JP5202376B2 - COMMUNICATION DEVICE, COMMUNICATION SYSTEM, AND COMMUNICATION CONTROL METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、機能安全を実現する安全ネットワークにおいて、安全メッセージの送受信を行う通信装置、通信システムおよび通信制御方法に関する。 The present invention relates to a communication device, a communication system, and a communication control method for transmitting and receiving a safety message in a safety network that realizes functional safety.
以下に、従来の安全ネットワークにおける安全メッセージの送受信動作について説明する。従来の安全ネットワークでは、対向する装置同士が安全層間での安全メッセージ発信(送信)と安全メッセージ確認を行うことにより、各装置は、対向装置の動作状態を把握する。この安全メッセージの送受および確認動作では、伝送エラーの発生に備えて応答タイマを持ち、応答タイマは安全メッセージ送信により起動し、送信メッセージに対する応答メッセージである安全メッセージ確認を受信する前に応答タイマが満了した場合には同一メッセージを再送する。また、応答タイマが連続して規定回数満了した場合に備えて反復繰り返しタイマを用意し、この反復繰り返しタイマは最初の安全メッセージ送信時に起動する。そして、反復繰り返しタイマが満了した場合は、安全メッセージの伝送エラーと判断して安全制御を行っていた。また、下記非特許文献1には、安全メッセージ受信側において、安全メッセージを受信する毎に再起動する周期タイマを用意し、一定時間安全メッセージが到着せず周期タイマが満了した場合に安全制御を行う制御法方が記載されている。
A safety message transmission / reception operation in a conventional safety network will be described below. In the conventional safety network, each device grasps the operation state of the opposite device by performing safety message transmission (transmission) and safety message confirmation between safety devices. This safety message transmission / reception and confirmation operation has a response timer in preparation for the occurrence of a transmission error. The response timer is activated by transmission of a safety message, and the response timer is activated before receiving a safety message confirmation that is a response message to the transmission message. When it expires, it resends the same message. In addition, a repetitive repeat timer is prepared in case the response timer expires continuously for a predetermined number of times, and this repetitive repeat timer is activated at the first safety message transmission. When the repetitive timer expires, it is determined that a safety message transmission error has occurred and safety control is performed.
ここで、応答タイマの連続満了規定回数すなわち最大再送回数は、ネットワークのビットエラー発生率を元に算出することができ、全ての再送が失敗する確率(安全メッセージが伝送エラーとなり安全制御が実行される確率)がネットワークで目標とする伝送エラー率を満たすように最大再送回数を指定することがきる。また、安全メッセージ送信側の信号入力から安全メッセージ受信側の信号出力までの応答時間の最悪値である最大応答時間は最大再送回数を用いて算出することになる。 Here, the specified number of consecutive expirations of the response timer, that is, the maximum number of retransmissions can be calculated based on the bit error occurrence rate of the network, and the probability that all retransmissions will fail (safety messages will result in transmission errors and safety control will be executed). The maximum number of retransmissions can be specified so that the transmission error rate satisfies the target transmission error rate in the network. The maximum response time, which is the worst value of the response time from the signal input on the safety message transmission side to the signal output on the safety message reception side, is calculated using the maximum number of retransmissions.
従来の安全ネットワークでは、上記のように安全メッセージ送信と安全メッセージ確認の受信による通信を行っており、ビットエラーが想定よりも多く発生するなどして伝送エラー状態になることによりメッセージの欠落が連続して発生した場合に伝送エラーを検出して安全制御を実施していた。そのため、元来想定されるビットエラー発生確率の高い伝送路においては、確実なメッセージ伝送を行うために再送回数を多くする必要がある。一方、安全制御は再送回数だけ応答タイマタイムアウトが発生した場合に実施されるので、再送回数が多いと伝送エラー状態となってから安全制御を起動するまでに長い時間を要する、という問題があった。また、最大応答時間が非常に大きな値となる、という問題があった。 In a conventional safety network, communication is performed by sending a safety message and receiving a safety message confirmation as described above, and message loss continues due to a transmission error state caused by more bit errors than expected. When this occurs, a transmission error is detected and safety control is performed. Therefore, it is necessary to increase the number of retransmissions in order to perform reliable message transmission on a transmission path with a high probability of occurrence of bit errors. On the other hand, since safety control is performed when a response timer timeout occurs for the number of retransmissions, there is a problem that it takes a long time to start safety control after a transmission error occurs if the number of retransmissions is large. . There is also a problem that the maximum response time becomes a very large value.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、伝送エラー状態となったときに安全制御を高速に起動し、最大応答時間を高速化する通信装置、通信システムおよび通信制御方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and obtains a communication device, a communication system, and a communication control method for activating safety control at a high speed when a transmission error occurs and increasing the maximum response time. With the goal.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、安全ネットワークを構成する通信装置であって、通信相手先の装置である対向装置との間の伝送路状態および前記安全ネットワークで目標とする伝送エラー率に基づいて、当該対向装置へ伝送フレームを送信する際の再送回数を決定する再送回数決定手段と、前記対向装置に対し、前記決定された再送回数にわたって同一内容の伝送フレームを繰り返し送信する伝送フレーム再送手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a communication device that constitutes a safety network, including a state of a transmission path with a counterpart device that is a communication partner device, and the safety network. Based on a target transmission error rate, a retransmission number determination means for determining the number of retransmissions when transmitting a transmission frame to the opposite device, and a transmission frame having the same contents over the determined number of retransmissions to the opposite device Transmission frame retransmitting means for repeatedly transmitting.
この発明によれば、伝送フレームを伝送路状態に応じて決定した回数だけ冗長送信することとしたので、安全メッセージの伝送失敗確率を小さくして信頼性の高い通信を実現するとともに、安全メッセージの伝送失敗時には短時間で失敗を判定し、高速に安全制御を実行することができる、という効果を奏する。 According to the present invention, since the transmission frame is redundantly transmitted the number of times determined according to the transmission path state, the transmission failure probability of the safety message is reduced, and the highly reliable communication is realized. When transmission fails, the failure can be determined in a short time, and safety control can be executed at high speed.
以下に、本発明にかかる通信装置、通信システムおよび通信制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a communication apparatus, a communication system, and a communication control method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる通信装置であるネットワーク装置の実施の形態1の構成例を示す図であり、本発明にかかる通信システムである安全ネットワークにおいて安全メッセージの送受信を行う2つのネットワーク装置の構成例を示している。図示したように、これらの各ネットワーク装置(ネットワーク装置1−1,1−2)の構成は同一であり、各ネットワーク装置は、安全層における処理を実行する構成要素として定周期送信部10を備え、伝送層における処理を実行する構成要素として、ビットエラー確率取得部11、再送回数決定部12、伝送フレーム再送部13、受信フレーム判定部14、送信部15および受信部16を備える。また、ネットワーク装置1−1および1−2は、ネットワーク伝送路101を介して接続されている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a first embodiment of a network device that is a communication device according to the present invention, and shows two network devices that transmit and receive a safety message in a safety network that is a communication system according to the present invention. A configuration example is shown. As shown in the figure, the configuration of each of these network devices (network devices 1-1 and 1-2) is the same, and each network device includes a
なお、これ以降、各ネットワーク装置を区別する必要が無い場合、すなわち、各ネットワーク装置に共通の事項を説明する場合には、これらのネットワーク装置1−1および1−2を総称してネットワーク装置1と記載する。
In the following, when there is no need to distinguish each network device, that is, when a common item is described for each network device, these network devices 1-1 and 1-2 are collectively referred to as
ネットワーク装置1において、定周期送信部10は、安全層において生成および解読されるメッセージである安全メッセージを定周期で送信する。ビットエラー確率取得部11は、対向装置から自装置に向けたネットワーク伝送路におけるビットエラー発生確率を算出する。再送回数決定部12は、ビットエラー確率取得部11で算出されたビットエラー発生確率に基づいて再送回数を決定する。伝送フレーム再送部13は、再送回数決定部12で決定された再送回数だけ伝送フレームを再送する。受信フレーム判定部14は、伝送フレームを受信した場合に、後述する伝送フレーム判定処理を実行する。送信部15は、伝送フレームを対向装置へ送信する。受信部16は、対向装置から送信された伝送フレームを受信する。
In the
図2は、ネットワーク装置1が安全ネットワーク上で伝送する伝送フレームの構成例を示す図であり、この伝送フレームは、宛先アドレス31、送信元アドレス32、伝送フレーム長33、制御フラグ34、再送回数35、ペイロード36および誤り検出符号37を情報要素として含んでいる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a transmission frame transmitted by the
つづいて、図1および図2を参照しながらネットワーク装置1の全体動作について説明する。定周期送信部10は、安全メッセージを定期的に生成し、生成した安全メッセージを対向装置(通信相手先のネットワーク装置1)へ送信するように伝送フレーム再送部13に対して要求する。伝送フレーム再送部13は、再送回数決定部12から取得した再送回数だけ、定周期送信部10から受け取った安全メッセージを格納した伝送フレーム(図2参照)を所定の周期で繰り返し送信する。
Next, the overall operation of the
ここで、再送回数決定部12は、ビットエラー確率取得部11から取得したビットエラー確率を用いて再送回数(繰り返しの回数)を算出するが、このビットエラー確率に加え、送信する伝送フレームのうちの誤り検出符号計算に用いる範囲の長さなどに基づいて、目標とする安全メッセージ伝送失敗確率を達成するように決定する。なお、算出した値は再送回数35として伝送フレームに格納される。誤り検出符号37としては、たとえばCRC(Cyclic Redundancy Check)が用いられるが、CRCの計算対象を宛先アドレス31〜ペイロード36の範囲として計算し、その結果を誤り検出符号37に格納するケースについて考えてみると、この伝送フレームがネットワークを伝送される際にビットエラーが発生した場合、CRC計算対象範囲すなわち宛先アドレス31〜ペイロード36の範囲で発生したエラーは、受信側でのCRC計算で検出可能である。また、誤り検出符号37の範囲で発生したエラーについても、受信側でのCRC計算が誤り検出符号37の内容と異なるため検出可能である。
Here, the retransmission
いま、ネットワーク伝送路101のビットエラー発生確率をEとし、伝送フレームのビット長をLとすると、この伝送フレームがネットワーク伝送路上のビットエラー発生により伝送エラーとなる確率Fは、次式(1)で表される。ただし、べき乗記号「^」は、「A^B」の場合、「AのB乗」を表す。
F=(1−(1−E)^L) …(1)
Now, assuming that the bit error occurrence probability of the
F = (1- (1-E) ^ L) (1)
そのため、伝送フレームをN回冗長送信するとき、全ての冗長伝送フレームが伝送エラーとなる確率Pは、次式(2)で表せる。
P=(F^N) …(2)
Therefore, when a transmission frame is redundantly transmitted N times, the probability P that all redundant transmission frames cause a transmission error can be expressed by the following equation (2).
P = (F ^ N) (2)
従って、目標とする安全メッセージ伝送失敗確率をΛとした場合、再送回数決定部12は、冗長伝送フレーム全てが伝送エラーとなる安全メッセージ伝送失敗確率Λを下回るように、次式(3)を満たすNを再送回数として決定する。
Λ<(F^N) …(3)
Therefore, when the target safety message transmission failure probability is Λ, the retransmission
Λ <(F ^ N) (3)
伝送フレームのビット長を定義するにあたり、固定長の伝送フレームを採用する安全ネットワークにおいては、以上のように再送回数を決定するのが最適である。また、可変長の伝送フレームを採用する安全ネットワークにおいては、最大フレーム長を元に上述した計算を実行し、再送回数を算出することで、全てのフレームに対して安全メッセージ伝送失敗確率を目標値以下に留めることが可能である。 In defining a bit length of a transmission frame, it is optimal to determine the number of retransmissions as described above in a safety network that employs a fixed-length transmission frame. Also, in a safety network that employs variable-length transmission frames, the above-mentioned calculation is performed based on the maximum frame length, and the number of retransmissions is calculated, so that the safety message transmission failure probability is set to the target value for all frames. It can be kept below.
伝送フレーム再送部13により繰り返し送信された伝送フレーム(同じ安全メッセージが格納されている各伝送フレーム)は、送信部15から時系列にネットワーク伝送路101上に送出され、ネットワーク伝送路101を介して接続された対向装置(受信側のネットワーク装置1)の受信部16により受信される。
Transmission frames repeatedly transmitted by the transmission frame retransmission unit 13 (each transmission frame storing the same safety message) are sent from the
上記の手順で伝送フレームを送信したネットワーク装置1の対向装置では、伝送フレームを受け取った場合、受信部16が、伝送フレームの誤り検出を実施し、誤りがなければ受信フレーム判定部14に受信フレーム(受信した伝送フレーム)を渡すとともに、ビットエラー確率取得部11に受信データ長(受信フレーム長)を通知する。また、誤りを検出した場合は、受信フレーム判定部14に受信フレームを渡すことなく、ビットエラー確率取得部11に対して、受信データ長と誤り情報(誤りを検出した旨)を通知する。ビットエラー確率取得部11は、通知された受信フレーム長および誤り情報に基づいて、ビットエラー発生確率(対向装置から自装置に向けたネットワーク伝送路におけるビットエラー発生確率)を算出する。なお、ネットワーク伝送路において、伝送方向ごとにビットエラー発生確率が大きく異なると想定される場合、算出したビットエラー発生確率を伝送フレーム内の所定位置に格納して対向装置へ通知するようにしてもよい。すなわち、通信を行うネットワーク装置1同士が、算出したビットエラー発生確率を交換し、相手から受け取ったビットエラー発生確率に基づいて再送回数を決定するようにしてもよい。
In the opposite device of the
ビットエラー確率取得部11がビットエラー発生確率を算出する手順については特に規定しないが、たとえば、受信フレーム長が通知されるごとに、通知されたフレーム長を加算(積算)する。また、受信フレーム長とともに誤り情報が通知されてきた場合には、前回の誤り検出と今回の誤り検出との間に加算されたフレーム長(受信誤りの無かった伝送フレームのフレーム長と受信誤りを検出した伝送フレームのフレーム長とを積算して得られたフレーム長)に基づいてビットエラー発生確率を算出する。
The procedure for the bit error
受信フレーム判定部14は、受信部16から受信フレームを受け取ると、今回受け取った受信フレームと同一の受信フレームを過去に受け取っているかどうかを判定し、同一の受信フレームを過去に受け取っていない場合は、今回受け取った受信フレームのペイロードから安全メッセージを抽出し、安全メッセージを安全層に渡す。一方、今回受け取った受信フレームと同一の受信フレームを過去に受け取っている場合には、安全層に渡すことなく破棄する。なお、複数の送信元からの伝送フレームが混在して到着するようなネットワーク構成の場合、受信フレーム判定部14は、送信元毎に以前受信した伝送フレームを保持し比較に用いたりするなどすればよい。
When the reception
なお、図2に示したフレームフォーマットにシーケンス番号領域を設け、受信フレームの同一性確認に用いてもよい。 Note that a sequence number area may be provided in the frame format shown in FIG. 2 and used for confirming the identity of the received frame.
伝送層の受信フレーム判定部14から安全メッセージを受け取った安全層では、当該安全メッセージを処理する。
The safety layer that has received the safety message from the reception
以上のような全体動作を、図3を参照しながらさらに詳しく説明する。図3は、実施の形態1のネットワーク装置1同士が安全ネットワークにおいて伝送フレーム交換を行う場合の手順を示したシーケンス図であり、一例として、ネットワーク装置1−1がネットワーク装置1−2に対して伝送フレームを送信する場合の手順を示している。なお、図3では、簡単化のためにネットワーク装置1−1からネットワーク装置1−2への伝送動作のみを示しているが、実際の安全ネットワークにおいては、ネットワーク装置1−2からネットワーク装置1−1への伝送動作も同時に行われる。
The overall operation as described above will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3 is a sequence diagram illustrating a procedure when the
ネットワーク装置1−1の安全層においては、定周期送信部10が、設定されている周期タイマの周期で、安全メッセージを生成する(ステップS1)。この安全メッセージは、伝送層の伝送フレーム再送部13で伝送フレームに格納され、送信部15からネットワーク伝送路101上に送信される。そして、上記安全メッセージが格納された伝送フレームは、ネットワーク装置1−2に到達した後、伝送層の受信部16および受信フレーム判定部14で受信処理された後、安全層に通知され、精査される。なお、安全層での安全メッセージ受信処理が完了(正常終了)した場合、安全メッセージの受信タイマが起動される。この受信タイマは、安全メッセージを定期的に受信できているかどうかを判定するためのタイマであり、タイマを起動後、それが満了する前に次の安全メッセージの受信処理が完了した場合、再起動される。
In the safety layer of the network device 1-1, the fixed-
このとき、ネットワーク装置1−1では、仮に安全メッセージを格納した伝送フレームが伝送エラーとならない場合でも、伝送フレーム再送部13が、同一伝送フレームを規定回数(再送回数決定部12が決定した再送回数)だけ再送する(ステップS11〜S13)。すなわち、ネットワーク装置1−1は、ネットワーク装置1−2との間で伝送フレームの送達確認を行うことなく、伝送フレームを規定回数だけ必ず送信する。なお、図3の例では、ステップS11〜S13で送信されたすべての伝送フレームが伝送エラーとならずにネットワーク装置1−2で受信される場合を示している。
At this time, in the network device 1-1, even if the transmission frame storing the safety message does not cause a transmission error, the transmission
一方、ネットワーク装置1−2では、ネットワーク装置1−1から到達した各伝送フレームのうち、伝送エラーとならずに最初に受け取った伝送フレーム(ステップS11で送信された伝送フレーム)から、受信フレーム判定部14が安全メッセージを取り出し、取り出された安全メッセージは安全層に渡される。
On the other hand, the network device 1-2 determines the received frame from the first received transmission frame (the transmission frame transmitted in step S11) without causing a transmission error among the transmission frames arrived from the network device 1-1. The
図1および図2を参照して行った全体動作の説明で示したように、伝送フレームの再送回数は、安全メッセージ伝送失敗確率であるビットエラー発生確率を目標値以下に抑えるように算出しており、一部の伝送フレームで伝送エラーが生じた場合でも、複数回伝送したうちの1つでも正常に受信が行えたならば、安全メッセージの伝送は成功する。 As shown in the description of the overall operation performed with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the number of retransmissions of the transmission frame is calculated so that the bit error occurrence probability, which is a safety message transmission failure probability, is suppressed to a target value or less. Even when a transmission error occurs in a part of the transmission frames, the transmission of the safety message is successful if one of the multiple transmissions can be received normally.
また、図3は伝送フレームにエラーが生じた場合についても示している。すなわち、ネットワーク装置1−1は定期的に安全メッセージを冗長伝送フレームにより送信しており(図示したステップS1およびそれらに続くステップS11〜S13,S21〜S23,S31〜S33)、たとえば、図3に示した安全メッセージ#2を送信する際の冗長伝送フレーム送信ステップS21〜S23のように、その一部(ステップS21)で伝送エラーが生じても、その他のステップS22およびS23では伝送フレームがネットワーク装置1−2にエラーなく到着しており、安全メッセージの伝送は成功する。また例えば、再送回数を5回として、同一の伝送フレームを5回送信し、1フレーム目〜4フレーム目が伝送エラーにより破棄された場合でも、5フレーム目が正常に受信側に到着すれば、安全層間の安全メッセージ伝送は成功する。この場合のように最大再送回数の最終フレームが到着し、そのフレームに含まれる安全メッセージにより安全制御を行う場合の応答時間が最大応答時間となる。 FIG. 3 also shows a case where an error occurs in the transmission frame. That is, the network device 1-1 periodically transmits a safety message in a redundant transmission frame (step S1 shown in the figure and steps S11 to S13, S21 to S23, and S31 to S33 following them). For example, FIG. Even if a transmission error occurs in a part (step S21) of the redundant transmission frame transmission steps S21 to S23 when the safety message # 2 shown is transmitted, the transmission frame is transmitted to the network device in the other steps S22 and S23. The message arrives at 1-2 without error and the transmission of the safety message is successful. For example, if the same number of retransmissions is set to 5 and the same transmission frame is transmitted 5 times and the first to fourth frames are discarded due to a transmission error, if the fifth frame normally arrives at the receiving side, Safety message transmission between safety layers is successful. As in this case, the last frame of the maximum number of retransmissions arrives, and the response time when performing safety control by the safety message included in the frame becomes the maximum response time.
上述したように、本実施の形態のネットワーク装置1により構成された安全ネットワークでは、対向するネットワーク装置1の間で送達確認手順を実行することなく、メッセージ送信側がビットエラー発生確率に基づいて決定した再送回数だけ伝送フレームを送信する。そのため、送達確認手順を実行するための時間が不要となり、従来と比較して最大応答時間を短くすることができる。
As described above, in the safety network configured by the
また、図3に示した安全メッセージ#3を送信する際の冗長伝送フレーム送信ステップS31〜S33のように、ネットワーク伝送路がEMI(Electro Magnetic Interference)以外の要因、例えばケーブルの物理的な損傷などによりビットエラー発生確率が規定値以上となる状態が発生して、全ての冗長伝送フレームが伝送エラーとなり、安全メッセージ伝送が失敗した場合の制御動作は以下の通りとなる。 Further, as in the redundant transmission frame transmission steps S31 to S33 when the safety message # 3 shown in FIG. 3 is transmitted, factors other than EMI (Electro Magnetic Interference) of the network transmission path, for example, physical damage of the cable, etc. As a result, a state in which the bit error occurrence probability is equal to or higher than a predetermined value occurs, and all redundant transmission frames have transmission errors, and the control operation when safety message transmission fails is as follows.
ネットワーク装置1−2の安全層では、ネットワーク装置1−1から到着する安全メッセージを常に監視し、安全メッセージの周期受信が途絶した場合は安全制御を起動し、非常ブレーキ制御などを行う。周期受信途絶を判定する時間は、その周期と、再送時間と再送回数の積から求められるが、本実施の形態の制御手順では再送に送達確認の手順を伴わないため、判定時間を従来よりも短くすることが出来る。 In the safety layer of the network device 1-2, the safety message arriving from the network device 1-1 is always monitored, and when the periodic reception of the safety message is interrupted, the safety control is activated and emergency brake control is performed. The time for determining periodic reception interruption is obtained from the product of the period, the retransmission time and the number of retransmissions, but the control procedure of this embodiment does not involve a delivery confirmation procedure for retransmission, so the determination time is set to be longer than the conventional method. Can be shortened.
図3の例で説明すると、受信側では周期受信途絶を判定するために受信タイマを使用し、この受信タイマの値を、周期タイマの値に再送時間(再送する各伝送フレームの送信実行時間の間隔)と再送回数の積を加えた値以上の値とする。そして、この受信タイマが安全メッセージ未受信により満了すると、伝送エラー発生と判断して安全制御を起動する。なお、周期タイマの値は、システムで予め決定されたものであり、各ネットワーク装置において既知である。また、伝送フレームの再送回数は図2に示すように伝送フレームの再送回数35として格納されており、受信タイマの値は、この値を用いて算出可能である。
In the example of FIG. 3, the reception side uses a reception timer to determine periodic reception interruption, and the value of this reception timer is set to the value of the periodic timer for the retransmission time (the transmission execution time of each transmission frame to be retransmitted). (Interval) and the product of the number of retransmissions. When this reception timer expires due to the absence of a safety message, it is determined that a transmission error has occurred and safety control is activated. Note that the value of the periodic timer is predetermined by the system and is known in each network device. Further, the number of retransmissions of the transmission frame is stored as the number of
このように、本実施の形態の安全ネットワークでは、各ネットワーク装置間で伝送層における送達確認手順を実行しないこととして、安全メッセージの送信側のネットワーク装置は、目標とするビットエラー発生確率に基づいて算出した再送回数だけ伝送フレームを冗長送信することとした。これにより、安全メッセージ伝送失敗確率を小さくして信頼性の高い通信を実現するとともに、安全メッセージの伝送失敗時には短時間で失敗を判定し、高速に安全制御を実行することができる。 Thus, in the safety network of the present embodiment, the network device on the transmission side of the safety message is based on the target bit error occurrence probability as not performing the delivery confirmation procedure in the transmission layer between the network devices. The transmission frame is redundantly transmitted for the calculated number of retransmissions. As a result, it is possible to reduce the probability of safety message transmission failure and realize highly reliable communication, and to determine the failure in a short time when safety message transmission fails, and to perform safety control at high speed.
また、送達確認手順を実行しないため、信頼性を確保するために必要な数の再送(伝送フレーム送信)を短時間で行うことができ、この結果、最大応答時間の短縮化が実現される。 In addition, since the delivery confirmation procedure is not executed, the number of retransmissions (transmission frame transmission) necessary to ensure reliability can be performed in a short time, and as a result, the maximum response time can be shortened.
また、従来と同程度の最大応答時間を達成するならば、最大応答時間内でより多くの再送を行うことが可能であるため、より信頼性の高い通信が実現できる。 Further, if a maximum response time comparable to the conventional one is achieved, more retransmissions can be performed within the maximum response time, so that more reliable communication can be realized.
実施の形態2.
実施形態1では、1組のネットワーク伝送路の場合について説明したが、次に複数の組のネットワーク伝送路の場合について説明する。なお、本実施の形態において、安全ネットワークを構成する各ネットワーク装置の構成は同一であるものとして説明を行う。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the case of one set of network transmission paths has been described. Next, the case of a plurality of sets of network transmission paths will be described. In the present embodiment, description will be made on the assumption that the configurations of the network devices constituting the safety network are the same.
図4は、実施の形態2のネットワーク装置の構成例を示す図である。本実施の形態のネットワーク装置1aは、安全層における処理を実行する定周期送信部10と、伝送層における処理を実行する受信フレーム判定部14、伝送路配分送信部17、受信整列部18および複数の再送制御部20とを備える。各再送制御部20は、それぞれ異なるネットワーク伝送路101、102または103を介して、他のネットワーク装置1aの再送制御部20と接続されている。なお、実施の形態1のネットワーク装置1が備えていたものと同じ構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the network device according to the second embodiment. The network device 1a of the present embodiment includes a
伝送路配分送信部17は、再送フレームを複数のネットワーク伝送路に配分し送信する。受信整列部18は、複数のネットワーク伝送路から受信した再送フレームを時系列に整列させる。再送制御部20は、ネットワーク伝送路毎に配置され、伝送路配分送信部17から受け取った伝送フレームの再送制御、および他のネットワーク装置から送信された伝送フレームの受信制御を行う。
The transmission path
また、図5は、ネットワーク装置1aが備えている各再送制御部20の構成例を示す図である。この再送制御部20は、実施の形態1のネットワーク装置1が備えていたものと同じ構成要素であるビットエラー確率取得部11、伝送フレーム再送部13、送信部15および受信部16と、再送回数決定部12aと、を備える。なお、実施の形態1のネットワーク装置1が備えていたものと同じ符号が付された構成要素については詳細説明を省略する。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of each
図5に示した再送回数決定部12aは、実施の形態1のネットワーク装置1が備えていた再送回数決定部12とは異なる手順により再送回数を決定する。再送回数の決定手順については後述する。
The retransmission
つづいて、本実施の形態のネットワーク装置1aによる安全メッセージの送受信動作について、図4および図5を参照しながら説明する。なお、実施の形態1のネットワーク装置1と同じ動作については説明を省略する。
Next, the transmission / reception operation of the safety message by the network device 1a according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 4 and FIG. The description of the same operation as that of the
ネットワーク装置1aにおいて、定周期送信部10は、安全メッセージを定期的に生成し、生成した安全メッセージを対向装置へ送信するように伝送路配分送信部17に対して要求する。伝送路配分送信部17は、定周期送信部10から受け取った安全メッセージを各再送制御部20へ振り分ける。たとえば、各再送制御部20がネットワーク伝送路を介してそれぞれ異なる相手先(ネットワーク装置)に接続されている場合は、各安全メッセージをその宛先に応じて振り分ける。また、各再送制御部20がネットワーク伝送路を介してそれぞれ同じ相手先に接続されている場合は、各再送制御部20の処理負荷やネットワーク伝送路のトラフィック状態などに応じて各安全メッセージを振り分ける。また、各再送制御部20のうちの一部が同じ相手先に接続されている場合には、宛先を考慮するとともに同じ相手先に接続されている再送制御部20の処理負荷やトラフィック状態などに応じて振り分け処理を行う。
In the network device 1a, the
各再送制御部20においては、伝送路配分送信部17から安全メッセージを受け取った場合、伝送フレーム再送部13が、再送回数決定部12aから取得した再送回数だけ、安全メッセージを格納した伝送フレームを繰り返し送信する。なお、伝送フレームの構成は実施の形態1で用いたものと同一である(図2参照)。
In each
ここで、本実施の形態の再送回数決定部12aによる再送回数決定手順について説明する。再送回数決定部12aは、実施の形態1の再送回数決定部12と同様に、ビットエラー確率取得部11から取得したビットエラー確率、送信する伝送フレームのうちの誤り検出符号計算に用いる範囲の長さなどに基づき、目標とする安全メッセージ伝送失敗確率を達成可能な再送回数を決定する。
Here, the retransmission number determination procedure by the retransmission
たとえば、ネットワーク伝送路101,102,103のビットエラー発生確率をそれぞれE1,E2,E3とし、伝送フレームのビット長をLとすると、この伝送フレームが各ネットワーク伝送路上のビットエラー発生により伝送エラーとなる確率F1、F2、F3は、次式(4)で表される。ただし、nは1〜3を表す。
Fn=(1−(1−En)^L) …(4)
For example, if the bit error occurrence probabilities of the
Fn = (1- (1-En) ^ L) (4)
また、各ネットワーク伝送路でそれぞれ伝送フレームをN1、N2、N3回冗長送信するとき、全ての冗長伝送フレームが伝送エラーとなる確率Pは次式(5)で表される。
P=F1^N1×F2^N2×F3^N3 …(5)
Further, when a transmission frame is redundantly transmitted N1, N2, and N3 times on each network transmission path, the probability P that all redundant transmission frames cause a transmission error is expressed by the following equation (5).
P = F1 ^ N1 * F2 ^ N2 * F3 ^ N3 (5)
従って、目標とする安全メッセージ伝送失敗確率をΛとした場合、再送回数決定部12aは、冗長伝送フレーム全てが伝送エラーとなる安全メッセージ伝送失敗確率Λを下回るように、次式(6)を満たすN1、N2およびN3を再送回数としてそれぞれ決定する。
Λ<(F1^N1×F2^N2×F3^N3) …(6)
Therefore, when the target safety message transmission failure probability is Λ, the retransmission
Λ <(F1 ^ N1 × F2 ^ N2 × F3 ^ N3) (6)
これらの再送回数を決定するにあたって、各再送回数決定部12は、伝送路配分送信部17から各再送制御部20の情報を取得して行っても良いし、各再送制御部20が相互に情報を交換して行ってもよい。また、各ネットワーク伝送路の個々の目標伝送失敗確率をあらかじめ規定しておき、各再送制御部20において、自身が目標とする伝送失敗確率を達成するように個別に再送回数を決定しても良い。これらのどの方法を用いた場合であっても、実施の形態1の場合と比較して、ネットワーク伝送路当たりの再送回数はより小さな値を設定することが可能となる。
In determining the number of retransmissions, each retransmission
各再送制御部20において、伝送フレーム再送部13により繰り返し送信された伝送フレームは、送信部15から時系列に各ネットワーク伝送路上に送出され、各ネットワーク伝送路を介して接続された対向装置(受信側のネットワーク装置1a)において、再送制御部20の受信部16により受信される。
In each
上記の手順で伝送フレームを送信したネットワーク装置1aの対向装置では、受信フレームに誤りが無ければ、それが各再送制御部20の受信部16から受信整列部18に渡され、受信整列部18は、各ネットワーク伝送路から受信した伝送フレームを時系列に並べ、受信フレーム判定部14に渡す。これ以降の処理は、実施の形態1のネットワーク装置1における処理と同一である。
In the opposite device of the network device 1a that has transmitted the transmission frame in the above procedure, if there is no error in the received frame, it is passed from the
なお、本実施の形態では、ネットワーク装置1aが3本のネットワーク伝送路に接続された場合の動作例について説明を行ったが、2本や4本以上の場合の動作も同様である。 In the present embodiment, the operation example in the case where the network device 1a is connected to three network transmission lines has been described, but the operation in the case of two or four or more is the same.
このように、本実施の形態のネットワーク装置の構成を採用することにより、ネットワーク伝送路毎に決定される再送回数をより小さな値とすることが可能となり、より高速に安全制御を実行可能となる。また、従来と同程度の最大応答時間を達成するならば、同一帯域の回線においてより多くの再送を行うことが可能であるため、より信頼性の高い通信が可能となる。さらに、物理的に異なるネットワーク伝送路で伝送するため、一部のネットワーク伝送路が物理的に使用不能になった場合でも通信を継続可能なため、より信頼性の高い通信が可能となる。 As described above, by adopting the configuration of the network device according to the present embodiment, the number of retransmissions determined for each network transmission path can be set to a smaller value, and safety control can be executed at higher speed. . Further, if a maximum response time comparable to that of the conventional case is achieved, more retransmissions can be performed on the same band line, so that more reliable communication is possible. Further, since transmission is performed through physically different network transmission paths, communication can be continued even when some network transmission paths are physically disabled, thereby enabling more reliable communication.
なお、本実施の形態では物理的なネットワーク伝送路を複数使用した場合の例について説明を行ったが、1組のネットワーク伝送路上で周波数多重による複数チャネルを設けることで、同様の高速化効果を得ることが可能となる。 In this embodiment, an example in which a plurality of physical network transmission paths are used has been described. However, by providing a plurality of channels by frequency multiplexing on one set of network transmission paths, the same speed-up effect can be obtained. Can be obtained.
以上のように、本発明にかかる通信装置は、安全ネットワークを構成するネットワーク装置に有用であり、特に、信頼性をより高めた安全ネットワークの実現に適している。 As described above, the communication device according to the present invention is useful for a network device configuring a safety network, and is particularly suitable for realizing a safety network with higher reliability.
1−1、1−2、1a ネットワーク装置
10 定周期送信部
11 ビットエラー確率取得部
12、12a 再送回数決定部
13 伝送フレーム再送部
14 受信フレーム判定部
15 送信部
16 受信部
17 伝送路配分送信部
18 受信整列部
20 再送制御部
31 宛先アドレス
32 送信元アドレス
33 伝送フレーム長
34 制御フラグ
35 再送回数
36 ペイロード
37 誤り検出符号
101、102、103 ネットワーク伝送路
1-1, 1-2,
Claims (10)
通信相手先の装置である対向装置との間の伝送路状態および前記安全ネットワークで目標とする伝送エラー率に基づいて、当該対向装置へ伝送フレームを送信する際の再送回数を決定する再送回数決定手段と、
一定周期ごとに、前記対向装置に対し、前記決定された再送回数にわたって同一内容の伝送フレームを繰り返し送信する伝送フレーム再送手段と、
前記一定周期、前記再送回数および前記伝送フレーム再送手段が同一内容の伝送フレームを送信する間隔に基づいて、安全制御の必要性を判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする通信装置。 A communication device that constitutes a safety network that performs communication for safety control at regular intervals ,
Determination of the number of retransmissions for determining the number of retransmissions when transmitting a transmission frame to the opposite device based on the state of the transmission path with the opposite device that is the communication partner device and the target transmission error rate in the safety network Means,
Transmission frame retransmission means for repeatedly transmitting a transmission frame of the same content to the opposite apparatus for the determined number of retransmissions at regular intervals ;
A determination unit that determines the necessity of safety control based on the fixed period, the number of retransmissions, and an interval at which the transmission frame retransmission unit transmits a transmission frame of the same content;
A communication apparatus comprising:
をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の通信装置。 When a transmission frame is received from another communication device, it is confirmed whether a transmission frame having the same content as the transmission frame has been received, and if received, a received frame determination means for discarding the transmission frame received this time,
The communication apparatus according to claim 1, further comprising:
各再送回数決定手段は、各伝送路の状態および前記安全ネットワークで目標とする伝送エラー率に基づいて、ペアの伝送フレーム再送手段が使用する再送回数を決定する
ことを特徴とする請求項1、2または3に記載の通信装置。 A plurality of pairs of the retransmission number determination means and the transmission frame retransmission means, and each transmission frame retransmission means is connected to a different transmission path,
Each retransmission number determining means determines the number of retransmissions to be used by a pair of transmission frame retransmission means based on a state of each transmission path and a transmission error rate targeted in the safety network. 2. The communication device according to 2 or 3.
各通信装置は、自装置で決定した第1の再送回数と他の通信装置で決定された第2の再送回数とを交換し、得られた第2の再送回数に基づいて、当該他の通信装置から自装置への送信で伝送エラーが発生したかどうかを判定する
ことを特徴とする通信システム。 A communication system comprising a plurality of communication devices according to any one of claims 1 to 6,
Each communication device exchanges the first number of retransmissions determined by the own device and the second number of retransmissions determined by the other communication device, and based on the obtained second number of retransmissions, the other communication A communication system, characterized by determining whether a transmission error has occurred in transmission from a device to the device itself.
通信相手先の装置である対向装置との間の伝送路状態および前記安全ネットワークで目標とする伝送エラー率に基づいて、当該対向装置へ伝送フレームを送信する際の再送回数を決定する再送回数決定ステップと、
一定周期ごとに、前記対向装置に対し、前記決定した再送回数だけ、同一内容の伝送フレームを所定の周期で定期的に送信する伝送フレーム送信ステップと、
前記一定周期、前記再送回数および前記伝送フレーム再送手段が同一内容の伝送フレームを送信する間隔に基づいて、安全制御の必要性を判断する判断ステップと、
を含むことを特徴とする通信制御方法。 A communication control method executed by a communication device on the transmission side of a safety network that performs communication for safety control at a constant cycle ,
Determination of the number of retransmissions for determining the number of retransmissions when transmitting a transmission frame to the opposite device based on the state of the transmission path with the opposite device that is the communication partner device and the target transmission error rate in the safety network Steps,
A transmission frame transmission step of periodically transmitting a transmission frame of the same content at a predetermined period to the opposite device for each predetermined period, for the determined number of retransmissions,
A determination step of determining the necessity of safety control based on the fixed period, the number of retransmissions, and an interval at which the transmission frame retransmission unit transmits a transmission frame of the same content;
The communication control method characterized by including.
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