特開 2022-173676 冗長システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022173676

(43)【公開日】2022-11-22

(54)【発明の名称】冗長システム

(51)【国際特許分類】

   H04L 12/46 20060101AFI20221115BHJP

   G06F 11/20 20060101ALI20221115BHJP

【ＦＩ】

H04L12/46 100B

G06F11/20 607

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021079521

(22)【出願日】2021-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】岡田 泰

【テーマコード（参考）】

5B034

5K033

【Ｆターム（参考）】

5B034BB02

5B034CC05

5K033DA02

5K033DA05

5K033DB16

5K033DB18

5K033DB20

5K033EA04

(57)【要約】

【課題】より低コストにネットワークを冗長する。
【解決手段】第１ネットワーク１５１と第２ネットワーク１５２とは、接続経路１５３で接続され、第１接続機能１０２は、第１ネットワーク１５１と送受信機能１０１とを接続する。第２接続機能１０３は、第２接続機能１０３と送受信機能１０１とを接続し、ブリッジ１０５は、監視機能１０４が、第１ネットワーク１５１、第２ネットワーク１５２のいずれか一方の接続の異常を検出すると、第１ネットワーク１５１および第２ネットワーク１５２に対する、第１接続機能１０２および第２接続機能１０３の接続を切り替える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冗長化のための２つのネットワークと、
前記２つのネットワークに接続する複数のノードと
から構成され、
前記複数のノードの各々は、
前記２つのネットワークを介した他のノードとの間で通信を行うように構成された送受信機能と、
前記２つのネットワークの一方と前記送受信機能との接続のための第１接続機能と、
前記２つのネットワークの他方と前記送受信機能との接続のための第２接続機能と、
前記２つのネットワークとの接続の異常を監視するように構成された監視機能と、
前記監視機能が、前記２つのネットワークのいずれか一方との接続の異常を検出すると、前記２つのネットワークの他方に、前記第１接続機能および前記第２接続機能の接続を切り替えるように構成されたブリッジと
を備え、
前記２つのネットワークは、接続経路で接続されている
ことを特徴とする冗長システム。

【請求項2】

請求項１記載の冗長システムにおいて、
前記２つのネットワークの各々と前記ブリッジとを接続する第１ネットワークカードおよび第２ネットワークカードを備え、
前記監視機能は、第１ネットワークカードおよび第２ネットワークカードによる接続の異常を監視する
ことを特徴とする冗長システム。

【請求項3】

請求項２記載の冗長システムにおいて、
前記第１接続機能および前記第２接続機能の各々は、仮想ネットワークデバイスであることを特徴とする冗長システム。

【請求項4】

請求項２または３記載の冗長システムにおいて、
前記ブリッジは、ソフトウエアブリッジであることを特徴とする冗長システム。

【請求項5】

請求項２記載の冗長システムにおいて、
前記第１接続機能および前記第２接続機能の各々は、ネットワークカードであることを特徴とする冗長システム。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の冗長システムにおいて、
設定されている時間周期で、前記第１接続機能および前記第２接続機能が、前記２つのネットワークから受信する受信数を監視し、前回の監視時における前記第１接続機能の受信数の受信数と前記第２接続機能の受信数の差と、今回の監視時における前記第１接続機能の受信数と前記第２接続機能の受信数の差が、予め定められた基準を上回る場合、前記送受信機能に異常を通知するように構成された受信監視機能をさらに備えることを特徴とする冗長システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ネットワークを冗長化した冗長システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ネットワークの信頼性を高めるために、ネットワークを冗長化するシステムが提案されている。この種の技術では、複数のノードの各々を、２つのネットワークに接続し、一方のネットワークに障害が発生しても、他方のネットワークを用いることで、ノード間の通信を可能としている。

【0003】

例えば、イーサネット（登録商標）によるネットワークでは、ノードから送信されたフレームが、一方のネットワークと他方のネットワークとで、同じ順番に流れず、クロスする可能性がある。例えば、第２ノードが、一方のネットワークでは、第１ノードからの第１フレームを受信してから、第３ノードからの第２フレームを受信し、他方のネットワークでは、第３ノードからの第２フレームを受信してから、第１ノードの第１フレームを受信する場合が発生する。

【0004】

このため、冗長化のために２つのネットワークを用いる場合、第１に、どのノードからのどのフレームを受信したかを管理する必要がある。また、第２に、第１ノードで、一方のネットワーク接続に異常が発生し、第２ノードで他方のネットワーク接続に異常が発生した場合、第１ノードと第２ノードとの間の通信が行えなくなる。

【0005】

上記問題を解決するために、通信経路および通信デバイスの冗長化として、メッシュネットワーク対応のハブ、また、チーミング対応のネットワークカードやハブなどが用いられている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４－０２２９５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、メッシュネットワーク対応のハブ、また、チーミング対応のネットワークカードやハブは、高額なため、冗長システムの低コスト化の大きな妨げとなっている。

【0008】

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より低コストにネットワークを冗長化することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る冗長システムは、冗長化のための２つのネットワークと、２つのネットワークに接続する複数のノードとから構成され、複数のノードの各々は、２つのネットワークを介した他のノードとの間で通信を行うように構成された送受信機能と、２つのネットワークの一方と送受信機能との接続のための第１接続機能と、２つのネットワークの他方と送受信機能との接続のための第２接続機能と、２つのネットワークとの接続の異常を監視するように構成された監視機能と、監視機能が、２つのネットワークのいずれか一方との接続の異常を検出すると、２つのネットワークの他方に、第１接続機能および第２接続機能の接続を切り替えるように構成されたブリッジとを備え、２つのネットワークは、接続経路で接続されている。

【0010】

上記冗長システムの一構成例において、２つのネットワークの各々とブリッジとを接続する第１ネットワークカードおよび第２ネットワークカードを備え、監視機能は、第１ネットワークカードおよび第２ネットワークカードによる接続の異常を監視する。

【0011】

上記冗長システムの一構成例において、第１接続機能および第２接続機能の各々は、仮想ネットワークデバイスである。

【0012】

上記冗長システムの一構成例において、ブリッジは、ソフトウエアブリッジである。

【0013】

上記冗長システムの一構成例において、第１接続機能および第２接続機能の各々は、ネットワークカードである。

【0014】

上記冗長システムの一構成例において、設定されている時間周期で、第１接続機能および第２接続機能が、２つのネットワークから受信する受信数を監視し、前回の監視時における第１接続機能の受信数の受信数と第２接続機能の受信数の差と、今回の監視時における第１接続機能の受信数と第２接続機能の受信数の差が、予め定められた基準を上回る場合、送受信機能に異常を通知するように構成された受信監視機能をさらに備える。

【発明の効果】

【0015】

以上説明したように、本発明によれば、冗長化している２つのネットワークを接続経路で接続し、一方のネットワークとの接続に第１接続機能を設け、他方のネットワークとの接続に第２接続機能を設け、第１接続機能および第２接続機能の接続先のネットワークを切り替え可能としたので、より低コストにネットワークを冗長化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る冗長システムの構成を示す構成図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態に係る冗長システムの構成を示す構成図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態に係る冗長システムの動作例を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態に係る冗長システムについて図１を参照して説明する。この冗長システムは、ノード１００、および冗長化のための２つの第１ネットワーク１５１、第２ネットワーク１５２を備える。また、実施の形態では、第１ネットワーク１５１と第２ネットワーク１５２とは、接続経路１５３で接続されている。

【0018】

ノード１００は、送受信機能１０１、第１接続機能１０２、第２接続機能１０３、監視機能１０４、およびブリッジ１０５を備える。

【0019】

送受信機能１０１は、第１ネットワーク１５１、第２ネットワーク１５２を介した他のノード１００との間で通信を行う。例えば、送受信機能１０１は、第１ネットワーク１５１、第２ネットワーク１５２の両方にフレームを送信する。また、送受信機能１０１は、一方のネットワークからのフレームだけを受信処理し、他方のネットワークからのフレームは破棄する。

【0020】

第１接続機能１０２は、第１ネットワーク１５１と送受信機能１０１とを接続する。第２接続機能１０３は、第２接続機能１０３と送受信機能１０１とを接続する。監視機能１０４は、第１ネットワーク１５１、第２ネットワーク１５２との接続の異常を監視する。監視機能１０４は、例えば、第１ネットワーク１５１との接続状態、および第２ネットワーク１５２との接続状態を監視することで、接続の異常を検出する。ブリッジ１０５は、監視機能１０４が、第１ネットワーク１５１、第２ネットワーク１５２のいずれか一方の接続の異常を検出すると、第１ネットワーク１５１および第２ネットワーク１５２に対する、第１接続機能１０２および第２接続機能１０３の接続を切り替える。

【0021】

例えば、監視機能１０４は、第１ネットワーク１５１との接続の異常を検出すると、第１接続機能１０２の接続先を、第２ネットワーク１５２に切り替える。また、監視機能１０４は、第２ネットワーク１５２との接続の異常を検出すると、第２接続機能１０３の接続先を、第１ネットワーク１５１に切り替える。このように、第１接続機能１０２および第２接続機能１０３の接続先のネットワークを切り替え可能としたところに特徴がある。

【0022】

また、この冗長システムは、第１ネットワーク１５１、第２ネットワーク１５２の各々とブリッジ１０５とを接続する、第１ネットワークカード１０６および第２ネットワークカード１０７を備える。上述した第１接続機能１０２、第２接続機能１０３の接続先の切り替えは、第１ネットワークカード１０６、第２ネットワークカード１０７との接続を切り替えることで実施することができる。

【0023】

例えば、一般に、ネットワークとの接続の異常は、ネットワークとの接続を実現する実機器の異常であり、監視機能１０４は、第１ネットワークカード１０６および第２ネットワークカード１０７による接続の異常を監視する。例えば、第１ネットワークカード１０６の異常により第１ネットワーク１５１との接続が不能となると、第１接続機能１０２の接続先を第２ネットワークカード１０７に切り替えることで、第１接続機能１０２と第２ネットワーク１５２との接続を確立する。この状態であっても、第１接続機能１０２は、第２ネットワーク１５２から接続経路１５３を経由して第１ネットワーク１５１に接続可能となる。

【0024】

ここで、ノード１００は、例えば、コンピュータ機器であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１とメモリ１１２とを備え、図示しない外部記憶装置からメモリ１１２に展開されたプログラムによりＣＰＵ１１１が動作する（プログラムを実行する）ことで、各機能が実現される。例えば、送受信機能１０１や監視機能１０４は、メモリ１１２に展開された所定のプログラムによりＣＰＵ１１１が動作することで実現することができる。

【0025】

例えば、ノード１００では、ＣＰＵ１１１が実行している、例えば、機器制御に関するアプリケーションプログラムにより、第１ネットワーク１５１、第２ネットワーク１５２を介して接続する図示しない機器の制御を実施している。例えば、機器の制御を実施する専用コントローラの機能を、アプリケーションプログラムにより仮想化することができる。このようにすることで、１つのノード１００において、複数の専用コントローラの機能を、仮想化して実現することができる。

【0026】

また、例えば、第１接続機能１０２および第２接続機能１０３の各々は、メモリ１１２に展開された所定のプログラムによりＣＰＵ１１１が動作することで実現される仮想ネットワークデバイスとすることができる。また、ブリッジ１０５は、メモリ１１２に展開された所定のプログラムによりＣＰＵ１１１が動作することで実現されるソフトウエアブリッジとすることができる。なお、第１接続機能１０２および第２接続機能１０３の各々は、ネットワークカードから構成することもできる。

【0027】

また、この冗長システムにおいて、受信監視機能１０８を備えることができる。受信監視機能１０８は、設定されている時間周期で、第１接続機能１０２および第２接続機能１０３が、２つのネットワークから受信する受信数を監視し、前回の受信数と今回の受信数との差が、予め定められた基準を満たさない場合、例えば予め定められた基準である設定値より大きい場合、送受信機能１０１に異常を通知する。受信監視機能１０８は、メモリ１１２に展開された所定のプログラムによりＣＰＵ１１１が動作することで実現することができる。例えば、送受信機能１０１が受け付けた上記通知は、ＣＰＵ１１１が実行している、機器制御に関するアプリケーションプログラムに受け渡される。

【0028】

例えば、図２に示すように、第１ネットワーク１５１、第２ネットワーク１５２は、スイッチ（スイッチングハブ）とすることができる。第１ネットワーク１５１、第２ネットワーク１５２の各々に、複数の第１ノード１００ａ、第２ノード１００ｂ、第３ノード１００ｃ、第４ノード１００ｄが接続している。第１ネットワーク１５１の第５ポート１５１ｅと、第２ネットワーク１５２の第１ポート１５２ａとが、接続経路１５３で接続されている。接続経路１５３は、例えば、ＬＡＮケーブルとすることができる。

【0029】

第１ネットワーク１５１の第１ポート１５１ａに、ＬＡＮケーブルを介して第１ノード１００ａの一方の接続機能が接続している。第１ネットワーク１５１の第２ポート１５１ｂに、ＬＡＮケーブルを介して第２ノード１００ｂの一方の接続機能が接続している。第１ネットワーク１５１の第３ポート１５１ｃに、ＬＡＮケーブルを介して第３ノード１００ｃの一方の接続機能が接続している。第１ネットワーク１５１の第４ポート１５１ｄ、ＬＡＮケーブルを介して第４ノード１００ｄの一方の接続機能が接続している。

【0030】

また、第２ネットワーク１５２の第２ポート１５２ｂに、ＬＡＮケーブルを介して第１ノード１００ａの他方の接続機能が接続している。第２ネットワーク１５２の第３ポート１５２ｃに、ＬＡＮケーブルを介して第２ノード１００ｂの他方の接続機能が接続している。第２ネットワーク１５２の第４ポート１５２ｄに、ＬＡＮケーブルを介して第３ノード１００ｃの他方の接続機能が接続している。第２ネットワーク１５２の第５ポート１５２ｅ、ＬＡＮケーブルを介して第４ノード１００ｄの他方の接続機能が接続している。

【0031】

実施の形態によれば、例えば、第１ノード１００ａの一方の接続機能と第１ネットワーク１５１とが接続できない状態であっても、一方の接続機能は第２ネットワーク１５２に接続される。この状態において、第１ノード１００ａの一方の接続機能から第２ネットワーク１５２に送出されるフレームは、接続経路１５３を経由して、第１ネットワーク１５１により、他のノードの一方の接続機能で受け付けられるものとすることができる。

【0032】

また、例えば、第１ノード１００ａの他方の接続機能と第２ネットワーク１５２とが接続できない状態であっても、他方の接続機能は第１ネットワークに接続される。この状態において、第１ノード１００ａの他方の接続機能から第１ネットワーク１５１に送出されるフレームは、接続経路１５３を介して、第２ネットワーク１５２により、他のノードの他方の接続機能で受け付けられるものとすることができる。

【0033】

また、前述したように、送受信機能１０１は、一方のネットワークからのフレームだけを受信処理し、他方のネットワークからのフレームは破棄するので、接続経路１５３で接続した第１ネットワーク１５１と第２ネットワーク１５２とを用いた冗長システムにおいて、ノード１００から送信されたフレームが、一方のネットワークと他方のネットワークとで、同じ順番に流れなくても、クロスすることなく、送信先のノードで受け付けられるようになる。

【0034】

次に、実施の形態に係る冗長システムの動作例について、図３のフローチャートを参照して説明する。

【0035】

まず、第１ステップＳ２０１で、監視機能１０４は、第１ネットワーク１５１との接続、第２ネットワーク１５２との接続に異常が有るか否かを監視する。例えば、監視機能１０４は、第１ネットワークカード１０６と第１ネットワーク１５１との接続状態、および第２ネットワークカード１０７と第２ネットワーク１５２との接続状態を監視する。

【0036】

監視機能１０４が、例えば、第２ネットワークカード１０７の第２ネットワーク１５２との接続に異常を検出すると（第１ステップＳ２０１のｙｅｓ）、第２ステップＳ２０２で、ブリッジ１０５が、第２接続機能１０３の接続先を、第１ネットワークカード１０６を介した第１ネットワーク１５１に切り替える。従って、第２ネットワークカード１０７による第２ネットワーク１５２との接続ができなくても、第１ネットワーク１５１を用いて通信が継続できる。一方、異常がない場合（第１ステップＳ２０１のｎｏ）、第２ステップＳ２０２は実施せず、第３ステップＳ２０３に移行する。

【0037】

次に、第３ステップＳ２０３で、受信監視機能１０８が、第１接続機能１０２および第２接続機能１０３で受信される受信数を、設定されている時間周期で監視する。この監視において、前回の監視における受信数の差(第１接続機能１０２と第２接続機能１０３との受信数の差）と今回の監視における受信数との差を比較する。受信数の差の変化が設定値より大きい場合（第３ステップＳ２０３のｙｅｓ）、第４ステップＳ２０４で、受信監視機能１０８が、送受信機能１０１に異常を通知する。一方、受信数差の変化が設定値より小さい場合（第３ステップＳ２０３のｎｏ）、第４ステップＳ２０４は実施せず、第５ステップＳ２０５に移行する。

【0038】

上述した第１ステップＳ２０１～第４ステップＳ２０４を、設定されている時間周期で実施する（第５ステップＳ２０５）。また，ＣＰＵ１１１で実行されているアプリケーションプログラムが終了すると、上述した処理を停止する（第６ステップＳ２０６）。

【0039】

以上に説明したように、本発明によれば、冗長化している２つのネットワークを接続経路で接続し、一方のネットワークとの接続に第１接続機能を設け、他方のネットワークとの接続に第２接続機能を設け、第１接続機能および第２接続機能の接続先のネットワークを切り替え可能としたので、より低コストにネットワークを冗長化することができる。

【0040】

例えば、ＩＥＥＥのトークンパス・プロトコルで通信をする専用コントローラにおいて、２つの通信系を用意して冗長化する構成とする場合がある。このような専用コントローラによる制御機器の制御を、コンピュータ機器を用いて仮想化して実現する場合、実際の通信には、イーサネットが用いられる。トークンパスでは送信ノードは必ず１つと決まっているため、２つの通信系で送信フレームがクロスすることはないが、イーサネットを用いる場合、システム上のノードから送信されたフレームが、２つの通信系で同じ順番に流れない（クロスする）可能性がある。本発明によれば、このような場合においても、メッシュネットワーク対応のハブ、また、チーミング対応のネットワークカードやハブなどの高額な機器を用いることなく、専用コントローラによる制御を仮想化することができる。

【0041】

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

【符号の説明】

【0042】

１００…ノード、１０１…送受信機能、１０２…第１接続機能、１０３…第２接続機能、１０４…監視機能、１０５…ブリッジ、１０６…第１ネットワークカード、１０７…第２ネットワークカード、１０８…受信監視機能、１１１…ＣＰＵ、１１２…メモリ、１５１…第１ネットワーク、１５２…第２ネットワーク、１５３…接続経路。

【図1】

【図2】

【図3】