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WO2020089964A1 - 通信システム、通信装置、方法、及びプログラム - Google Patents

通信システム、通信装置、方法、及びプログラム Download PDF

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Publication number
WO2020089964A1
WO2020089964A1 PCT/JP2018/040080 JP2018040080W WO2020089964A1 WO 2020089964 A1 WO2020089964 A1 WO 2020089964A1 JP 2018040080 W JP2018040080 W JP 2018040080W WO 2020089964 A1 WO2020089964 A1 WO 2020089964A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
master
communication
communication device
priority
arbitration
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/040080
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
智史 荒川
浩明 大見
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to US17/270,440 priority Critical patent/US20210184920A1/en
Priority to JP2019525935A priority patent/JP6611995B1/ja
Priority to DE112018008018.8T priority patent/DE112018008018B4/de
Priority to PCT/JP2018/040080 priority patent/WO2020089964A1/ja
Priority to TW108120429A priority patent/TWI697224B/zh
Publication of WO2020089964A1 publication Critical patent/WO2020089964A1/ja

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/06—Management of faults, events, alarms or notifications
    • H04L41/0654—Management of faults, events, alarms or notifications using network fault recovery
    • H—ELECTRICITY
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    • H04L41/0654—Management of faults, events, alarms or notifications using network fault recovery
    • H04L41/0668—Management of faults, events, alarms or notifications using network fault recovery by dynamic selection of recovery network elements, e.g. replacement by the most appropriate element after failure
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
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    • H04L41/08—Configuration management of networks or network elements
    • H04L41/0803—Configuration setting
    • H04L41/0813—Configuration setting characterised by the conditions triggering a change of settings
    • H04L41/0816—Configuration setting characterised by the conditions triggering a change of settings the condition being an adaptation, e.g. in response to network events
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00—Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/08—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters
    • H04L43/0805—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters by checking availability
    • H04L43/0817—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters by checking availability by checking functioning
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00—Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/10—Active monitoring, e.g. heartbeat, ping or trace-route

Definitions

  • the present invention relates to a communication system, a communication device, a method, and a program.
  • a problem may occur in the master communication device, causing a situation in which it cannot operate as the master.
  • a communication device selected as a new master from other communication devices that have been operating as a slave may operate as a master.
  • Patent Document 1 a communication device operating as a slave does not have a master when a communication device operating as a master does not issue a master notification frame to be issued at a predetermined cycle for a certain period. It is described that it is determined. Further, Patent Document 1 describes that a communication device operating as a slave switches to the master when it is determined that the master is absent, and broadcasts a master notification frame to other communication devices.
  • Patent Document 1 describes that contention control is performed as follows.
  • a priority order for switching to the master is set for each communication device.
  • the communication device compares the priority order set in the received master notification frame with its own priority order. If the own priority is lower than the priority set in the received master notification frame, the communication device switches to the slave again. If the own priority is higher than the priority set in the received master notification frame, the communication device transmits a response frame to the communication device that is the transmission source of the master notification frame, and operates as a master. To continue.
  • the master notification frame is exchanged and the priorities are compared between the plurality of communication devices, and finally, only one master is in the operating state.
  • Patent Document 1 With the configuration described in Patent Document 1, it is necessary to exchange the master notification frame and compare the priorities between the communication devices until finally one master operates. Therefore, when the number of slaves increases, it takes time to finally select the master.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to shorten the time taken to elect a new master in the communication system that communicates in the master-slave method when the master is absent.
  • a communication system that performs communication by the master-slave method according to the present invention includes a communication device that operates as a master or a slave. At least two of the communication devices that operate as slaves each include a detection period storage unit, a master presence determination unit, and an operation switching unit.
  • the detection period storage means stores the down detection period set so that the shorter the period is, the higher the priority of the self-device selected as the new master among the slaves.
  • the master presence determining means determines whether or not the master exists depending on whether or not a new signal is received from the communication device operating as the master before the down detection period elapses after the signal is received from the master. To determine. When the master presence determination unit determines that the master is absent, the operation switching unit switches the operation of the own device to operate as the master.
  • the communication device operating as the slave does the communication device operating as the slave receive a new signal from the communication device operating as the master until the down detection period elapses after receiving the signal from the master? Depending on whether or not there is a master, it is determined whether or not there is a master.
  • the down detection period is set to be shorter as the priority order selected as a new master is higher.
  • the communication system of the present invention is provided with such a configuration so that, among communication devices operating as slaves, a communication device with a high priority selected as a master detects the absence of the master before other communication devices. You can then switch to the master. As a result, a communication device having a low priority order does not transmit its own priority order, and the time taken to elect a new master can be shortened.
  • FIG. 4 is a diagram showing timing of transmission / reception of an arbitration frame in the arbitration processing according to the embodiment The figure which shows the other timing of transmission / reception of the arbitration frame in the arbitration process which concerns on embodiment.
  • Block diagram showing the configuration of a communication system according to a second modification The figure which shows the hardware constitutions of the communication device which is not a master candidate object which concerns on the modification 2.
  • the communication system 1 includes communication devices 100A to 100D connected via a network 5.
  • the communication devices 100A to 100D may be collectively referred to as the communication device 100.
  • the communication devices 100A to 100D are programmable logic controllers that operate in, for example, a production system or a control system.
  • the communication devices 100A to 100D mutually transmit and receive data collected from the sensors managed by each.
  • a plurality of communication devices 100 communicate with each other in a master-slave system.
  • the network 5 is, for example, a network based on the 100Base-T standard.
  • one of the communication devices 100A to 100D operates as a master, and the other operates as a slave.
  • the communication device 100 operating as a master manages the timing of data transmission / reception.
  • the communication device 100 that operates as a slave transmits and receives data under the control of the master. In this way, the communication devices 100A to 100D perform synchronous communication.
  • the communication device 100 that operates as a master broadcasts a master notification frame to the communication device 100 that operates as a slave at regular intervals in order to notify that the master exists.
  • the communication device 100 operating as a slave determines whether or not a master is present, depending on whether or not the master notification frame is received.
  • the master notification frame includes, for example, information that identifies the communication device 100 that operates as a master.
  • the communication device 100 that operates as a master may be simply referred to as a master.
  • the communication device 100 that operates as a slave may be simply referred to as a slave.
  • the slaves make adjustments and select a new master.
  • the adjustment performed by the slaves to select a new master is referred to as communication arbitration or simply arbitration.
  • the slaves transmit and receive a frame called an arbitration frame for communication arbitration.
  • the priority order selected as the master for each slave is set in advance. If the master is absent, the slave with the highest priority is elected as the new master.
  • the arbitration frame the priority of the transmission source slave is set. The slave that has received the arbitration frame compares the priority set in the arbitration frame with its own priority to determine whether or not it should switch to the master.
  • the communication device 100A has, as a hardware configuration, a memory 11 that stores various programs and data, a communication interface 12 that communicates with another communication device 100, and a processor that controls the entire communication device 100. And 13.
  • the memory 11 and the communication interface 12 are connected to the processor 13 via the bus 19 and communicate with the processor 13.
  • the communication device 100A will be described as an example, the communication devices 100B to 100D have the same configuration.
  • the memory 11 includes a volatile memory and a non-volatile memory.
  • the memory 11 includes an arbitration program 111 for performing communication arbitration between the communication devices 100, an arbitration parameter 112 used for communication arbitration, and a communication management parameter 113 used for managing a slave when operating as a master. Store. It is assumed that the user who manages the communication system 1 uses the setting tool (not shown) to previously store the arbitration program 111, the arbitration parameter 112, and the communication management parameter 113 in the memory 11.
  • the memory 11 is used as a work memory for the processor 13.
  • the arbitration program 111 is an example of the program of the present invention.
  • the arbitration program 111 is executed by the processor 13.
  • the processor 13 executes the arbitration program 111 to determine whether or not the master is absent, and realizes a function of performing communication arbitration with another communication device 100 when the master is absent.
  • the arbitration parameter 112 is a parameter used when the processor 13 executes the arbitration program 111.
  • the arbitration parameter 112 indicates a priority order in which the communication device 100A is selected as a master, a down detection period for the communication device 100A to detect the absence of the master, and a waiting time indicating a period in which the communication device 100A should wait for communication arbitration. Including period and.
  • the priority order indicates the order in which the communication device 100A is selected as a new master when the master is absent.
  • the down detection period is a period for the communication device 100A to detect the down of the master.
  • the communication device 100A determines that the master is absent when the master notification frame is not received from the master for a predetermined period. This determined period is the down detection period.
  • the down detection period is set longer than the interval at which the master transmits the master notification frame.
  • the standby period is a period during which the communication device 100A should wait before switching to the master when the master is absent.
  • the communication device 100A determines that the master is absent, the communication device 100A switches to the master after the waiting period elapses after transmitting the arbitration frame to the other communication device 100.
  • the standby period is set such that the higher the priority of the communication device 100A, the shorter the period.
  • the communication management parameter 113 is a parameter required to manage the entire network 5 when the communication device 100A operates as a master. When switching from the slave to the master, the communication device 100A manages the entire network 5 by using the communication management parameter 113.
  • the communication interface 12 includes a network interface circuit for communicating with another device, and communicates with another communication device 100 under the control of the processor 13.
  • the communication interface 12 converts the data supplied from the processor 13 into an electric signal, and transmits the converted signal to another communication device 100 via the network 5. Further, the communication interface 12 restores the electric signal received from the other communication device 100 via the network 5 into data and outputs the data to the processor 13.
  • the processor 13 includes an MPU (Micro Processing Unit) and executes various programs stored in the memory 11 to realize various functions of the communication device 100A.
  • the processor 13 further includes a detection timer 131 and a standby timer 132.
  • the detection timer 131 is a timer used to measure the down detection period.
  • the processor 13 receives the master notification frame from the master, the processor 13 resets the detection timer 131, sets the detection timer 131 as a maximum value of the measurement values, which is a value indicating the down detection period, which is included in the arbitration parameter 112, and 131 is activated.
  • the standby timer 132 is a timer used to measure the standby period.
  • the processor 13 determines that the master is absent, it transmits the arbitration frame to another communication device 100, resets the standby timer 132, and causes the standby timer 132 to wait for the maximum value of the measured values included in the arbitration parameter 112. A value indicating the period is set and the standby timer 132 is activated.
  • the communication device 100A functionally includes a priority storage unit 110 that stores the priority of the communication device 100A, a down detection period storage unit 120 that stores a down detection period, and another communication device.
  • a transmission / reception unit 130 that transmits / receives data to / from 100, a master presence determination unit 140 that determines the presence or absence of a master, a communication arbitration unit 150 that arbitrates communication with another communication device 100, and functions as a master.
  • An operation switching unit 160 that switches the operation of the communication device 100A.
  • the priority order storage unit 110 stores a priority order in which the communication device 100A is selected as a master and identification information for identifying the communication device 100A.
  • the identification information is information that uniquely identifies the communication device 100A.
  • the identification information is, for example, a MAC (Media Access Control) address of the communication device 100A.
  • the priority order and the identification information are set in an arbitration frame transmitted by the communication arbitration unit 150 described later to another communication device 100.
  • the priority order storage unit 110 is an example of the priority order storage unit of the present invention. The function of the priority storage unit 110 is realized by the memory 11 shown in FIG.
  • the down detection period storage unit 120 shown in FIG. 1 stores the down detection period for the communication device 100A to detect the absence of the master. As described above, the communication device 100A determines that the master is absent when the down detection period elapses without receiving a new master notification frame from the master.
  • the down detection period differs for each communication device 100, and the higher the priority order selected as the master, the shorter the period is set.
  • the communication devices 100A, 100B, and 100C operate as slaves, and the communication device 100A has the highest priority and the communication device 100C has the lowest priority.
  • the down detection period tA of the communication device 100A having the highest priority is set to be the shortest
  • the down detection period tC of the communication device 100C having the third priority is set to be the longest.
  • the down detection period tB of the communication device 100B having the second highest priority is set to be longer than the down detection period tA and shorter than the down detection period tC.
  • the down detection period storage unit 120 is an example of the down detection period storage means of the present invention.
  • the function of the down detection period storage unit 120 is realized by the memory 11 shown in FIG.
  • the transmission / reception unit 130 shown in FIG. 1 transmits / receives data to / from another communication device 100.
  • the transmitting / receiving unit 130 receives a master notification frame from the master.
  • the transmission / reception unit 130 transmits an arbitration frame to another communication device 100 when the master is absent.
  • the transmission / reception unit 130 receives an arbitration frame from another communication device 100 that has determined that the master is absent.
  • the function of the transmission / reception unit 130 is realized by the communication interface 12 shown in FIG.
  • the master existence determining unit 140 illustrated in FIG. 1 determines that the master is absent when the down detection period elapses without receiving a new master notification frame from the master after receiving the master notification frame from the master.
  • the master existence determination unit 140 resets the detection timer 131 shown in FIG. 2, and the detection timer 131 includes the maximum value of the measured values in the arbitration parameter 112. A value indicating the down detection period is set and the detection timer 131 is started.
  • the master presence determination unit 140 determines that the master is absent.
  • the down detection period is set longer than the interval at which the master transmits the master notification frame, and the detection timer 131 is reset each time the master notification frame is received. Therefore, the time-up of the detection timer 131 means that the master has not transmitted the master notification frame.
  • the master existence determination unit 140 determines that the master is absent, it notifies the communication arbitration unit 150 that the master is absent.
  • the master existence determination unit 140 determines that the master exists when the transmission / reception unit 130 receives the master notification frame before the detection timer 131 times out. In this case, the master presence determination unit 140 resets and activates the detection timer 131.
  • the master existence determining unit 140 is an example of the master existence determining unit of the present invention.
  • the function of the master existence determination unit 140 is realized by the processor 13 shown in FIG.
  • the communication arbitration unit 150 illustrated in FIG. 1 performs communication arbitration with another communication device 100 by transmitting / receiving an arbitration frame.
  • the communication arbitration unit 150 notifies the other communication device 100 that the own device can operate as a new master.
  • the communication arbitration unit 150 transmits the arbitration frame in which the priority order and the identification information stored in the priority order storage unit 110 are set to another communication device 100 via the transmission / reception unit 130.
  • the communication arbitration unit 150 sets a value indicating the waiting period included in the arbitration parameter 112 as the maximum value of the measured value in the waiting timer 132 shown in FIG.
  • the standby timer 132 is activated.
  • the communication arbitration unit 150 notifies the operation switching unit 160 shown in FIG. 1 that the operation as the master will be switched.
  • the communication arbitration unit 150 when the communication arbitration unit 150 receives an arbitration frame from another communication device 100 via the transmission / reception unit 130, the communication arbitration unit 150 performs the following processing.
  • the communication arbitration unit 150 compares the priority set in the received arbitration frame with the priority of its own device stored in the priority storage unit 110. That is, the communication arbitration unit 150 determines which of the communication device 100, which is the transmission source of the received arbitration frame, and the self-written priority order is higher.
  • the communication arbitration unit 150 determines that the priority order of the own device is higher than the priority order set in the received arbitration frame, the communication arbitration unit 150 sets the arbitration frame in which the priority order and the identification information are set via the transmission / reception unit 130. It transmits to all the communication devices 100.
  • the communication arbitration unit 150 continues to operate as a slave. In this case, if the communication arbitration unit 150 has already transmitted the arbitration frame to the other communication device 100 before receiving the arbitration frame from the other communication device 100, the communication arbitration unit 150 stops the standby timer 132. This is because the communication device 100A does not need to switch to the master.
  • the communication arbitration unit 150 is an example of the communication arbitration means of the present invention. The function of the communication arbitration unit 150 is realized by the processor 13 shown in FIG.
  • the reason why the communication arbitration unit 150 waits until the waiting period elapses after transmitting the arbitration frame is as follows. As described above, the down detection period is set so that the higher the priority order selected as the master, the shorter the period. Therefore, it is the communication device 100 having the highest priority that first detects the absence of the master, and originally, the communication arbitration unit 150 does not need to wait after transmitting the arbitration frame. However, for some reason, before the arbitration frame transmitted by the communication device 100 having the highest priority reaches the other communication device 100, the communication device 100 having the second or lower priority transmits the arbitration frame. It is possible that a situation will occur. For this reason, the communication arbitration unit 150 waits after transmitting the arbitration frame.
  • the communication device 100A has the second priority. For some reason, it is assumed that the arbitration frame transmitted by the communication device 100 having the first priority reaches the communication device 100A by a delay.
  • the communication device 100A determines that the master is absent, transmits an arbitration frame to another communication device 100, and waits until the waiting period elapses. ..
  • the communication device 100A receives the arbitration frame from the communication device 100 having the first priority during the waiting period, the communication device 100A does not switch to the master. As described above, by waiting for the waiting period set after the communication arbitration unit 150 transmits the arbitration frame, it is possible to prevent the communication device 100, which should not operate as the master, from switching to the master in advance.
  • the operation switching unit 160 illustrated in FIG. 1 When the operation switching unit 160 illustrated in FIG. 1 receives a notification from the communication arbitration unit 150 that the operation is to be switched to the master operation, the operation switching unit 160 uses the communication management parameter 113 so that the communication apparatus 100A functions as the master. The operation of 100 A is switched. For example, the communication device 100A starts the operation as the master, reconnects the connection with the other communication device 100 operating as the slave, and transmits the master notification frame to the other communication device 100 at the determined timing. To do.
  • the function of the operation switching unit 160 is realized by the processor 13 shown in FIG.
  • the operation switching unit 160 is an example of the operation switching means of the present invention.
  • the communication device 100D shown in FIG. 1 is operating as a master and the communication devices 100A to 100C are operating as slaves.
  • the communication device 100A will be described as an example, but the communication devices 100B and 100C operating as slaves also have the same configuration.
  • the processor 13 of the communication device 100A shown in FIG. 2 executes the arbitration program 111 stored in the memory 11 to perform the following processing. It is assumed that the processor 13 resets the detection timer 131 and restarts the detection timer 131 when receiving the master notification frame from the communication device 100D operating as a master.
  • the processor 13 determines whether or not the detection timer 131 has timed out (step S11). When determining that the detection timer 131 has timed out (step S11; Yes), the processor 13 transmits an arbitration frame to another communication device 100 (step S12). Specifically, the processor 13 generates an arbitration frame in which the priority included in the arbitration parameter 112 of the memory 11 and the identification information of the own device are set, and outputs the generated arbitration frame to the communication interface 12. Therefore, the communication interface 12 broadcasts the arbitration frame. Therefore, the arbitration frame is transmitted to the other communication devices 100B and 100C via the network 5. The processor 13 activates the standby timer 132 (step S13) and executes the process of step S14.
  • step S14 when the standby timer 132 times out (step S14; Yes), the processor 13 starts the operation as a master by using the communication management parameter 113 shown in FIG. 2 (step S15).
  • step S14 the processor 13 receives an arbitration frame from another communication device 100 via the communication interface 12 before the standby timer 132 times out (step S14; No) (step S16; Yes). , Arbitration processing at the time of receiving the arbitration frame shown in FIG.
  • the processor 13 executes the process of FIG. 4 in the following cases. After transmitting the arbitration frame in step S12 shown in FIG. 3, the processor 13 of the communication device 100A starts the process shown in FIG. 4 when receiving the arbitration frame from another communication device 100 in step S16 shown in FIG. .. This is because, for some reason, the communication device 100 having the second or lower priority may transmit the arbitration frame before the communication device 100 having the highest priority. Alternatively, when the processor 13 receives an arbitration frame from another communication device 100 before the detection timer 131 times out, the processor 13 starts the process shown in FIG.
  • the processor 13 determines whether or not the priority of its own device included in the arbitration parameter 112 is higher than the priority set in the received arbitration frame (step S21). When the processor 13 determines that the priority order of the own device is higher (step S21; Yes), the processor 13 determines whether or not the standby timer 132 is activated (step S22).
  • step S22 When the standby timer 132 is activated (step S22; Yes), the processor 13 executes the process of step S25.
  • the activation of the standby timer 132 indicates that the processor 13 has already transmitted the arbitration frame to the other communication devices 100B and 100C.
  • step S22 when the standby timer 132 is not activated (step S22; No), the processor 13 transmits the arbitration frame to the other communication devices 100B and 100C (step S23). Specifically, the processor 13 reads the priority order and the identification information of the own device from the arbitration parameter 112 of the memory 11, generates an arbitration frame in which the priority order and the identification information are set, and generates the arbitration frame as follows. Output to the communication interface 12. Therefore, the communication interface 12 broadcasts the arbitration frame. After that, the processor 13 activates the standby timer 132 (step S24). After that, the processor 13 executes the process of step S25.
  • step S25 when the standby timer 132 times out (step S25; Yes), the processor 13 starts the operation as a master by using the communication management parameter 113 shown in FIG. 2 (step S26). After that, the processor 13 ends the arbitration process when the arbitration frame is received.
  • step S25 the processor 13 determines whether or not an arbitration frame is received from another communication device 100 via the communication interface 12 before the standby timer 132 times out (step S25; No) (step S27). ). When the processor 13 determines that the arbitration frame has been received from the other communication device 100 (step S27; Yes), the process of step S21 is executed again.
  • step S21 When the processor 13 determines in step S21 that the priority order of the own device included in the arbitration parameter 112 is lower than the priority order set in the received arbitration frame (step S21; No), the processor 13 waits. It is determined whether or not the timer 132 has started (step S28).
  • step S28 If the standby timer 132 is activated (step S28; Yes), the processor 13 stops the standby timer 132 (step S29). This is because the communication device 100A does not need to operate as a master because the arbitration frame is received from the communication device 100 having a higher priority than the own device. After that, the processor 13 ends the arbitration process when the arbitration frame is received. If the standby timer 132 is not activated (step S28; No), the processor 13 ends the arbitration process when the arbitration frame is received.
  • the down detection periods of the communication devices 100 operating as slaves are set so that the higher the priority is, the shorter the period is.
  • the communication device determines the presence or absence of the master when the down detection period set according to the priority has passed. For example, as shown in FIG. 5, it is assumed that the communication devices 100A, 100B, and 100C operate as slaves, and the communication device 100D operates as a master. It is assumed that the communication device 100A has the highest priority, and the communication devices 100A, 100B, and 100C have lower priorities.
  • the length of the down detection period is set to increase in the order of the down detection period tA of the communication device 100A, the down detection period tB of the communication device 100B, and the down detection period tC of the communication device 100C.
  • the communication device 100A since the down detection period tA of the communication device 100A is the shortest, the communication device 100A first detects the absence of the master. Therefore, the communication device 100A having a higher priority can transmit the arbitration frame to the other communication device 100 earliest.
  • the communication devices 100B and 100C compare the priority order of the master notification frame received from the communication device 100A with the priority order of the own device. The communication devices 100B and 100C do nothing because their own priority is lower than the priority set in the arbitration frame received from the communication device 100A.
  • the communication device 100A starts the operation as the master when the waiting period wA elapses after transmitting the arbitration frame.
  • the arbitration frame transmitted by the communication device 100A having the highest priority may arrive at the communication devices 100B and 100C with a delay for some reason.
  • the arbitration frame transmitted by the communication device 100B having the second highest priority reaches the communication devices 100A and 100C before the arbitration frame transmitted by the communication device 100A reaches the communication devices 100B and 100C. ..
  • the communication device 100B starts the standby timer 132 after transmitting the arbitration frame and waits until the standby period wB elapses.
  • the communication device 100B receives the arbitration frame from the communication device 100A before the waiting period wB elapses.
  • the communication device 100B compares the priority order set in the arbitration frame received from the communication device 100A with the priority order of the own device, and stops the standby timer 132 because the priority order of the own device is lower. In this case, the communication device 100B does not switch to the master.
  • the communication device 100C compares its own priority with the priority set in the arbitration frame received from the communication device 100B. The communication device 100C does not do anything because its own device has a lower priority than the communication device 100B. Further, the communication device 100C compares its own priority with the priority set in the arbitration frame received from the communication device 100A. The communication device 100C does nothing since the priority of the communication device 100C is lower than that of the communication device 100A.
  • the communication device 100A receives the arbitration frame from the communication device 100B, but since the priority of the communication device 100A is higher than the priority of the received arbitration frame, the communication device 100A transmits the arbitration frame to the other communication devices 100B and 100C.
  • the communication device 100A starts the operation with the master when the waiting period wA elapses. In the example shown in FIG. 6, although it takes a little longer than in the example shown in FIG. 5, all the communication devices do not transmit the arbitration frame, and the time taken to elect a new master can be shortened.
  • the down detection period that is, the time interval for the slave to determine the presence or absence of the master is changed according to the priority of each slave, so that the majority of slaves with low priority are No arbitration frame is sent. Therefore, when the number of slaves increases, the effect of shortening the time taken to select the master becomes greater.
  • the priority order of the communication device 100A is an example of the first order of the present invention
  • the priority order of the communication device 100B is an example of the second order of the present invention.
  • Modification 1 In the embodiment, the user who manages the communication system 1 uses the setting tool to register the priority order and the down detection period in the memory 11 as the arbitration parameter 112 shown in FIG. However, the priority may be determined automatically.
  • the configuration different from the embodiment will be mainly described.
  • the communication device 100D shown in FIG. 1 is operating as a master and the communication devices 100A to 100C are operating as slaves.
  • the communication device 100D that is the master requests the identification information of each of the communication devices 100A to 100C that are the slaves immediately after establishing the connection.
  • Each of the communication devices 100A to 100C transmits the identification information stored in the memory 11 to the master communication device 100D.
  • the master determines that the larger the value of the MAC address is, the higher the priority is, and determines the priority and the down detection period of each of the slave communication devices 100A to 100C, and determines the priority and the down detection period to be determined from the communication device 100A to the down detection period. Send to 100C.
  • the master transmits the determined priority and down detection period to each of the communication devices 100B to 100D. Therefore, the communication devices 100B to 100D operating as slaves store the priority order and the down detection period received from the master in the memory 11 as the arbitration parameters shown in FIG.
  • the communication device 100A and the communication device 100B are set so as to operate as a master.
  • the communication device 100A and the communication device 100B are set as master candidates. It is assumed that the communication device 100C is not set as a master candidate.
  • the communication device 100D is set to operate as a master.
  • the communication devices 100A and 100B have the configurations described in the embodiments as shown in FIGS.
  • the communication devices 100A and 100B detect that the master is down and execute the process related to communication arbitration.
  • the communication device 100C is functionally provided with only the transmission / reception unit 130 that receives the arbitration frame, and does not detect the master down and do not compare the priorities set in the arbitration frame. Therefore, as shown in FIG. 8, as a hardware configuration, the communication device 100C has, in the memory 11, an arbitration program 111 for performing communication arbitration between the communication devices 100, an arbitration parameter 112 used for communication arbitration, It is not necessary to have the communication management parameter 113 for managing the communication via the network 5. Further, the processor 13 of the communication device 100C does not need to have the detection timer 131 and the standby timer 132. In this way, the hardware configuration of the slave that is not selected as the master can be simplified. For example, since it is preferable that the communication device 100 having a high processing capability operates as the master rather than the communication device 100 having a low processing capability, the communication device 100 having a low processing capability may be excluded from the candidates for the master.
  • the identification information requested by the master to the communication device 100 operating as a slave is not limited to the MAC address, but may be an IP (Internet Protocol) address or a station number in the network 5. Further, the master may determine that the priority order is higher from the smallest identification information value.
  • the communication device 100 waits after transmitting the arbitration frame so that the higher the priority is, the shorter the period becomes.
  • the present invention is not limited to this.
  • the waiting period of all the communication devices 100 may be the same period.
  • a computer-readable recording medium including a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, a semiconductor memory, and a magnetic tape can be used.
  • tA, tB, tC down detection period, wA standby period 1 communication system, 5 network, 11 memory, 12 communication interface, 13 processor, 19 bus, 100, 100A, 100B, 100C, 100D communication device, 110 priority storage unit , 111 arbitration program, 112 arbitration parameter, 113 communication management parameter, 120 down detection period storage unit, 130 transmission / reception unit, 131 detection timer, 132 standby timer, 140 master existence determination unit, 150 communication arbitration unit, 160 operation switching unit

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Abstract

マスタスレーブ方式で通信を行う通信システム（１）は、マスタ又はスレーブとして動作する通信装置（１００Ａ～１００Ｄ）を備える。スレーブとして動作する通信装置（１００Ａ～１００Ｃ）のうち少なくとも２つの通信装置がそれぞれ有するダウン検知期間記憶部（１２０）は、スレーブのうちで自機が新たなマスタとして選出される優先順位が高いほど、期間が短くなるように設定されたダウン検知期間を記憶する。マスタ存在判別部（１４０）は、マスタから信号を受信してからダウン検知期間が経過するまでに、マスタとして動作する通信装置から新たな信号を受信したか否かに応じて、マスタが存在するか否かを判別する。動作切替部（１６０）は、マスタ存在判別部（１４０）がマスタが不在であると判別すると、マスタとして動作するように自機の動作を切り替える。

Description

通信システム、通信装置、方法、及びプログラム
　本発明は、通信システム、通信装置、方法、及びプログラムに関する。
　マスタスレーブ方式で通信を行う通信システムにおいて、マスタの通信装置に不具合が生じてしまい、マスタとして動作することができない状況が発生することがある。このような状況が発生した場合、スレーブとして動作していた他の通信装置のうちから、新たなマスタとして選ばれた通信装置が、マスタとして動作することがある。
　特許文献１には、スレーブとして動作する通信装置は、マスタとして動作する通信装置から、決められた周期で発行されるべきマスタ通知フレームが、一定期間発行されなかった場合に、マスタが不在であると判別することが記載されている。さらに、特許文献１には、スレーブとして動作する通信装置は、マスタが不在であると判別した場合にマスタに切り替わり、他の通信装置にマスタ通知フレームをブロードキャストすることが記載されている。
　上記構成により、複数のスレーブの通信装置がマスタに切り替わる状況が発生するため、特許文献１には、以下のように競合制御を行うことが記載されている。各通信装置にはマスタに切り替わる優先順位が設定されている。通信装置はマスタに切り替わった後に、他の通信装置からマスタ通知フレームを受信すると、受信したマスタ通知フレームにセットされた優先順位と自身の優先順位を比較する。自身の優先順位の方が受信したマスタ通知フレームにセットされた優先順位より低い場合には、通信装置は再びスレーブに切り替わる。また、自身の優先順位の方が受信したマスタ通知フレームにセットされた優先順位より高い場合には、通信装置は、そのマスタ通知フレームの送信元の通信装置に応答フレームを送信し、マスタとして動作を継続する。複数の通信装置間でマスタ通知フレームのやり取りと優先順位の比較とが行われ、最終的には１つのマスタのみが動作する状態となる。
特開平９－１４９０６１号公報
　特許文献１に記載された構成では、最終的に１つのマスタのみが動作する状態まで通信装置間でマスタ通知フレームのやり取りと優先順位の比較とを行う必要がある。このため、スレーブが多くなった場合には、最終的なマスタの選出までに時間がかかる。
　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、マスタスレーブ方式で通信を行う通信システムにおいて、マスタが不在の場合に、新たなマスタの選出にかかる時間を短縮することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係るマスタスレーブ方式で通信を行う通信システムは、マスタ又はスレーブとして動作する通信装置を備える。スレーブとして動作する通信装置のうち少なくとも２つの通信装置はそれぞれ、検知期間記憶手段と、マスタ存在判別手段と、動作切替手段とを備える。検知期間記憶手段は、スレーブのうちで自機が新たなマスタとして選出される優先順位が高いほど、期間が短くなるように設定されたダウン検知期間を記憶する。マスタ存在判別手段は、マスタから信号を受信してからダウン検知期間が経過するまでに、マスタとして動作する通信装置から新たな信号を受信したか否かに応じて、マスタが存在するか否かを判別する。動作切替手段は、マスタ存在判別手段がマスタが不在であると判別すると、マスタとして動作するように自機の動作を切り替える。
　本発明の通信システムにおいては、スレーブとして動作している通信装置は、マスタから信号を受信してから、ダウン検知期間が経過するまでに、マスタとして動作する通信装置から新たな信号を受信したか否かに応じて、マスタが存在するか否かを判別する。ダウン検知期間は、新たなマスタとして選出される優先順位が高いほど、期間が短くなるように設定されている。本発明の通信システムは、このような構成を備えることが、スレーブとして動作する通信機器のうち、マスタとして選出される優先順位が高い通信装置が、他の通信装置より先にマスタの不在を検知し、マスタに切り替わることができる。これにより、優先順位の低い通信装置が自機の優先順位を送信することがなくなり、新たなマスタの選出にかかる時間を短縮できる。
実施の形態に係る通信システムの構成を示すブロック図 実施の形態に係る通信装置のハードウェア構成を示す図 実施の形態に係るマスタ不在時の調停処理のフローチャート 実施の形態に係る調停フレーム受信時の調停処理のフローチャート 実施の形態に係る調停処理における調停フレームの送受信のタイミングを示す図 実施の形態に係る調停処理における調停フレームの送受信の他のタイミングを示す図 変形例２に係る通信システムの構成を示すブロック図 変形例２に係るマスタ候補対象外の通信装置のハードウェア構成を示す図
（実施の形態）
　以下、本発明の実施の形態に係る通信システムについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
　図１に示すように通信システム１は、ネットワーク５を介して接続された通信装置１００Ａ～１００Ｄを含む。以下、通信装置１００Ａ～１００Ｄをまとめて通信装置１００と称することがある。通信装置１００Ａ～１００Ｄは、例えば、生産システム、制御システム等において稼動するプログラマブルロジックコントローラである。通信装置１００Ａ～１００Ｄは、それぞれが管理するセンサから収集したデータを相互に送受信する。通信システム１において、複数の通信装置１００はマスタスレーブ方式で相互に通信する。ネットワーク５は、例えば、１００Ｂａｓｅ－Ｔの規格に則ったネットワークである。
　通信システム１では、通信装置１００Ａ～１００Ｄのうち１つがマスタとして動作し、その他がスレーブとして動作する。マスタとして動作する通信装置１００は、データの送受信のタイミングを管理する。スレーブとして動作する通信装置１００は、マスタの管理下でデータの送受信を行う。このようにして、通信装置１００Ａ～１００Ｄは、同期通信を行う。
　マスタとして動作する通信装置１００は、マスタが存在することを通知するため、スレーブとして動作する通信装置１００に対してマスタ通知フレームを一定期間毎にブロードキャストする。スレーブとして動作する通信装置１００は、マスタ通知フレームを受信したか否かにより、マスタが存在するか否かを判別する。マスタ通知フレームには、例えば、マスタとして動作する通信装置１００を識別する情報が含まれている。以下の説明において、マスタとして動作する通信装置１００を、単にマスタという場合がある。スレーブとして動作する通信装置１００を、単にスレーブという場合がある。
　通信システム１では、マスタが故障又は他の理由で、マスタとして動作することができなくなった場合には、スレーブ同士で調整を行って、新たなマスタを選出する。以下、新たなマスタを選出するため、スレーブ同士が調整を行うことを、通信調停あるいは単に調停という。スレーブ同士は、通信調停のため調停フレームと呼ばれるフレームを送受信する。実施の形態においては、スレーブそれぞれについてマスタとして選出される優先順位が予め設定されている。マスタが不在の場合、優先順位が最も高いスレーブが新たなマスタとして選出される。調停フレームには、送信元のスレーブの優先順位がセットされる。調停フレームを受信したスレーブは、調停フレームにセットされた優先順位と自身の優先順位とを比較して、自機がマスタに切り替わるべきか否かを判別する。
　図２に示すように通信装置１００Ａは、ハードウェア構成として、各種のプログラム及びデータを記憶するメモリ１１と、他の通信装置１００と通信を行う通信インタフェース１２と、通信装置１００全体を制御するプロセッサ１３とを有する。メモリ１１と、通信インタフェース１２とはバス１９を介してプロセッサ１３に接続されており、プロセッサ１３と通信する。なお、通信装置１００Ａを例に説明するが、通信装置１００Ｂ～１００Ｄも同様の構成を備える。
　メモリ１１は、揮発性メモリと不揮発性メモリとを含む。メモリ１１は、通信装置１００間で通信調停を行うための調停プログラム１１１と、通信調停に使用される調停パラメータ１１２と、マスタとして動作する場合にスレーブを管理するため使用する通信管理パラメータ１１３とを格納する。通信システム１を管理するユーザが不図示の設定ツールを使用して、調停プログラム１１１と調停パラメータ１１２と通信管理パラメータ１１３とを予めメモリ１１に格納しているものとする。また、メモリ１１は、プロセッサ１３のワークメモリとして用いられる。調停プログラム１１１は本発明のプログラムの一例である。
　調停プログラム１１１は、プロセッサ１３により実行される。プロセッサ１３は調停プログラム１１１を実行することにより、マスタが不在であるか否かを判別し、マスタが不在の場合に他の通信装置１００と通信調停を行う機能を実現する。
　調停パラメータ１１２は、プロセッサ１３が調停プログラム１１１を実行するときに使用するパラメータである。調停パラメータ１１２は、通信装置１００Ａがマスタとして選出される優先順位と、通信装置１００Ａがマスタの不在を検知するためのダウン検知期間と、通信調停のため通信装置１００Ａが待機するべき期間を示す待機期間とを含む。優先順位は、マスタが不在である場合に、その通信装置１００Ａが新たなマスタとして選出される順位を示す。
　ダウン検知期間は、通信装置１００Ａが、マスタのダウンを検知するための期間である。通信装置１００Ａは、マスタ通知フレームを決められた期間マスタから受信しなかった場合に、マスタが不在であると判別する。この決められた期間がダウン検知期間である。ダウン検知期間は、マスタがマスタ通知フレームを送信する間隔より長めに設定されている。待機期間は、マスタが不在時に、通信装置１００Ａがマスタに切り替わる前に待機するべき期間である。通信装置１００Ａは、マスタが不在であると判別した場合に、調停フレームを他の通信装置１００に送信してから待機期間が経過した後、マスタに切り替わる。待機期間は、通信装置１００Ａの優先順位が高いほど、期間が短くなるように設定されている。
　通信管理パラメータ１１３は、通信装置１００Ａがマスタとして動作する場合に、ネットワーク５全体を管理するために必要なパラメータである。通信装置１００Ａは、スレーブからマスタに切り替わった場合に、通信管理パラメータ１１３を使用してネットワーク５全体を管理する。
　通信インタフェース１２は、他の装置と通信するためのネットワークインタフェース回路を含み、プロセッサ１３の制御の下、他の通信装置１００と通信する。通信インタフェース１２は、プロセッサ１３から供給されたデータを電気信号に変換し、変換した信号をネットワーク５を介して他の通信装置１００に送信する。また、通信インタフェース１２は、ネットワーク５を介して他の通信装置１００から受信した電気信号をデータに復元してプロセッサ１３に出力する。
　プロセッサ１３は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含み、メモリ１１に記憶される各種プログラムを実行して、通信装置１００Ａの各種機能を実現する。プロセッサ１３は、さらに、検知タイマ１３１と待機タイマ１３２とを有する。
　検知タイマ１３１は、ダウン検知期間を計測するために使用されるタイマである。プロセッサ１３は、マスタからマスタ通知フレームを受信すると、検知タイマ１３１をリセットし、検知タイマ１３１に、測定値の最大値として、調停パラメータ１１２に含まれるダウン検知期間を示す値をセットし、検知タイマ１３１を起動する。
　待機タイマ１３２は、待機期間を計測するために使用されるタイマである。プロセッサ１３はマスタが不在であると判別すると、調停フレームを他の通信装置１００に送信し、待機タイマ１３２をリセットし、待機タイマ１３２に、測定値の最大値として、調停パラメータ１１２に含まれる待機期間を示す値をセットし、待機タイマ１３２を起動する。
　図１に示すように、通信装置１００Ａは機能的には、通信装置１００Ａの優先順位を記憶する優先順位記憶部１１０と、ダウン検知期間を記憶するダウン検知期間記憶部１２０と、他の通信装置１００とデータを送受信する送受信部１３０と、マスタの存在の有無を判別するマスタ存在判別部１４０と、他の通信装置１００との間で通信調停を行う通信調停部１５０と、マスタとして機能するため通信装置１００Ａの動作を切り替える動作切替部１６０とを有する。
　優先順位記憶部１１０は、通信装置１００Ａがマスタとして選ばれる優先順位と、通信装置１００Ａを識別するための識別情報とを記憶する。識別情報は、通信装置１００Ａを一意に識別する情報である。識別情報は、例えば、通信装置１００ＡのＭＡＣ（Media Access Control）アドレスである。優先順位と識別情報とは、後述の通信調停部１５０が他の通信装置１００に送信する調停フレームにセットされる。優先順位記憶部１１０は、本発明の優先順位記憶手段の一例である。優先順位記憶部１１０の機能は、図２に示すメモリ１１により実現される。
　図１に示すダウン検知期間記憶部１２０は、通信装置１００Ａがマスタの不在を検知するためのダウン検知期間を記憶する。前述のように、通信装置１００Ａは、マスタから新たなマスタ通知フレームを受信しないまま、ダウン検知期間が経過すると、マスタが不在であると判別する。
　ダウン検知期間は、通信装置１００毎に異なっており、マスタとして選出される優先順位が高いほど、期間が短くなるように設定されている。例えば、通信装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃがスレーブとして動作し、優先順位は、通信装置１００Ａが一番高く、通信装置１００Ｃが一番低いものとする。この場合、優先順位が１番高い通信装置１００Ａのダウン検知期間ｔＡが一番短く、優先順位が３番目の通信装置１００Ｃのダウン検知期間ｔＣが一番長くなるように設定される。優先順位が２番目の通信装置１００Ｂのダウン検知期間ｔＢは、ダウン検知期間ｔＡより長く、ダウン検知期間ｔＣより短くなるように設定される。
　このように、ダウン検知期間を設定するため、マスタの存在の有無を検知するタイミングは、優先順位に従った順となる。従って、優先順位が最も高い通信装置１００が、マスタからマスタ通知フレームを受信していないことを、最初に検知できる。上記の例では、優先順位が最も高い通信装置１００Ａが最初にマスタの存在の有無を検知できる。ダウン検知期間記憶部１２０は、本発明のダウン検知期間記憶手段の一例である。ダウン検知期間記憶部１２０の機能は、図２に示すメモリ１１により実現される。
　図１に示す送受信部１３０は、他の通信装置１００とデータの送受信を行う。例えば、送受信部１３０は、マスタからマスタ通知フレームを受信する。また、送受信部１３０は、マスタが不在である場合に、調停フレームを他の通信装置１００に送信する。送受信部１３０は、マスタが不在であると判別した他の通信装置１００から調停フレームを受信する。送受信部１３０の機能は、図２に示す通信インタフェース１２により実現される。
　図１に示すマスタ存在判別部１４０は、マスタからマスタ通知フレームを受信してから、新たなマスタ通知フレームをマスタから受信しないまま、ダウン検知期間が経過すると、マスタが不在であると判別する。
　具体的には、マスタ存在判別部１４０は、送受信部１３０がマスタ通知フレームを受信すると、図２に示す検知タイマ１３１をリセットし、検知タイマ１３１に、測定値の最大値として調停パラメータ１１２に含まれるダウン検知期間を示す値をセットし、検知タイマ１３１を起動する。マスタ存在判別部１４０は、検知タイマ１３１がタイムアップすると、マスタが不在であると判別する。前述のように、ダウン検知期間は、マスタがマスタ通知フレームを送信する間隔より長めに設定されており、検知タイマ１３１は、マスタ通知フレームを受信するたびにリセットされる。よって、検知タイマ１３１のタイムアップは、マスタがマスタ通知フレームを送信していないことを意味する。マスタ存在判別部１４０は、マスタが不在であると判別すると、通信調停部１５０にマスタが不在である旨を通知する。一方、マスタ存在判別部１４０は、検知タイマ１３１がタイムアップする前に、送受信部１３０がマスタ通知フレームを受信した場合には、マスタが存在すると判別する。この場合、マスタ存在判別部１４０は、検知タイマ１３１をリセットし、起動する。マスタ存在判別部１４０は、本発明のマスタ存在判別手段の一例である。マスタ存在判別部１４０の機能は図２に示すプロセッサ１３により実現される。
　図１に示す通信調停部１５０は、調停フレームの送受信により、他の通信装置１００と通信調停を行う。通信調停部１５０は、マスタ存在判別部１４０からマスタが不在である旨が通知されると、自機が新たなマスタとして動作することが可能であることを他の通信装置１００に通知する。具体的には、通信調停部１５０は、優先順位記憶部１１０に格納されている優先順位と識別情報とをセットした調停フレームを、送受信部１３０を介して他の通信装置１００に送信する。通信調停部１５０は、他の通信装置１００に対して調停フレームを送信すると、図２に示す待機タイマ１３２に、測定値の最大値として、調停パラメータ１１２に含まれる待機期間を示す値をセットし、待機タイマ１３２を起動する。通信調停部１５０は、待機タイマ１３２がタイムアップすると、マスタとしての動作に切り替える旨を図１に示す動作切替部１６０に通知する。
　また、通信調停部１５０は、送受信部１３０を介して他の通信装置１００から調停フレームを受信した場合、次のような処理を行う。通信調停部１５０は、受信した調停フレームにセットされた優先順位と、優先順位記憶部１１０に記憶されている自機の優先順位とを比較する。即ち、通信調停部１５０は、受信した調停フレームの送信元の通信装置１００と、自記の優先順位とのいずれが高いかを判別する。通信調停部１５０は、自機の優先順位が、受信した調停フレームにセットされた優先順位より高いと判別した場合、優先順位と識別情報とをセットした調停フレームを送受信部１３０を介して他の全ての通信装置１００に送信する。
　一方、通信調停部１５０は、自機の優先順位が、受信した調停フレームにセットされた優先順位より低い場合、スレーブとしての動作を継続する。この場合、通信調停部１５０は、他の通信装置１００から調停フレームを受信する前に、既に調停フレームを他の通信装置１００に送信していた場合には、待機タイマ１３２を停止する。通信装置１００Ａがマスタに切り替わる必要がないからである。通信調停部１５０は本発明の通信調停手段の一例である。通信調停部１５０の機能は図２に示すプロセッサ１３により実現される。
　通信調停部１５０が調停フレームを送信してから、待機期間が経過するまで待機するのは次のような理由による。前述のようにダウン検知期間は、マスタとして選出される優先順位が高いほど、期間が短くなるように設定されている。よって、マスタの不在を最初に検出するのは、優先順位が一番高い通信装置１００であり、本来は、通信調停部１５０は調停フレームを送信した後に待機する必要はない。しかし、何らかの事情で、優先順位が一番高い通信装置１００が送信した調停フレームが、他の通信装置１００に到達するより前に、優先順位が２番以下の通信装置１００が調停フレームを送信してしまう状況が発生することもありえる。このため、通信調停部１５０は、調停フレームを送信した後に待機するものとする。
　例えば、通信装置１００Ａの優先順位が２番であると仮定する。何らかの事情で、優先順位が１番の通信装置１００が送信した調停フレームが、通信装置１００Ａに到達するのが遅れたとする。通信装置１００Ａは、通信装置１００Ａに対して設定されたダウン検知期間が経過すると、マスタが不在であると判別し、他の通信装置１００に調停フレームを送信し、待機期間が経過するまで待機する。待機期間中に、通信装置１００Ａが優先順位が１番の通信装置１００から調停フレームを受信した場合、通信装置１００Ａは、マスタに切り替わらない。このように、通信調停部１５０が調停フレームを送信した後に設定された待機期間を待機することで、マスタとして動作すべきでない通信装置１００がマスタに切り替わることを事前に防ぐことができる。
　図１に示す動作切替部１６０は、通信調停部１５０から、マスタとしての動作に切り替える旨の通知を受けると、通信管理パラメータ１１３を使用して、通信装置１００Ａがマスタとして機能するよう、通信装置１００Ａの動作を切り替える。例えば、通信装置１００Ａは、マスタとしての動作を開始してから、スレーブとして動作する他の通信装置１００とのコネクションを再接続し、マスタ通知フレームを決められたタイミングで他の通信装置１００に送信する。動作切替部１６０の機能は図２に示すプロセッサ１３により実現される。動作切替部１６０は本発明の動作切替手段の一例である。
　次に、通信装置１００の調停に係る一連の処理の流れを説明する。図１に示す通信装置１００Ｄがマスタとして動作しており、通信装置１００Ａ～１００Ｃがスレーブとして動作しているものと仮定する。以下、通信装置１００Ａを例に説明するが、スレーブとして動作している通信装置１００Ｂ、１００Ｃも同様の構成を備える。
　図２に示す通信装置１００Ａのプロセッサ１３が、メモリ１１に格納されている調停プログラム１１１を実行して、以下の処理を行う。なお、プロセッサ１３は、マスタとして動作する通信装置１００Ｄからマスタ通知フレームを受信すると、検知タイマ１３１をリセットし、検知タイマ１３１を再び起動しているものとする。
　まず、図３を参照して、マスタが不在である場合の調停に係る処理を説明する。図３に示すように、プロセッサ１３は、検知タイマ１３１がタイムアップしたか否かを判別する（ステップＳ１１）。プロセッサ１３は、検知タイマ１３１がタイムアップしたと判別すると（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、調停フレームを他の通信装置１００に送信する（ステップＳ１２）。具体的には、プロセッサ１３は、メモリ１１の調停パラメータ１１２に含まれる優先順位と自機の識別情報とをセットした調停フレームを生成し、生成した調停フレームを、通信インタフェース１２に出力する。従って、通信インタフェース１２は、調停フレームをブロードキャストする。従って、調停フレームは、ネットワーク５を介して、他の通信装置１００Ｂ、１００Ｃに送信される。プロセッサ１３は、待機タイマ１３２を起動し（ステップＳ１３）、ステップＳ１４の処理を実行する。
　ステップＳ１４において、プロセッサ１３は、待機タイマ１３２がタイムアップすると（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、図２に示す通信管理パラメータ１１３を使用して、マスタとしての動作を開始する（ステップＳ１５）。
　一方、ステップＳ１４において、プロセッサ１３は、待機タイマ１３２がタイムアップする前に（ステップＳ１４；Ｎｏ）、通信インタフェース１２を介して他の通信装置１００から調停フレームを受信した場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、図４に示す調停フレーム受信時の調停処理を実行する。
　プロセッサ１３は、以下のような場合に図４の処理を実行する。通信装置１００Ａのプロセッサ１３は、図３に示すステップＳ１２で調停フレームを送信した後、図３に示すステップＳ１６で他の通信装置１００から調停フレームを受信した場合に図４に示す処理を開始する。これは、何らかの事情で、優先順位が２番目以下の通信装置１００が、優先順位が一番の通信装置１００より先に調停フレームを送信する場合もありえるからである。あるいは、プロセッサ１３は、検知タイマ１３１がタイムアップする前に他の通信装置１００から調停フレームを受信した場合に、図４に示す処理を開始する。
　プロセッサ１３は、調停パラメータ１１２に含まれている自機の優先順位が、受信した調停フレームにセットされた優先順位に比べて高いか否かを判別する（ステップＳ２１）。プロセッサ１３は、自機の優先順位の方が高いと判別すると（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、待機タイマ１３２が起動しているか否かを判別する（ステップＳ２２）。
　待機タイマ１３２が起動している場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、プロセッサ１３はステップＳ２５の処理を実行する。待機タイマ１３２が起動されていることは、プロセッサ１３が他の通信装置１００Ｂ、１００Ｃに調停フレームを送信済みであることを示す。
　一方、待機タイマ１３２が起動していない場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、プロセッサ１３は、調停フレームを他の通信装置１００Ｂ、１００Ｃに送信する（ステップＳ２３）。具体的には、プロセッサ１３は、メモリ１１の調停パラメータ１１２から、優先順位と自機の識別情報とを読み出し、優先順位と識別情報とをセットした調停フレームを生成し、生成した調停フレームを、通信インタフェース１２に出力する。従って、通信インタフェース１２は、調停フレームをブロードキャストする。その後、プロセッサ１３は、待機タイマ１３２を起動する（ステップＳ２４）。その後、プロセッサ１３はステップＳ２５の処理を実行する。
　ステップＳ２５で、プロセッサ１３は、待機タイマ１３２がタイムアップすると（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、図２に示す通信管理パラメータ１１３を使用して、マスタとしての動作を開始する（ステップＳ２６）。その後、プロセッサ１３は、調停フレーム受信時の調停処理を終了する。
　ステップＳ２５において、プロセッサ１３は、待機タイマ１３２がタイムアップする前に（ステップＳ２５；Ｎｏ）、通信インタフェース１２を介して他の通信装置１００から調停フレームを受信したか否かを判別する（ステップＳ２７）。プロセッサ１３は、他の通信装置１００から調停フレームを受信したと判別すると（ステップＳ２７；Ｙｅｓ）、再びステップＳ２１の処理を実行する。
　また、ステップＳ２１で、プロセッサ１３は、調停パラメータ１１２に含まれている自機の優先順位が、受信した調停フレームにセットされた優先順位に比べて低いと判別すると（ステップＳ２１；Ｎｏ）、待機タイマ１３２が起動しているか否かを判別する（ステップＳ２８）。
　待機タイマ１３２が起動している場合（ステップＳ２８；Ｙｅｓ）、プロセッサ１３は待機タイマ１３２を停止する（ステップＳ２９）。自機の優先順位より高い優先順位を有する通信装置１００から調停フレームを受信したため、通信装置１００Ａはマスタとして動作する必要がないからである。その後、プロセッサ１３は調停フレーム受信時の調停処理を終了する。また、待機タイマ１３２が起動していない場合（ステップＳ２８；Ｎｏ）、プロセッサ１３は調停フレーム受信時の調停処理を終了する。
　以上説明したように、実施の形態に係る構成では、スレーブとして動作する通信装置１００について、それぞれのダウン検知期間が、優先順位が高いほど期間が短くなるように設定されている。通信装置は、優先順位に応じて設定されたダウン検知期間が経過したときにマスタの存在の有無を判別する。例えば、図５に示すように、通信装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃがスレーブとして動作し、通信装置１００Ｄがマスタとして動作すると仮定する。優先順位は、通信装置１００Ａが一番高く、通信装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの順に低くなるように設定されているものとする。ダウン検知期間の長さは、通信装置１００Ａのダウン検知期間ｔＡ、通信装置１００Ｂのダウン検知期間ｔＢ、通信装置１００Ｃのダウン検知期間ｔＣ、の順に長くなるように設定されている。
　この場合、通信装置１００Ａのダウン検知期間ｔＡが一番短いので、通信装置１００Ａが最初にマスタの不在を検知することになる。よって、優先順位が高い通信装置１００Ａが、最も早く調停フレームを他の通信装置１００に送信できる。通信装置１００Ｂ、１００Ｃは、通信装置１００Ａから受信したマスタ通知フレームの優先順位と、自機の優先順位とを比較する。通信装置１００Ｂ、１００Ｃは、通信装置１００Ａから受信した調停フレームにセットされた優先順位より自機の優先順位の方が低いため、何もしない。通信装置１００Ａは、調停フレームを送信してから待機期間ｗＡが経過したときに、マスタとしての動作を開始する。
　図５の例では、優先順位が高い通信装置１００Ａのみが調停フレームを送信しており、他の通信装置１００Ｂ、１００Ｃが調停フレームを送信することがない。よって、通信装置１００間において、調停フレームのやり取りをする時間が短縮され、新たなマスタの選出までにかかる時間を短くできる。
　また、図６に示すように、優先順位が一番高い通信装置１００Ａが送信した調停フレームが何らかの理由で遅れて通信装置１００Ｂ及び１００Ｃに到達することもありえる。図示する例では、通信装置１００Ａが送信した調停フレームが通信装置１００Ｂ及び１００Ｃに到達する前に、優先順位が２番目の通信装置１００Ｂが送信した調停フレームが通信装置１００Ａ及び１００Ｃに到達している。
　この場合、通信装置１００Ｂは、調停フレームを送信してから待機タイマ１３２を起動して、待機期間ｗＢが経過するまで待機する。通信装置１００Ｂは、待機期間ｗＢが経過する前に、通信装置１００Ａから調停フレームを受信する。通信装置１００Ｂは、通信装置１００Ａから受信した調停フレームに設置された優先順位と自機の優先順位を比較し、自機の優先順位の方が低いため、待機タイマ１３２を停止する。この場合、通信装置１００Ｂは、マスタに切り替わらない。
　通信装置１００Ｃは、通信装置１００Ｂから受信した調停フレームにセットされた優先順位と、自機の優先順位を比較する。通信装置１００Ｃは、通信装置１００Ｂの優先順位より自機の優先順位の方が低いため、何もしない。さらに、通信装置１００Ｃは、通信装置１００Ａから受信した調停フレームにセットされた優先順位と、自機の優先順位を比較する。通信装置１００Ｃは、通信装置１００Ａの優先順位より自機の優先順位の方が低いため、何もしない。
　通信装置１００Ａは、通信装置１００Ｂから調停フレームを受信するものの、受信した調停フレームの優先順位より自機の優先順位が高いため、他の通信装置１００Ｂ、１００Ｃに調停フレームを送信する。通信装置１００Ａは、待機期間ｗＡが経過するとマスタとの動作を開始する。図６に示す例では、図５に示す例より、若干時間がかかってしまうものの、全ての通信装置が調停フレームを送信することがなく、新たなマスタの選出までにかかる時間を短縮できる。
　実施の形態に係る構成においては、スレーブそれぞれの優先順位に応じて、ダウン検知期間、即ちスレーブがマスタの存在の有無を判別する時間間隔を異ならせることで、優先順位の低いスレーブの大多数が調停フレームを送信することがない。よって、スレーブの数が増えた場合に、マスタの選出にかかる時間を短縮する効果がより大きくなる。通信装置１００Ａの優先順位は本発明の第１の順位の一例であり、通信装置１００Ｂの優先順位は本発明の第２の順位の一例である。
（変形例１）
　実施の形態においては、通信システム１を管理するユーザが設定ツールを使用して、優先順位とダウン検知期間とを図２に示す調停パラメータ１１２としてメモリ１１に登録していた。しかしながら、優先順位は自動的に決定されてよい。以下、実施の形態と異なる構成を中心に説明する。
　図１に示す通信装置１００Ｄがマスタとして動作し、通信装置１００Ａ～１００Ｃがスレーブとして動作しているものとする。例えば、マスタである通信装置１００Ｄは、コネクションを確立した直後に、スレーブである通信装置１００Ａ～１００Ｃに対して、それぞれの識別情報を要求する。通信装置１００Ａ～１００Ｃは、それぞれメモリ１１に格納されている識別情報をマスタである通信装置１００Ｄに送信する。マスタは、ＭＡＣアドレスの値が大きいほど優先順位が高いとして、スレーブの通信装置１００Ａ～１００Ｃそれぞれの優先順位とダウン検知期間とを決定し、決定したい優先順位とダウン検知期間とを通信装置１００Ａ～１００Ｃに送信する。
　さらに、マスタは、優先順位に応じてダウン検知期間を決定する。具体的には、マスタは、優先順位に決められた基準期間を乗じた期間をダウン検知期間として決定する。例えば、基準期間を１００ミリ秒と仮定する。さらに、優先順位が１位の通信装置については、１×１００ミリ秒＝１００ミリ秒をダウン検知期間として決定し、優先順位が２位の通信装置については２×１００ミリ秒＝２００ミリ秒をダウン検知期間として決定するものとする。マスタは、通信装置１００Ｂ～１００Ｄそれぞれに、決定した優先順位とダウン検知期間とを送信する。従って、スレーブとして動作する通信装置１００Ｂ～１００Ｄは、マスタから受信した優先順位とダウン検知期間とを、図２に示す調停パラメータとしてメモリ１１に格納するものとする。
（変形例２）
　上述の例ではスレーブとして動作している通信装置１００Ａ～１００Ｃが全てマスタとして動作できるように、図１、図２に示すような構成を備えることを説明した。しかし、スレーブとして動作する通信装置１００のうち、予め選択された一部の通信装置のみが、マスタのダウンを検知し、マスタとして動作してもよい。
　図７に示す変形例２に係る通信システム２においては、通信装置１００Ａ及び通信装置１００Ｂは、マスタとして動作できるように設定されている。言い換えると、通信装置１００Ａ及び通信装置１００Ｂは、マスタ候補として設定されている。通信装置１００Ｃは、マスタ候補として設定されていないものとする。通信装置１００Ｄはマスタとして動作するよう設定されている。通信装置１００Ａ及び１００Ｂは、図１、図２に示すような実施の形態で説明した構成を備える。通信装置１００Ａ及び１００Ｂは、マスタのダウンを検知し、通信調停に係る処理を実行する。
　一方、通信装置１００Ｃは、機能的には、調停フレームを受信する送受信部１３０だけを備えており、マスタのダウンの検知も、調停フレームにセットされた優先順位の比較も行わない。よって、図８に示すように、ハードウェア構成として、通信装置１００Ｃは、メモリ１１に、通信装置１００間で通信調停を行うための調停プログラム１１１と、通信調停に使用される調停パラメータ１１２と、ネットワーク５を介した通信を管理するための通信管理パラメータ１１３とを有する必要がない。また、通信装置１００Ｃのプロセッサ１３は、検知タイマ１３１と待機タイマ１３２とを有する必要がない。このように、マスタとして選出されないスレーブについては、ハードウェア構成を簡素なものとすることが可能である。例えば、処理能力が低い通信装置１００より、処理能力が高い通信装置１００がマスタとして動作することが好ましいので、マスタの候補から、処理能力が低い通信装置１００を外すようにしてもよい。
　以上、実施の形態、変形例１、２に係る構成を説明したが、本発明は上記の例に限定されたに。例えば、マスタが、スレーブとして動作する通信装置１００に対して要求する識別情報はＭＡＣアドレスに限らず、ＩＰ（Internet Protocol）アドレス、あるいは、ネットワーク５における局番であってもよい。また、マスタは、識別情報の値が小さいものから優先順位が高いと決定してもよい。
　実施の形態においては、通信装置１００が調停フレームを送信した後に待機する待機期間が、優先順位が高いほど、期間が短くなるように設定されている例を説明したが、これに限られない。例えば、全ての通信装置１００の待機期間は同じ期間であってもよい。
　上記のプログラムを記録する記録媒体としては、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ、半導体メモリ、磁気テープを含むコンピュータ読取可能な記録媒体を使用することができる。
　本発明は、広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
ｔＡ，ｔＢ，ｔＣ　ダウン検知期間、ｗＡ　待機期間、１　通信システム、５　ネットワーク、１１　メモリ、１２　通信インタフェース、１３　プロセッサ、１９　バス、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ　通信装置、１１０　優先順位記憶部、１１１　調停プログラム、１１２　調停パラメータ、１１３　通信管理パラメータ、１２０　ダウン検知期間記憶部、１３０　送受信部、１３１　検知タイマ、１３２　待機タイマ、１４０　マスタ存在判別部、１５０　通信調停部、１６０　動作切替部

Claims (7)

  1. 　マスタスレーブ方式で通信を行う通信システムであって、
    　マスタ又はスレーブとして動作する通信装置、
    　を備え、
    　スレーブとして動作する通信装置のうち少なくとも２つの通信装置はそれぞれ、
    　スレーブのうちで自機が新たなマスタとして選出される優先順位が高いほど、期間が短くなるように設定されたダウン検知期間を記憶する検知期間記憶手段と、
    　マスタから信号を受信してから前記ダウン検知期間が経過するまでに、マスタとして動作する通信装置から新たな信号を受信したか否かに応じて、マスタが存在するか否かを判別するマスタ存在判別手段と、
    　前記マスタ存在判別手段がマスタが不在であると判別すると、マスタとして動作するように自機の動作を切り替える動作切替手段と、
    　を有する、
    　通信システム。
  2. 　前記優先順位を記憶する優先順位記憶手段と、
    　自機の前記優先順位である第１の順位を他の通信装置に通知する通信調停手段と、
    　をさらに備え、
    　前記動作切替手段は、前記通信調停手段が前記第１の順位を前記他の通信装置に通知してから待機期間が経過すると、自機の動作をスレーブからマスタへと切り替える、
    　請求項１に記載の通信システム。
  3. 　前記通信調停手段は、前記第１の順位を前記他の通信装置に通知する前に、前記他の通信装置から前記他の通信装置の前記優先順位である第２の順位が通知されると、前記第１の順位が前記第２の順位より高いか否かを判別し、前記第１の順位が前記第２の順位より高いと判別した場合、自機の前記優先順位である前記第１の順位を前記自機以外の通信装置に通知する、
    　請求項２に記載の通信システム。
  4. 　前記待機期間に、前記通信調停手段は、前記他の通信装置から前記他の通信装置の前記優先順位である第２の順位が通知されると、前記第１の順位が前記第２の順位より高いか否かを判別し、
    　前記動作切替手段は、前記通信調停手段が前記第１の順位が前記第２の順位より低いと判別した場合、前記待機期間が経過してもスレーブからマスタへと動作を切り替えない、
    　請求項２又は３に記載の通信システム。
  5. 　マスタスレーブ方式で通信を行う通信装置であって、
    　スレーブのうちで自機が新たなマスタとして選出される優先順位が高いほど、期間が短くなるように設定されたダウン検知期間を記憶する検知期間記憶手段と、
    　マスタから信号を受信してから前記ダウン検知期間が経過するまでに、マスタとして動作する通信装置から新たな信号を受信したか否かに応じて、マスタが存在するか否かを判別するマスタ存在判別手段と、
    　前記マスタ存在判別手段がマスタが不在であると判別すると、マスタとして動作するように自機の動作を切り替える動作切替手段と、
    　を備える、
    　通信装置。
  6. 　マスタスレーブ方式で通信を行う通信システムにおいて、スレーブとして動作する通信装置が実行する方法であって、
    　自機が新たなマスタとして選出される優先順位に応じた時間間隔でマスタが存在するか否かを判別するステップと、
    　マスタが不在であると判別した場合、マスタとして動作するように自機の動作を切り替えるステップと、
    　を含む方法。
  7. 　マスタスレーブ方式で通信を行う通信システムにおいて、
    　スレーブとして動作するコンピュータに、
    　スレーブのうちで前記コンピュータが新たなマスタとして選出される優先順位が高いほど、期間が短くなるように設定されたダウン検知期間を記憶させ、
    　マスタから信号を受信してから前記ダウン検知期間が経過するまでに、マスタから新たな信号を受信したか否かに応じて、マスタが存在するか否かを判別させ、
    　マスタが不在であると判別した場合に、マスタとして動作するように前記コンピュータの動作を切り替えさせる、
    　プログラム。
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