JP2010541442A - リングバスシステムでの信号故障検知するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

リングネットワークを通じてデータの移動のために、通信システム、ネットワーク、インターフェース、及び、ポートが備えられている。ネットワークノードが、その入力信号の故障を検知した場合、自分自身をタイミングマスタとして設定し、シャットダウン命令を他のネットワークノードに通信する。加えて、この「信号ＯＦＦ」事象を伝える内部フラッグがセットされる。シャットダウンフラグを受け取る全ての他のネットワークノードは、この内部状態をセットしない。このように、信号の故障がどこで起きるかを容易に見つけることができる。

Description

本発明は、通信を許容するために、好ましくはデイジー・チェーン方式で互いに接続されるリングネットワークの２以上のポートに基づいて、通信システムを管理するための通信システム、通信システムのポート、及び、方法に関する。

通信システムは、通常、伝送ラインによって相互接続されたノード間の通信を許容するシステムとして知られている。いずれのノードも情報を送信可能であり、かつ、伝送ラインを通じて情報を受け取る。相互接続されたノード通信システムは、バス型、リング型、スター型、スター型、及び、ツリー型のトポロジー、又は、その組合せのような様々なトポロジーで使用されている。

バス型トポロジーネットワークは、通常、線形としてみなされている。１つのノードからの伝送ラインに沿って伝播し、バスに接続されている全ての他のノードによって受け取られる。けれども、リング型トポロジーネットワークは、通常、単一の閉ループを形成するために、一方向の伝送連結によって互いに接続されている一連のノードを備えている。更に、リングバスとして参照されもするリング型ネットワークの例は、ＩＥＥＥ８０２．５で、光ファイバー分散データインターフェース（ＦＤＤＩ）と呼ばれ、非常に詳細に記載されている。

ノード間の伝達は、有線又は無線のいずれかで可能であり、これらの有線又は無線は、例えば、銅線、光ファイバー、又は、選択された伝送線のための無線伝送媒体である。

リングバスシステムで、一つの信号ノードの故障は、全体のネットワークの故障に到る。

故障を解消するために、故障しているノードを特定しなければならない。故障が故障しているノードのコントローラによって特定可能であれば、その後の解析のために、メモリに書き込み可能である。コントローラが監視できないコントローラ自身又は他のハードフェアが故障した場合、これは不可能である。それらのハードフェアは、光ネットワークの光送信機である。

米国特許出願公開第５３９４４０１号明細書には、それぞれのネットワークノードが接続されているスマート有線集約機又はＭＡＵに基づいたリング状ネットワークが開示されている。更に、ＭＡＵは、それぞれに設置されたノードのために、１つのネットワークポートを必要とし、手間がかかり高価な解決方法である。

米国特許出願公開第５３９４４０１号明細書

本発明によって解決される課題は、リングバスシステムのバス故障を対処し、更に、故障したバスノードを特定することである。

この課題の解決手段が、独立請求項に記載されている。従属請求項は、本発明の更なる改良に関している。

本発明のバスノード１０の通信ポート１１は、リングバスからデータを受け取り、リングバス上のデータを送信する。通常操作モードの間、通信ポートは、リングバスからやって来るデータを持続的に受け取っている。信号伝達が中断される状況があり、「信号ＯＦＦ」状態として参照される。このような「信号ＯＦＦ」状態は、バス伝送媒体の故障、または、バスノード４０の故障によって生じている。通信ポート１１は、上流のバスノード４０、又は、上流のバスノード４０と通信ポートの間の伝送媒体によって生じる信号ＯＦＦ状態を検知可能である。この通信ポート１１は、「信号ＯＦＦ」状態を検知するための少なくとも１つの手段を備えている。これは、信号レベル検知器、内部ＰＬＬのロック検出器、流れてくるデータストリーム上のフレーム又はＣＲＣチェッカー、又は、入力信号の損失を検知するための他の手段であってもよい。信号ＯＦＦ状態は、通信ポートがバスのデータストリーム上でロック不可能である、一続きのアンロック事象である「クリティカルアンロック」のようなノードと通信ポートとの間の通信が中断される他の状況がある。

信号ＯＦＦ状態が検知された場合、通信ポート１１は、全ての他のバスノードに、上流のバスノード４０と通信ポート１１との間のバスの故障を知らせる。これが次のように行われる。

通信を維持するために、通信ポートは、好ましくは、バス上の更なる通信のためのタイミングの基準として働くタイミングマスタとして設定されている。さらに、通信ポートは、シャットダウンフラグをセットし、バス上にそれを送信する。このシャットダウンフラグは、ネットワークフレーム内で少なくとも１ビット又は複数ビットで表示され、バス上に送信されるフラッグである。シャットダウンフラグをセットした後、通信ポート１１は、シャットダウンフラグを含むフレームを、全ての他のネットワークノードの通信ポートに分配するのに必要な所定時間の間待機する。この所定時間は、通常、１０ｍｓから１ｓの間の範囲、好ましくは、１００から２００ｍｓの範囲である。別の方法として、この所定時間をゼロにすることも可能である。標準フレームでシャットダウンフラグを送信する代わりに、特別のフレーム又は特別のメッセージをバス上に送ることも可能である。上述のステップに加えて、通信ポート１１は、その内部状態を「信号ＯＦＦ」として保存する。

タイミングマスタとして設定され、シャットダウンフラグをセットしそれを送信し、状態「信号ＯＦＦ」を保存し、待機するステップの順番を換えることが可能であるは明白である。シャットダウンフラグを送信する前に、タイミングマスタとして設定することだけは必要である。シャットダウンフラグは、それが送信される前にセットされなければならない。待機は、シャットダウンフラグを送信後にされるべきである。最終的に、通信ポートは、その出力信号をＯＦＦに切り替える。これは、光出力を無効にする、又は、電気出力を所定電圧又は高インピーダンス状態にセットすること可能とする。内部状態を「信号ＯＦＦ」として保存するステップは、いずれの時間でも行うことが可能である。

１つのノードの通信ポートがその信号をＯＦＦに切り替えた後、連続するノードの通信ポートが信号ＯＦＦ状態を検知し、シャットダウンフラグを受信した場合の手続きを実行する。この方法により、シャットダウンプロセスは、ノードからノードへ、全てのバスシステムを通じて伝播させる。更なる代案として、シャットダウンフラグは、更なるバスノードのシャットダウンをトリガーするために用いられることも可能である。

好ましい実施例では、通信ポートが信号ＯＦＦ状態を検知した後に、シャットダウンフラグが他のノードの通信ポートから既に受信したかどうかをチェックする。もし、このシャットダウンフラグが既に受信されたのならば、通信ポートは、その内部状態を「無過失（自分のせいではない）セーブ（ｎｏ ｆａｕｌｔ ｓａｖｅｄ）」と保存する。更に、通信ポートの出力信号がＯＦＦに替えられ、通信ポート自身をセーフ状態に到らせる。内部状態の保存、及び、通信ポートの出力をＯＦＦに切り替えるステップは、交換可能である。シャットダウンが受信されていない場合、バス通信ポート自身は、バスが遮断されている危険状態を検知する。その場合、通信ポート１１は、上記記載のように、「信号ＯＦＦ」状態の手続きを開始する。

一般に、内部状態は、不揮発性のメモリに保存されており、かつ、ネットワーク、又は、（電源供給することによってノードを起動させる場合の）バスノードの電源の次回の再起動後に問い合わせされる。状態情報「無過失セーブ（ｎｏ ｆａｕｌｔ ｓａｖｅｄ）」及び「信号ＯＦＦ」は、通信ポートが、バスの故障が起きた場所の後の最初のポートであるかないかどうかを区別するためのものである。本発明によると、このような信号伝達は、必要であれば、「無過失セーブ（ｎｏ ｆａｕｌｔ ｓａｖｅｄ）」又は他のものによって上書きされる初期設定値の「信号ＯＦＦ」を備える同様の実施例によってなされることも可能である。

他の実施例では、ネットワークがネットワークノードによってシャットダウンされる場合、パワーマスタが呼び出され、マワーマスタの通信ポートが、他のネットワークノードにシャットダウン命令を送信するために、シャットダウンフラグをセットする。さらに、それは、その内部状態を「無過失セーブ（ｎｏ ｆａｕｌｔ ｓａｖｅｄ）」として保存する。最終的に、それは、フレームを他のネットワークノードに送信し、最終的に、出力の信号をＯＦＦ切り替えするために必要な所定時間の間待機する。次の通信ポートが、この「信号ＯＦＦ」を検知した場合、上述したように、シャットダウンフラグを受信した場合、内部状態を「無過失セーブ（ｎｏ ｆａｕｌｔ ｓａｖｅｄ）」として保存し、その出力をＯＦＦする。それによって、通信ポートは、次々とシャットダウンされる。パワーマスタによってトリガされた、このようなシャットダウンの後、全ての通信ポートが「無過失セーブ（ｎｏ ｆａｕｌｔ ｓａｖｅｄ）」を持つことになる。

さらなる実施例によると、低電圧供給又は高温度（過温度）による緊急シャットダウンの場合、出力信号は直ちにＯＦＦ切り替えされる。これは、バス上の連続する通信ポートに、「信号ＯＦＦ」状態を検知させ、上述したように、タイミングマスタとしての役割を引き継ぎ、シャットダウンフラグを他のネットワークノードの通信ポートに送信し、かつ、その内部状態を「急信号ＯＦＦ」と保存するように実行される。

「信号ＯＦＦ」事象が生じる時、リングバスに１つのみの故障がある場合、本発明により、この事象の発生位置の次にある通信ポートは、自分自身をタイミングマスタとして設定し、シャットダウンフラグを、他のネットワークノードの通信ポートに送信する。加えて、その内部状態を「信号ＯＦＦ」と保存する。更に、連続するノードの通信ポートの「信号ＯＦＦ」事象をトリガする（開始する）ために、その出力信号をシャットダウンする。これらの通信ポートは、以前にシャットダウンフラグを受信している場合、状態「無過失セーブ」を保存することによって、シャットダウンする。これは、所定時間後、全てのバスノードを備えたセーフネットワーク状態がシャットダウンされることになる。バスが再起動又は再び電源ＯＮされると、具体的に、ネットワークアナライザ（分析器）が、ネットワークノードの通信ポートの状態を読みこみ可能である。他の全ての通信ポートが、「無過失セーブ」の内部状態をもっている場合、たった１つの通信ポートが、「信号ＯＦＦ」の内部状態を持っている。「信号ＯＦＦ」事象の発生位置の後に続く、この１つの通信ポートは、例えば、この事象が図２のノード１０、又は、ノード１０と２０の間の線で起きた場合、この「信号ＯＦＦ」の内部状態を持ったノードは、ノード２０になる。それゆえ、本発明によると、「信号ＯＦＦ」の発生位置の簡単な識別が可能である。加えて、事象に関係する他のデータは、ネットワークノード又は通信ポートによって保存される。

更なる実施例では、本発明は、少なくとも、フレームの開始を示すためのプリアンブルと、シャットダウンフラグ領域と、任意データ領域と備えるフレームを生成するために設定された通信ポート１１を備えている。

フレームは、所定のビット数を備えている。好ましくは、フレーム毎のビット数は、一定である。データ領域は、省略可能である。更に、通信ポート１１は、フレーム、又は、フレームの少なくとも一部分を保存かつ分解するためのフレームバッファ及びデコーダを備えている。データを受信する場合、通信ポート１１は、利用可能であるならば、初めにプリアンブルと同期可能である。通信ポートは、好ましくは、シャットダウンフラグ領域を読み込みするために、これらのフレームの少なくとも１部分を分析可能である。

好ましくは、シャットダウンフラグを送受信することは、通信ポートの（ＩＳＯ標準規格に応じた）物理レイヤーによってなされる。

本発明の他の観点は、以前に開示された通信ポート１１の少なくとも１つを備えるネットワークノード１０である。

本発明の更なる観点は、ネットワークノードの通信ポート、ネットワークノード、又は、全てのネットワークをシャットダウンさせるための方法である。この方法は、以下のステップを備えている。
Ａ１）入力信号の故障である「信号ＯＦＦ」状態を検知し、信号ＯＦＦ状態が検知された場合のみ、次のステップに進む。
Ａ２）タイミングマスタとして通信ポートを設定する。
Ａ３）シャットダウンフラグをセットし、ネットワーク上にシャットダウンフラグを送信する。
Ａ４）所定時間待機する。
Ａ５）出力信号をＯＦＦに切り替える。
かつ、ステップＡ１）の後のいずれの時間で、「信号ＯＦＦ」状態を保存する。

好ましくは、シャットダウンフラグが存在するかどうかをチェックすることは、信号ＯＦＦ事象が検知（ステップａ）された後になされる。シャットダウンフラグが存在する場合、処理は、ステップＡ５）を続ける。ステップＡ２）、ステップＡ３）、及び、ステップＡ４）は、順番を入れ替え可能であることは明白である。シャットダウンフラグを送信する前に、ステップＡ２）を備えることのみが必要である。シャットダウンフラグは、それを送信する前に、セットしなければならない。ステップＡ４）は、シャットダウンフラグを送信後に実行すべきである。

さらに、方法の実施例は、次のステップを備えている。

シャットダウンフラグが既に受信されている場合に、Ａ２）〜Ａ５）のステップの代わりに、
Ａ６）内部状態「無過失セーブ」を保存する。
Ａ７）出力信号をＯＦＦに切り替える。

Ａ６）とＡ７）の順序は逆にすることも可能である。

方法の更なる実施例は、以下のステップを備えるパワーマスタ通信ポートによって達成される。
Ｂ１）シャットダウンフラグをセットし、ネットワーク上にシャットダウンフラグを送信する。
Ｂ２）所定時間待機する。
Ｂ３）出力信号をＯＦＦに切り替える。
かつ、状態「無過失セーブ」をいずれかの時間に保存する。

パワーマスタの機能を備える通信ポートは、その順序で、ネットワークのシャットダウンを開始する。パワーマスタ装置は、ネットワークノードの、好ましくは、全てのネットワークのパワー状態（パワーオン、パワーオフ、アイドリング、…）を制御するネットワークノードである。この場合、パワーマスタに後続するノードは、「信号ＯＦＦ」を検知し、シャットダウンフラグを受信する。それゆえ、Ａ１、Ａ６、及び、Ａ７のステップで進行する。

他の実施例では、緊急シャットダウンがなされば場合、通信ポートの信号は、すぐにＯＦＦに切り替えられる。これは、連続するノードの通信ポートに、「信号ＯＦＦ」状態を検知させ、ステップＡ１）からＡ６）により実行される。そのノードに連続する通信ポートのノードは、更に、「信号ＯＦＦ」を検知し、シャットダウンフラグを検知する。それゆえ、Ａ１、Ａ６、Ａ７のステップで進行する。

明確にする理由のために、バスノード及び通信ポートに問い合わせがされる。いずれのバスノードも少なくとも１つ、好ましくは１つの通信ポートを備えている。

この発明は、様々なバスシステムに適用可能であるが、好ましい形態のバスは、光リングバスである。ここでは、特に、通信ポートの光送信機の故障を検知可能である。

以下、本発明は、一般発明概念を限定することなく、図面を参照して例示の実施例について、例示によって記述されている。

４つのネットワークノードを備えるリング型ネットワーク。 ネットワークノード１０及び２０をより詳細に示したリング型バスを示している。 通信ポートの機能のフローチャートを示している。

図１は、４つのネットワークノードを備えるリングネットワークを示している。第１のネットワークノード１０、第２のネットワークノード２０、第３のネットワークノード３０、及び、第４のネットワークノードは、リングバスを形成するために、共に接続されている。データは、第１のネットワークノード１０から第２のネットワークノード２０への矢印の方向に、第３のネットワークノード３０及び第４のネットワークノード４０を通って、第１のネットワークノード１０に戻るように移動する。

図２は、ネットワークノード１０及び２０をより詳細に示した図１のようなリングバスを示している。第１及び第２のネットワークノード１０及び２０は、ネットワークからデータを受け取り、ネットワーク上に送信する通信ポート１１及び２１を備えている。さらに、通信ポート１１、２１は、ネットワークノードのアプリケーション１１、２２を用いてデータを変換する。全てのネットワークノードは、データバス線４１を介して接続されている。

図３は、通信ポートの機能のフローチャートを示している。

パワーマスタがネットワークをシャットダウン（ステップ５０）させた場合、シャットダウンフラグをセットする（ステップ５１）。このシャットダウンフラグは、ネットワークを介して、他のネットワークノードに送信され、内部状態「無過失セーブ」を保存する（ステップ５２）。最終的に、所定時間待機（ステップ５３）し、その後、それ自身の出力信号をＯＦＦさせる。これは、もはやデータが、バス上に送信されないことを意味している。

ミス入力信号から発生し、通信ポートの入力に送られる「信号ＯＦＦ」（ステップ５５）状態が検知された場合、通信ポートは、シャットダウンフラグが存在するかどうかチェックする。シャットダウンフラグが、事前にネットワーク上で受け取られ、好ましくは、通信ポートで保存された場合は、シャットダウンフラグは存在している。シャットダウンフラグが存在しない（ステップ５６）場合は、「信号ＯＦＦ」状態が、通信ポートのすぐ前で起きていることが明らかである。更に、通信ポートは、タイミングマスタとして設定（ステップ５７）され、全てのバスのためのバスのクロックタイミング基準となる。その後、シャットダウンフラグがセットされ（ステップ５８）、このシャットダウンフラグは、バスを介して、他のネットワークノードに送信される。次のステップでは、通信ポートは、その自身の内部状態を「無過失セーブ」と保存（ステップ５９）し、その信号がスイッチＯＦＦ（ステップ５４）されるまでの所定時間待機する（ステップ５３）。
「信号ＯＦＦ」検知（ステップ５５）の後、シャットダウンフラグが存在した（ステップ６１）場合、その内部状態を「無過失セーブ」と保存（ステップ６２）し、その信号をＯＦＦ切り替えする（ステップ５４）。

緊急シャットダウン（ステップ６３）の場合、その信号をすぐにスイッチＯＦＦする。

１０ 第１のネットワークノード
１１ 通信ポート
１２ アプリケーション
２０ 第２のネットワークノード
２１ 通信ポート
２２ アプリケーション
３０ 第３のネットワークノード
４０ 第４のネットワークノード
４１ 伝送媒体
５０−６３ 図３示されたような処理ステップ

Claims (9)

1. データを受け取るための入力と、データを送信するための出力とを備え、かつ、入力の信号ＯＦＦ状態を検知するための手段を備えた、リングバスのためのバスノード（１０）の通信ポート（１１）において、
   信号ＯＦＦ状態が検知された後、通信ポート（１１）の内部状態を「信号ＯＦＦ」と保存し、かつ、
   −通信ポート（１１）自身を、バスのためのタイミングマスタとして設定するステップと、
   −バスを介して他のバスノード（２０、３０、４０）に送信されるシャットダウンフラグをセットするステップと、
   −所定時間待機するステップと、
   −出力信号をＯＦＦに切り替えるステップと
   を実行するように構成されていることを特徴とする通信ポート（１１）。
2. 請求項１に記載の通信ポート（１１）において、
   信号ＯＦＦ状態が検知された後、シャットダウンフラグが受信されているかどうかをチェックし、かつ、
   このシャットダウンフラグが受信されている場合は、
   −通信ポート（１１）の内部状態を「無過失セーブ」と保存するステップと
   −出力信号をＯＦＦに切り替えるステップと
   を実行するように構成されていることを特徴とする通信ポート（１１）。
3. 請求項１又は２に記載の通信ポート（１１）において、
   遠隔のシャットダウン命令が受信された場合、
   通信ポート（１１）の内部状態を「無過失セーブ」と保存し、かつ、
   −バスを介して他のバスノード（２０、３０、４０）に送信されるシャットダウンフラグをセットするステップと、
   −所定時間待機するステップと、
   −出力信号をＯＦＦに切り替えするステップと
   を実行することを特徴とする通信ポート（１１）。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の通信ポート（１１）において、
   緊急シャットダウンが実行された場合、出力信号をＯＦＦに切り替えるように構成されていることを特徴とする通信ポート（１１）。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の通信ポート（１１）において、
   −フレームの開始を示すためのプリアンブルと、
   −シャットダウンフラグ領域と
   を少なくとも備えるフレームを、生成かつ少なくとも部分的に分析するように構成されていることを特徴とする通信ポート（１１）。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の通信ポート（１１）を備えたバスノード（１０）。
7. ネットワークノードの通信ポートをシャットダウンさせるための方法において、
   Ａ１）入力信号の故障である「信号ＯＦＦ」状態を検知するステップと
   Ａ２）タイミングマスタとして通信ポートを設定するステップと、
   Ａ３）シャットダウンフラグをセットし、ネットワーク上にシャットダウンフラグを送信するステップと、
   Ａ４）所定時間待機するステップと、
   Ａ５）出力信号をＯＦＦに切り替えるステップと
   を備え、
   かつ、ステップＡ１）の後のいずれの時間で、「信号ＯＦＦ」状態を保存することを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、
   シャットダウンフラグが既に存在する場合に、Ａ２）〜Ａ５）の代わりに、
   Ａ６）内部状態「無過失セーブ」を保存するステップと、
   Ａ７）出力信号をＯＦＦに切り替えるステップと、
   が任意の順序で備えられていることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、
   Ａ１）〜Ａ５）の代わりに、
   Ｂ１）シャットダウンフラグをセットし、ネットワーク上にシャットダウンフラグを送信するステップと、
   Ｂ２）所定時間待機するステップと、
   Ｂ３）出力信号をＯＦＦに切り替えるステップと、
   を備え、
   かつ、状態を「無過失セーブ」と保存することを特徴とする方法。

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