schedule 237 described later. These files are stored in the memory 23.

タイムテーブル配信モジュール238は、スケジュールサーバ20の時刻情報を監視し、配布時刻スケジュール237に記載されている配布時刻になったと判定した場合、個別タイムテーブル236を、NIC I/Fドライバ239を介して、データ転送装置10又はマスタ60に配信する。この配信方法に関しては特に限定はなく、ネットワーク経由で行っても、オフラインで実施してもよい。以上のようにして、スケジュールサーバ20において、各制御系システムが利用するデータ転送システムに必要なネットワークリソースの割り当てと、それにより各データ転送システムが構成されることとなるタイムスケジュールが設定される。   When the time table distribution module 238 monitors the time information of the schedule server 20 and determines that the distribution time described in the distribution time schedule 237 has come, the individual time table 236 is transmitted via the NIC I / F driver 239. And distributed to the data transfer apparatus 10 or the master 60. This distribution method is not particularly limited, and may be performed via a network or offline. As described above, the schedule server 20 sets the network resource necessary for the data transfer system used by each control system and the time schedule for configuring each data transfer system.

次に、上記したリソース割当モジュール233によるリソース割当処理について説明する。図13は、リソース割当モジュール233によるデータ処理を例示するフローチャートである。リソース割当処理は、例えばスケジュールサーバ20が起動された後開始し(S100)、その稼働中、キーボード24等を通じて新規リソース割当のリクエストを受信するのを待機する(S101、No)。   Next, resource allocation processing by the resource allocation module 233 described above will be described. FIG. 13 is a flowchart illustrating data processing by the resource allocation module 233. The resource allocation process starts, for example, after the schedule server 20 is activated (S100), and waits for a new resource allocation request to be received through the keyboard 24 or the like during operation (S101, No).

リソース割当モジュール233が新規のT−LANに対するリクエストを確認すると(S101、Yes)、初期情報テーブル234を参照した後、当該リクエストを入力し(S102)、全体タイムテーブル235にエントリを追加する(S103)。次に、リソース割当モジュール233は、リクエストされたT−LANについてリソース割り当てが可能かどうかを判断する(S104)。   When the resource allocation module 233 confirms a request for a new T-LAN (S101, Yes), the initial information table 234 is referred to, then the request is input (S102), and an entry is added to the overall time table 235 (S103). ). Next, the resource allocation module 233 determines whether resource allocation is possible for the requested T-LAN (S104).

S104での判断処理においては、例えば、同時刻に2以上の異なるT−LANが同じネットワークリソースを使うこととなる場合には、リソース割り当てが不可能となる旨の判断が行われることになる。但し、T−LANが異なる経路で設定できる場合や、時刻をずらすことでリソース割り当てが可能となる場合は、当該競合しているT−LANに対してリソース割り当て可能となる。   In the determination processing in S104, for example, when two or more different T-LANs use the same network resource at the same time, it is determined that resource allocation is impossible. However, when the T-LAN can be set by a different route, or when the resource can be allocated by shifting the time, the resource can be allocated to the competing T-LAN.

リソース割り当ての可否を判定する方法としては、各種のアルゴリズムを利用することができるが、ここではダイクストラ法を一例として説明する。図5に示すTM_A、TM_B、TM_C、及びTM_Dの4つのデータ転送装置10からなるネットワークを考えると、同時刻においてデータ転送装置10間のネットワークが同時に使用されないようにリソース割り当てをすればよい。ダイクストラ法を適用するに際しては、各データ転送装置10間のネットワークコストの初期値を1と設定する。勿論、1以外の値を使って、ネットワークの利用頻度を変更させるようにしてもよい。また、ある時刻において、各データ転送装置10間のネットワークが使用されている場合は、コストを無限大(以下「∞」と記載)とする。   Various algorithms can be used as a method for determining whether or not resource allocation is possible. Here, the Dijkstra method will be described as an example. Considering a network composed of four data transfer devices 10 of TM_A, TM_B, TM_C, and TM_D shown in FIG. 5, it is only necessary to allocate resources so that the network between the data transfer devices 10 is not used at the same time. When applying the Dijkstra method, the initial value of the network cost between the data transfer apparatuses 10 is set to 1. Of course, the use frequency of the network may be changed using a value other than 1. Further, when a network between the data transfer apparatuses 10 is used at a certain time, the cost is infinite (hereinafter referred to as “∞”).

図11の初期情報テーブル234に示すT−LAN#1を構成する場合、TM_AからTM_Bに到達する経路を算出する必要があるが、この場合TM_AとTM_Bを直結するネットワークを利用すると最小コストは1となるので、この経路で確定する。次にT−LAN#2を構成する場合、すでにTM_AとTM_Bを直結する最小コストは∞となっているので、これを使うことはできない。TM_AとTM_Cを直結するコストは1であり、またTM_AとTM_Dを直結するコストも1である。TM_CとTM_Bを直結するコストも1であるので、TM_A、TM_C、TM_Bを経由するコストは、合計で2となる。次に、TM_DとTM_Cを直結するコストは1となるので、TM_A、TM_D、TM_Cを経由するコストはこの段階で2となり、TM_AとTM_Cを直結するコストである1より大きくなるので採用できない。TM_A、TM_D、TM_Bを経由するコストは2となるので、この場合、TM_A、TM_C、TM_Bを経由する経路と、TM_A、TM_D、TM_Bを経由する経路のどちらを採用してもよい。ここでは同じコストであれば、最初に見つかった方の経路を採択するアルゴリズムを採用する。最後に、T−LAN#3を構成する場合、既にTM_AとTM_Bを直結する経路と、TM_AとTM_Cを直結する経路はコスト∞であるので、採用できない。そこで、TM_AとTM_Dを直結する経路がコスト1で成立するので、これを採用する。上記の3つの経路は、いずれの時刻においても成立するため、このまま固定することになる。後述する図24に示すような変形例の場合には、TM_B、TM_C間のネットワーク経路の利用が重複するため、同じ時刻にリソース割り当ては不可能となる。この場合には、リソースを割り当てる時刻をずらして、割り当てが可能となるかを調べる(S105)。この方法については後述する。   When the T-LAN # 1 shown in the initial information table 234 of FIG. 11 is configured, it is necessary to calculate a route from TM_A to TM_B. In this case, if a network directly connecting TM_A and TM_B is used, the minimum cost is 1 Therefore, this route is fixed. Next, when configuring T-LAN # 2, the minimum cost for directly connecting TM_A and TM_B is ∞, so this cannot be used. The cost of directly connecting TM_A and TM_C is 1, and the cost of directly connecting TM_A and TM_D is also 1. Since the cost of directly connecting TM_C and TM_B is 1, the cost via TM_A, TM_C, and TM_B is 2 in total. Next, since the cost for directly connecting TM_D and TM_C is 1, the cost via TM_A, TM_D, and TM_C is 2 at this stage, and becomes larger than 1 that is the cost for directly connecting TM_A and TM_C, and thus cannot be adopted. Since the cost via TM_A, TM_D, and TM_B is 2, in this case, either a route that passes through TM_A, TM_C, or TM_B or a route that passes through TM_A, TM_D, or TM_B may be adopted. Here, if the cost is the same, an algorithm that adopts the first path found is adopted. Finally, when configuring T-LAN # 3, the path directly connecting TM_A and TM_B and the path directly connecting TM_A and TM_C are cost ∞ and cannot be adopted. Therefore, since a route directly connecting TM_A and TM_D is established at a cost of 1, this is adopted. Since the above three routes are established at any time, they are fixed as they are. In the case of a modification as shown in FIG. 24 described later, the use of network paths between TM_B and TM_C overlaps, so that resource allocation becomes impossible at the same time. In this case, the resource allocation time is shifted and it is checked whether the allocation is possible (S105). This method will be described later.

S104で割り当てが可能である場合は(S104又はS105、Yes)、リソース割当モジュール233は、全体タイムテーブル235へのエントリ追加を確定し、個別タイムテーブル236を作成する(S106)。その後、リソース割当モジュール233はS101に戻って新規リクエストを待機する。一方、リソース割り当てが不可能であると判定された場合には(S105、No)、リソース割当モジュール233は、全体タイムテーブル235へのエントリを削除し、リソース割り当てが不可能である旨をスケジュールサーバ20のモニタ271等を通じて出力する(S107)。S101において更なるT−LANの追加リクエストが存在しないと判定した場合は(S101、No)、リソース割当モジュール233は処理を終了する(S108)。以上のリソース割当処理により、ネットワークを使用しようとする複数のデータ通信システム(制御系システム)に対して効率的なリソース割り当てを行うことができる。   If the allocation is possible in S104 (S104 or S105, Yes), the resource allocation module 233 confirms the entry addition to the entire time table 235 and creates the individual time table 236 (S106). Thereafter, the resource allocation module 233 returns to S101 and waits for a new request. On the other hand, if it is determined that resource allocation is not possible (S105, No), the resource allocation module 233 deletes the entry in the overall time table 235 and indicates that the resource allocation is impossible. The data is output through 20 monitors 271 and the like (S107). If it is determined in S101 that there is no further T-LAN addition request (S101, No), the resource allocation module 233 ends the process (S108). Through the resource allocation process described above, efficient resource allocation can be performed for a plurality of data communication systems (control system) that intend to use the network.

次に、上記のリソース割当処理によって作成される全体タイムテーブル235について説明する。図14は、本実施例における全体タイムテーブル235の構成例を示す図である。図11に例示した初期情報テーブル234に記録されているリアルタイム性を保証するデータ転送システム10の初期情報に基づき、まずT−LAN#1の情報が入力される。すると、図12に示すリソース割当モジュール233は、T−LAN#1のマスタ60であるCont_αと、制御対象のLANであるCLAN_1を接続する経路を探す。この場合、図5のネットワーク構成を参照すると、Cont_α−TM_A−TM_B−CLAN_1の経路が利用可能であるので、この経路を確定する。次に、T−LAN#1の通信期間1140、通信周期1150と、繰り返し最大値周期(20ms)を考慮して、全体タイムテーブル235に記録する(符号2351)。なお、全体タイムテーブル235において、通信時刻の000〜019は、各データ転送装置10と各マスタ60で同期している時刻であり、具体的には、例えば「011」とは、12時34分56.011秒、同分56.031秒、同分56.051秒のように、20ms間隔に繰り返される時刻を示すものである。   Next, the entire time table 235 created by the above resource allocation process will be described. FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of the entire time table 235 in the present embodiment. Based on the initial information of the data transfer system 10 that guarantees the real-time property recorded in the initial information table 234 illustrated in FIG. 11, first, information on T-LAN # 1 is input. Then, the resource allocation module 233 illustrated in FIG. 12 searches for a path that connects the Cont_α that is the master 60 of the T-LAN # 1 and the CLAN_1 that is the LAN to be controlled. In this case, referring to the network configuration in FIG. 5, since the route of Cont_α-TM_A-TM_B-CLAN_1 is available, this route is determined. Next, in consideration of the T-LAN # 1 communication period 1140, communication period 1150, and repetitive maximum value period (20 ms), it is recorded in the entire time table 235 (reference numeral 2351). In the overall time table 235, communication times 000 to 019 are times synchronized between the respective data transfer apparatuses 10 and the respective masters 60. Specifically, for example, “011” is 12:34. It shows the time repeated at intervals of 20 ms, such as 56.011 seconds, same minute 56.031 seconds, and same minute 56.051 seconds.

次に、初期情報としてT−LAN#2の情報が入力されると、リソース割当モジュール233は、マスタ60であるCont_βと制御対象のLANであるCLAN_2を接続する経路を探す。この場合、図5のネットワーク構成を参照すると、同じ時刻にT−LAN#1がTM_A−TM_Bを利用するのでこの経路は使えない。そこで、リソース割当モジュール233は、前記したダイクストラ法によりCont_β−TM_A−TM_C−TM_B−CLAN_1の経路を確定して、全体タイムテーブル235に記録する(符号2352)。   Next, when T-LAN # 2 information is input as the initial information, the resource allocation module 233 searches for a path connecting the master 60 Cont_β and the control target LAN CLAN_2. In this case, referring to the network configuration of FIG. 5, this route cannot be used because T-LAN # 1 uses TM_A-TM_B at the same time. Therefore, the resource allocation module 233 determines the path Cont_β-TM_A-TM_C-TM_B-CLAN_1 by the Dijkstra method and records it in the entire time table 235 (reference numeral 2352).

次に、T−LAN#3の情報が入力されると、同様にして、リソース割当モジュール233は、Cont_γとCLAN_4を接続する経路を探す。その結果、リソース割当モジュール233は、Cont_β−TM_D−CLAN_4の経路を確定して、全体タイムテーブル235に記録する(符号2353)。   Next, when information on T-LAN # 3 is input, the resource allocation module 233 similarly searches for a path connecting Cont_γ and CLAN_4. As a result, the resource allocation module 233 determines the path Cont_β-TM_D-CLAN_4 and records it in the entire time table 235 (reference numeral 2353).

次に、リソース割当モジュール233は、全体タイムテーブル235に基づき、データ転送装置10、又はマスタ60用の個別タイムテーブル236を作成する。以上のようにして、全体タイムテーブル235に、初期情報テーブル234の通信期間2344、通信周期2345の条件を満たしたT−LAN#1〜#3が設定される。   Next, the resource allocation module 233 creates an individual time table 236 for the data transfer apparatus 10 or the master 60 based on the entire time table 235. As described above, T-LANs # 1 to # 3 satisfying the conditions of the communication period 2344 and the communication period 2345 of the initial information table 234 are set in the overall time table 235.

次に、個別タイムテーブル236について説明する。図15は、TM_Aで特定されるデータ転送装置10のための個別タイムテーブル236を作成するためのTM_Aに接続されるデータ転送装置10の構成図である。図中、符号0〜5は、データ転送装置TM_Aが有するNIC11のポート番号を示している。また、図16は、図15の構成図をマトリックスで示す図である。リソース割当モジュール233は、全体タイムテーブル235から、TM_Aの記載のある記述を読み取る。図14に例示する本実施例の全体タイムテーブル235には、TM_Aが割り当てられているT−LANとして、#1(Cont_α−TM_A−TM_B−CLAN_1)と、#2(Cont_β−TM_A−TM_C−TM_B−CLAN_2)の2つがあり、TM_Aは、Cont_αとTM_Bのペアと、Cont_βとTM_Cのペアを中継していることが分かる。この情報を図16のマトリックスにあてはめることで、図15のペアとなるべきポート番号が明らかになる。ここでは、「1−2」と「3−5」のポートペアが抽出されることになる。   Next, the individual time table 236 will be described. FIG. 15 is a configuration diagram of the data transfer apparatus 10 connected to TM_A for creating the individual time table 236 for the data transfer apparatus 10 specified by TM_A. In the figure, reference numerals 0 to 5 indicate port numbers of the NIC 11 included in the data transfer device TM_A. FIG. 16 is a diagram showing the configuration diagram of FIG. 15 in a matrix. The resource allocation module 233 reads a description with a description of TM_A from the overall time table 235. In the entire time table 235 of this embodiment illustrated in FIG. 14, # 1 (Cont_α-TM_A-TM_B-CLAN_1) and # 2 (Cont_β-TM_A-TM_C-TM_B) are assigned as T-LANs to which TM_A is allocated. -CLAN_2) and TM_A relays a pair of Cont_α and TM_B and a pair of Cont_β and TM_C. By applying this information to the matrix shown in FIG. 16, the port numbers to be paired in FIG. 15 are clarified. Here, the port pairs “1-2” and “3-5” are extracted.

図17に、本実施例での個別タイムテーブル236を例示している。図17中で、(TM_A用)は、TM_A用の個別タイムテーブル236と対応するポート番号のペアを示す図であることを表している。「1−2」の表現は、TM_Aのポート1とポート2は、T−LAN#1を実現する為に、時刻000から004の間と010から014の間に論理的に接続されることを示している。また同様に、TM_Aについて、「3−5」の表現は、ポート3とポート5は、T−LAN#2を実現する為に、時刻000から003の間に論理的に接続されることを示している。   FIG. 17 illustrates an individual time table 236 in the present embodiment. In FIG. 17, (for TM_A) represents a pair of port numbers corresponding to the individual time table 236 for TM_A. The expression “1-2” means that TM_A port 1 and port 2 are logically connected between time 000 and 004 and between 010 and 014 in order to realize T-LAN # 1. Show. Similarly, for TM_A, the expression “3-5” indicates that port 3 and port 5 are logically connected between time 000 and 003 in order to realize T-LAN # 2. ing.

同様に、図17の(TM_B用)は、TM_B用の個別タイムテーブル236と対応するポート番号のペアを示す図である。「5−1」の表現は、ポート5とポート1は、T−LAN#1を実現するために、時刻000から004の間と010から014の間に論理的に接続されることを示している。また、「3−2」の表現は、ポート3とポート2は、T−LAN#2を実現するために、時刻000から003の間に論理的に接続されることを示している。   Similarly, (for TM_B) in FIG. 17 is a diagram illustrating port number pairs corresponding to the individual time table 236 for TM_B. The expression “5-1” indicates that port 5 and port 1 are logically connected between time 000 and 004 and between 010 and 014 in order to realize T-LAN # 1. Yes. The expression “3-2” indicates that the port 3 and the port 2 are logically connected between the time 000 and 003 in order to realize the T-LAN # 2.

また、図17の(TM_C用)は、TM_C用の個別タイムテーブル236と対応するポート番号のペアを示す図である。「2−3」の表現は、ポート2とポート3は、T−LAN#2を実現するために、時刻000から003の間に論理的に接続されることを示している。   FIG. 17 (for TM_C) is a diagram showing port number pairs corresponding to the individual time table 236 for TM_C. The expression “2-3” indicates that port 2 and port 3 are logically connected between time 000 and 003 in order to realize T-LAN # 2.

また、図17の(TM_D用)は、TM_D用の個別タイムテーブル236と対応するポート番号のペアを示す図である。「5−4」の表現は、ポート5とポート4は、T−LAN#3を実現するために、時刻000、005、010、015から1msの間に論理的に接続されることを示している。TM_A〜TM_Dの各データ転送装置10は、図17に例示する個別タイムテーブル236に設定されているようにポート間を接続することにより、T−LAN#1〜#3で特定されるデータ転送システムを所望の条件を満たすように設定することができる。   FIG. 17 (for TM_D) is a diagram showing port number pairs corresponding to the individual time table 236 for TM_D. The expression “5-4” indicates that port 5 and port 4 are logically connected between time 000, 005, 010, and 015 to 1 ms in order to realize T-LAN # 3. Yes. Each of the data transfer devices 10 of TM_A to TM_D connects the ports as set in the individual time table 236 illustrated in FIG. 17, thereby specifying the data transfer system specified by the T-LANs # 1 to # 3. Can be set to satisfy a desired condition.

次に、マスタ60に関する個別タイムテーブル236について説明する。図18は、図5に例示されているマスタ60としてのCont_α、Cont_β、Cont_γがそれぞれ、制御対象であるCLAN_1,CLAN_2,CLAN_3へ転送フレームを送出することを許容される期間を示す個別タイムテーブル236の構成例である。各マスタ60については、図17に例示する各データ転送装置10について設定された通信期間に対応してポートがオープンされるように、個別タイムテーブル236が作成されている。この個別タイムテーブル236は、スケジュールサーバ20によって、所定のタイミングで各マスタ60に配信される。   Next, the individual time table 236 related to the master 60 will be described. FIG. 18 is an individual time table 236 indicating periods in which the Cont_α, Cont_β, and Cont_γ as the master 60 illustrated in FIG. 5 are allowed to transmit the transfer frame to the CLAN_1, CLAN_2, and CLAN_3 that are control targets. This is an example of the configuration. For each master 60, an individual time table 236 is created so that ports are opened corresponding to the communication periods set for each data transfer apparatus 10 illustrated in FIG. The individual time table 236 is distributed to each master 60 by the schedule server 20 at a predetermined timing.

次に、データ転送装置10の機能を実現するソフトウェア構成とその動作について説明する。図19は、データ転送装置10に搭載されているマイコン19のソフトウェアの構成と動作を示す図である。本実施例におけるデータ転送装置10の機能は、主として個別タイムテーブル受信モジュール192及び時刻ベース転送切替モジュール193とによって実現される。個別タイムテーブル受信モジュール192は、スケジュールサーバ20から個別タイムテーブル236、配布時刻スケジュール237、又はその配布時刻スケジュール237に記載されたタイミングで起動する個別タイムテーブルを、ネットワーク経由で、又はオフラインで受信する。時刻ベース転送切替モジュール193は、個別タイムテーブル236と時刻同期された時刻を使って所定のポートのビットを読み取り、別のポートに書き出す処理を実行する。また、配布時刻スケジュール237に記載された時刻が到来した場合、個別タイムテーブル237を新しい個別タイムテーブル237に変更し、古いものを廃棄する処理を実行する。なお、配布時刻スケジュール237は、例えばメモリ13に、マイコン19が定期的に個別タイムテーブル236の更新を実行すべき時刻情報として格納しておけばよい。   Next, a software configuration for realizing the function of the data transfer apparatus 10 and its operation will be described. FIG. 19 is a diagram showing a software configuration and operation of the microcomputer 19 installed in the data transfer apparatus 10. The functions of the data transfer apparatus 10 in the present embodiment are mainly realized by the individual time table reception module 192 and the time base transfer switching module 193. The individual time table receiving module 192 receives the individual time table 236, the distribution time schedule 237, or the individual time table activated at the timing described in the distribution time schedule 237 from the schedule server 20 via the network or offline. . The time-base transfer switching module 193 executes a process of reading a bit of a predetermined port using a time synchronized with the individual time table 236 and writing it to another port. When the time described in the distribution time schedule 237 arrives, the individual time table 237 is changed to a new individual time table 237, and processing for discarding the old one is executed. The distribution time schedule 237 may be stored in the memory 13 as time information for the microcomputer 19 to periodically update the individual time table 236, for example.

次に、データ転送装置10の時刻ベース転送切替モジュール193が実行する処理について説明する。図20は、時刻ベース転送切替モジュール193の動作を示すフローチャートである。時刻ベース転送切替モジュール193は、データ転送装置10の起動とともに処理を開始し(S1930)、GPS信号と時刻同期されたクロックによって起動するマイコン19のタイマー割り込みを確認する(S1931)。マイコン19のタイマー割り込みを検知すると、時刻ベース転送切替モジュール193は、現在時刻を取得し(S1932)、個別タイムテーブル236を参照する。時刻ベース転送切替モジュール193は、個別タイムテーブル236の内容と対照して、フレームが到着したのが個別タイムターブル236で割り当てられているポートであるか判定する(S1935)。割り当てられているポートであると判定した場合(S1935、Yes)、時刻ベース転送切替モジュール193は、指定された一方のポートから作られる1以上の転送フレームが完成しているかどうかを確認する(S1934)。指定された一方のポートから作られる1以上の転送フレームが完成していると判定した場合(S1934、Yes)、時刻ベース転送切替モジュール193は、指定された他方のポート用のメモリに転送フレームをコピーする(S19341)。これを次のタイマー割り込みが発生するまで繰り返す(S1931)。一方、データを受信したのが個別タイムターブル236で割り当てられているポートでないと判定した場合(S1935、No)、時刻ベース転送切替モジュール193は、受信した転送フレームをメモリにコピーすることなく廃棄して(S1936)、タイマー割り込み確認ステップに戻る(S1931)。   Next, processing executed by the time base transfer switching module 193 of the data transfer apparatus 10 will be described. FIG. 20 is a flowchart showing the operation of the time base transfer switching module 193. The time-base transfer switching module 193 starts processing when the data transfer apparatus 10 is activated (S1930), and confirms the timer interrupt of the microcomputer 19 activated by the clock synchronized with the GPS signal (S1931). When the timer interruption of the microcomputer 19 is detected, the time base transfer switching module 193 acquires the current time (S1932) and refers to the individual time table 236. The time base transfer switching module 193 determines whether the frame arrives at the port assigned in the individual time table 236, in contrast to the contents of the individual time table 236 (S1935). When it is determined that the port is an assigned port (S1935, Yes), the time-based transfer switching module 193 checks whether one or more transfer frames created from one designated port are completed (S1934). ). When it is determined that one or more transfer frames created from the designated one port are completed (S1934, Yes), the time-based transfer switching module 193 transmits the transfer frame to the memory for the designated other port. Copying is performed (S19341). This is repeated until the next timer interrupt occurs (S1931). On the other hand, if it is determined that the data is not received from the port assigned in the individual time table 236 (S1935, No), the time-based transfer switching module 193 discards the received transfer frame without copying it to the memory. (S1936), the process returns to the timer interruption confirmation step (S1931).

なお、データ転送装置10のメモリ13には、それぞれのNIC11ごとに、インカミング転送フレーム及びアウトゴーイング転送フレーム用のメモリ領域(第一の記憶領域、第二の記憶領域)が確保されており、マイコン19は、自身の内蔵メモリ内にそれぞれの転送フレーム用メモリ領域のアドレスを格納している。これにより、マイコン19は、個別タイムテーブル236によって指定される通信期間に、接続されているべきポート間で到着した転送フレームをコピーすることでポート間の接続を確立することができる。   The memory 13 of the data transfer apparatus 10 has a memory area (first storage area, second storage area) for incoming transfer frames and outgoing transfer frames for each NIC 11. The microcomputer 19 stores the address of each transfer frame memory area in its built-in memory. Thereby, the microcomputer 19 can establish the connection between the ports by copying the transfer frame that arrives between the ports to be connected during the communication period specified by the individual time table 236.

次に、マスタ60に搭載されている通信インターフェース68の機能を実現するためのソフトウェア構成とその動作について説明する。図21は、マスタ60の通信インターフェース68が有するマイコン686が実行するソフトウェアの構成と動作を示す図である。本実施例における通信インターフェース68の機能は、主として個別タイムテーブル受信モジュール6862及び時刻ベース転送切替モジュール6863とによって実現される。   Next, a software configuration for realizing the function of the communication interface 68 installed in the master 60 and its operation will be described. FIG. 21 is a diagram showing the configuration and operation of software executed by the microcomputer 686 included in the communication interface 68 of the master 60. The function of the communication interface 68 in this embodiment is realized mainly by the individual time table receiving module 6862 and the time base transfer switching module 6863.

個別タイムテーブル受信モジュール6862は、スケジュールサーバ20から個別タイムテーブル236、配布時刻スケジュール237、又はその配布時刻スケジュール237に記載されたタイミングで起動する個別タイムテーブル236をネットワーク経由で受信する。時刻ベースフレーム送出モジュール6863は、個別タイムテーブル236と時刻同期された時刻を使って、所定のメモリ領域に格納されている転送フレームを読み取りNIC688に転送フレームで送出し、NIC688は同じく転送フレーム単位でネットワークに送出する。また、時刻ベースフレーム送出モジュール6863は、配布時刻スケジュール237に記載された時刻が到来した場合、個別タイムテーブル236を新しい個別タイムテーブル236に更新し、古いものを廃棄する。なお、配布時刻スケジュール237は、例えばメモリ689に、マイコン686が定期的に個別タイムテーブル236の更新を実行すべき時刻情報として格納しておけばよい。   The individual time table receiving module 6862 receives from the schedule server 20 the individual time table 236, the distribution time schedule 237, or the individual time table 236 activated at the timing described in the distribution time schedule 237 via the network. The time base frame sending module 6863 reads the transfer frame stored in a predetermined memory area using the time synchronized with the individual time table 236 and sends it to the NIC 688 as a transfer frame. The NIC 688 is also transferred in units of transfer frames. Send to the network. Also, when the time described in the distribution time schedule 237 arrives, the time base frame transmission module 6863 updates the individual time table 236 to the new individual time table 236 and discards the old one. The distribution time schedule 237 may be stored in the memory 689, for example, as time information for the microcomputer 686 to periodically update the individual time table 236.

図22は、メモリ689内に構成されるインカミング転送フレーム用及びアウトゴーイング転送フレーム用のメモリ領域6891を示す模式図である。CLANのポートがオープンするタイミングで、CLAN用アウトゴーイング転送フレーム用のメモリ領域68911から転送フレーム単位で情報が転送される。また、同じようにCLAN用インカミング転送フレーム用のメモリ領域68912から転送フレーム単位で情報が格納される。   FIG. 22 is a schematic diagram showing a memory area 6891 for incoming transfer frames and outgoing transfer frames configured in the memory 689. Information is transferred in units of transfer frames from the CLAN outgoing transfer frame memory area 68911 at the timing when the CLAN port is opened. Similarly, information is stored in units of transfer frames from the memory area 68912 for incoming transfer frames for CLAN.

図23は、時刻ベースフレーム送出モジュール6863の動作を例示するフローチャートである。時刻ベースフレーム送出モジュール6863は、通信インターフェース68の起動とともに処理を開始し(S68630)、GPS信号と時刻同期されたクロックによって起動するマイコン686のタイマー割り込みを確認する(S68631)。マイコン686のタイマー割り込みを検知すると、時刻ベースフレーム送出モジュール6863は、現在時刻を取得し(S68632)、個別タイムテーブル236を参照する(S68633)。   FIG. 23 is a flowchart illustrating the operation of the time base frame transmission module 6863. The time base frame transmission module 6863 starts the processing together with the activation of the communication interface 68 (S68630), and confirms the timer interrupt of the microcomputer 686 activated by the clock synchronized with the GPS signal (S68631). When detecting the timer interruption of the microcomputer 686, the time base frame transmission module 6863 acquires the current time (S68632) and refers to the individual time table 236 (S68633).

現在時刻と個別タイムテーブル236の内容とを比較して個別タイムターブル236で割り当てられている時刻であると判定した場合(S68634、Yes)、時刻ベースフレーム送出モジュール6863は、1つ以上の転送フレームが完成しているか判定し(S68635)、完成していると判定した場合(S68635、Yes)、指定されたCLAN用アウトゴーイング転送フレーム用のメモリ領域68691に格納された転送フレームをNIC688に転送し、あるいはNIC688から転送されてきた転送フレームをCLAN用インカミング転送フレーム用のメモリ領域68692に格納する(S68636)。時刻ベースフレーム送出モジュール6863は、この処理を次のタイマー割り込み(S68631)が発生するまで繰り返す。一方、個別タイムターブル236で割り当てられている時刻でないと判定した場合(S68634、No)、時刻ベースフレーム送出モジュール6863は、転送フレームを廃棄して(S68637)、S68631の処理に戻る。このようにして、マスタ60の通信インターフェース68では、個別タイムテーブル236に設定されている所定の期間に所定のデータ転送装置10との間でネットワークの接続が確立される。   When the current time and the contents of the individual time table 236 are compared and it is determined that the time is assigned by the individual time table 236 (S68634, Yes), the time base frame transmission module 6863 has one or more transfer frames. Is determined to be completed (S68635), and if it is determined to be completed (S68635, Yes), the transfer frame stored in the memory area 68691 for the outgoing transfer frame for CLAN is transferred to the NIC688. Alternatively, the transfer frame transferred from the NIC 688 is stored in the memory area 68692 for the incoming transfer frame for CLAN (S68636). The time base frame transmission module 6863 repeats this process until the next timer interrupt (S68631) occurs. On the other hand, when it is determined that the time is not allocated in the individual time table 236 (S68634, No), the time base frame transmission module 6863 discards the transfer frame (S68637) and returns to the processing of S68631. In this way, in the communication interface 68 of the master 60, a network connection is established with a predetermined data transfer apparatus 10 during a predetermined period set in the individual time table 236.

図24は、本実施例における構築情報(初期情報)によって構成されるT−LAN#1〜#3を示す図である。本実施例においては、いずれのT−LANもその経路が重複していないので、T−LANが設定される時刻の調整を考慮する必要はない。なお、本実施例においては、時刻同期の方法としてGPSの利用を想定しているが、これに限定するものではなく、ネットワーク同期方式であるNTPやIEEE1588などを用いてもよい。あるいは、本実施例の個別タイムテーブル236を用いた時刻同期を行ってもよい。例えば、スケジュールサーバ20から、通信時刻000から1msの間は、例えば、時刻同期用のトリガ信号を全てのデータ転送装置10およびマスタ60が受信できるように、事前に個別タイムテーブル236に記載しておくようにする。各データ転送装置10、マスタ60では、そのトリガを受信することによって、互いに同期するように時刻を補正することができる。   FIG. 24 is a diagram illustrating T-LANs # 1 to # 3 configured by construction information (initial information) in the present embodiment. In this embodiment, since the routes of any T-LAN do not overlap, it is not necessary to consider the adjustment of the time when the T-LAN is set. In the present embodiment, the use of GPS is assumed as a time synchronization method, but the present invention is not limited to this, and a network synchronization method such as NTP or IEEE 1588 may be used. Alternatively, time synchronization using the individual time table 236 of the present embodiment may be performed. For example, in the communication time 000 to 1 ms from the schedule server 20, for example, the time synchronization trigger signal is described in advance in the individual time table 236 so that all the data transfer apparatuses 10 and the master 60 can receive the trigger signal. To leave. Each data transfer device 10 and the master 60 can correct the time so as to be synchronized with each other by receiving the trigger.

第二の実施例
次に、本発明の第二の実施例に係るデータ転送システム1について説明する。図25は、本実施例によるデータ転送システム1の構成を例示する図であり、第一の実施例のT−LAN#3の構成が変更されている。
Second Embodiment Next, a data transfer system 1 according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 25 is a diagram illustrating the configuration of the data transfer system 1 according to the present embodiment, in which the configuration of T-LAN # 3 of the first embodiment is changed.

本構成のT−LAN#3は、第一の実施例でのT−LAN#3に対して、制御対象としてCLAN5、CLAN6が追加されており、Cont_γ−CLAN4−CLAN5−CLAN6で構成されるネットワークである。この場合、TM_CとTM_Bとの間の経路を、T−LAN#2とT−LAN#3とが共用することになるため、両方のネットワークが同じ時刻にネットワークリソースを共用することができない点で第一の実施例とは異なる。また、T−LAN#3の転送フレームは、CLAN4からCLAN5を経由してCLAN6に至るために、CLAN4、CLAN5はそれぞれ2つのポートを使う点も第一実施例とは異なる。   The T-LAN # 3 of this configuration is obtained by adding CLAN5 and CLAN6 as control targets to the T-LAN # 3 in the first embodiment, and is configured by Cont_γ-CLAN4-CLAN5-CLAN6. It is. In this case, since the route between TM_C and TM_B is shared by T-LAN # 2 and T-LAN # 3, both networks cannot share network resources at the same time. Different from the first embodiment. Further, since the transfer frame of T-LAN # 3 reaches from CLAN4 to CLAN6 via CLAN5, CLAN4 and CLAN5 are different from the first embodiment in that two ports are used.

図26は、図14に例示した第一実施例における全体タイムテーブル235の作成アルゴリズムを使って再構成した、本実施例の全体タイムテーブル235である。このように、T−LAN#3の構成タイミングを4msずらすことによって、TM_CとTM_Bの経路が共用される問題は回避できることになる。割り当ての可否を判定する方法としては、各種のアルゴリズムを用いることができるが、ここでは第一実施例に関して説明したダイクストラ法を一例として説明する。   FIG. 26 shows an overall time table 235 according to this embodiment, which is reconfigured using the algorithm for creating the overall time table 235 in the first embodiment illustrated in FIG. Thus, by shifting the configuration timing of T-LAN # 3 by 4 ms, the problem of sharing the paths of TM_C and TM_B can be avoided. Various algorithms can be used as a method for determining whether assignment is possible. Here, the Dijkstra method described in connection with the first embodiment will be described as an example.

本実施例では、図25に示すTM_A、TM_B、TM_C、TM_Dの各データ転送装置10からなるネットワークにおいて、同時刻においてデータ転送装置10間のネットワークが同時に使用されないようにリソースの割り当てをすればよい。ダイクストラ法を適用するに際して、各データ転送装置10間のネットワークコストの算定は、第一実施例で説明した通りである。   In this embodiment, in the network composed of the TM_A, TM_B, TM_C, and TM_D data transfer devices 10 shown in FIG. 25, the resources may be allocated so that the network between the data transfer devices 10 is not used at the same time. . When applying the Dijkstra method, the calculation of the network cost between the data transfer apparatuses 10 is as described in the first embodiment.

まず、図26に示すT−LAN#1を構成する場合、TM_AからTM_Bに到達する経路を算出する必要があるが、この場合TM_AとTM_Bを直結するネットワークを利用すると最小コストは1となるので、この経路で確定する。   First, when configuring the T-LAN # 1 shown in FIG. 26, it is necessary to calculate a route from TM_A to TM_B. In this case, the minimum cost is 1 when a network directly connecting TM_A and TM_B is used. Confirm with this route.

次に、T−LAN#2を構成する場合、すでにTM_AとTM_Bを直結する最小コストは∞となっているので、これを使うことはできない。TM_AとTM_Cを直結するコストは1であり、またTM_AとTM_Dを直結するコストも1である。TM_CとTM_Bを直結するコストも1であるので、TM_A、TM_C、TM_Bを経由するコストは、合計で2となる。次に、TM_DとTM_Cを直結するコストは1となるので、TM_A、TM_D、TM_Cを経由する場合は、この段階で2となり、TM_AとTM_Cを直結するコストである1より大きくなるので採用できない。TM_A、TM_D、TM_Bを経由するコストは2となるので、この場合、TM_A、TM_C、TM_Bを経由する経路と、TM_A、TM_D、TM_Bを経由する経路のどちらを採用してもよいこととなる。ここでは、2つの経路が同じコストであれば、最初に見つかった方の経路を採択するアルゴリズムを採用する。   Next, when configuring T-LAN # 2, the minimum cost for directly connecting TM_A and TM_B is ∞, so this cannot be used. The cost of directly connecting TM_A and TM_C is 1, and the cost of directly connecting TM_A and TM_D is also 1. Since the cost of directly connecting TM_C and TM_B is 1, the cost via TM_A, TM_C, and TM_B is 2 in total. Next, since the cost of directly connecting TM_D and TM_C is 1, when passing through TM_A, TM_D, and TM_C, it becomes 2 at this stage and becomes larger than 1, which is the cost of directly connecting TM_A and TM_C, and cannot be adopted. Since the cost via TM_A, TM_D, and TM_B is 2, in this case, either a route that passes through TM_A, TM_C, or TM_B or a route that passes through TM_A, TM_D, or TM_B may be adopted. Here, if two routes have the same cost, an algorithm that adopts the first route found is adopted.

次に、T−LAN#3の構成を考える。T−LAN#3ではTM_D、TM_C、TM_Bの順番で接続する必要があるため、TM_DとTM_Cが接続され、かつ同時に、TM_CとTM_Bが接続されることが条件と考えればよい。TM_DとTM_Cを接続するには、これを直結するコストが1となるので、確定的にこの経路で決定する。しかし、TM_CからTM_Bに到達する経路については、TM_CとTM_Bのコストが∞であり、TM_CとTM_Aのコストも∞であり、またTM_AとTM_Bのコストも∞であるので、同じ時刻にT−LAN#3を、T−LAN#1、T−LAN#2と併存させる方法はない。   Next, consider the configuration of T-LAN # 3. Since it is necessary to connect in order of TM_D, TM_C, and TM_B in T-LAN # 3, TM_D and TM_C are connected and TM_C and TM_B are connected at the same time. In order to connect TM_D and TM_C, since the cost of directly connecting them is 1, it is definitely determined by this route. However, for the route from TM_C to TM_B, the cost of TM_C and TM_B is ∞, the cost of TM_C and TM_A is ∞, and the cost of TM_A and TM_B is also ∞. There is no method for coexisting # 3 with T-LAN # 1 and T-LAN # 2.

そこで、すでに成立しているT−LAN#1及びT−LAN#2のスケジュールを固定したまま、T−LAN#3が成立し得る時刻の検索を開始する。T−LAN#3の通信時刻を1msずつずらしながら、対応するT−LAN#1及びT−LAN#2の構成が設定されていない時間を検索すると、004の時刻においてT−LAN#2が設定されていないことが検知できる。この時刻において、TM_CからTM_Bに到達する経路については、TM_CとTM_Bのコストが1であり、TM_CとTM_Aのコストも1であるが、TM_AとTM_Bのコストは∞のままであるので、TM_CとTM_Bを直結するコストが1となりこの経路で確定する。仮に時刻004において、T−LAN#3が成立した場合に、要求される5ms周期で繰り返し設定したとしても、T−LAN#3が成立するかどうかを、上記のようにして全て調べる。その結果、T−LAN#3がT−LAN#1及びT−LAN#2と競合することなく成立すると判断された場合、全体タイムテーブル235のエントリを確定することとなる。なお、上記のようにしてT−LANの通信時刻をシフトしてもネットワークリソースの競合を解消することができない場合には、スケジュールサーバ20は、当該T−LANを設定することができない旨の情報を、表示モニタ271等を通じて出力することができる。   Therefore, a search for a time at which T-LAN # 3 can be established is started while the schedules of T-LAN # 1 and T-LAN # 2 that have already been established are fixed. When the communication time of T-LAN # 3 is shifted by 1 ms and a time when the corresponding T-LAN # 1 and T-LAN # 2 configurations are not set is searched, T-LAN # 2 is set at the time of 004. Can be detected. At this time, for the route from TM_C to TM_B, the costs of TM_C and TM_B are 1, and the costs of TM_C and TM_A are also 1. However, the costs of TM_A and TM_B remain ∞, so TM_C and The cost for directly connecting TM_B becomes 1, and is determined by this route. If T-LAN # 3 is established at time 004, whether or not T-LAN # 3 is established is checked as described above even if it is repeatedly set at the required 5 ms cycle. As a result, when it is determined that T-LAN # 3 is established without competing with T-LAN # 1 and T-LAN # 2, entries in the entire time table 235 are determined. If the network resource contention cannot be resolved even if the T-LAN communication time is shifted as described above, the schedule server 20 is informed that the T-LAN cannot be set. Can be output through the display monitor 271 or the like.

以上のようにして全体タイムテーブル235が設定されたことにより、本実施例では、図27に例示する個別タイムテーブル236が作成される。すなわち、データ転送装置TM_B用の個別タイムテーブル236としては、T−LAN#3用としてポート3とポート6を接続するエントリが追加されることになる。また、データ転送装置TM_C用の個別タイムテーブル236としては、ポート1とポート4、ポート3とポート6を接続するエントリが追加されることになる。また、データ転送装置TM_D用の個別タイムテーブル236としては、ポート3とポート6を接続するエントリが追加されることになる。さらに、T−LAN#3のマスタ60であるCont_γについては、図27に例示するように、全体タイムテーブル235においてT−LAN#3が構成されるタイミングで、転送フレームを送出することが許容される(ポートがオープンとなる)内容が記録される。   By setting the entire time table 235 as described above, in this embodiment, the individual time table 236 illustrated in FIG. 27 is created. That is, in the individual time table 236 for the data transfer device TM_B, an entry for connecting the port 3 and the port 6 is added for the T-LAN # 3. Further, as the individual time table 236 for the data transfer device TM_C, entries connecting port 1 and port 4 and port 3 and port 6 are added. In addition, an entry for connecting the port 3 and the port 6 is added to the individual time table 236 for the data transfer device TM_D. Furthermore, Cont_γ, which is the master 60 of T-LAN # 3, is permitted to send a transfer frame at the timing when T-LAN # 3 is configured in the overall time table 235, as illustrated in FIG. (The port is opened) is recorded.

本実施例によれば、時間的に複数の制御系システムが競合してリソースの割り当てが行えない場合にも、優先度が低い制御系システムの構成タイミングを他の制御系システムに対してシフトさせることにより、ネットワークリソースの制限内で可能な限りの数の制御系システムを、リアルタイム性を担保しつつ構成させることができる。これにより、ハードウェアとしてのネットワークを複数のリアルタイム制御系システムにより共用することが可能となり、運用コストの低減が可能となる。   According to this embodiment, even when a plurality of control systems compete with each other in time and resources cannot be allocated, the configuration timing of the control system having a low priority is shifted with respect to other control systems. As a result, it is possible to configure as many control system systems as possible within the limits of network resources while ensuring real-time performance. As a result, a network as hardware can be shared by a plurality of real-time control systems, and operation costs can be reduced.

第三の実施例
次に、本発明の第三の実施例について説明する。第三の実施例は、本発明のデータ転送システム1を、鉄道運行管理システムに適用した事例である。図28は、本実施例の鉄道運行管理システムの構成例を示す図である。同図に示すように、マスタ60(Cont_α)を含むT−LAN#1は、リング状の鉄道路線の運行管理を行うための情報伝送を担当しており、マスタ60(Cont_β)を含むT−LAN#2は、当該リング状の鉄道路線の一部を共用する別の鉄道路線の運行管理を行うための情報伝送を担当している。ここで、マスタ60は、各鉄道路線に設置された信号71、ポイント72を制御する。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment is an example in which the data transfer system 1 of the present invention is applied to a railway operation management system. FIG. 28 is a diagram illustrating a configuration example of a railway operation management system according to the present embodiment. As shown in the figure, T-LAN # 1 including master 60 (Cont_α) is in charge of information transmission for managing the operation of the ring-shaped railway line, and includes T-LAN # 1 including master 60 (Cont_β). LAN # 2 is in charge of information transmission for performing operation management of another railway line sharing a part of the ring-shaped railway line. Here, the master 60 controls the signal 71 and the point 72 installed on each railway line.

本実施例においては、ネットワークは、鉄道路線の路線形状とは無関係に敷設されているが、ネットワークに含まれる全てのデータ転送装置10は、スケジュールサーバ20、マスタ60からいずれかのデータ転送装置10を経由して、信号71、ポイント72に転送フレームを届けることができる。転送フレームは、路線単位で、時刻分割して所定の路線用の信号71又はポインタ72に届けられるため、ネットワークを路線毎に設置する必要はなく、ネットワークの経路リソースを有効に活用することができる。また、新しい路線が作られた場合であっても、その路線専用のネットワークを敷設する必要はなく、設定によって所望の運行管理用ネットワークを構成することが可能となる。本実施例が、第一、第二の実施例と異なる点は、EtherCatと異なり、転送フレームをマスタ60に戻す必要がないことである。各マスタ60から送信される転送フレームは、スレーブである信号71、ポイント72に転送されて終了する。従って、転送フレームは各データ転送装置10において複製して、転送することで、各鉄道路線用のネットワークのマルチキャストを実現することができる。本実施例では、T−LAN#1とT−LAN#2とが交互に10ms単位でネットワークに割り当てられる。   In this embodiment, the network is laid regardless of the route shape of the railway line. However, all the data transfer devices 10 included in the network are one of the data transfer devices 10 from the schedule server 20 and the master 60. The transfer frame can be delivered to the signal 71 and the point 72 via. Since the transfer frame is time-divided in units of routes and is delivered to a predetermined route signal 71 or pointer 72, it is not necessary to install a network for each route, and the route resources of the network can be used effectively. . Further, even when a new route is created, it is not necessary to construct a dedicated network for the route, and a desired operation management network can be configured by setting. The difference between this embodiment and the first and second embodiments is that there is no need to return the transfer frame to the master 60, unlike EtherCat. The transfer frame transmitted from each master 60 is transferred to the signal 71 and the point 72 which are slaves, and ends. Therefore, the transfer frame is duplicated in each data transfer device 10 and transferred, so that a network multicast for each railway line can be realized. In the present embodiment, T-LAN # 1 and T-LAN # 2 are alternately assigned to the network in units of 10 ms.

図29に、本実施例における全体タイムテーブル235の構成例を示している。図29は20msの期間におけるネットワーク上のデータ転送システム構成を示しており、ここでは、前記のように、T−LAN#1とT−LAN#2とが10msずつ交互に構成することが示されている。   FIG. 29 shows a configuration example of the entire time table 235 in the present embodiment. FIG. 29 shows a data transfer system configuration on the network for a period of 20 ms. Here, as described above, it is shown that T-LAN # 1 and T-LAN # 2 are alternately configured every 10 ms. ing.

図30には、図29の全体タイムテーブル235に基づく個別タイムテーブル236の構成例が、データ転送装置TM_D、TM_G、及びTM_Aについて示されている。すなわち、図30では、図28に例示するCont_αをマスタ60とするT−LAN#1を構成するために、時刻000〜009の期間には、TM_Dのポート間2−4、2−5、2−6が接続され、TM_E、TM_Fを経由して、TM_Gではポート間3−1が接続されている。また、図28に例示するCont_βをマスタ60とするT−LAN#2を構成するために、時刻010〜019の期間にはTM_Dのポート間3−5、3−6が接続され、TM_E、TM_Fを経由して、TM_Gではポート間3−2が、TM_Cを経由してTM_Aではポート間1−2が接続されている。   FIG. 30 shows a configuration example of the individual time table 236 based on the overall time table 235 of FIG. 29 for the data transfer devices TM_D, TM_G, and TM_A. That is, in FIG. 30, in order to configure the T-LAN # 1 having Cont_α exemplified in FIG. 28 as the master 60, between the ports of TM_D 2-4, 2-5, 2 and 2 −6 is connected, and TM_G is connected between ports 3-1 via TM_E and TM_F. Also, in order to configure T-LAN # 2 with Cont_β illustrated in FIG. 28 as the master 60, TM_D ports 3-5 and 3-6 are connected during the period of time 010 to 019, and TM_E, TM_F The TM_G is connected to the port 3-2, and the TM_A is connected to the port 1-2 via the TM_A.

本発明の実施形態によれば、データ転送装置10及びマスタ60は、スケジュールサーバ20から配信されたスケジュールに応じて指定の時刻に指定の経路を構築することができる。各データ転送装置10及びノードは転送フレームを、バッファリングを行わない制御フレーム単位で転送するため、リアルタイム性が保証されたデータ転送が可能となる。   According to the embodiment of the present invention, the data transfer device 10 and the master 60 can construct a designated route at a designated time according to the schedule distributed from the schedule server 20. Since each data transfer device 10 and the node transfer the transfer frame in units of control frames that do not perform buffering, it is possible to transfer data with guaranteed real-time properties.

また、本発明によれば、データ転送装置10は、一入力多出力のデータ転送を行うことによって、リアルタイム性が保証されたマルチキャストのデータ転送を実現することができる。   In addition, according to the present invention, the data transfer device 10 can realize multicast data transfer in which real-time performance is guaranteed by performing one-input multiple-output data transfer.

また、本発明によれば、時刻ごとにデータ転送装置10によって転送フレームの経路を切り換えることによって、周期的に形態の異なるマルチキャスト通信を実現することができる。   Further, according to the present invention, multicast communication having different forms can be realized periodically by switching the path of the transfer frame by the data transfer apparatus 10 at each time.

1 データ転送システム 10 データ転送装置 11 NIC
13 メモリ 15 GPS受信機兼1PPS生成器
17 PLL周波数シンセサイザ17 19 マイコン
20 スケジュールサーバ
21 ネットワークインターフェースカード 22 CPU
23 メモリ 24 キーボード 25 マウス
26 入出力コントローラ 27 モニタコントローラ
60 マスタ 61 ネットワークインターフェースカード
62 CPU 63 メモリ 68 ネットワークインターフェースカード
70 スレーブ 80 制御LAN
192 個別タイムテーブル受信モジュール
193 時刻ベース転送切替モジュール
232 初期情報設定モジュール
234 初期情報テーブル234 233 リソース割当モジュール
235 全体タイムテーブル 236 個別タイムテーブル
237 配布時刻スケジュール 238 タイムテーブル配信モジュール
239 NIC I/Fドライバ
682 GPS受信機兼1PPS生成器
684 PLL周波数シンセサイザ684
686 マイコン 688 メモリ
6862 個別タイムテーブル受信モジュール
6863 時刻ベース転送切替モジュール
1 Data Transfer System 10 Data Transfer Device 11 NIC
13 Memory 15 GPS Receiver / 1PPS Generator 17 PLL Frequency Synthesizer 17 19 Microcomputer 20 Schedule Server 21 Network Interface Card 22 CPU
23 Memory 24 Keyboard 25 Mouse 26 Input / output controller 27 Monitor controller 60 Master 61 Network interface card 62 CPU 63 Memory 68 Network interface card 70 Slave 80 Control LAN
192 Individual time table reception module 193 Time base transfer switching module 232 Initial information setting module
234 Initial information table 234 233 Resource allocation module 235 Overall time table 236 Individual time table 237 Distribution time schedule 238 Time table distribution module 239 NIC I / F driver 682 GPS receiver / 1PPS generator 684 PLL frequency synthesizer 684
686 Microcomputer 688 Memory 6862 Individual time table reception module 6863 Time base transfer switching module

Claims (10)

転送フレームを生成して送信する第一の通信部と、前記転送フレームを受信して格納されているデータを読み出す複数の第二の通信部と、前記第一の通信部と前記第二の通信部とを通信可能に接続する通信ネットワーク、前記通信ネットワークを介して前記第一の通信部と前記第二の通信部とに接続されて前記第一の通信部と前記第二の通信部との間でのデータ転送を実行するデータ転送部とを備えるデータ転送システムであって、
前記データ転送部は、前記データ転送を制御するためのデータ転送制御部と、前記転送フレームを格納する記憶部と、前記第一の通信部との間での前記転送フレームの送受信を実行する第一の通信ポートと、少なくとも一の前記第二の通信部との間での前記転送フレームの送受信を実行する第二の通信ポートとを備え、前記第一の通信部と時刻同期がなされており、
前記記憶部は、前記第一の通信ポートが受信した前記転送フレームを格納する第一の記憶領域と、前記第二の通信ポートが送受信する前記転送フレームを格納する第二の記憶領域とを備え、
前記データ転送制御部は、あらかじめ設定されている所定の期間に前記第一の通信ポートが前記転送フレームを受信した場合、当該転送フレームを前記第一の記憶領域に格納するとともに、前記第二の記憶領域に転送し、前記第二の通信ポートから送信させる、
データ転送システム。
A first communication unit that generates and transmits a transfer frame; a plurality of second communication units that receive and store the transfer frame; and the first communication unit and the second communication. A communication network that connects the first communication unit and the second communication unit via the communication network, the first communication unit and the second communication unit connected to the first communication unit and the second communication unit A data transfer system including a data transfer unit that executes data transfer between
The data transfer unit executes transmission / reception of the transfer frame among a data transfer control unit for controlling the data transfer, a storage unit for storing the transfer frame, and the first communication unit. One communication port and a second communication port for performing transmission and reception of the transfer frame between at least one second communication unit, and time synchronization with the first communication unit is made ,
The storage unit includes a first storage area that stores the transfer frame received by the first communication port, and a second storage area that stores the transfer frame transmitted and received by the second communication port. ,
When the first communication port receives the transfer frame during a predetermined period set in advance, the data transfer control unit stores the transfer frame in the first storage area, and Transferred to a storage area and transmitted from the second communication port;
Data transfer system.
請求項1記載のデータ転送システムであって、
前記データ転送部は、他の少なくとも一の前記第二の通信部との間での前記転送フレームの送受信を実行する第三の通信ポートをさらに備え、
前記記憶部は、前記第三の通信ポートが送受信する前記転送フレームを格納する第三の記憶領域をさらに備え、
前記データ転送制御部は、所定の期間に前記第一の通信ポートが前記転送フレームを受信した場合、当該転送フレームを前記第一の記憶領域に格納するとともに、前記第二の記憶領域及び前記第三の記憶領域に転送し、前記第二の通信ポート及び前記第三の通信ポートから送信させる、
データ転送システム。
The data transfer system according to claim 1, wherein
The data transfer unit further includes a third communication port for performing transmission and reception of the transfer frame with at least one other second communication unit,
The storage unit further includes a third storage area for storing the transfer frame transmitted and received by the third communication port,
When the first communication port receives the transfer frame in a predetermined period, the data transfer control unit stores the transfer frame in the first storage area, and also stores the second storage area and the second storage area. Transferred to three storage areas, and transmitted from the second communication port and the third communication port,
Data transfer system.
請求項1記載のデータ転送システムであって、
前記第一の通信部と所定の前記第二の通信部とを含んで構成される複数のネットワーク構成と、各当該ネットワーク構成が確立していることを要求される所定の期間とを関連付けて記憶している全体構成情報記憶部と、前記全体構成情報記憶部の記憶内容から、各前記ネットワーク構成において、前記第一の通信部が対応する前記第二の通信部と通信を行う期間、及び前記データ転送部において、前記第一の通信ポートと前記第二の通信ポートとの間で前記転送フレームの転送を実行する期間とを含む個別スケジュール情報を生成して、前記第一の通信部及び前記データ転送部に配信するスケジュール管理部をさらに備えている、
データ転送システム。
The data transfer system according to claim 1, wherein
Associating and storing a plurality of network configurations including the first communication unit and the predetermined second communication unit, and a predetermined period required to establish each network configuration The entire configuration information storage unit, and the storage content of the entire configuration information storage unit, in each network configuration, the period in which the first communication unit communicates with the corresponding second communication unit, and the In the data transfer unit, generate individual schedule information including a period during which the transfer frame is transferred between the first communication port and the second communication port, and the first communication unit and the A schedule management unit for delivering to the data transfer unit;
Data transfer system.
請求項1記載のデータ転送システムであって、
前記データ転送制御部は、前記所定の期間以外の時間帯に前記第一の通信ポートが受信した前記転送フレームのデータを前記記憶部に格納することなく廃棄する、
データ転送システム。
The data transfer system according to claim 1, wherein
The data transfer control unit discards the data of the transfer frame received by the first communication port in a time zone other than the predetermined period without storing it in the storage unit;
Data transfer system.
請求項3記載のデータ転送システムであって、
前記スケジュール管理部は、前記全体構成情報記憶部の記憶内容において、一の前記ネットワーク構成が含む前記データ転送部間のデータ転送経路と他の前記ネットワーク構成が含む前記データ転送部間のデータ転送経路とが同一期間で競合していると判定した場合、いずれかの前記ネットワーク構成が確立される期間を時間的にシフトさせることにより、前記データ転送経路の競合を解消する、
データ転送システム。
The data transfer system according to claim 3, wherein
The schedule management unit includes a data transfer path between the data transfer units included in one network configuration and a data transfer path between the data transfer units included in another network configuration in the storage contents of the overall configuration information storage unit , The contention of the data transfer path is resolved by shifting in time the period during which any one of the network configurations is established.
Data transfer system.
請求項5記載のデータ転送システムであって、
前記スケジュール管理部は、前記全体構成情報記憶部の記憶内容において、一の前記ネットワーク構成が含む前記データ転送部間のデータ転送経路と他の前記ネットワーク構成が含む前記データ転送部間のデータ転送経路とが同一期間で競合していると判定し、かついずれの前記ネットワーク構成が確立される期間を時間的にシフトさせても、前記データ転送経路の競合を解消することができないと判定した場合、所望のネットワーク構成を確立することができない旨の情報を出力する、
データ転送システム。
The data transfer system according to claim 5, wherein
The schedule management unit includes a data transfer path between the data transfer units included in one network configuration and a data transfer path between the data transfer units included in another network configuration in the storage contents of the overall configuration information storage unit Are determined to be competing in the same period, and it is determined that the contention of the data transfer path cannot be resolved by shifting the period during which any of the network configurations is established, Output information indicating that the desired network configuration cannot be established,
Data transfer system.
請求項3記載のデータ転送システムであって、
前記全体構成情報記憶部の記憶内容は、前記ネットワーク構成が要求する前記転送フレームの転送周期のうちで、最も長い転送周期に相当する時間分だけ設定される、
データ転送システム。
The data transfer system according to claim 3, wherein
The storage content of the overall configuration information storage unit is set for the time corresponding to the longest transfer cycle among the transfer cycles of the transfer frame required by the network configuration.
Data transfer system.
転送フレームを生成して送信する第一の通信部と、前記転送フレームを受信して格納されているデータを読み出す複数の第二の通信部と、前記第一の通信部と前記第二の通信部とを通信可能に接続する通信ネットワークと、前記通信ネットワークを介して前記第一の通信部と前記第二の通信部とに接続されて前記第一の通信部と前記第二の通信部との間でのデータ転送を実行するデータ転送部とを備え、前記データ転送部は、前記データ転送を制御するためのデータ転送制御部と、前記転送フレームを格納する記憶部と、前記第一の通信部との間での前記転送フレームの送受信を実行する第一の通信ポートと、少なくとも一の前記第二の通信部との間での前記転送フレームの送受信を実行する第二の通信ポートとを備え、前記記憶部は、前記第一の通信ポートが受信した前記転送フレームを格納する第一の記憶領域と、前記第二の通信ポートが送受信する前記転送フレームを格納する第二の記憶領域とを備えるデータ転送システムの制御方法であって、
前記第一の通信部と前記データ転送部との間で時刻同期をとり、
前記データ転送制御部により、あらかじめ設定されている所定の期間に前記第一の通信ポートが前記転送フレームを受信した場合、当該転送フレームを前記第一の記憶領域に格納するとともに、前記第二の記憶領域に転送し、前記第二の通信ポートから送信させる、
データ転送システムの制御方法。
A first communication unit that generates and transmits a transfer frame; a plurality of second communication units that receive and store the transfer frame; and the first communication unit and the second communication. A communication network that connects the first communication unit and the second communication unit via the communication network, and the first communication unit and the second communication unit connected to the first communication unit and the second communication unit via the communication network. A data transfer unit that executes data transfer between the data transfer unit, the data transfer unit, a data transfer control unit for controlling the data transfer, a storage unit for storing the transfer frame, and the first transfer unit A first communication port that performs transmission / reception of the transfer frame with a communication unit; and a second communication port that performs transmission / reception of the transfer frame with at least one second communication unit; The storage unit includes A control method of a data transfer system comprising: a first storage area for storing the transfer frame received by one communication port; and a second storage area for storing the transfer frame transmitted and received by the second communication port. There,
Take time synchronization between the first communication unit and the data transfer unit,
When the first communication port receives the transfer frame during a predetermined period set in advance by the data transfer control unit, the transfer frame is stored in the first storage area, and the second Transferred to a storage area and transmitted from the second communication port;
Control method for data transfer system.
請求項8記載のデータ転送システムの制御方法であって、
前記データ転送部は、他の少なくとも一の前記第二の通信部との間での前記転送フレームの送受信を実行する第三の通信ポートをさらに備え、
前記記憶部は、前記第三の通信ポートが送受信する前記転送フレームを格納する第三の記憶領域をさらに備え、
前記データ転送制御部により、所定の期間に前記第一の通信ポートが前記転送フレームを受信した場合、当該転送フレームを前記第一の記憶領域に格納するとともに、前記第二の記憶領域及び前記第三の記憶領域に転送し、前記第二の通信ポート及び前記第三の通信ポートから送信させる、
データ転送システムの制御方法。
A method for controlling a data transfer system according to claim 8, comprising:
The data transfer unit further includes a third communication port for performing transmission and reception of the transfer frame with at least one other second communication unit,
The storage unit further includes a third storage area for storing the transfer frame transmitted and received by the third communication port,
When the first communication port receives the transfer frame during a predetermined period by the data transfer control unit, the transfer frame is stored in the first storage area, and the second storage area and the second storage area Transferred to three storage areas, and transmitted from the second communication port and the third communication port,
Control method for data transfer system.
請求項8記載のデータ転送システムの制御方法であって、
前記データ転送システムは、前記第一の通信部と所定の前記第二の通信部とを含んで構成される複数のネットワーク構成と、各当該ネットワーク構成が確立していることを要求される所定の期間とを関連付けて記憶している全体構成情報記憶部と、前記全体構成情報記憶部の記憶内容から、各前記ネットワーク構成において、前記第一の通信部が対応する前記第二の通信部と通信を行う期間、及び前記データ転送部において、前記第一の通信ポートと前記第二の通信ポートとの間で前記転送フレームの転送を実行する期間とを含む個別スケジュール情報とを生成して、前記第一の通信部及び前記データ転送部に配信するスケジュール管理部をさらに備えている、
データ転送システムの制御方法。
A method for controlling a data transfer system according to claim 8, comprising:
The data transfer system includes a plurality of network configurations configured to include the first communication unit and the predetermined second communication unit, and a predetermined number required to establish each network configuration. Communication with the second communication unit corresponding to the first communication unit in each network configuration from the entire configuration information storage unit that stores the period in association with each other and the stored contents of the entire configuration information storage unit And in the data transfer unit, generate individual schedule information including a period for executing transfer of the transfer frame between the first communication port and the second communication port, and A schedule management unit for delivering to the first communication unit and the data transfer unit;
Control method for data transfer system.
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