JP2015103978A - ネットワークシステムおよび中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、複数の制御システムに対するネットワークの構築コストを抑えて、ネットワーク障害に対する耐性に優れたネットワークシステム等を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明は、上記課題を解決するために、複数の拠点に配置され、互いにパケットを送受信して対象設備を監視又は制御する装置ごとに所定の制御システムにグループ分けされた複数の通信装置と、複数の通信ポートを備え、前記通信装置が送信したパケットを他の通信装置へ転送する複数の中継装置と、を備え、各拠点に配置された複数の通信装置は、２つの前記中継装置の間に並列に接続され、異なる拠点に配置された前記中継装置は、ネットワークによってリング状に接続されるものであって、少なくとも１つの拠点に配置された複数の通信装置には、異なる制御システムに属する通信装置が含まれることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ネットワークシステムおよび中継装置に関する。

制御システムを構成するネットワークは、高信頼化のため、冗長化されることがあり、リングネットワークを用いた冗長化の方式として、ＩＥＣ６２４３９−３におけるＨＳＲ（Ｈｉｇｈ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ Ｓｅａｍｌｅｓｓ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）、ＰＲＰ（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）と呼ばれる方式がある。ＨＳＲ方式を用いた例として非特許文献１では、送信装置はリングネットワークの右回りと左回りそれぞれのポートから同一のフレームを送信し、この同一フレームをリングの右回りと左回りの経路を経由して受信装置に送信することが記載されている。これによって、ネットワーク内の一部に障害が発生しても、受信装置は障害箇所を経由しないルートで欠損なくフレームを受信できる。

Prof. Dr. Hubert Kirrmann、" HSR - High Availability Seamless Redundancy"、［online］、［平成25年11月18日検索］、インターネット〈URL：http://lamspeople.epfl.ch/kirrmann/Pubs/IEC_62439/IEC_61439-3/IEC_62439-3.5_HSR_Kirrmann.ppt〉

ＩＥＣ６２４３９−３のＨＳＲでは、常時リングネットワークの双方向の経路を利用するため、通信帯域の利用効率は下がるものの、障害復帰に時間がかからないという利点がある。そのためＨＳＲは、障害の早期普及が求められる産業用の制御システムに適している。

ここで、例えば電力系統の保護制御装置のような制御システムにおいては、異なる拠点に存在する保護制御装置によって１つの制御システムを構成することがある。このような制御システムが複数ある場合、それぞれの制御システムごとにリングネットワークを構築すると、ネットワークの構築コストが増大してしまうという課題がある。一方で、複数の制御システムを１つのリングネットワーク上に構築すると、構築コストは抑えられるものの、１つの制御システムのネットワーク障害が他の制御システムの通信へ影響を及ぼす可能性が高くなるという課題がある。

本発明は、複数の制御システムに対するネットワークの構築コストを抑えて、ネットワーク障害に対する耐性に優れたネットワークシステム等を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、パケットの送受信を行う複数の通信装置と、複数の通信ポートを備え、前記通信装置が送信したパケットを他の通信装置へ転送する複数の中継装置と、前記複数の通信装置と前記複数の中継装置をリング状に接続するネットワークと、を有し、前記複数の中継装置には、リング状のネットワークのＡ系回りの方向からパケットを受信するＡ系通信ポートを複数備えた第一の中継装置と、前記Ａ系回りとは反対方向のＢ系回りの方向からパケットを受信するＢ系通信ポートを複数備えた第二の中継装置と、を含み、前記第一の中継装置の各Ａ系通信ポートと、前記第二の中継装置の各Ｂ系通信ポートとは、前記通信装置を介してそれぞれ接続されており、前記第一の中継装置は、前記Ｂ系通信ポートからパケットを受信すると、複数の前記Ａ系通信ポートから転送先の通信ポートを所定の規則に従って選択し、当該選択した通信ポートを用いていずれかの前記通信装置へ受信したパケットを転送する構成を有する。

本発明によれば、複数の制御システムに対するネットワークの構築コストを抑えて、ネットワーク障害に対する耐性に優れたネットワークシステム等を提供することができる。これによって、少ない配線で高信頼な制御ネットワークを構築することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態を用いたシステム構成図である。 本発明の一実施形態でのハードウェア構成図である。 本発明の一実施形態での機能構成図である。 本発明の一実施形態での機能構成図である。 本発明の一実施形態での通信フレームを示した図である。 本発明の一実施形態における実行手順を示した図である。 本発明の一実施形態における実行手順を示した図である。 本発明の一実施形態におけるネットワーク中継装置の設定を示した図である。 本発明の一実施形態におけるネットワーク中継装置の設定を示した図である。 本発明の一実施形態での機能構成図である。 システム識別子と重要度の対応を示した図である。 本発明の一実施形態におけるネットワーク中継装置の設定を示した図である。 本発明の一実施形態におけるネットワーク中継装置の設定を示した図である。 本発明の一実施形態を用いたシステム構成図である。 本発明の一実施形態を用いたシステム構成図である。 本発明の一実施形態における実行手順を示した図である。 本発明の一実施形態における実行手順を示した図である。 本発明の一実施形態における実行手順を示した図である。 本発明の一実施形態における実行手順を示した図である。 本発明の一実施形態におけるパケットの転送制御を示した図である。 本発明の一実施形態におけるパケットの転送制御を示した図である。 本発明の一実施形態での機能構成図である。 本発明の一実施形態での機能構成図である。 本発明の一実施形態を用いたシステム構成図である。 本発明の一実施形態を用いたシステム構成図である。 本発明の一実施形態を用いたシステム構成図である。 本発明の一実施形態を用いたシステム構成図である。

まずは、ＨＳＲのリングネットワークの説明と、リングネットワーク内に複数の異なる制御システムを組み込んだ際の課題について図面を用いて説明する。

図２６は、リング状の同一ネットワーク内に異なる制御システムの通信装置を直列で接続した例である。互いに離れた位置に存在する拠点ａ，ｂ，ｃ，ｄにはそれぞれ、通信装置１２０−１ａ〜１２０−３ａ，通信装置１２０−１ｂ〜１２０−３ｂ，通信装置１２０−１ｃ〜１２０−３ｃ，通信装置１２０−１ｄ〜１２０−３ｄが設置されており、これらがリング状にネットワーク接続されている。

また、通信装置１２０−１ａ，１２０−１ｂ，１２０−１ｃ，１２０−１ｄによって１つの制御システムを構成しており、それぞれが互いに通信データを送受信して、通信装置１２０に接続される図示しない制御対象の監視制御を行っている。同様に、通信装置１２０−２ａ，１２０−２ｂ，１２０−２ｃ，１２０−２ｄの通信装置１２０のグループ、通信装置１２０−３ａ，１２０−３ｂ，１２０−３ｃ，１２０−３ｄの通信装置１２０のグループ、通信装置１２０−４ａ，１２０−４ｂ，１２０−４ｃ，１２０−４ｄの通信装置１２０のグループがそれぞれ１つの制御システムを構成している。

ＨＳＲでは、各通信装置１２０は、リングネットワークの時計回り（Ｂ系）、反時計回り（Ａ系）に同一パケットを送信して通信を行う。そのため、常時リングネットワークの双方向の経路を利用するため、ネットワーク内の一部に障害が発生しても、障害箇所を経由しないルートでパケットを送受信することができる。以下、説明の便宜上、リングネットワークの時計回りをＢ系、反時計回りをA 系として説明する。

例えば、通信装置１２０−１ａから通信装置１２０−１ｄへパケットを送る場合に、通信装置１２０−１ｄと通信装置１２０−２ｄの間のネットワークに障害が発生したとする。そうすると、Ａ系回りで送信されたパケットは通信装置１２０−１ｄに到達することができない。一方で、通信装置１２０−１ａはＢ系回りでも同一パケットを送信しているため、Ｂ系回りで送信されたパケットは通信装置１２０−１ｄに到達することができる。

このように、ＨＳＲのリングネットワークでは、ネットワーク内の一部に障害が発生しても、障害復帰に時間をかけずに通信を継続できる。

一方、図２６に示すような複数の制御システムを１つのリングネットワークに集約して構築すると、その分リングネットワークを構成する通信装置１２０の数も多くなる。そのため、障害が発生する確率も含まれる制御システムの数だけＮ倍化してしまう。そして、２つ以上の箇所で異常が発生すると、リングネットワークに含まれる制御システム全ての通信が停止してしまうという課題がある。例えば、上記の例でいうと、通信装置１２０−１ｄと通信装置１２０−２ｄの間のネットワーク障害に加えて、通信装置１２０−３ｃが故障してしまった場合には、通信装置１２０−１ａと通信装置１２０−１ｄの通信はできなくなってしまう。
次に、通信障害の 波及を抑制するリングネットワークの例を説明する。

図２７は、単一のネットワーク中継装置１２１を用いて、各制御システムの通信装置１２０を接続し、多重化するネットワークシステムの例である。ネットワーク中継装置１２１ａ，ネットワーク中継装置１２１ｂ，ネットワーク中継装置１２１ｃ，ネットワーク中継装置１２１ｄは、それぞれ拠点ａ，拠点ｂ，拠点ｃ，拠点ｄに設置される通信装置１２０スイッチを介して接続し、ネットワーク中継装置１２１ａ〜１２１ｄを接続してリングネットワークを構成している。

このシステムでは、各通信装置１２０がリングネットワークに伝送されるパケットを中継することがないため、例えば通信装置１２０―１ａが故障しても、他の制御システムは通信を継続できる。

一方この方式では、ネットワーク中継装置１２１が故障すると通信を継続できない可能性がある。すなわち、単一障害によってシステムが停止するという課題がある。

本実施例では、ネットワーク障害に対する耐性低下を抑えつつ、複数の制御システムをリングネットワークに構築するネットワークシステムについて、図面を用いて説明する。
（システム例）
図１は、実施例１におけるネットワークシステムの構成例を示す図である。本実施例におけるネットワークシステムは、各拠点ａ〜ｄに配置され、それぞれ図示しない制御装置と接続する複数の通信装置１２０と、各拠点ａ〜ｄに配置される通信装置１２０を挟んで、各拠点にある通信装置１２０を並列に接続する複数のネットワーク中継装置１２１と、ネットワーク中継装置１２１間、及び、をネットワーク中継装置１２１と通信装置１２０間を接続するネットワーク１２２と、によってリング状のネットワークを構築する。すなわち、拠点ａでは、ネットワーク中継装置１２１ａＡのＢ系回り方向に、通信装置１２０−１ａ，１２０−２ａ，１２０−３ａがそれぞれ並列に接続され、これら通信装置１２０のＢ系回り方向にはネットワーク中継装置１２１ａＢが接続される。その他の拠点ｂ〜ｄも同様にネットワーク中継装置１２１と通信装置１２０を接続し、各拠点間はネットワーク中継装置同士を接続することでリング状ネットワークを構築する。

通信装置１２０は、ＩＥＣ６２４３９−３で定義されるＨＳＲノード（ＤＡＮＨ：Ｄｏｕｂｌｅ ａｔｔａｃｈｅｄ ｎｏｄｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ ＨＳＲ）を一例として、本発明の効果を説明する。

通信装置１２０は、ＨＳＲに対応した装置であり、他の通信装置１２０に対して、通信パケットを送受信することにより、制御指令値の伝送、計測値の取得や各種設定を実行する。

本実施例では、通信装置１２０は、電力系統の保護制御装置である場合を例に説明する。保護制御装置は、図示しない電力系統から電流や電圧データを取得して、電力系統の異常を検出し、系統を保護する装置である。また、ある拠点に設置された保護制御装置は、他の拠点に設置された同一システムの保護制御装置からその拠点での電流や電圧のサンプリングデータや、制御指令、状態信号をやりとりする。このとき、同一制御システム内のデータをパケット内に格納してもよい。尚、通信装置１２０には、通信機能のみを持たせて、それぞれに保護制御装置を接続する構成とすることもできる。

また、図１のように拠点ａには異なる制御システムに属する通信装置１２０−１ａ，１２０−１ｂ，１２０−１ｃが設置される。これらは、同一変電所内に設置される場合もあれば、少し離れたエリア内に設置される場合もある。

本実施例では、通信装置１２０−１ａ，１２０−１ｂ，１２０−１ｃ，１２０−１ｄが１つの制御システムを構成しており、それぞれが互いにパケットを送受信して保護制御演算を行っている。同様に、通信装置１２０−２ａ，１２０−２ｂ，１２０−２ｃ，１２０−２ｄの通信装置１２０のグループ、通信装置１２０−３ａ，１２０−３ｂ，１２０−３ｃ，１２０−３ｄの通信装置１２０のグループ、通信装置１２０−４ａ，１２０−４ｂ，１２０−４ｃ，１２０−４ｄの通信装置１２０のグループがそれぞれ１つの制御システムを構成している。

各通信装置１２０は、送信時は、同じ情報をのせたパケットをネットワークのＡ系回り、Ｂ系回り双方に送信する。また、受信時は先に受信したパケットを取り込み、同一のパケットをその後受信した場合には、当該パケットは破棄する。このようにすることで、通信路の多重化を行うとともに、パケットがネットワーク上を回り続けることを防ぐことができる。

ネットワーク中継装置１２１は、ネットワーク１２２における中継装置であり、通信装置１２０やネットワーク中継装置１２１の通信するパケットを経路制御し、転送する。ネットワーク中継装置１２１として、Ｌ２スイッチ、Ｌ３スイッチを含むネットワークスイッチ、ブリッジ、ルータ、ＩＥＥＥ １５８８のＴＣ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｌｏｃｋ）、ＢＣ（Ｂｏｕｎｄａｒｙ Ｃｌｏｃｋ）、ＯｐｅｎＦｌｏｗスイッチ等の各種ネットワーク中継装置が例示される。

ネットワーク１２２は、通信装置１２０、ネットワーク中継装置１２１を接続するネットワークであり、ＩＥＥＥ ８０２．３（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）、ＩＥＣ６１７８４、ＩＥＣ６１１５８で定義される制御用ネットワークを含む各種産業用ネットワークを含む。

本実施例のような保護制御装置によって組まれた制御システムでは、ネットワーク中継装置１２１間の距離は、数１０キロメートルにも及ぶ。そのため、別々にネットワークシステムを組むとその分、ネットワークの構築コストは跳ね上がってしまう。本実施では、同じ拠点に存在する通信装置１２０は、２つのネットワーク中継装置１２１で挟んで並列に接続する。そして、異なる拠点間はネットワーク中継装置同士で接続するため、回線を大幅に削減することができ、ネットワークの構築コストを抑えることができる。また、前述のように本ネットワークシステムでは、各通信装置１２０はＡ系回り、Ｂ系回りに同一のパケットを送信するため、ネットワークの一部に異常が生じても異常箇所を経由しないルートでパケットを到達することができる。そして、いずれかの通信装置１２０が故障した場合であっても、別の制御システムに属する通信装置１２０とは並列に接続されるため、異常が波及することなく、他の制御システムは通信を継続することができる。

なお、図１ではネットワーク中継装置１２１間に３つの通信装置１２０を接続しているが、異なる数でもよいし、各通信装置１２０間の通信装置１２０の数が異なっていてもよい。例えば、ネットワーク中継装置１２１ａとネットワーク中継装置１２１ｈの間は、通信装置１２０が１台、ネットワーク中継装置１２１ｂとネットワーク中継装置１２１ｃの間が４台であってもよい。

（ハード構成）
図２に通信装置１２０のハードウェア構成を示す。

ＣＰＵ１０１は、不揮発性記憶媒体１０９からプログラムをメモリ１０８に転送して実行する。実行処理プログラムとしては、オペレーティングシステム（以下、ＯＳと称す）や電力系統の保護制御演算を含むＯＳ上で動作するアプリケーションプログラムが例示される。ＣＰＵ１０１上で動作するプログラムは、通信制御部１１１の動作設定や、状態情報を取得する。

通信制御部１０２は、ＩＥＣ６２４３９−３のＨＳＲの通信機能を提供するＩＣであり、例えばＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）によって構成される。

ＰＨＹ１０３は、制御用ネットワーク１２２との通信機能を実装した送受信機ＩＣである。ＰＨＹ１０３の提供する通信規格としてＩＥＥＥ ８０２．３のＰＨＹ（物理層：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ）チップが例示される。そして、２つのＰＨＹ１０３はそれぞれ別のネットワーク中継装置１２１に接続される。つまり、通信装置１２０−１ａの場合には、ネットワーク中継装置１２１ａＡと１２１ａＢである。なお、図２の構成では、ＰＨＹ１０３と通信制御部１０２が接続しているので、ＩＥＥＥ ８０２．３のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）層の処理は通信制御部１０２に含まれる。ただし、ＭＡＣ機能を提供するＩＣを通信制御部１０２とＰＨＹ１０３間に配置する構成や、ＭＡＣ機能を提供するＩＣとＰＨＹ１０３を組み合わせた通信用ＩＣと通信制御部１０２を接続する構成においても、本発明の効果は失われるものではない。なお、ＰＨＹ１０３は、通信制御部１０２に含まれていてもよい。

メモリ１０４は、ＣＰＵ１０１が動作するための一時的な記憶領域であり、不揮発性記憶媒体１０５から転送したＯＳ、アプリケーションプログラム等が格納される。また、図２の構成では、ＰＨＹ１０３を２つ示しているが、ＰＨＹ１０３の数は、通信制御部１０２が対応する通信ポート数と同じである。

不揮発性記憶媒体１０５は、情報の記憶媒体で、ＯＳ、アプリケーション、デバイスドライバ等や、ＣＰＵ１０１を動作させるためのプログラムの保存、プログラムの実行結果の保存に利用される。不揮発性記憶媒体１０５として、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、フラッシュメモリが例示される。また、取り外しが容易な外部記憶媒体として、フロッピーディスク（ＦＤ）、ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイ（登録商標）、ＵＳＢメモリ、コンパクトフラッシュ等の利用が例示される。

バス１０６は、ＣＰＵ１０１、通信制御部１０２、メモリ１０４、不揮発性記憶媒体１０５をそれぞれ接続する。バス１０６としては、ＰＣＩバス、ＩＳＡバス、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓバス、システムバス、メモリバス等が例示される。

（ＨＳＲ機能ブロックの構成）
図３に、通信制御部１０２の機能構成を示す。

システム識別子１５０は、通信装置１２０が所属する制御システムの識別子であり、ネットワーク構築時に定められる。

システム識別子変換部１５１は、システム識別子１５０をネットワークプロトコル上での識別子に変換する。これにより、システム識別子１５０は、数字、文字列といった種類の情報を設定でき、システム識別子変換部１５１により、後述するＶＬＡＮのＶＩＤ、ＨＳＲタグのパス識別子（ＰａｔｈＩｄ）、プロトコルアドレス（ＩＰアドレス、ＩＥＥＥ ８０２．３のＭＡＣアドレス等）のユニキャストアドレス、マルチキャストアドレス、ブロードキャストアドレスに変換することができる。

ネットワーク中継装置設定部１５２は、システム識別子変換部１５１が作成したネットワークプロトコル上の識別子を用いて、ネットワーク中継装置の論理ネットワーク構築に関して設定する。

システム識別子１５０、システム識別子変換部１５１，ネットワーク中継装置設定部１５２の動作については後述する。

送信制御部１３０は、バス１３４から通知されたデータ、あるいはパケットを加工し、送信部１３２ａ、送信部１３２ｂのいずれか、または両方へ送信する。送信部１３０の加工処理は、データからフレームを生成する処理や、データまたはパケットの複製、所定のタグを追加することや、ＣＲＣなどの異常診断データの計算と付加が例示される。

送信部１３０が付加するタグとして、ＩＥＣ６２４３９−３で定義されるＨＳＲタグ、ＰＲＰタグが例示される。

受信制御部１３１は、受信部１３３ａ、受信部１３３ｂから受信したデータを加工し、所定の規則に従ってバス１３５、または送信部１３２ａ、送信部１３２ｂへ転送する。受信制御部１３１の加工処理としては、パケットに付加されたタグの除去やデータの抽出が例示される。

受信制御部１３１がパケットを転送する規則としては、パケットに付与された宛先アドレス、送信元アドレス、パケット種別、ＩＥＥＥ ８０２．１Ｑで定義されるＶＬＡＮグループ、優先度、シーケンス番号などに基づくことが例示される。アドレス体系としては、ＩＥＥＥ ８０２．３のＭＡＣアドレス、ＩＰアドレスが例示される。例えば、ＩＥＣ６２４３９−３のＨＳＲでは、受信部１３３ａから受信したパケットの送信元ＭＡＣアドレスとシーケンス番号で判別されるパケットが最初の受信であれば、送信部１３２ｂへ転送し、２回目以降のパケットであれば破棄する。パケットの宛先アドレスがマルチキャスト、またはブロードキャストである場合は、他の通信ポートだけでなく、バス１３５へ転送する場合もあり得る。

受信制御部１３１は、処理したパケットの情報を一定期間記憶するために情報記憶手段を有し、処理したパケットの情報（例えば、送信元アドレス、シーケンス番号）を記憶する。

送信部１３２は、ＰＨＹ１０３と接続して、ＰＨＹ１０３に対して、パケット、データを送信する機能部である。ＰＨＹ１０３で説明したとおり、送信部１３２がＭＡＣ機能を有することが例示される。

受信部１３３は、ＰＨＹ１０３と接続して、ＰＨＹ１０３からパケット、データを受信する機能部である。ＰＨＹ１０３で説明したとおり、受信部１３３がＭＡＣ機能を有することが例示される。

バス１３４は、バス１０６に接続し、バス１０６からデータを受信する。バス１３５は、バス１０６に接続し、バス１０６へデータを転送する。バス１３４，バス１３５を分離して記載しているが、これは論理的なデータの流れを示すためであって、物理的にバス１０６と同じである。送信部１３０、受信部１３１がバス１０６への接続機能を提供することが例示される。

ＭＵＸ１３６（マルチプレクサ）は、複数のデータ入力から、１つのデータ出力を生成する機能であって、複数入力から１入力を選択してもよいし、結合、あるいは多重化してもよい。

図４は、ネットワーク中継装置１２１の構成を示した図である。図２に示した通信装置１２０と同様の機能を有する構成については同じ符号を記している。通信装置１２０と異なる点は、通信ポートを４つ備える点と、通信制御部１８０である。

通信制御部１８０は、ネットワーク中継装置１２１の転送機能を有する。すなわち予め定められた転送ルールにしたがって、いずれかの通信ポートから入力されたパケットを他の通信ポートへ転送する。そこで、ＨＳＲの特徴にしたがったパケット転送ルールを定義する。詳細は、後述する。

次に、ネットワーク１２２に伝送されるＨＳＲフレームについて説明する。

図５は、ＨＳＲの通信フレームを示す図である。ＨＳＲの通信フレームは、先頭を表す「ｐｒｅａｍｂｌｅ」と、パケットの宛先を表す「ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ」と、パケットの送り元を表す「ｓｏｕｒｃｅ」とを含む。また、ＨＳＲタグ２６０には、ＨＳＲのイーサタイプを表す「ＨＳＲ ＥＴ」２６１と、パケットがＡ系回りか、Ｂ系回りかを表す「Ｐａｔｈ Ｉｄ」２６２と、データサイズを表す「ＬＳＤＵ ｓｉｚｅ」２６３と、シーケンス番号である「ＳｅｑＮｒ」２６４とを含む。また、カプセル化したイーサタイプを表す「ＬＴ」と、送信するデータである「ｐａｙｌｏａｄ」と、パケットのエラーチェックを行うチェックサムである「ＦＣＳ」も同様に含んで構成される。また、後述するＶＬＡＮタグを用いる場合には、これに加えてフレームのＶＬＡＮタグの情報を付加する。

このフレームは、データの送信元である通信装置１２０の通信制御部１０２によって作成される。

（動作手順）
次に、通信装置１２０−１ａが通信装置１２０−１ｃにパケットを送信する場合の動作の流れについて説明する。

図６に、通信装置１２０−１ａの動作手順を示す。

はじめに、ＣＰＵ１０１上で動作するアプリケーションが通信制御部１０２に対して、バス１０６、バス１３４を用いて、送信するデータを伝送する（Ｓ００１）。データを受け取った通信制御部１０２では、送信制御部１３０は、複製したデータそれぞれに対して加工する（Ｓ００３）。送信制御部１３０が実行する加工は、ＨＳＲタグの付加や、ＶＬＡＮタグの付加、ＣＲＣの計算、付加、パケットへの成形が例示される。

加工された各データは送信部１３２ａ，ｂへ伝送され、送信部１３２、ＰＨＹ１０３を用いて、Ａ系方向、Ｂ系方向のネットワーク１２２へ送信される（Ｓ００４）。

通信装置１２０−１ａからＢ系方向へ送信されたパケット１４０ａは、ネットワーク中継装置１２１ａＢ、１２１ｂＡを経由し、通信装置１２０−１ｂに伝送される。

図７に、パケット１４０ａを受信した通信装置１２０−１ｂの転送処理を示す。

はじめに、受信部１３３はパケットを受信するまで待機する（Ｓ０１０）。パケットを受信したら、受信パケットの識別子を保持する（Ｓ０１１）。受信制御部１３１へパケットを転送する（Ｓ０１２）。受信制御部１３１は、最初に受信したパケットかどうかを判定する（Ｓ０１３）。最初に受信したパケットであれば、この通信装置１２０宛のパケットかどうかを判定する（Ｓ０１４）。Ｓ０１３で、最初に受信したパケットでなければパケットを破棄する（Ｓ０１５）。

Ｓ０１４で、この通信装置１２０宛のパケットであれば、バス１３５、バス１０６を用いて、パケットをＣＰＵ１０１に伝送する（Ｓ０１６）。Ｓ０１４で、この通信装置１２０宛のパケットでない場合、あるいはＳ０１６の処理後に、このパケットを転送すべきかどうかを判定する（Ｓ０１７）。パケットを転送すべきかどうかは、パケットの宛先がマルチキャストアドレスかブロードキャストアドレスである場合が例示される。

受信パケットが転送すべきパケットである場合は、パケットを受信した通信ポート以外の通信ポートの送信部１３２からパケットを送信する（Ｓ０１８）。

なお、Ｓ０１３で、最初に受信したパケットかどうかを判定するために、受信制御部１３１は、処理したパケットの情報を一定期間記憶するために情報記憶手段を有し、処理したパケットの情報（例えば、送信元アドレス、シーケンス番号）を記憶する（図８のＳ０１１）。なお、ＨＳＲでは、該情報記憶手段において、一定期間後に記憶されている情報は消去される。そのため、同じ識別子を有するパケットであっても、該情報記憶手段に識別子が保持されていなければ、Ｓ０１３において、最初のパケットであると判定する。

パケット１４０ａを受信する通信装置１２０−１ｂ、ならびに通信装置１２０−１ａからＡ系方向へ送信されたパケット１４０ｂを受信する通信装置１２０−１ｄは、図７のＳ０１８における転送処理によってパケットを転送する。

（パケット受信処理）
通信装置１２０−１ｃにおける受信処理は、図７と同様の手順をとり、Ｓ０１６における受信処理によって、パケットを受信する。

また、ネットワーク中継装置１２１は、１回目の受信で宛先通信ポートがわからない場合や、マルチキャストアドレス、ブロードキャストアドレスを受信すると、逆流方向にパケットを転送するが、接続先の通信装置１２０によって、二度目に受信したパケットは破棄されるため、ネットワーク中にパケットが残り続けることはない。

このように、各通信装置１２０が、このような手順をとることで、通信装置１２０間で冗長化通信することができる。さらに各通信装置１２０の２つの通信経路のそれぞれにネットワーク中継装置１２１を接続することで、ネットワーク中継装置１２１間に複数の通信装置１２０を接続することができる。これにより、冗長経路を用いた障害復帰時間を０としながら、複数のＨＳＲによるリングネットワークを多重化し、省配線で高信頼なネットワークを構築することができる。

ネットワークを用いて時刻同期する構成において、時刻マスタを冗長化し、時刻同期機能を高信頼化することができる。
次に、本実施例のパケットの転送先の制御方法について説明する。本実施例では、論理的なネットワークの多重化方法を組み合わせて、ネットワーク中継装置におけるパケットの複製を抑制するもので、ＩＥＥＥ ８０２．１Ｑ、ＶＬＡＮを適用した例を示す。

図８は、図１の構成において、通信装置１２０−１ａ、１２０−２ａ、１２０−３ａ、ネットワーク中継装置１２１ａＡ、ａＢに着目した、ネットワーク中継装置１２１のＶＬＡＮ設定を示す図である。

図８の設定では、多重化するシステム（リングネットワーク）の識別子とＶＬＡＮのタグ番号を関連づける。すなわち、通信装置１２０−１ａが制御システム１に所属し、通信装置１２０−２ａが制御システム２に所属するとした場合、制御システム１を構成する仮想ＬＡＮ用のタグのＶＬＡＮ識別子（以下、ＶＩＤとする）を１とし、制御システム２を構成する仮想ＬＡＮ用のタグのＶＩＤを２とする。図８に示すネットワーク中継装置１２１ｈ、１２１ａの設定により、ネットワーク中継装置１２１ａＡに入力するパケット１４０ｃは、パケット１４０ｃ内のＶＬＡＮタグのＶＩＤにより、適切な通信装置１２０に転送される。すなわち、ネットワーク中継装置１２１ａＡはタグ１に対して、１９０ａ、１９０ｂが、タグ２に対しては、１９０ａ、１９０ｃが設定され、ネットワーク中継装置１２１ａＢはタグ１に対して、１９０ｅ、１９０ｈ、タグ２に対しては、１９０ｆ、１９０ｈが設定される。例えば、１９０ａから受信したパケット１４０ｃのＶＬＡＮタグのＶＩＤが１であれば、通信装置１２０ａに転送される。同様に１９０ｅからネットワーク中継装置１２１ａＢに入力されるパケット１４０ｄは、パケット１４０ｄ内のＶＬＡＮタグのＶＩＤが１であり、通信ポート１９０ｈに転送される。

このように、ネットワーク中継装置１２１がパケットの転送先を制御することで、リングネットワーク中にパケットが氾濫することを防ぐことができる。すなわち、例えば通信装置１２０−１ａには、制御システム１に関するパケットだけが送受信されるようにＶＬＡＮが設定されるため、複数の制御システムを１つのネットワークシステムに集約した場合においても通信装置１２０の通信負荷の増加を防ぐことができる。

次に、図５の通信装置１２０の通信制御部１０２の図を用いて、ネットワークシステム構築時にＶＬＡＮを利用する通信装置１２０が、ネットワーク中継装置１２１へタグＶＬＡＮを設定する例を示す。

前述したように、システム識別子変換部１５１は、通信装置１２０が所属するシステムであるシステム識別子１５０をネットワークプロトコル上での識別子に変換する。ネットワーク中継装置設定部１５２は、システム識別子変換部１５１が作成したネットワークプロトコル上の識別子を用いて、ネットワーク中継装置の論理ネットワーク構築に関して設定する。

そして、通信装置１２０はネットワーク中継装置１２１に対して、タグＶＬＡＮを設定する。例えば、通信装置１２０−１ａは、ネットワーク中継装置１２１ａＡ、１２１ａＢに対して、論理ネットワーク１に対する宛先ポートを設定する。

なお、ネットワーク中継装置１２１における論理ネットワークの設定は、ネットワーク中継装置設定部１５２を用いずに、ネットワーク中継装置１２１の提供する設定手段を用いて設定してもよい。

送信制御部１３０は、図６のＳ００３のデータ加工処理において、システム識別子変換部１５１の生成した識別子を用いることができる。例えば、システム識別子変換部１５１の生成したＶＩＤを用いてＶＬＡＮタグを生成することやＥｔｈｅｒｎｅｔヘッダの宛先アドレスを設定することが例示される。

受信制御部１３１は、システム識別子変換部１５１の生成した識別子を用いて、受信、転送を制御することができる。例えば、受信パケットのＶＬＡＮタグのＶＩＤが、パケットを受信した通信装置１２０の所属するＶＩＤと異なれば、図８のＳ０１４の判断において、パケットを受信しないことが例示される。

なお、システム識別子１５０、システム識別子変換部１５１、ネットワーク中継装置設定部１５２を通信装置１２０の機能部として示したが、ＣＰＵ１０１におけるソフトウェアとして実装してもよい。その際、通信装置１２０内には、システム識別子変換部１５１の生成した識別子の保持手段をもうけることが例示され、システム識別子１５０、システム識別子変換部１５１となるソフトウェアはバス１０６経由で、該保持手段に識別子を設定することが例示される。

以上の構成により、本実施例では、冗長経路を用いた障害復帰時間を０としながら、複数のＨＳＲによるリングネットワークに複数の制御システムを集約し、省配線で高信頼なネットワークを構築することができる。加えて、ＶＬＡＮ等の論理ネットワーク設定を利用することで、ネットワーク中継装置１２１、ネットワーク１２２でのパケットの増加を低減し、ネットワーク負荷を抑制することができる。

尚、これらのネットワークは、保護制御装置のほか、製造装置、工作機械、プラントにおける制御装置（コントローラ）、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、電力系統におけるＩＥＤ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）を含め、通信機器を接続するネットワークに適用可能である。

実施例２は、集約化したシステムの通信経路を有効活用することで、さらに通信の信頼性を向上する例である。実施例に使用する符号は、特に断りのない限り、実施例１で説明した機能や要素等と同一であることを意味する。

図９は、図１の通信装置１２０−１ａ、１２０−２ａ、１２０−３ａ、ネットワーク中継装置１２１ａＡ、ａＢに着目して、ネットワーク中継装置１２１の設定例を示す。

図９におけるネットワーク中継装置１２１の設定は、図８に示す実施例１に対し、転送先の宛先ポートを複数設定している。すなわち、ネットワーク中継装置１２１ａＡはタグ１に対して、１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄが設定され、ネットワーク中継装置１２１ａＢはタグ１に対して、１９０ｅ、１９０ｆ、１９０ｇ、１９０ｈが設定され、図９に示すようにタグ１を有するパケット１４０ｅがネットワーク中継装置１２１ａＡに入力されると、宛先通信装置１２０−１ａに対して、通信経路１６０、１６１、１６２を経由して、パケットが伝送される。したがって、通信経路１６０、１６１、１６２のいずれかに障害が起きた場合であっても、パケットが宛先通信装置１２０に到達することができる。同様に、パケット１４０ｅの宛先がネットワーク中継装置１２１ａＢの先に接続している場合も通信装置１２０−１ａ、１２０−２ａ、１２０−３ａを経由する３つの通信経路を通って伝送することができる。

このように、重要な制御システムに関する通信データに関しては通信経路を多重化することで、障害に対する耐性を向上させることができる。

なお、転送経路の数（各タグに対する転送ポート）は、システムの重要性や、通信装置１２０の演算能力、計算機資源の性能によって決定することができる。

次に、ネットワーク構築時のネットワーク中継装置へのＶＬＡＮタグの設定について説明する。

図１０は、実施例２における通信装置１２０の構成を示す図である。

実施例１との違いは、システム属性判定部１７０、計算機性能判定部１７１を有することである。システム属性判定部１７０は、システム識別子を用いて、システムの重要性を判定し、判定結果をネットワーク中継装置設定部１５２に通知する。

図１１は、システム属性判定部に記憶する変換テーブルの例を示した図である。本変換テーブルでは、システム識別子１，２，３がそれぞれ重要度１，２，３に対応させている。システム属性判定部１７０は、この変換テーブルを用いてシステム識別子から、事前に定めた重要度に変換する。

計算機性能判定部１７１は、通信装置１２０の計算機性能情報を収集して、ネットワーク中継装置設定部１５２に通知する。該計算機性能情報としては、ＣＰＵの演算性能や記憶媒体（メモリ１０４、不揮発性記憶媒体１０５）の記憶容量、通信性能、オペレーティングシステムの種類（リアルタイムＯＳかどうか、割込み遅延など）などが例示される。計算機性能判定部１７１が収集する情報は、計算機性能判定部１７１自身を有する通信装置１２０でも構わないし、他の通信装置１２０でもよい。他の通信装置１２０の計算機性能情報は、ネットワーク１２２を介して収集してもよいし、ネットワーク１２２とは異なるネットワークを別途設けて収集してもよい。あるいは、外部記憶メディア、通信装置１２０にもうけた入力手段を介して、手動で情報を設定してもよい。なお、計算機性能情報とあわせて、該通信装置１２０の識別子をあわせて設定することが例示される。

ネットワーク中継装置設定部１５２は、制御システムの重要度に応じて、ネットワーク中継装置１２１を設定し、転送する通信ポートの数を制御する。例えば、重要度が最も高ければ、ネットワーク中継装置１２１の全ての通信ポートへ転送し、重要度が最も低ければ一つの通信ポートのみに転送すること等の設定が可能である。このように重要度に高低にあわて、転送する通信ポートの数を増減する。また、計算機性能にあわせて転送先通信ポートを制御することも可能である。例えば、計算機性能が高い通信装置１２０に対しては、転送する制御システムのパケットの数を増やすことが例示される。

図１２は、各通信装置１２０において、ＶＬＡＮタグのＶＩＤを変更する処理を示す。例えば、通信装置１２０−１ａにおいて、ＶＬＡＮのＶＩＤを２に変更し、ネットワーク中継装置１２１ａＢにおいて、ＶＩＤが２であるパケットに対して、通信ポート１９０ｅ、１９０ｈに転送するように設定している。このような設定により、冗長化する経路数を制御することができる。

図１３は、ポートベースＶＬＡＮとタグＶＬＡＮを組み合せた設定であり、同様に冗長化する経路数を制御する例である。すなわち、ネットワーク中継装置ａＢでは、タグＶＬＡＮと同様に、通信ポートごとに入力ポートと転送ポートとの対応関係を設定する。これによって、より柔軟にシステムを構築することが可能となる
以上のように本実施例では、ネットワーク中継装置１２１の転送ルールを制御することで、冗長経路の利用を制御することができる。

実施例３は、リングネットワークのパケットの回る方向を識別することで、パケットの転送を制御する例である。実施例に使用する符号は、特に断りのない限り、実施例１，２で説明した機能や要素等と同一であることを意味する。

図４に示したネットワーク中継装置１２１の通信制御部１８０は、転送ルールにしたがって、入力されたパケットを転送する。そこで、ＨＳＲの特徴にしたがったパケット転送ルールを定義する。ＨＳＲフレームは、通信装置１２０から、リングネットワークの両方向に送信される。この２つの方向は、Ａ系、Ｂ系と呼ばれ、図５に示すＨＳＲフレームのＨＳＲタグ２６０のパス識別子２６２によって判別することができる。

通信制御部１８０でのＡ系、Ｂ系の入力数によってネットワーク中継装置１２１の接続位置を推定し、転送制御に活用することができる。これを図２２、図２３を用いて説明する。説明の便宜上、リングネットワークの時計回りをＢ系、反時計回りをA 系として説明する。

図１４は、図１のネットワーク中継装置１２１ａＡに着目した図である。

ネットワーク中継装置１２１ａＡの４つの通信ポートのうち、通信ポート１９０ａからのみＢ系パケットが入力され、残りの１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄからＡ系パケットが入力される。

これを踏まえ、各通信ポートの判定手順を説明する。

図１６は、通信ポートの判定手順を示す図である。

まず、パケットの受信を待機する（Ｓ０２０）。次に受信パケットがＡ系かどうかを判定する（Ｓ０２１）。もしＡ系パケットであれば、パケットを受信した通信ポートをＡ系接続と判定する（Ｓ０２２）。Ｓ０２１において、Ａ系パケットでなければ、受信パケットがＢ系かどうかを判定する（Ｓ０２３）。もしＢ系パケットであれば、パケットを受信した通信ポートをＢ系接続と判定する（Ｓ０２４）。

なお、Ａ系パケット、Ｂ系パケットを両方受信する場合や、いずれのパケットも受信しない場合は、Ａ系接続、Ｂ系接続を判定しなくともよい。

図１７は、各通信ポートの判定を踏まえたネットワーク中継装置１２１の判定手順を示す図である。

なお、判定結果はＡ系ゲートウェイかＢ系ゲートウェイとする。Ａ系ゲートウェイとは、同じネットワーク中継装置１２１に接続する通信装置１２０のＡ系通信経路上に接続するネットワーク中継装置１２１であり、Ｂ系ゲートウェイとは、同じネットワーク中継装置１２１に接続する通信装置１２０のＢ系通信経路上に接続するネットワーク中継装置１２１である。例えば、図１においては、ネットワーク中継装置１２１ａＡ、１２１ｂＡ、１２１ｃＡ、１２１ｄＡがＡ系ゲートウェイであり、ネットワーク中継装置１２１ａＢ、１２１ｂＢ、１２１ｃＢ、１２１ｄＢがＢ系ゲートウェイである。

はじめにネットワーク中継装置１２１自身の接続位置を判断可能であるかを判断する（Ｓ０３０）。例えば、いずれの通信ポートも図１６の判定手順を完了していない場合は、図１７の手順による判断は実行できない。Ｓ０３０を判断するための基準は、Ａ系接続のポートの数とＢ系ポートの数の合計が所定値以上である場合や、いずれかの系統接続したポートの数が１で、他方の系統接続のポート数が２以上である場合に、判断可能であるとする。次に、Ａ系ゲートウェイの判定基準を満足するかを判定する（Ｓ０３１）。判定基準としては、Ａ系接続と判定したポート数が、Ｂ系接続と判定したポート数よりも多い場合が挙げられる。Ｓ０３１で、Ａ系ゲートウェイの判定基準を満足する場合は、Ａ系ゲートウェイと判断する（Ｓ０３２）。Ｓ０３１で、Ａ系ゲートウェイの判定基準を満足しない場合は、Ｂ系ゲートウェイの判定基準を満足するかを判定する（Ｓ０３３）。判定基準としては、Ｂ系接続と判定したポート数が、A系接続と判定したポート数よりも多い場合が挙げられる。Ｓ０３３で、Ｂ系ゲートウェイの判定基準を満足する場合は、Ｂ系ゲートウェイと判断する（Ｓ０３４）。

なお、Ｓ０３１とＳ０３３の判断基準は排他的であることが望ましい。

図１４に戻ると、
ネットワーク中継装置１２１ａＡでは、Ｂ系接続数が１に対して、Ａ系接続数が３であるため、ネットワーク中継装置１２１ａＡは通信装置１２０のＡ系通信経路側に接続する位置にあると判定でき、Ａ系ゲートウェイと判定する。次に、通信装置１２１ａＢに着目する。

図１５は、図１のネットワーク中継装置１２１ａＢに着目した図である。この場合は、Ａ系パケットの入力数が１に対して、Ｂ系パケットの入力数が３であるため、ネットワーク中継装置１２１ａは通信装置１２０のＢ系通信経路側に接続する位置にあると判定でき、B系ゲートウェイと判定する。

このようにネットワーク中継装置１２１の接続位置を推定できれば、その結果を用いて、転送制御が可能である。

図１８は、ネットワーク中継装置の転送制御を示すフロー図である。はじめに、Ａ系ゲートウェイであるかを判断し（Ｓ０４０）、Ａ系ゲートウェイであれば少なくともＢ系接続の通信ポートにパケットを転送する（Ｓ０４１）。Ｓ０４０でＡ系ゲートウェイでなければ、B系ゲートウェイであるかを判断し（Ｓ０４２）、B系ゲートウェイであれば少なくともA系接続の通信ポートにパケットを転送する（Ｓ０４３）。

例えば、図１４では、通信ポート１９０ａが通信装置１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ群の反対側であるため、通信ポート１９０ａに入力されたバケットを、それ以外の通信ポート１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄに転送し、一方、通信ポート１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄのそれぞれから入力されたパケットは、少なくとも通信ポート１９０ａに転送することが例示される。

なお、このとき、同じ系統接続の通信ポート１９０に転送してもよい。例えば、通信ポート１９０ｂで受信したパケットを通信ポート１９０ｃ、１９０ｄに転送してもよい。このような多重経路の利用は、パケットの宛先が通信装置１２１ｂ、１２１ｃであった場合に、高信頼化できる。

なお、図１６、図１７の示す判定の精度をあげるために、受信制御部１３１にてパケットを転送する際にパス識別子２６２を変換することが例示される。例えば、図１の通信装置１２０−１ａからＡ系として送信されたパケットが、その先のネットワーク中継装置１２１ａＡで転送され、通信装置１２０−２ａ、１２０−３ａのＡ系の通信ポートから受信する場合がある。これをそのままＢ系の通信ポートから転送する際に、パス識別子２６２をＢ系に修正する。

なお、パケットの内容から推定するのではなく、明示的にネットワーク中継装置１２１にＡ系ゲートウェイ、Ｂ系ゲートウェイを設定してもよいし、ネットワーク中継装置１２１の各通信ポートに対して、Ａ系接続、Ｂ系接続を明示的に設定してもよい。加えて、転送の際の宛先ポートを指定してもよい。宛先ポートが複数ある場合は、ネットワーク中継装置１２１の複製機能を具え、パケットを複製することが例示される。

また、ネットワーク中継装置１２１がＡ系ゲートウェイ、Ｂ系ゲートウェイを推定できないときは従来のネットワーク中継装置１２１と同様に動作すればよい（全ポートへの転送、あるいはＶＬＡＮ設定にしたがった転送）。

なお、これらの機能はネットワーク中継装置１２１としてではなく、専用コントローラ、産業用パソコン、制御用計算機、ＩＥＤ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、保護制御装置として提供してもよい。

（通信装置１２０による転送制御）
次に、本実施例における通信装置１２０の転送制御について説明する。本実施例では、パケットの転送制御は、通信装置１２０においても行う。

通信装置１２０が所属する制御システムの識別子を考慮した転送方法を図５の機能部において説明した。すなわち、所属システムが同じパケットであれば、通信装置１２０はパケットを受信するとともに転送し、異なる制御システムのパケットであれば破棄する。

加えて、リングネットワーク内での位置情報を考慮したパケット転送制御を、説明する。

図１９は、グループ位置を用いた転送制御例を示す図である。各通信装置１２０は、所属するシステムの識別子（例、１、２、３）とともに、グループ位置情報を記憶する。そして、制御システムの情報とグループ位置情報をパケット上に反映し、各通信装置１２０は該情報にしたがって転送制御する。

バケットへの制御システム情報とグループ位置情報の反映方法は、例えば、マルチキャストアドレス、ＶＬＡＮのＶＩＤ、ＨＳＲタグ、ＩＰアドレス、その他のプロトコルヘッダに反映することが例示される。例えば、ＨＳＲで利用可能なマルチキャストアドレスの範囲０１−１５−４Ｅ−００−０１−ＸＸのうち、最後の１オクテットのうち、上位４ビットをシステム識別子、下位４ビットをグループ位置とすることが例示される。例えば、０１−１５−４Ｅ−００−０１−１２は、制御システム１に所属し、グループ位置ｂ（グループ位置ａをＭＡＣアドレス１、グループ位置ｂをＭＡＣアドレス２に割り当てるとする）に位置する通信装置１２０を表すとする。

通信装置１２０の受信処理は、図７と同様である。これは通信装置１２０で受信したパケットから取得したシステム、グループ位置情報と、経路制御デーブル２２０を利用して制御する。

図１９に戻る。経路制御テーブル２２０は、受信パケットから得られるシステム情報、グループ位置情報と、パケットを受信した通信装置１２０の制御システム情報、グループ位置情報と、の対応によって実行するパケット転送制御の対応関係が定められたテーブルであり、本テーブルを参照することによってパケットの転送を制御する。

例えば、制御システムが同じで、グループ位置が同じであれば、パケットを受信する。制御システムが同じで、グループ位置が異なれば、パケットを転送する。制御システムが異なり、グループ位置が同じであれば、パケットを転送する。制御システムが異なり、グループ位置が異なれば、パケットを転送する。このような設定であれば、冗長経路を利用し、高信頼化できる。

図２０は、別の転送制御テーブル２２１を示す図である。図１９との違いは、制御システム情報が異なる場合は、パケットを破棄する。このようにすることで、余計なパケットの転送を防止することができる。

図２１は、また別の転送制御テーブル２２２を示す図である。制御システムが異なり、グループ位置が同じであれば、パケットを破棄し、制御システムが異なり、グループ位置が異なれば、パケットを転送する。このようにすることで、宛先となる通信装置１２０が位置するグループ位置までは、冗長経路を利用して高信頼化し、目的のグループ位置では、宛先となる通信装置１２０以外では、パケットが破棄されるため、宛先の通信装置１２０以降での余計なパケットの発生を抑制することができる。

また、図１９〜２１の転送制御は、通信装置１２０ごとに異なっていてもよいし、動的に切り替えてもよい。

図２２は、通信経路の状態によって、動的に転送ルールを切り替える際の通信装置１２０の通信制御部１０２の構成を示す図である。
実施例１，２との違いは、経路状態判定部２１２と経路状態通知部２１１を有することである。例えば、経路を冗長化しているにもかかわらず、受信パケット数が少なく、通信経路上に異常が発生していると推定できる場合や、パケットの異常（ＣＲＣエラ−、データサイズ異常など）が発生している場合、通信装置１２０の処理負荷が高まっている場合は、経路状態判定部２１２がこれを判定し、経路状態通知部２１１に通知する。経路状態通知部２１１は、経路状態判定部２１２からの通知内容を他の通信装置１２０に対して通信する。

経路状態判定部２１２からの通知を受信した各通信装置１２０は、図１９〜２１のルールを動的に切り替える。切り替えは、通知を受け取って切り替えてもよいし、通知の受信回数が所定値以上、所定期間内に連続して受信した回数、通知されたエラーの重要度に応じて切り替えてもよい。

以上により、冗長経路を利用して、パケットの通信を高信頼化できる。ＨＳＲ、ＰＲＰでは二重化までしか対応できないが、本発明では、多重化したシステムの数だけの経路を利用することができ、より高信頼化できる。

実施例４は、各通信装置１２０が自身の状態を、通信装置１２０間、あるいは保守用機器と通信することで、通信装置１２０の異常、通信経路の異常を検知する発明である。実施例に使用する符号は、特に断りのない限り、実施例１、実施例２、実施例３で説明した機能や要素等と同一であることを意味する。

図２３は、実施例４における通信装置１２０の通信制御部１０２内の構成を示す図である。前述の実施例との違いは、状態メッセージ送信部２４０と状態判定部２４１を備える点である。

状態メッセージ送信部２４０は、自装置の状態を他の通信装置１２０へ通知する。通知の際は、自通信装置１２０の識別子、状態を示すメッセージを付した通信フレームを他の通信装置１２０へブロードキャスト、あるいはマルチキャスト通信する。

ここで、状態メッセージ送信部２４０は、自通信装置１２０の状態だけでなく、他の通信装置１２０の状態を判定して状態メッセージを送信することもできる。その場合には、通信フレームに判定対象の通信装置１２０の識別子をのせて送信する。また、複数の通信装置１２０の状態を通知する場合には、一つの通信フレーム内に複数の通信装置１２０の状態情報を載せてもよい。

各通信装置１２０は、が通信する状態メッセージは、ＨＳＲ管理フレームでもよいし、独自の通信フォーマットでもよい。

他の通信装置１２０は、状態メッセージを受信することによって、該通信装置１２０の生存監視、通信経路が正常であることを確認できる。あるいは、通信装置１２０、通信経路が正常であっても、何らかの異常が発生している場合は、その情報を状態メッセージに格納することができる。そのような異常としては、通信装置１２０に接続している周辺機器、制御装置、センサ、アクチュエータ等の異常が発生している場合や、通信装置１２０自身の異常（ストレージ容量が少なくなった、メモリのＥＣＣエラーが発生したなどの通信機器の動作は継続でき、状態メッセージを送信可能な状態を維持できるレベルの異常）が例示される。

状態メッセージは、定期的に送信してもよいし、対象の状態が変化した場合に送信してもよい。

あるいは、他の通信装置１２０から受信した状態メッセージに対して、自身の通信装置１２０の識別子を追加していくこともできる。このように構成すれば、状態メッセージの通信経路を判別することができる。複数の状態メッセージを比較することで、通信経路に異常が起きている場合、異常箇所を推定することができる。

例えば、図１において、通信装置１２０−１ｂから通信された状態メッセージを通信装置１２０−１ｄが受信した場合において、通信装置１２０−１ａの識別子が付加された状態メッセージと、通信装置１２０−２ａの識別子が付加された状態メッセージのみを受け取った場合、通信装置１２０−３ａの異常、ネットワーク中継装置１２１ａＢと通信装置１２０−２ａ、通信装置１２０−２ａとネットワーク中継装置１２１ａＡ間の通信経路の異常が推定される。

また、状態判定部２４１は、他の通信装置１２０から受信した状態メッセージから他の通信装置１２０や、通信経路の異常を判定する。状態判定部２４１は、通信装置１２０や通信経路が異常と判定した場合には、経路状態通知部２１１を介して他の通信装置１２０へ異常検知を通知する。

状態判定部２４１からの通知を受け取った他の通信装置１２０は、図１９〜２１のルールを動的に切り替えることや、ネットワーク中継装置１２１のＶＬＡＮ設定を変更して、冗長経路の利用と、利用する冗長経路を変更し、異常に対応することができる。

また、通信経路の異常は、状態判定部２４１の機能を有する保守用機器において判定してもよい。保守用機器は、ネットワーク１２２、あるいは別系統のネットワークにより、各通信装置１２０と接続していることが望ましい。

また、状態判定部２４１において、異常を検知した場合は、オペレータに何らかの通知手段（電子メール、ディスプレイ表示、点灯、音など）で通知してもよい。

異常を検知すれば、オペレータは通信装置１２０を交換することができる。通信装置１２０の交換は、異常時にかかわらず、可能である。

なお、通信装置１２０に接続する通信経路が数ｋｍ以上と長い場合、交換時には追加の長いケーブルを用意しなければならない。そのような場合は、後述する図２５のように局所的な現場拠点で階層化することにより、交換用の長いケーブルを複数用意する必要がなくなる。これにより、交換にかかるコスト（主にケーブル分）を削減できる。

以上の発明により、通信装置１２０、通信経路の異常に対応し、高信頼な制御システム向けの通信を構築することができる。

（他のネットワークトポロジ構成）
以上の実施例では、図１のようにリングネットワークを構成する通信装置１２０間を２つのネットワーク中継装置１２１で接続している（例えば、通信装置１２０−１ａと通信装置１２０−１ｂ間をネットワーク中継装置１２１ａＢとネットワーク中継装置１２１ｂＡで接続）が、ネットワーク中継装置の数は一つでも、複数でもよい。

また、ネットワーク中継装置１２１間（例えば、ネットワーク中継装置１２１ａＢとネットワーク中継装置１２１ｂＡ）に通信装置１２０を接続することもできる。

また、同じ拠点にある複数の中継装置１２０は、図１に記載のように全てを並列に接続する必要はなく、一部の中継装置を直列に接続することもできる。

また、ネットワーク中継装置１２１間（例えば、ネットワーク中継装置１２１ａＢとネットワーク中継装置１２１ｂＡ）は、パケットを伝送できる任意のネットワークを適用でき、メッシュネットワーク、ＩＥＣ６２４３９で定義される各種の制御用ネットワーク、ＳＴＰ（Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＲＳＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）によってループ防止されるネットワークが例示される。

また、他の拠点にある通信装置１２０やネットワーク中継装置１２１を接続することで、迂回経路を加えて、高信頼化をはかることもできる。例えば、図１に示す通信装置１２０−１ａと、ネットワーク中継装置１２ｃＡや通信装置１２０−１Ｃを接続したり、ネットワーク中継装置１２１ａＡとネットワーク中継装置１２１ｃＢを接続したりすることによって、通信経路のさらなる冗長化を図ることができる。なお、ネットワーク中継装置１２１とネットワーク中継装置１２１間は、パケットのループを防止するために通信装置１２０のような、２回目以降に受信したパケットの転送を防止する通信機器の配置が望ましい。

また、図２４のように通信装置１２０によるトポロジに階層構造をもたせ、システムの構成に自由度をもたせることもできる。図２４では、別々のリングネットワーク同士を、ネットワーク中継装置１２１を介して接続した例である。リングネットワークの接続は通信装置１２０でもよいし、ＩＥＣ６２４３９−３で定義されるＲｅｄＢｏｘ、ＱｕａｄＢｏｘで接続してもよい。

トポロジの階層化の他の例として、図２５に示すようにリングネットワーク内の他の拠点にあるネットワーク中継装置１２１間をさらに、ネットワーク中継装置１２１及び通信装置１２０で接続して階層化してもよい。これにより、トポロジに階層構造をもたせ、システムの構成に自由度をもたせることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

1０１ … ＣＰＵ、１０２、１８０… 通信制御部、１０３… ＰＨＹ、１０４ … メモリ、１０５ … 不揮発性記憶媒体、１０６、１３４、１３５ … バス、１２０ … 通信装置、１２１ … ネットワーク中継装置、１２２ … ネットワーク、１３０… 送信制御部、１３１… 受信制御部、１３２ … 送信部、１３３ … 受信部、１３６ … ＭＵＸ、１４０ … パケット、１５０ … システム識別子、１５１ … システム識別子変換部、１５２ … ネットワーク中継装置設定部、１６０ … 通信経路、１７０ … システム属性判定部、１７１ … 計算機性能判定部、１９０ … 通信ポート、２１０ … 位置識別子、２１１ … 経路状態通知部、２１２ … 経路状態判定部、２２０、２２１、２２２ … 経路制御ルール、２３０ … 通信経路、２４０ … 状態メッセージ送信部、２４１ … 状態判定部、２６０ … ＨＳＲタグ、２６１ … ＨＳＲ＿ＥＴ、２６２ … パス識別子、２６３ … ＬＳＤＵｓｉｚｅ、２６４ … シーケンス番号

Claims (12)

1. パケットの送受信を行う複数の通信装置と、
   複数の通信ポートを備え、前記通信装置が送信したパケットを他の通信装置へ転送する複数の中継装置と、
   前記複数の通信装置と前記複数の中継装置をリング状に接続するネットワークと、を有し、
   前記複数の中継装置には、リング状のネットワークのＡ系回りの方向からパケットを受信するＡ系通信ポートを複数備えた第一の中継装置と、前記Ａ系回りとは反対方向のＢ系回りの方向からパケットを受信するＢ系通信ポートを複数備えた第二の中継装置と、を含み、
   前記第一の中継装置の各Ａ系通信ポートと、前記第二の中継装置の各Ｂ系通信ポートとは、前記通信装置を介してそれぞれ接続されており、
   前記第一の中継装置は、前記Ｂ系通信ポートからパケットを受信すると、複数の前記Ａ系通信ポートから転送先の通信ポートを所定の規則に従って選択し、当該選択した通信ポートを用いていずれかの前記通信装置へ受信したパケットを転送するネットワークシステム。
2. 請求項１において、
   前記複数の通信装置は、互いにパケットを送受信して対象設備を監視又は制御する通信装置のグループごとに複数の制御システムに分けられており、
   前記第一および前記第二の中継装置間に接続される複数の前記通信装置には、異なる制御システムに属する通信装置が含まれることを特徴とするネットワークシステム。
3. 請求項２において、
   前記通信装置が送受信するパケットは、いずれの前記制御システムで用いるパケットであるかを示すタグ情報を含んでおり、
   前記所定の規則とは、前記タグ情報に応じてパケットの転送先の通信ポートを定めた規則であることを特徴とするネットワークシステム。
4. 請求項１において、
   前記第一の中継装置は、各通信ポートがそれぞれ前記Ａ系通信ポートであるか、前記Ｂ系通信ポートであるかを記憶し、
   前記所定の規則とは、前記Ａ系通信ポートから受信したパケットは前記Ｂ系通信ポートから転送し、前記Ｂ系通信ポートから受信したパケットは前記Ａ系通信ポートから転送することを定めた規則であることを特徴とするネットワークシステム。
5. 請求項４において、
   前記通信装置が送受信するパケットには、Ａ系回り、Ｂ系回りいずれの方向に伝送されるパケットであるかを示す経路情報が含まれており、
   前記中継装置は、受信したパケットの経路情報と、当該パケットを受信した前記通信ポートから各通信ポートが前記Ａ系通信ポートであるか、前記Ｂ系通信ポートであるかを求めることを特徴とするネットワークシステム。
6. 請求項２において、
   前記第一および前記第二の中継装置間に接続される前記通信装置には、自装置が属する制御システムの情報と、自装置がいずれの前記中継装置間に接続されるかによって定められたグループ位置情報と、が記憶され、
   当該通信装置は、前記第一の中継装置からパケットを受信すると、当該パケットの宛先の通信装置が属する前記制御システムの情報及び前記グループ位置情報と、自装置が属する前記制御システムの情報及び前記グループ位置情報と、を比較して当該パケットの前記第二の中継装置へ転送を制御することを特徴とするネットワークシステム。
7. 請求項６において、
   前記第一および前記第二の中継装置間に接続される前記通信装置は、
   パケットの宛先の通信装置が属する前記制御システムの情報が、自装置の前記制御システムの情報と等しく、かつ、パケットの宛先の通信装置が属する前記グループ位置情報が、自装置の前記グループ位置情報と等しい場合には当該パケットを受信し、
   パケットの宛先の通信装置が属する前記制御システムの情報が、自装置の前記制御システムの情報と等しく、かつ、パケットの宛先の通信装置が属する前記グループ位置情報が、自装置の前記グループ位置情報と異なる場合には当該パケットを前記第二の中継装置へ転送することを特徴とするネットワークシステム。
8. 請求項１において、
   前記通信装置は、他の通信装置から前記ネットワークまたは前記他の通信装置の状態情報を受信し、受信した状態情報に基づいて前記所定の規則を変更することを特徴とするネットワークシステム。
9. 複数の拠点に配置され、互いにパケットを送受信して対象設備を監視又は制御する装置ごとに所定の制御システムにグループ分けされた複数の通信装置と、
   複数の通信ポートを備え、前記通信装置が送信したパケットを他の通信装置へ転送する複数の中継装置と、を備え、
   各拠点に配置された複数の通信装置は、２つの前記中継装置の間に並列に接続され、
   異なる拠点に配置された前記中継装置は、ネットワークによってリング状に接続されるものであって、
   少なくとも１つの拠点に配置された複数の通信装置には、異なる制御システムに属する通信装置が含まれるネットワークシステム。
10. 請求項９において、
    異なる拠点に配置される前記通信装置または前記中継装置間に、リングを構成する前記ネットワークとは別のネットワークによって通信経路を設けることを特徴とするネットワークシステム。
11. 請求項９において、
    前記ネットワークを階層的に構成したネットワークをリング状に接続して構成することを特徴とする前記ネットワークシステム。
12. リング状のネットワークのＡ系回りの方向からパケットを受信する複数のＡ系通信ポートと、前記Ａ系回りとは反対方向のＢ系回りの方向からパケットを受信するＢ系通信ポートと、を含む３以上の通信ポートと、
    いずれかの前記通信ポートからパケットを受信すると、当該パケットの転送先の前記通信ポートを選択する通信制御部と、を備え、
    複数の前記Ａ系通信ポートには、それぞれパケットの送受信を行う通信装置が接続されており、
    前記通信制御部は、前記Ｂ系通信ポートからパケットを受信すると、所定の規則に従って複数の前記Ａ系通信ポートから転送先の通信ポートを選択し、当該選択した通信ポートを用いていずれかの前記通信装置へ受信したパケットを転送する中継装置。