JP7210313B2 - 通信制御装置及び通信制御方法並びに通信システム - Google Patents

Description

本発明は各種通信システムにおける通信制御装置及び通信制御方法並びに通信システムに関する。

各種通信システムとして、例えば制御用計算機が、制御ネットワークを介して単一または複数の制御対象を制御する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においては、制御システムの用途、要件、要求によって、適切な制御ネットワークが選択され、適用される。技術的な観点からは、それら制御システムの要求の高度化によって、制御ネットワークの技術進展がもたらされたとも言える。そのような制御ネットワークへの要求は多岐に渡り、これらは通信遅延、低コスト化、接続台数、時刻同期の精度、接続距離、通信媒体及び通信データモデルの共通化、冗長化通信等である。

例えばＩＥＣ６１７８４等で規格化される一連のリアルタイムＥｔｈｅｒｎｅｔは、ＩＴ分野で広く使われるＩＥＥＥ８０２．３方式に対して、制御システム向けの機能を定義し、制御システムへの適用を意図した制御ネットワークの代表例である。

加えて、ＴＳＮ（Ｔｉｍｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）と呼ばれる一連のＩＥＥＥ規格群で構成される通信方式は、リアルタイムＥｔｈｅｒｎｅｔと同様に、ＩＥＥＥ８０２．３規格を制御システムに適用可能とした制御ネットワークである。

これらＩＥＥＥ８０２．３ベースの制御ネットワークは、従来の制御ネットワークに対して、通信帯域の広帯域化等の技術的利点を有する。

一方で、ＩＴ分野では、ＳＤＮ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のように、柔軟にネットワークの構成を変更する考え方と、その実装が活用され始めている。ＳＤＮでは、対応した中継装置等において、通信パケットの経路制御方式を柔軟に変更可能とし、クラウドといった新たなＩＴシステムの構成の実現に寄与している。

これらの技術的進展とあいまって、制御ネットワークにおける制御システムへの要求は高度化している。従来は、制御対象との制御通信性能の高度化を指向していたが、近年では通信性能に留まらない。例えば、ディープラーニングを主とするＡＩ技術の高度化によって、制御システムへのＡＩ適用や、あるいは保守データの通信によるＣＢＭ（Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）の適用による資産管理といった用途が挙げられる。

これらの用途を実現する上で必要な通信の要件は、従来の制御用通信と異なっており、状況によって動的に変化し得る。

これらの観点から、例えば特許文献１では、「複数のセンサ端末から受信するセンサ情報に基づく学習結果を用いて観測対象の状態を判別する判別部と、前記センサ情報の通信コストと前記判別部による判別精度とに基づいて、前記センサ情報の送信要否を前記センサ端末ごとに決定する送信制御モデル構築部と、を備え、前記判別部は、前記送信制御モデル構築部により決定された前記送信要否に基づいて送信される前記センサ情報に基づいて、前記観測対象の状態を判別する、情報処理装置」のように構成することで、判別精度を維持しながらセンサ情報の通信コストを低減し得る。

また特許文献２では、「ローカルエリアネットワークと外部ネットワークとの間の通信を中継する通信中継装置であって、前記ローカルエリアネットワークに対するインタフェースとなるＬＡＮインタフェース部と、前記外部ネットワークに対するインタフェースとなるＷＡＮインタフェース部と、前記ＬＡＮインタフェース部と前記ＷＡＮインタフェース部との間に設けられ、前記通信の帯域を制御する帯域制御処理を行う通信データ制御部と、前記通信において送受信される通信データを監視して、前記通信データが予め設定した種類のデータであった場合に帯域制限問い合わせフラグを有効状態とするコンテンツ解析処理を行うコンテンツデータ解析部と、前記通信の帯域制限時の通信レートを定義する帯域制限レートを示す帯域制限レート情報と、前記外部ネットワークに設置される通信先サーバ毎に前記通信の帯域制限状況を定義した帯域制限設定値を含む帯域制限管理テーブルと、を少なくとも格納する記憶部と、前記帯域制限問い合わせフラグが有効状態となったことに応じて、前記帯域制限管理テーブルを参照し、前記帯域制限問い合わせフラグを有効状態とした前記通信データである制限対象通信データの送受信相手の通信先サーバの帯域制限設定値が有効となっている場合に前記帯域制限レート情報において定義された通信レートにて前記制限対象通信データに関する通信処理を実行することを前記通信データ制御部に指示する帯域制限処理を行うシステム制御部と、を有する通信中継装置。」のように構成することで、通信中継装置における無駄な通信を削減する。

特開２０１８－１２４８５２号公報 特開２０１７－１８４０９５号公報

しかしながら、従来の制御用通信では静的なネットワーク構成をとることが主であったため、状況の変化によってはネットワーク資源の利用効率が低いという課題があった。さらには従来の制御用通信の要件（例えば、リアルタイム性といった最大通信遅延の保証）を満足させることが困難であった。

この点に関し、特許文献１は、センサ情報の通信コストと判別精度とに基づいて、該センサ情報の送信要否を決定する。しかしながら、制御用計算機とセンサ間のネットワーク資源を制御しないため、制御用通信の要件を満足させることが困難である。

また特許文献２は、通信データが予め設定した種類のデータであった場合に通信先サーバに対して設定された帯域制限レート情報に基づいて通信する中継装置の発明である。しかしながら、静的な設定に基づくため、動的に状況が変更し得る制御システムへの適用が困難である。

以上のことから本発明においては、制御ネットワークのネットワーク資源の利用効率に優れた制御システムを構成することを可能とする通信制御装置及び通信制御方法並びに通信システムを提供することを目的とする。

以上のことから本発明においては「第一の制御装置の情報を、ネットワーク上の中継装置を介して第二の制御装置に収集する通信システムにおける通信制御装置であって、収集した情報を処理する過程に基づいて、ネットワークのネットワーク資源の配分を制御することを特徴とする通信制御装置」としたものである。

また本発明は、「第一の制御装置と、第一の制御装置の情報をネットワーク上で中継する中継装置と、中継装置を介して第一の制御装置の情報を収集する第二の制御装置と、収集した情報を処理する過程に基づいて、ネットワークのネットワーク資源の配分を制御する通信制御装置を備えることを特徴とする通信システム」としたものである。

また本発明は、「第一の制御装置の情報を、ネットワーク上の中継装置を介して第二の制御装置に収集する通信システムにおける通信制御方法であって、収集した情報を処理する過程に基づいて、ネットワークのネットワーク資源の配分を制御することを特徴とする通信制御方法」としたものである。

本発明によれば、制御ネットワークのネットワーク資源の利用効率に優れた制御システムを提供することができる。

本発明を適用した通信システムの構成例を示す図。 図１内の中央制御装置１２０のハードウェア構成例を示す図。 図１内のネットワーク中継装置１２１のハードウェア構成例を示す図。 図１内の分散制御装置１２３のハードウェア構成例を示す図。 図１内の中央制御装置１２０の機能構成例を示す図。 図１内の分散制御装置１２３の機能構成例を示す図。 図１内のネットワーク中継装置１２１の機能構成例を示す図。 図１内のネットワーク資源制御装置１２５の機能構成例を示す図。 図１内のネットワーク資源の制御にかかわる機能部の関係をまとめて示す図。 図１内の中央制御装置１２０における送信側制御処理の動作手順を示すフロー図。 図１内のネットワーク中継装置１２１における転送処理の動作手順を示すフロー図。 図１内の分散制御装置１２３における転送処理の動作手順を示すフロー図。 図９内の情報処理用データ処理部１３５における転送処理の動作手順を示すフロー図。 図１内のネットワーク資源制御装置１２５におけるネットワーク資源の配分制御の動作手順を示すフロー図。 図９内のネットワーク中継装置１２１におけるネットワーク資源管理部１５１によるネットワーク資源の設定の動作手順を示すフロー図。 ネットワーク構成が階層化している場合のシステム構成例を示す図。 スーパーやデパート、百貨店において、本発明を適用する場合のシステム構成例を示す図。 図１内のネットワーク中継装置１２１におけるネットワーク資源の配分の変化を示す図。 図１内のネットワーク中継装置１２１におけるネットワーク資源の配分を制御するための指標を示す図。

以下本発明について図面を参照して詳細に説明する。

なお本発明に係る通信システムにおける通信制御装置及び通信制御方法並びに通信システムの技術内容は多岐にわたることから、実施例１においては主に通信システム並びにその通信制御装置のハード的な構成とその機能について説明し、実施例２においては通信制御方法について説明する。

また本発明はその概要を述べると、「第一の制御装置の情報を、ネットワーク上の中継装置を介して第二の制御装置に収集する通信システムにおける通信制御装置であって、
前記収集した情報を処理する過程に基づいて、前記ネットワークのネットワーク資源の配分を制御すること」であることから、実施例３においてはネットワークのネットワーク資源について詳述し、実施例４においては収集した情報を処理する過程においてネットワーク資源の配分を制御すべき条件について詳述する。

さらに実施例５においては、本発明に付随する各種事項として、特に余剰資源の活用について説明する。

実施例１においては、主に通信システム並びにその通信制御装置のハード的な構成とその機能について、図１から図９を用いて説明する。

図１は、本発明に係る通信制御装置及び通信制御方法が適用される典型的な通信システムの構成例を示している。

図１に示す典型的な通信システムは、中央制御装置１２０が、制御ネットワーク１２２、ネットワーク中継装置１２１を介して、分散制御装置１２３と接続し、通信する。分散制御装置１２３は、例えばロボットなどの被制御装置１２４を制御する。

上記構成の通信システムに対して、本発明に係る通信制御装置及び通信制御方法を適用したネットワーク資源制御装置１２５は、例えばネットワーク中継装置１２１に作用して、ネットワーク資源を可変に調整する。詳細は実施例３において後述するが、ここでネットワーク資源とは、通信帯域、時分割通信方式における時間幅、特定通信種別に対する優先度等の設定、利用する通信経路数等が挙げられる。

以降、図１各部の構成や処理機能、内容についてさらに詳細に説明する。

まず中央制御装置１２０は、分散制御装置１２３に対して、通信パケットを送受信することにより、被制御装置１２４を制御するための制御指令値の伝送、被制御装置１２４の計測値の取得や各種設定を実行する。

中央制御装置１２０は、ＤＣＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）の中央制御装置や電力系統の保護制御装置のように、各制御システム内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とが例示される。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。

中央制御装置１２０として、専用コントローラ、産業用パソコン、制御用計算機、ＤＣＳコントローラ、ＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）サーバ、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、ＩＥＤ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、保護制御装置、クラウド、サーバが例示される。

ネットワーク中継装置１２１は、制御ネットワーク１２２における中継装置であり、中央制御装置１２０、分散制御装置１２３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、ＩＥＣ ６２４３９－３で定義されるＲｅｄＢｏｘ、ＱｕａｄＢｏｘ、光スイッチ、光合波器、光分派器等の各種ネットワーク中継装置が例示される。

制御ネットワーク１２２は、中央制御装置１２０、分散制御装置１２３、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、ＩＥＣ６１７８４－２のＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｆａｍｉｌｙ １２（以下、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）とする）、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、ＴＳＮと関連するＩＥＥＥ通信規格群、ＤＮＰ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）３、ＩＥＣ ６１９７０、ＩＥＣ６２４３９－３におけるＨＳＲ（Ｈｉｇｈ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ Ｓｅａｍｌｅｓｓ Ｒｉｎｇ）及びＰＲＰ（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、リングネットワーク、ＩＥＥＥ８０２．１７のＲＰＲ方式、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：登録商標）、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＲＳ－２３２Ｃ、ＲＳ－４２２、ＲＳ－４８５、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥＥ ８０２．１５、ＩＥＥＥ ８０２．１、モバイル通信、ＯｐｅｎＡＤＲ、ＥＣＨＯＮＥＴ Ｌｉｔｅ（登録商標）、ＯｐｅｎＦｌｏｗ（登録商標）等が例示される。

また、プロトコルスタックにおける上位プロトコルとして、ＩＥＣ６１８５０、ＯＰＣ ＵＡ（Ｕｎｉｆｉｅｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）、ＩＥＣ ６１８５０－７－４２０、ＩＥＣ ６０８７０－５－１０４が例示される。あるいは、以上のプロトコルは階層化されていてもよい。例えば、ＴＳＮ上でデータ領域の内容はＯＰＣ ＵＡ規格を適用することが例示される。

分散制御装置１２３は、被制御装置１２４に接続され、制御ネットワーク１２２を介して、中央制御装置１２０から受信した制御指令に応じて被制御装置１２４を制御、設定する。また、被制御装置１２４の状態や情報を取得して制御ネットワーク１２２を介して中央制御装置１２０へ送信する。

分散制御装置１２３として、専用コントローラ、産業用パソコン、制御用計算機、ＤＣＳコントローラ、ＳＣＡＤＡ装置、ＰＬＣ、ＩＥＤ、ＭＵ（Ｍｅｒｇｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、保護制御装置が例示される。

被制御装置１２４は、分散制御装置１２３によって制御される機器、装置である。被制御装置１２４として、移動ロボットやロボットアーム等の産業用ロボット、チップマウンタ、工作機械テーブル、加工装置、工作機械、半導体製造装置、あるいは製造装置内のモータ、インバータや、遮断器、断路器といった電力機器が例示される。

本発明に係る通信制御装置であるネットワーク資源制御装置１２５は、中央制御装置１２０、ネットワーク中継装置１２１、分散制御装置１２３の通信にかかわるネットワーク資源を制御する。そのようなネットワーク資源として、通信帯域、時分割通信方式における時間幅、特定通信種別に対する優先度等の設定、利用する通信経路数等が挙げられる。

ネットワーク資源制御装置１２５は、中央制御装置１２０、ネットワーク中継装置１２１、分散制御装置１２３と通信し、中央制御装置１２０、ネットワーク中継装置１２１、分散制御装置１２３の状態を取得することができる。

ネットワーク資源制御装置１２５として、ＳＤＮにおけるＯｐｅｎ Ｆｌｏｗコントローラ等の通信制御装置、専用の通信装置が例示される。

なお、図１では中央制御装置１２０と分散制御装置１２３間に２つのネットワーク中継装置１２１を接続しているが、異なる数でもよいし、通信経路が複数であってもよい。

図１に示すシステム構成として、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）、ＰＡ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）向けのＤＣＳ等の制御システム、電力分野の監視制御・保護制御システムや、産業用機器、半導体製造装置、車載システム、建設機械や鉄道車両内の制御システム、鉄道地上信号システム、航空機内の制御システムなどが例示される。あるいは、制御ネットワーク１２２を介して収集した情報をもとに、中央制御装置１２０あるいは、図示していないクラウドやコンピュータ上で人工知能にて解析し、制御システムの性能向上を図るＩｏＴシステムなどが例示される。

図２に中央制御装置１２０のハードウェア構成例を示す。

中央制御装置１２０内のＣＰＵ１０１は、不揮発性記憶媒体１０５からプログラムをメモリ１０４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ＩＣ１０２の動作設定や、状態情報を取得する。

通信制御ＩＣ１０２は、ＣＰＵ１０１上で動作するソフトウェアから送信要求、送信データを受け取り、ＰＨＹ１０３を用いて制御ネットワーク１２２に対して送信する。また、制御ネットワーク１２２から受信したデータを、バス１０６を介してＣＰＵ１０１、メモリ１０４、不揮発性記憶媒体１０５へ転送する。

通信制御ＩＣ１０２の実装例としては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ゲートアレイ等のＩＣが例示される。あるいは、ＣＰＵ１０１と一体化して構成されてもよい。通信制御ＩＣ１０２をＭＡＣ層、ＰＨＹ層を含めたＩＥＥＥ ８０２．３通信デバイスとしてもよいし、また、ＰＨＹ機能まで含めて通信制御ＩＣ１０２に包含してもよい。この場合、通信制御ＩＣ１０２の実装例としては、ＩＥＥＥ８０２．３規格のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）チップ、ＰＨＹ（物理層）チップ、ＭＡＣとＰＨＹの複合チップを含む。なお、通信制御ＩＣ１０２は、ＣＰＵ１０１や、コンピュータ内部の情報経路を制御するチップセットに含まれていてもよい。また、図２の構成では、通信制御ＩＣ１０２を１つずつ示しているが、通信制御ＩＣ１０２の数は複数であってもよい。

ＰＨＹ１０３は、制御ネットワーク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ＩＥＥＥ８０２．３のＰＨＹ（物理層）チップが例示される。なお、図２の構成では、ＰＨＹ１０３と通信制御ＩＣ１０２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ＩＣ１０２に含まれる。ただし、ＭＡＣ機能を提供するＩＣを通信制御ＩＣ１０２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ＩＣ１０２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ＩＣ１０２に含まれていてもよい。また、図２の構成では、ＰＨＹ１０３を１つずつ示しているが、ＰＨＹ１０３の数は複数であってもよい。

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。

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（登録商標）等の利用が例示される。

バス１０６は、ＣＰＵ１０１、通信制御ＩＣ１０２、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。

図３にネットワーク中継装置１２１のハードウェア構成例を示す。

ネットワーク中継装置１２１の内の通信経路制御ＩＣ１０７は、１つ、または複数のＰＨＹ１０３と、バス１０６に接続し、受信したパケットの転送処理等の通信経路制御を実行する。通信経路制御ＩＣ１０７は、バス１０６に接続し、バス１０６経由で通信制御ＩＣ１０２（図示なし）と接続する構成としてもよい。通信経路制御ＩＣ１０７は、ＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＡＳＩＣ、ゲートアレイ等のＩＣによる実装が例示される。なお、通信経路制御ＩＣ１０７は、ＣＰＵ１０１やコンピュータ内部の情報経路を制御するチップセットに含まれていてもよい。

図４に分散制御装置１２３のハードウェア構成例を示す。

分散制御装置１２３内の入出力部１０８は、被制御装置１２４を制御、あるいは被制御装置１２４の情報を取得するための入出力インターフェースである。

入出力部１０８として、各種のデジタル入出力やアナログ入出力ＩＣが例示される。なお、入出力１０８からの信号線を１本で示しているが、被制御装置１２４側の構成により、複数でもよい。

なお図示説明を省略しているが、ネットワーク資源制御装置１２５のハードウェア構成は図２と同様であるのでその説明を省略する。

次に図１各部装置の機能構成について説明する。まず中央制御装置１２０の機能構成例を図５に示す。

中央制御装置１２０内の通信制御部１３０は、接続された機能部からの送信内容を通信部１３１へと送信する。複数の機能部からの送信要求に対して、優先度制御や送信内容の結合、複製、送信タイミングの制御を実行し得る。あるいは通信部１３１が接続する制御ネットワーク１２２の仕様にあわせてフォーマットの整形、パラメータの付加を実行し得る。

あるいは、単一または複数の通信部１３１が接続する際は、送信内容を転送する通信部１３１をひとつ、または複数選択し得る。転送先の通信部１３１毎に異なるパラメータを付与してもよい。

また、通信制御部１３０は、接続された通信部１３１で受信した内容を機能部へと転送する。複数の通信部１３１からの受信内容に対して、取得順序の優先度制御、受信内容の複製、分解、受信タイミングの制御を実行し得る。

あるいは、通信部１３１が接続する制御ネットワーク１２２の仕様にあわせてフォーマットの整形、パラメータの除去をし得る。

通信制御部１３０は、通信制御ＩＣ１０２、ＰＨＹ１０３、あるいはスイッチやルータ、ネットワーク装置に用いられる専用ＩＣといったハードウェアや、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルスタック、ネットワーク処理用ミドルウェアといったソフトウェアのいずれか、または両方による構成が例示される。

通信部１３１は、制御ネットワーク１２２に接続し、制御ネットワーク１２２の通信プロトコルにしたがって通信をするための機能部である。ＣＰＵ１０１上で動作するソフトウェア、通信制御ＩＣ１０２、ＰＨＹ１０３のいずれか、または複数で構成する。

送信部１３２は、ＰＨＹ１０３と接続して、ＰＨＹ１０３に対して、バス１０６から通知されたデータ、あるいはパケットを加工して送信する機能部である。送信部１３２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１３２が付加するタグとして、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑで定義されるＶＬＡＮタグ、ＩＥＣ６２４３９－３で定義されるＨＳＲタグ、ＰＲＰタグが例示される。ＶＬＡＮタグの設定では、ＰＣＰ（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｃｏｄｅ Ｐｏｉｎｔ）、ＶＩＤ（ＶＬＡＮ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）の設定を含む。

送信部１３２がＭＡＣ機能を有することが例示され、ＣＰＵ１０１上で動作するソフトウェア、通信制御ＩＣ１０２のいずれか、または複数で構成する。

受信部１３３は、受信したパケットを通信制御部１３０へ転送する。受信部１３３は、受信パケットを加工してもよく、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。また、受信部１３３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、例えば、送信元アドレスやタグ上の情報を記憶してもよい。

受信部１３３は、通信制御ＩＣ１０２、ＰＨＹ１０３、またはＣＰＵ１０１上のソフトウェアのいずれか、または複数で実装することが例示される。

制御演算部１３４は、分散制御装置１２３が被制御装置１２４を制御する上で必要な指令値を演算する。被制御装置１２４を直接制御する指令値を算出してもよいし、あるいは分散制御装置１２３が具体的に被制御装置１２４を制御するための目標値を算出してもよい。これらの指令値の演算のために、分散制御装置１２３から受信した情報を用いてもよい。この受信情報は被制御装置１２４の状態信号を含む。

制御演算部１３４として、ＣＰＵ１０１や、ＣＰＵ１０１上で実行されるソフトウェアが例示される。

情報処理用データ処理部１３５は、主に分散制御装置１２３から取得した被制御装置１２４に関する情報を特定用途で処理する機能部である。例えば、分散制御装置１２３における被制御装置１２４の制御、状態情報を処理するＡＩ機能や、予防保全、ＣＢＭ、余寿命予測といった保守機能が例示される。情報処理用データ処理部１３５の出力として、被制御装置１２４が実行する制御演算を改善、高度化する情報（制御指令値、フィードバック制御にけるモデル定数等）や、運用者における保守への実行指示が例示される。

情報処理用データ処理部１３５として、ＣＰＵ１０１や、ＣＰＵ１０１上で実行されるソフトウェアが例示される。

なお、図５において、制御演算部１３４と情報処理用データ処理部１３５を区別して示しているが、同一として構成してもよい。あるいは、中央制御装置１２０が複数存在し、制御演算部１３４と情報処理用データ処理部１３５が異なる中央制御装置１２０上で動作してもよい。

状態観測部１３６は、情報処理用データ処理部１３５における情報処理用データの処理過程の状態を観測する。観測する状態は、予め定義した処理過程の段階を用いて識別してもよい。これは所定の処理を完了したことや対象の制御装置のモデルを構築した等の事象が例示される。あるいは処理過程を定義する単一または複数の指標、変数の値を用いてもよい。例えば、ＡＩの学習における誤差関数の値を用いることが挙げられる。あるいは、処理過程をステートマシンで表わし、各ステートの識別子を用いてもよい。

状態観測部１３６は、観測した状態をネットワーク資源制御装置１２５のネットワーク資源配分制御部１６０へ送信する。

状態観測部１３６として、ＣＰＵ１０１や、ＣＰＵ１０１上で実行されるソフトウェアが例示される。

図６は、分散制御装置１２３の機能構成例を示す。

演算部１４０は、中央制御装置１２０から受信した制御指令に基づいて、被制御装置制御部１４２を介して被制御装置１２４を制御する。演算部１４０は、制御演算部１３４からの制御指令そのままに被制御装置１２４を制御してもよいし、あるいは制御演算部１３４からの制御指令値を目標値として細かな制御をしてもよい。例えば、制御演算部１３４からの制御指令値を位置目標値として、演算部１４０で被制御装置１２４の速度制御をしてもよい。

あるいは被制御装置情報取得部１４３を介して被制御装置１２４の状態を取得し、中央制御装置１２０へ送信する。

演算部１４０として、ＣＰＵ１０１や、ＣＰＵ１０１上で実行されるソフトウェア、あるいは専用ＩＣによる実装が例示される。

情報処理用データ収集部１４１は、情報処理用データ処理部１３５が用いる情報処理用データを演算部１４０または被制御装置情報取得部１４３から取得し、情報処理用データ処理部１３５へと送信する。

情報処理用データ収集部１４１として、ＣＰＵ１０１や、ＣＰＵ１０１上で実行されるソフトウェア、あるいは専用ＩＣによる実装が例示される。

被制御装置制御部１４２は、演算部１４０からの制御指令を受信し、制御指令に基づいて被制御装置１２４を制御する。

被制御装置制御部１４２として、ＣＰＵ１０１や、ＣＰＵ１０１上で実行されるソフトウェア、あるいは入出力部１０８による実装が例示される。

被制御装置情報取得部１４３は、被制御装置１２４の状態を監視し、演算部１４０、情報処理用データ収集部１４１へ伝送する。伝送のタイミングは、所定の定期間隔でもよいし、被制御装置１２４の状態が変化した場合や、演算部１４０、情報処理用データ収集部１４１から要求があった場合が例示される。

被制御装置情報取得部１４３として、ＣＰＵ１０１や、ＣＰＵ１０１上で実行されるソフトウェア、あるいは入出力部１０８による実装が例示される。

図７は、ネットワーク中継装置１２１の機能構成例を示す。

通信経路制御部１５０は、複数の通信部１３１と接続し、各通信部１３１が受信したパケットが転送され、受信パケット上の情報と、通信経路制御部１５０に設定された情報に基づいて、受信パケットの転送先である通信部１３１を決定して経路制御する。

なお、転送先の通信部１３１へパケット送信するタイミングは、転送先決定後ただちに送信してもよいし、転送待ちの複数のパケット間で優先度制御してもよいし、時分割通信方式によって所定タイムスロットごとに転送してもよい。時分割通信方式による通信の例として、ＩＥＥＥ８０１．１Ｑｂｖが例示される。

通信経路制御部１５０は、ＣＰＵ１０１や、ＣＰＵ１０１上で実行されるソフトウェア、ＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＡＳＩＣ、ゲートアレイ等のＩＣによる実装が例示される。なお、通信経路制御部１５０は、ＣＰＵ１０１やコンピュータ内部の情報経路を制御するチップセットに含まれていてもよい。また、通信部１３１の構成によって、通信に必要な機能を内蔵してもよい。例えば、通信部１３１がＰＨＹ（物理層）相当の機能であれば、通信経路制御部１５０がＭＡＣ層相当の機能を含むことが例示される。

ネットワーク資源管理部１５１は、通信経路制御部１５０及び、単一または複数の通信部１３１におけるネットワーク資源の利用状況、配分状況等を管理し、予め定められた規則またはネットワーク資源制御装置１２５のネットワーク資源設定部１６１から通知された内容に基づいて、ネットワーク中継装置１２１におけるネットワーク資源を制御する。

そのようなネットワーク資源として、通信帯域、時分割通信方式における時間幅、特定通信種別に対する優先度等の設定、利用する通信経路数等が挙げられる。

ネットワーク資源管理部１５１として、ＣＰＵ１０１や、ＣＰＵ１０１上で実行されるソフトウェア、ネットワーク中継装置におけるネットワーク処理用のＬＳＩ等のＩＣデバイスが例示される。

図８にネットワーク資源制御装置１２５の機能構成例を示す。

ネットワーク資源配分制御部１６０は、状態観測部１３６から通知された情報処理用データ処理部１３５の状態に応じて、ネットワーク資源管理部１５１へネットワーク中継装置１２１のネットワーク資源の制御内容あるいは変更指令を通知する。

ネットワーク資源配分制御部１６０として、ＣＰＵ１０１や、ＣＰＵ１０１上で実行されるソフトウェア、ネットワーク処理用のＬＳＩ等のＩＣデバイスが例示される。

ネットワーク資源設定部１６１は、ネットワーク資源配分制御部１６０が決定したネットワーク資源の制御内容に基づいて、ネットワーク中継装置１２１のネットワーク資源管理部１５１へ、ネットワーク資源の制御プロトコルに基づいて制御内容を通知する。

ネットワーク資源の制御プロトコルとして、ＯｐｅｎＦｌｏｗやＴＳＮに関連するＩＥＥＥ規格、独自プロトコルが例示される。

独自プロトコルは、少なくとも制御対象のネットワーク資源の種別に関する情報と、どのように制御するかを定義した情報を含む。また、ネットワーク資源の制御を変更する時刻、または継続時間を絶対時刻あるいは相対時刻で含めてもよい。絶対時刻は、制御システム内で統一された時刻でもよい。

ネットワーク資源設定部１６１として、ＣＰＵ１０１や、ＣＰＵ１０１上で実行されるソフトウェア、ネットワーク処理用のＬＳＩ等のＩＣデバイスが例示される。

本発明のネットワーク資源の制御にかかわる機能部の関係を図９に纏めて示す。

図９では、本来、機能部間に存在する通信部１３１等の図示は省略している。

なお、本発明では情報処理用データ収集部１４１を分散制御装置１２３、情報処理用データ処理部１３５を中央制御装置１２０、ネットワーク資源管理部１５１をネットワーク中継装置１２１、ネットワーク資源配分制御部１６０、ネットワーク資源設定部１６１をネットワーク資源制御装置１２５に含むとして説明しているが、各機能部の配置は、これに限定されず、制御システム内に有していれば、異なる配置でも構わない。例えば、情報処理用データ収集部１４１が中央制御装置１２０、ネットワーク中継装置１２１にあってもよいし、情報処理用データ処理部１３５がネットワーク中継装置１２１、分散制御装置１２３、ネットワーク資源制御装置１２５のいずれか、または複数に存在してもよい。また、ネットワーク資源配分制御部１６０、ネットワーク資源設定部１６１が中央制御装置１２０、ネットワーク中継装置１２１、分散制御装置１２３のいずれか、または複数にあってもよい。

また、ネットワーク中継装置１２１が複数存在し、ネットワーク資源配分制御部１６０、ネットワーク資源設定部１６１が、それら複数のネットワーク中継装置１２１に存在する複数のネットワーク資源管理部１５１を対象として、ネットワーク資源の配分を制御してもよい。

また、制御演算部１３４、演算部１４０、情報処理用データ収集部１４１は、ネットワーク中継装置１２１が適用するネットワーク資源を決定するための情報を通信データに付加してもよい。これは、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑで定義されるＶＬＡＮタグ、ＩＥＣ６２４３９－３で定義されるＨＳＲタグ、ＰＲＰタグが例示される。ＶＬＡＮタグの設定では、ＰＣＰ（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｃｏｄｅ Ｐｏｉｎｔ）、ＶＩＤ（ＶＬＡＮ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）の設定が例示される。

図９に示す各機能部の通信は、認証や暗号化等のセキュリティ対策を適用することが例示される。

実施例２においては、実施例１に例示した通信システム並びにその通信制御装置を用いて実行される通信制御方法について、図１０から図１５を用いて説明する。

図１０に中央制御装置１２０における送信側制御処理の動作手順例を示す。はじめに制御演算部１３４は制御指令値の演算開始のタイミングを待機する（処理ステップＳ００１）。これは所定の周期で制御処理を開始してもよいし、分散制御装置１２３からの被制御装置１２４の状態情報またはセンサデータの受信、あるいは他の中央制御装置１２０等からの開始要求をもって制御指令の演算を開始してもよい。

次に制御演算部１３４は、制御指令値を演算する（処理ステップＳ００２）。これは所定の制御方式にしたがう。制御指令値の演算には、分散制御装置１２３から受信したデータを用いてもよい。次に、計算した制御指令値を単一または複数の分散制御装置１２３に対して、通信制御部１３０、送信部１３２を介して送信する（処理ステップＳ００３）。

ネットワーク中継装置１２１における転送処理の動作手順例を図１１に示す。なお図１１の処理の前提として、図１０の処理ステップＳ００３で送信された制御指令値は、図１１に示す手順で分散制御装置１２３へ転送されている。

はじめに、ネットワーク中継装置１２１の通信部１３１の受信部１３３は、パケットの受信を待機する（処理ステップＳ０１０）。パケットを受信すれば、通信経路制御部１５０は、受信パケットの内容及びパケットを受信した通信部１３１、受信部１３３の情報、ネットワーク資源管理部１５１によって通信経路制御部１５０に設定された経路制御の規則にしたがって、該受信パケットを転送する通信部１３１、送信部１３２と、転送するタイミングまたは転送先の送信部１３２での送信タイミングを決定する（処理ステップＳ０１１）。このとき、転送先の送信部１３２は複数でもよいし、転送時に該送信部１３２に応じて情報をパケットに付加してもよい。該パケットを転送された送信部１３２は、通信経路制御部１５０によって制御されたタイミングまたは通信経路制御部１５０から転送されたタイミングで該パケットを送信する（処理ステップＳ０１２）。

図１２は、分散制御装置１２３における制御処理の動作手順例を示す。

はじめに、演算部１４０は演算処理の開始を待機する（処理ステップＳ０２０）。これは所定の周期で制御処理を開始してもよいし、被制御装置１２４の状態変化によって開始してもよい。

次に、中央制御装置１２０から受信した制御指令値に基づいて、分散制御装置１２３の制御指令値を演算する（処理ステップＳ０２１）。そして、被制御装置制御部１４２は、処理ステップＳ０２１で算出した制御指令値に基づいて被制御装置１２４を制御する（処理ステップＳ０２２）。次に、演算部１４０は、被制御装置情報取得部１４３から被制御装置１２４の状態情報、センサデータの取得タイミングを待機する（処理ステップＳ０２３）。そして、被制御装置１２４の状態情報、センサデータを取得する（処理ステップＳ０２４）。次に、取得した被制御装置１２４の状態情報、センサデータを中央制御装置１２０に送信するかどうかを判定する（処理ステップＳ０２５）。送信すると判定した場合は送信する（処理ステップＳ０２６）。

これは、毎回状態情報、センサデータを取得する度に送信してもよいし、所定回数取得するごとに送信してもよい。あるいは、取得した値がしきい値比較等の所定の条件を満足した場合に送信してもよい。あるいは、状態情報、センサデータを取得した時刻が所定の条件に一致する場合に送信してもよい。これにより、例えば、日中に取得した状態情報、センサデータのみ送信するといった処理が可能である。あるいは、分散制御装置１２３または被制御装置１２４が複数のセンサを備え、単一または複数のセンサが所定の条件を満足した場合に送信してもよい。あるいは演算部１４０、情報処理用データ収集部１４１の状態が所定の条件を満足した場合に送信してもよい。これは例えば演算部１４０、情報処理用データ収集部１４１の演算負荷が小さい場合に送信することが挙げられる。

送信するデータにおいても、取得したデータをそのまま送信してもよいし、複数回数取得した値に対して、全て、または統計処理を施した結果を送信してもよい。あるいは分散制御装置１２３、被制御装置１２４が備える他のセンサのセンサデータと組み合わせた結果、あるいは、その結果に対して、全て、または統計処理を施した結果を送信してもよい。

以上の処理終了後、再び処理ステップＳ０２０から処理を開始する。

なお、処理ステップＳ０２０から処理ステップＳ０２２の制御処理と、処理ステップＳ０２３から処理ステップＳ０２６の状態情報、センサデータの取得処理を順次実行するとして説明したが、これらの制御処理と取得処理を並列に実行してもよい。

また、取得された状態情報、センサデータは中央制御装置１２０の制御演算部１３４または情報処理用データ処理部１３５のいずれか、または両方に送信される。処理ステップＳ０２３から処理ステップＳ０２６の取得処理は演算部１４０、情報処理用データ収集部１４１のいずれか、または両方が実行し得る。

図１３は、図９内の情報処理用データ処理部１３５の動作手順例を示す。これは中央制御装置１２０における受信側制御処理の動作手順を示すフロー図である。

はじめに情報処理用データ処理部１３５の処理の開始を待機する（処理ステップＳ０３０）。これは、分散制御装置１２３からの情報処理用データの受信、あるいは所定周期で開始してもよいし、常時演算してもよい。あるいは他の中央制御装置１２０からの開始要求によって開始してもよい。次に情報処理用データ処理部１３５は、情報処理用データを用いて演算する（処理ステップＳ０３１）。次に、情報処理用データ処理部１３５の状態が更新されたかを判定する（処理ステップＳ０３２）。更新されていれば（処理ステップＳ０３２のＹ）、状態観測部１３６へ更新された状態の情報を通知する（処理ステップＳ０３３）。そして、情報処理用データの演算結果を出力する（処理ステップＳ０３４）。これは制御演算部１３４への制御モデルのパラメータの変更や、ＡＩ適用による演算結果（例えば、分類問題における結果）、予防保全における対象機器である被制御装置１２４の異常診断結果等が挙げられる。状態が更新されていなければ（処理ステップＳ０３２のＮ）、処理ステップＳ０３４へ進む。なお、処理ステップＳ０３４において、演算結果が、それまでの出力結果と変わらなければ出力しなくてもよい。

図１４は、ネットワーク資源制御装置１２５におけるネットワーク資源の配分制御の動作手順例を示す。

はじめに、ネットワーク資源配分制御部１６０は、中央制御装置１２０の状態観測部１３６から状態が更新されたことを示す通知を待機する（処理ステップＳ０４０）。次にネットワーク資源の配分を制御する（処理ステップＳ０４１）。そして、演算した結果をネットワーク資源設定部１６１に通知し、ネットワーク資源設定部１６１はネットワーク資源の配分結果を、単一または複数のネットワーク中継装置１２１のネットワーク資源管理部１５１へ送信する（処理ステップＳ０４２）。なお、配分結果に変更がなければ、配分結果を送信しなくともよい。

図１５は、ネットワーク中継装置１２１におけるネットワーク資源管理部１５１によるネットワーク資源の設定の動作手順例を示す。

はじめに、ネットワーク資源管理部１５１は通信経路制御部１５０の設定を更新するタイミングを待機する（処理ステップＳ０５０）。これは、ネットワーク資源設定部１６１からの設定指令の受信をもって開始してもよいし、電源投入後の初期動作時に開始してもよい。あるいは予め定めた絶対時刻や起動後からの相対時刻に開始してもよい。次に、設定内容が設定可能かどうかを判定する（処理ステップＳ０５１）。この判定は、設定内容に示されたネットワーク資源が該ネットワーク中継装置１２１に備わっているかどうかが例示される。

例えば、設定内容がギガビットイーサネット(イーサネット：登録商標)を想定して、１００Ｍｂｐｓより大きい通信帯域を指定しているにもかかわらず、実際の通信部１３１が１００Ｍｂｐｓの場合は設定不可と判定する。一方で、時分割通信方式において、例えば、１ミリ秒周期中の４００マイクロ秒のタイムスロットを未使用で、設定内容が新たに２００マイクロ秒のタイムスロットの配分を要求する場合は設定可とする。あるいは２５０マイクロ秒のタイムスロットの新規配分を要求しているが、通信経路制御部１５０、ネットワーク資源管理部１５１におけるタイムスロットの分解能が１００マイクロ秒単位の場合があり得る。このような場合、通信経路制御部１５０、ネットワーク資源管理部１５１の対応として以下の場合分けが例示される。
Ａ：２００マイクロ秒のタイムスロットを配分する（設定可）。
Ｂ：３００マイクロ秒のタイムスロットを配分する（設定可）。
Ｃ：分解能が異なるとして、設定不可とする。

Ａ、Ｂは分解能に相違がある場合に切り下げるか、切り上げるかの違いである。手順処理ステップＳ０５１で設定可（Ｙ）であれば、該ネットワーク資源をネットワーク資源管理部１５１に配分する（処理ステップＳ０５２）。その後、ネットワーク資源の配分可否及び配分結果について、ネットワーク資源配分制御部１６０に通知する（処理ステップＳ０５３）。なお、処理ステップＳ０５３において、結果を通知しなくてもよいし、配分不可、あるいは上記のタイムスロットの分解能の違いのように、要求と異なった配分を実行した場合のみ通知してもよい。

次にネットワーク構成を把握することについて説明する。

ネットワーク資源制御装置１２５のネットワーク資源配分制御部１６０は、ネットワーク中継装置１２１のネットワーク資源の配分を制御するため、制御システムを構成する制御ネットワーク１２２のトポロジや、各ネットワーク中継装置１２１の状況、性能を知る必要がある。これは、制御システムの立ち上げ時に予め入力してもよいし、動的に情報収集をしてもよい。

情報収集には、ｐｉｎｇ（ＩＣＭＰ）やＩＥＥＥ１５８８のＤｅｌａｙ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｒｅｓｐｏｎｓｅメカニズム等を用いることや、ＴＳＮを構成するＩＥＥＥ通信規格群、ＳＴＰ（Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＲＳＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）でツリートポロジを構築するためのパスコストを用いることやＲＩＰ（Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）等のルーティングプロトコルを利用することが例示される。

あるいは、情報収集に独自プロトコルを用いてもよい。独自プロトコルは、収集する情報において、ネットワーク中継装置１２１が管理可能なネットワーク資源の種類や、設定可能な値の範囲や、パラメータのセット、現在の設定状況を含むことが例示される。

実施例３においては、ネットワークにおけるネットワーク資源とその調整手法について説明する。

実施例１、実施例２における以上の説明においては、単にネットワーク資源と称しているが、本発明において調整可能なネットワーク資源としていくつかのものが考えられる。本発明において利用可能なネットワーク資源は、例えば時分割通信方式におけるタイムスロット、通信帯域、パケットの送信または受信の優先度、冗長化通信の利用経路数またはパケットの複製の数、パケットを構成するデータグラムのサイズまたは数、のいずれか１つ以上である。以下、具体的なネットワーク資源の内容について、さらに詳述する。

まず、ネットワーク資源として時分割通信方式におけるタイムスロットに着目することについて説明する。

図１から図９において、ネットワーク資源配分制御部１６０、ネットワーク資源設定部１６１、通信経路制御部１５０、ネットワーク資源管理部１５１で対象とするネットワーク資源として時分割通信方式のタイムスロットが例示される。これはタイムスロットの時間幅を変更してもよいし、利用するタイムスロットの数を変更してもよい。このような例として、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑｂｖのゲート制御リストやＩＥＣ６１７８４－２のＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｆａｍｉｌｙ ３やＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｆａｍｉｌｙ １３が例示される。このようにすることで既存の制御通信におけるリアルタイム性を保証しつつ、情報処理用データ処理部１３５の処理過程に応じて、制御ネットワーク１２２の利用効率を高めることができる。

次にネットワーク資源として通信帯域に着目することについて説明する。ネットワーク資源配分制御部１６０、ネットワーク資源設定部１６１、通信経路制御部１５０、ネットワーク資源管理部１５１で対象とするネットワーク資源として、通信帯域幅の配分や、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑにおける優先度の割り当て、無線周波数帯域のチャネルまたは利用チャネル数が例示される。

次にネットワーク資源としてパケットの送信または受信の優先度、冗長化通信に着目することについて説明する。ここではパケットの送信または受信の優先度、冗長化通信における、複数経路を用いたパケットの経路制御における利用経路数や、ひとつの通信経路であっても対象パケットを複製する数が例示される。

同一の通信内容を再送することで、通信を冗長化し、高信頼化することができる。この場合、再送にかかわるネットワーク資源の配分を制御することが有用である。具体的には通信部１３１の占有時間、再送にかかる制御演算部１３４、演算部１４０、情報処理用データ収集部１４１、通信経路制御部１５０の計算機資源、パケットを保存するための記憶資源、再送回数等が例示される。

このとき、演算部１４０、情報処理用データ収集部１４１から送信するパケットを複製する場合は、異なる中央制御装置１２０に送信して高信頼化してもよい。

あるいは、分散制御装置１２３から、異なる学習方式を利用したＡＩを動作させる複数の中央制御装置１２０へ情報処理用データを送信することで、学習方式を多様化させ、学習の収束の可能性の向上、学習速度の向上、複数ＡＩの合議制の利用による高度化といった利点を得ることができる。

他のネットワーク資源として、通信のためのセキュリティ資源が例示される。例えば暗号化計算エンジンの配分等である。

あるいは、ネットワーク資源として、ＩＥＥＥ８０２．３フレームを構成する単一または複数のデータグラムあたりのデータサイズまたはデータグラムの数であることが例示される。例えば、ＥｔｈｅｒＣＡＴはデータ領域を複数のデータグラムで構成することが可能であるため、これに該当する。

また、ネットワーク資源配分の連続性、非連続性と設定時間を調整することが考えられる。これらのネットワーク資源の配分や割り当ては、必ずしも連続でなくてもよい。例えば、時分割通信におけるタイムスロットの数を変更する場合、追加するタイムスロットは時間的に連続していなくてもよい。

また、ネットワーク資源の変更を維持する期間は、変更後に再変更するまで継続してもよいし、所定期間だけ、あるいは所定の時刻まで有効としてもよい。所定期間は、変更を指示してからの期間に対して設定してもよいし、日中の１８時から２４時までといった所定期間を指定してもよい。

またネットワーク資源を管理するにあたり、具体的な変更量について、ネットワーク資源管理部１５１において、ネットワーク資源の変更量は、状態観測部１３６で定義された状態ごとに所定の変更量を定めてもよいし、あるいは動的に変更量を調整、制御してもよい。

実施例４では、収集した情報を処理する過程においてネットワーク資源の配分を制御すべき条件について詳述する。これは図９の中央処理装置１２０内の状態観測部１３６において観測する対象の状態が何であり、どのようになったことをもって、ネットワーク資源制御装置１２５内のネットワーク資源配分制御部１６０がネットワーク資源制御を実行すべき状態になっていることを判断するかということであり、以下いくつかの条件について説明する。

本発明に関する配分制御の方式ではＡＩを考慮するのがよい。この前提として、例えば中央処理装置１２０は、ＡＩ機能を包含するものであり、通信を介して多数のデータを収集し、ＡＩ処理結果を制御や監視などに適用している。

ネットワーク資源管理部１５１の配分制御として、例えば中央処理装置１２０におけるＡＩや統計処理の適用によって、所定事象への影響因子の特定を例示する。中央処理装置１２０におけるＡＩや統計処理においては、例えば、機器、装置及び消耗品の異常度や劣化度合いを推定する場合に、ＡＩや統計処理の初期段階では、通信を介して多数及び多種のセンサデータを取得するため、タイムスロット等のネットワーク資源を多く割り当てる。

一方ＡＩや統計処理において、異常度、劣化度合いといった該事象への影響因子を特定できた場合は、該影響因子に関係するセンサデータのみを取得すればよいため、ネットワーク資源を制限することができる。このとき、配分するネットワーク資源は、初期段階では、全てのセンサデータを通信可能なネットワーク資源を割り当て、影響因子の特定後は必要なセンサデータのみを通信可能なネットワーク資源を割り当てることが例示される。

例えば、図１８では各サイクルに対して３種類の通信にタイムスロットを割り当てている。タイムスロット１９０を制御データの通信、タイムスロット１９１をセンサデータの通信、タイムスロット１９２をその他のデータの通信とすると、初期段階では全てのセンサデータを通信可能なタイムスロット幅をタイムスロット１９１に割り当て（図１８の（ａ））、影響因子の特定後は必要なセンサデータのみを通信可能なタイムスロット幅をタイムスロット１９１に割り当てる（図１８の（ｂ））ことが例示される。

これは、ＡＩの教師あり学習手法の適用とみれば、ネットワーク資源管理部１５１における状態として学習段階の状態と、推論段階の状態の２状態が例示される。あるいは教師データと推論結果の差を表わす誤差関数の値を状態としてもよい。これは誤差関数そのものの値を用いてもよいし、誤差関数をいくつかの範囲で区切り、その範囲の違いで状態を表現してもよい。図１９は学習曲線を示し、例えば誤差が所定しきい値（図１９の点線）を下回った場合に状態を変更することが示される。あるいは誤差の変化の微分値が所定しきい値を下回った場合に、学習が収束しつつあると捉え、状態を変更してもよい。

このとき、推論段階では中央制御装置１２０から分散制御装置１２３へ推論結果が送信され、その場合に分散制御装置１２３からのセンサデータの通信に配分されたネットワーク資源は限定的であることが例示される。

あるいは、ニューラルネットや各推定手法におけるパラメータの変化度合いによって状態を識別してもよい。例えば、ニューラルネットにおける各ニューロンの重み係数の変化度合いが、所定の値以下となれば学習が収束したとして学習が終了した状態とすることが例示される。それ以外の状態を学習状態としてもよいし、重み係数の変化度合いに応じて複数の状態を定義してもよい。

あるいは、制御システム上で制御クラウドを構成し、制御システムを実現する仮想マシンが、異なる中央制御装置１２０、または分散制御装置１２３へ移動する場合に、ネットワーク資源を変更することが例示される。具体的には、移動前の中央制御装置１２０、分散制御装置１２３間を接続する経路上のネットワーク資源の配分を減少させ、移動先の中央制御装置１２０または分散制御装置１２３と、制御対象の被制御装置１２４と接続する分散制御装置１２３間を接続する経路上のネットワーク資源の配分を増加させる。

また配分制御の方式として、保守・事故時を考慮するのがよい。例えば、関連する機器、装置が故障した場合、原因調査用のセンサデータや稼動データの通信を優先するため、それら情報処理用データの通信にネットワーク資源を配分することが例示される。

あるいは、工場等の生産システム、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）システム、ＰＡ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）システム等において、夜間等の生産量が少ない場合には、中央制御装置１２０から分散制御装置１２３、または分散制御装置１２３から中央制御装置１２０への生産にかかわる通信用のネットワーク資源の配分を少なくし、代わりに予防保全用の診断データを主とする情報処理用データへのネットワーク資源配分を増加させることが例示される。このような場合には、ネットワーク資源管理部１５１はＳＣＡＤＡやＤＣＳ、ＭＥＳ（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）と連携し、対象の制御システムの情報を取得することが例示される。

また配分制御の方式として、時刻同期を考慮するのがよい。時分割通信方式で所定タイムスロットをＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＳＮＴＰ（Ｓｉｍｐｌｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＩＥＣ６１１５８、ＩＥＥＥ１５８８等のネットワーク時刻同期プロトコルに配分し、中央制御装置１２０の情報処理用データ処理部１３５において、分散制御装置１２３との同期精度を評価し、分散制御装置１２３での補正量に応じて時刻同期用パケットのタイムスロットの時間幅または回数を変更してもよい。例えば、分散制御装置１２３での時刻補正量が少ない場合は、時刻同期の基準となる装置（例えば、中央制御装置１２０や他の分散制御装置１２３、またはネットワーク中継装置１２１）との時刻のずれ、進み方を近似できていると考え、時刻同期パケットのネットワーク資源を減らすことが挙げられる。

実施例５においては、本発明に付随する各種事項として、特に余剰資源の活用について図１６、図１７を用いて説明する。

実施例４によれば、ネットワーク資源を調整したことによりネットワーク資源に余剰を発生することがある。

例えば、情報処理用データ処理部１３５の処理過程に応じて、ネットワーク資源の配分を減らした場合、余剰のネットワーク資源を別用途に用いることができる。

例えば、異なる種類のセンサを分散制御装置１２３または被制御装置１２４に付加して、マルチモーダルＡＩの適用を可能とし、ＡＩの学習を高度化することが例示される。

あるいは、送信する情報の整形、表現形式を変更することが例示される。例えば、従来、２値（０、１）で送信していたデータを数値に変更することが例示される。温度センサを例にとると２０度以上かどうかという０、１の表現から、具体的な温度数値に変更することが例示される。

あるいは、センシング対象が正弦波の組み合わせで表現し、通常時は該信号をフーリエ変換、またはフェーザ表示等をして、所定周期ごとにパラメータを送信している場合、ネットワーク資源の余剰によって、より細かい周期で瞬時値を送信することが例示される。

あるいは、通常時は、正常、異常または安全、危険といった粗い粒度での判定結果を送信している場合に、ネットワーク資源の余剰によって、その判断理由（例えば、センサ値による判断）もあわせて送信することや、異常、危険である場合の対策例を送信することが例示される。

これらの余剰資源の利用において、配分済みのネットワーク資源では、通常どおりの通信内容（例えば、温度が２０度以上かどうかの０、１）で通信し、余剰資源において、具体的な情報（温度数値）を通信することが例示される。

また配分の再設定を行うのがよい。所定の事象に応じて、ネットワーク資源の配分を再設定することが例示される。

例えば、対象の制御システムに季節性の傾向変化が予想される場合、季節によって再設定することが例示される。これは例えば特定の日時になった際に所定センサデータ用のネットワーク資源の配分を増加することが例示される。

あるいは、対象とは異なる分散制御装置１２３含め、センサ値に特異な変化が見られた場合に、制御システムに異常や状況変化が起きたと考え、ネットワーク資源の配分を再設定してもよい。このような変化は、センサ値を所定しきい値との比較で判定してもよいし、センサ値の時間変化の度合いをもって判定してもよい。

あるいは、橋梁センサや河川の流量計センサのように、社会インフラ向けセンサを対象とする場合は、地震、台風、豪雨、暴風雨、猛暑、多湿といった自然災害の発生を契機にネットワーク資源の配分を再設定してもよい。

あるいはＦＡ、ＰＡといった制御システムにおいて、生産量の変化や急増、激減、または生産ラインの新設、追加、削減等、または新規設備の導入、更新、既存設備の廃棄、新規センサの追加、更新によって、ネットワーク資源の配分を再設定してもよい。

あるいは情報処理用データ処理部１３５において教師あり学習方式を実行する場合に、学習が収束後、定期的に誤差関数を評価し、その値と所定しきい値との比較した結果によってネットワーク資源の配分を再設定してもよい。

これは、制御システムの環境が動的に変化する場合に対して、学習を継続することで制御システムの環境変化に追従し、情報処理用データ処理を高度化できる。

なお、本発明は、組込みシステム向けのファンレスプロセッサやＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＡＩ処理用ＩＣを採用した制御用計算機を用いて、フィールドバス介して、分散制御装置１２３と接続したフィールド制御システムに適用してもよい。

あるいは、図１６のように、ネットワーク構成が階層化している場合に、下位の制御ネットワーク１２２の状態を通信制御装置１８０が検知して、中央制御装置１２０の情報処理用データ処理部１３５へ通知し、異なる下位の制御ネットワーク１２２を制御してもよい。

例えば、制御ネットワーク１２２ｂに接続する分散制御装置１２３に状態変化があり、中央制御装置１２０における分散制御装置１２３のセンサデータの重要度が上がった場合（例として事故や異常等）に、制御ネットワーク１２２ａ、ｂにおいて、制御ネットワーク１２２ｂに接続する分散制御装置１２３向けのネットワーク資源の配分を増加させ、制御ネットワーク１２２ｃ、ｄまたは制御ネットワーク１２２ａにおける制御ネットワーク１２２ｃ、ｄに接続する分散制御装置１２３向けのネットワーク資源の配分を減少させることが例示される。このとき、通信制御装置１８０ａ、ｂ、ｃは、中央制御装置１２０と同じ図５に示す構成が例示される。

通信制御装置１８０ａ、ｂ、ｃは、中央制御装置１２０からのネットワーク資源の変更要求を受けて、下位の制御ネットワーク１２２のネットワーク資源を更新することが例示される。あるいは、通信制御装置１８０は自律的にネットワーク資源を更新してもよい。

なお、ネットワーク資源制御装置１２５のネットワーク資源配分制御部１６０は、ネットワーク中継装置１２１のネットワーク資源の配分を制御することを中心に説明したが、同様のネットワーク資源を中央制御装置１２０、分散制御装置１２３において制御してもよい。

本発明は、制御システムへの適用を中心に述べたが、これに留まらない。例えば、スーパーやデパート、百貨店において、本発明を適用する例を図１７に示す。買い物顧客のカートや買い物かごにタブレットＰＣ１７１を備え、カートや買い物かごに入れた買い物、または買い物顧客の識別子を、カートや買い物かごに備えた無線通信で中央装置１７４に伝送し、データベース１７０に記憶された過去の購入履歴の情報等とあわせて、買い物顧客の特性を中央装置１７４における情報処理用データ処理部１３５で学習または推論する。

学習段階にあわせて、ネットワーク１７３のネットワーク資源の配分を変更する。買い物顧客の特性を学習後、余剰資源を用いて、該買い物顧客の購入傾向から、類似または興味を持ち得る商品についての広告や案内に関するデータをタブレットＰＣ１７１に送信させて表示することが例示される。

なお、購入品の認識はタブレットＰＣ１７１への入力または商品にＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）タグ等を付加して自動認識することが例示される。

以上の構成により、情報処理用データの処理過程に応じて、中央制御装置１２０、分散制御装置１２３、ネットワーク中継装置１２１のネットワーク資源を適切に配分するため、ネットワーク資源の利用効率を向上することができる。時分割通信方式のタイムスロットをネットワーク資源とする場合は、制御指令のリアルタイム性を保証しながら、制御システムへのＡＩやＣＢＭ等の保守の適用を両立することができ、制御システムを高度化することができる。

さらに、情報処理用データ処理部１３５の状態に応じて、ネットワーク資源を適切に変更することで、余剰資源を活用し、冗長化通信による高信頼化、異種ＡＩを活用したＡＩの学習の高速化、合議制による高度化、補足情報、センサデータの詳細化による制御システムのオペレーションの高度化が期待される。

さらに、所定事象に合わせてネットワーク資源の配分を再設定することにより、環境変化にあわせて制御システムを適応させることができる。

１０１…ＣＰＵ、１０２…通信制御ＩＣ、１０３…ＰＨＹ、１０４…メモリ、１０５…不揮発性記憶媒体、１０６…バス、１０７…通信経路制御ＩＣ、１２０…中央制御装置、１２１…ネットワーク中継装置、１２２…制御ネットワーク、１２３…分散制御装置、１２４…被制御装置、１２５…ネットワーク資源制御装置、１３０…通信制御部、１３１…通信部、１３２…送信部、１３３…受信部、１３４…制御演算部、１３５…情報処理用データ処理部、１３６…状態観測部、１４０…演算部、１４１…情報処理用データ収集部、１４２…被制御装置制御部、１４３…被制御装置情報取得部、１５０…通信経路制御部、１５１…ネットワーク資源管理部、１６０…ネットワーク資源配分制御部、１６１…ネットワーク資源設定部、１７０、１７１、１７２…タイムスロット

Claims (16)

1. 第一の制御装置の情報を、ネットワーク上の中継装置を介して第二の制御装置に収集する通信システムにおける通信制御装置であって、
   前記収集した情報を処理する過程に基づいて、前記ネットワークのネットワーク資源の配分を制御するとともに、
   前記収集した情報を処理する過程とは、前記第二の制御装置におけるＡＩ学習または統計処理の過程、前記第二の制御装置が前記第一の制御装置における状態変化時の変化要因の調査処理の過程、前記第二の制御装置と前記第一の制御装置との時刻同期処理の過程のいずれか１つ以上であることを特徴とする通信制御装置。
2. 請求項１に記載の通信制御装置であって、
   前記ネットワーク資源は、前記第一の制御装置、前記第二の制御装置、前記中継装置、
   前記ネットワークにより構成された通信システムの前記ネットワーク資源であることを特徴とする通信制御装置。
3. 請求項１に記載の通信制御装置であって、
   前記ネットワーク資源は、時分割通信方式におけるタイムスロット、通信帯域、パケットの送信または受信の優先度、冗長化通信の利用経路数またはパケットの複製の数、パケットを構成するデータグラムのサイズまたは数、のいずれか１つ以上であることを特徴とする通信制御装置。
4. 請求項１に記載の通信制御装置であって、
   前記収集した情報を処理する過程が、前記第二の制御装置におけるＡＩ学習または統計処理の過程であるとき、ニューラルネットの誤差関数の値に基づいて前記ネットワーク資源の配分を制御することを特徴とする通信制御装置。
5. 請求項１に記載の通信制御装置であって、
   前記ネットワークのネットワーク資源の配分において、第一の通信用途への前記ネットワーク資源の減少により生じた余剰資源を第二の通信用途に配分することを特徴とする通信制御装置。
6. 請求項５に記載の通信制御装置であって、
   前記第二の通信用途は、前記第一の制御装置または前記第二の制御装置と、第三の制御装置間の通信であることを特徴とする通信制御装置。
7. 請求項５に記載の通信制御装置であって、
   前記第二の通信用途は、前記第一の制御装置に接続されている第一のセンサに加えて、第二のセンサを接続し、前記第二のセンサから得られる情報との通信であることを特徴とする通信制御装置。
8. 請求項５に記載の通信制御装置であって、
   前記第二の通信用途は、前記第一の制御装置に接続されている第一のセンサから得られる情報の別表現の通信であることを特徴とする通信制御装置。
9. 第一の制御装置と、前記第一の制御装置の情報をネットワーク上で中継する中継装置と、前記中継装置を介して前記第一の制御装置の情報を収集する第二の制御装置と、前記収集した情報を処理する過程に基づいて、前記ネットワークのネットワーク資源の配分を制御する通信制御装置を備えるとともに、
   前記収集した情報を処理する過程とは、前記第二の制御装置におけるＡＩ学習または統計処理の過程、前記第二の制御装置が前記第一の制御装置における状態変化時の変化要因の調査処理の過程、前記第二の制御装置と前記第一の制御装置との時刻同期処理の過程のいずれか１つ以上であることを特徴とする通信システム。
10. 請求項９に記載の通信システムであって、
    前記中継装置は、前記ネットワーク資源の配分制御の実行結果を前記通信制御装置に送信することを特徴とする通信システム。
11. 請求項９に記載の通信システムであって、
    前記中継装置、前記第一の制御装置、前記第二の制御装置で構成される通信システムの構成変化に基づいて、前記ネットワーク資源の配分制御を実行することを特徴とする通信システム。
12. 請求項９に記載の通信システムであって、
    前記第二の制御装置が設置された環境の変化に基づいて、前記ネットワーク資源の配分制御を実行することを特徴とする通信システム。
13. 第一の制御装置の情報を、ネットワーク上の中継装置を介して第二の制御装置に収集する通信システムにおける通信制御方法であって、
    前記収集した情報を処理する過程に基づいて、前記ネットワークのネットワーク資源の配分を制御するとともに、
    前記収集した情報を処理する過程とは、前記第二の制御装置におけるＡＩ学習または統計処理の過程、前記第二の制御装置が前記第一の制御装置における状態変化時の変化要因の調査処理の過程、前記第二の制御装置と前記第一の制御装置との時刻同期処理の過程のいずれか１つ以上であることを特徴とする通信制御方法。
14. 請求項１３に記載の通信制御方法であって、
    前記ネットワーク資源は、前記第一の制御装置、前記第二の制御装置、前記中継装置、前記ネットワークにより構成された通信システムの前記ネットワーク資源であることを特徴とする通信制御方法。
15. 請求項１３に記載の通信制御方法であって、
    前記ネットワーク資源は、時分割通信方式におけるタイムスロット、通信帯域、パケットの送信または受信の優先度、冗長化通信の利用経路数またはパケットの複製の数、パケットを構成するデータグラムのサイズまたは数、のいずれか１つ以上であることを特徴とする通信制御方法。
16. 請求項１４に記載の通信制御方法であって、
    パケット上の情報を用いて、配分された前記ネットワーク資源のいずれを適用するかを選択することを特徴とする通信制御方法。

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