特許7208340タイム・センシティブ・ネットワークキング（ＴＳＮ）ネットワークにおいてクラスベースのスケジューリングをサポートするために用いる装置および方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-10
(45)【発行日】2023-01-18
(54)【発明の名称】タイム・センシティブ・ネットワークキング（ＴＳＮ）ネットワークにおいてクラスベースのスケジューリングをサポートするために用いる装置および方法
(51)【国際特許分類】
H04L 12/28 20060101AFI20230111BHJP
H04L 45/42 20220101ALI20230111BHJP
【ＦＩ】
H04L12/28 200Z
H04L45/42
H04L12/28 100F
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2021191108
(22)【出願日】2021-11-25
(65)【公開番号】P2022167764
(43)【公開日】2022-11-04
【審査請求日】2021-11-25
(31)【優先権主張番号】63/177,989
(32)【優先日】2021-04-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/376,312
(32)【優先日】2021-07-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】506080739
【氏名又は名称】四零四科技股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】Ｍｏｘａ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】４Ｆ．， Ｎｏ． １３５， Ｌｎ． ２３５， Ｂａｏｑｉａｏ Ｒｄ．， Ｘｉｎｄｉａｎ Ｄｉｓｔ．， Ｎｅｗ Ｔａｉｐｅｉ Ｃｉｔｙ， Ｔａｉｗａｎ（Ｒ．Ｏ．Ｃ．）
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(74)【代理人】
【識別番号】100114557
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 英仁
(74)【代理人】
【識別番号】100078868
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 登夫
(72)【発明者】
【氏名】柯 岳明
(72)【発明者】
【氏名】▲黄▼ 子倫
【審査官】宮島 郁美
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－１３６６８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５２１９１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２１－５３６７０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２０－５１０３４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２５９８９６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／０５７７６６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｌ１２／００－１３／１８，４１／００－４９／９０５７，６１／００－６５／８０，６９／００－６９／４０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
タイム・センシティブ・ネットワークキング（ＴＳＮ）ネットワークにおけるＴＳＮスイッチに接続される装置であって、トランシーバーと、
トラフィッククラスとタイムスロットとの第１のマッピング、およびＴＳＮストリームのフレームタイプと前記トラフィッククラスとの第２のマッピングを保存するように構成された記憶媒体と、
前記トランシーバーおよび前記記憶媒体に接続し、前記ＴＳＮネットワークのネットワークトポロジー、前記第１のマッピング、および前記第２のマッピングに基づいて、前記ＴＳＮストリームに対応するルーティング経路およびゲート・コントロール・リスト（Gate Control List,ＧＣＬ）を決定すると共に、前記トランシーバーを介して前記ＧＣＬを前記ルーティング経路における各ＴＳＮスイッチにデプロイするように構成されたコントローラと
を含む、装置。
【請求項2】
前記トラフィッククラスが、ベストエフォート（Best Effort, ＢＥ）、
周期性（cyclic）、
時刻同期（Time Synchronization,ＴｉｍｅＳｙｎｃ）、および
ユーザー定義（User-defined）
のうちの１つである、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記トラフィッククラスが周期性またはユーザー定義である場合、前記フレームタイプが、産業用イーサネットを用いるコントロールおよびコミュニケーションリンク（Control and Communication Link using Industrial Ethernet,ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ）、
ＥｔｈｅｒＣＡＴ、
ＰＲＯＦＩＮＥＴ、
イーサネット／産業プロトコル（ＩＰ）、
ユーザー定義、および
ＴＳＮ
のうちの１つである、請求項２に記載の装置。
【請求項4】
前記記憶媒体がさらに、前記タイムスロットを含むタイムサイクルの第１の設定を保存するように構成されており、前記第１の設定が、前記タイムサイクルの開始時間、前記タイムスロットのインデックス、および前記タイムスロットの継続時間の情報を含み、前記ルーティング経路および前記ＧＣＬは前記第１の設定に基づいて決定される、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項5】
前記記憶媒体がさらに、前記ＴＳＮストリームに関連するユニキャストグループまたはマルチキャストグループの第２の設定を保存するように構成されており、前記第２の設定が、送信先メディアアクセスコントロール（Media Access Control, ＭＡＣ）アドレス、トーカーＩＰアドレス、および１つまたはそれ以上のリスナーＩＰアドレスの情報を含み、前記ルーティング経路および前記ＧＣＬは前記第２の設定に基づいて決定される、請求項１から４のいずれか1項に記載の装置。
【請求項6】
前記コントローラがさらに、前記フレームタイプおよび前記第２の設定に基づいて前記ＴＳＮストリームの優先度コードポイント（Priority Code Point,ＰＣＰ）およびＶＬＡＮ ＩＤ （ＶＩＤ）を決定すると共に、前記トランシーバーを介して前記送信先ＭＡＣアドレスおよび前記ＶＩＤを前記ルーティング経路における各ＴＳＮスイッチにデプロイするように構成されており、前記ＧＣＬは前記ＰＣＰに基づいて決定される、請求項５に記載の装置。
【請求項7】
前記装置が、前記ＴＳＮネットワークにおける１つまたはそれ以上のＴＳＮスイッチと接続するセントラルネットワーク設定（Central Network Configuration，ＣＮＣ）サーバーである、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項8】
タイム・センシティブ・ネットワークキング（ＴＳＮ）ネットワークにおけるＴＳＮスイッチに接続された装置により実行される方法であって、トラフィッククラスとタイムスロットとの第１のマッピング、およびＴＳＮストリームのフレームタイプと前記トラフィッククラスとの第２のマッピングを受け取るステップと、
前記ＴＳＮネットワークのネットワークトポロジー、前記第１のマッピング、および前記第２のマッピングに基づいて、前記ＴＳＮストリームに対応するルーティング経路およびゲート・コントロール・リスト（Gate Control List，ＧＣＬ）を決定するステップと、
前記ＧＣＬを前記ルーティング経路における各ＴＳＮスイッチにデプロイするステップと
を含む、方法。
【請求項9】
前記トラフィッククラスが、ベストエフォート（Best Effort, ＢＥ）、
周期性（cyclic）、
時刻同期（Time Synchronization,ＴｉｍｅＳｙｎｃ）、および
ユーザー定義（User-defined）
のうちの１つである、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記トラフィッククラスが周期性またはユーザー定義である場合、前記フレームタイプが、産業用イーサネットを用いるコントロールおよびコミュニケーションリンク（Control and Communication Link using Industrial Ethernet,ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ）、
ＥｔｈｅｒＣＡＴ、
ＰＲＯＦＩＮＥＴ、
イーサネット／産業プロトコル（ＩＰ）、
ユーザー定義、および
ＴＳＮ
のうちの１つである、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記タイムスロットを含むタイムサイクルの第１の設定を受け取るステップをさらに含み、前記第１の設定が、前記タイムサイクルの開始時間、前記タイムスロットのインデックス、および前記タイムスロットの継続時間の情報を含み、
前記ルーティング経路および前記ＧＣＬは前記第１の設定に基づいて決定される、
請求項８から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項12】
前記ＴＳＮストリームに関連するユニキャストグループまたはマルチキャストグループの第２の設定を受け取るステップをさらに含み、前記第２の設定が、送信先メディアアクセスコントロール（Media Access Control, ＭＡＣ）アドレス、トーカーＩＰアドレス、および１つまたはそれ以上のリスナーＩＰアドレスの情報を含み、
前記ルーティング経路および前記ＧＣＬは前記第２の設定に基づいて決定される、
請求項８から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項13】
前記フレームタイプおよび前記第２の設定に基づいて前記ＴＳＮストリームの優先度コードポイント（Priority Code Point, ＰＣＰ）およびＶＬＡＮ ＩＤ （ＶＩＤ）を決定するステップであって、前記ＧＣＬは前記ＰＣＰに基づいて決定される、ステップと、前記送信先ＭＡＣアドレスおよび前記ＶＩＤを前記ルーティング経路における各ＴＳＮスイッチにデプロイするステップと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記装置が、前記ＴＳＮネットワークにおける１つまたはそれ以上のＴＳＮスイッチと接続するセントラルネットワーク設定（Central Network Configuration，ＣＮＣ）サーバーである、請求項８から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項15】
ＴＳＮスイッチであって、入口ポートと、
複数のキューおよび前記キューに対応する複数のゲートを含む出口ポートと、
前記入口ポートおよび前記出口ポートに接続し、前記入口ポートを介してセントラルネットワーク設定（Central Network Configuration,ＣＮＣ）サーバーからＴＳＮストリームのフレームタイプに対応するゲート・コントロール・リスト（Gate Control List, ＧＣＬ）を受け取り、前記ＧＣＬを用い、タイムスロットにおけるゲートのうちの１つを開いて、開かれたゲートに対応する前記キューのうちの１つの中のフレームを伝送すべく前記出口ポートを設定する、ように構成されているコントローラと
を含み、
前記フレームタイプが、前記タイムスロットに対応するトラフィッククラスに対応する、
ＴＳＮスイッチ。
【請求項16】
前記トラフィッククラスが、ベストエフォート（Best Effort, ＢＥ）、
周期性（cyclic）、
時刻同期（Time Synchronization,ＴｉｍｅＳｙｎｃ）、および
ユーザー定義（User-defined）
のうちの１つである、請求項１５に記載のＴＳＮスイッチ。
【請求項17】
前記トラフィッククラスが周期性またはユーザー定義である場合、前記フレームタイプが、産業用イーサネットを用いるコントロールおよびコミュニケーションリンク（Control and Communication Link using Industrial Ethernet,ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ）、
ＥｔｈｅｒＣＡＴ、
ＰＲＯＦＩＮＥＴ、
イーサネット／産業プロトコル（ＩＰ）、
ユーザー定義、および
ＴＳＮ
のうちの１つである、請求項１６に記載のＴＳＮスイッチ。
【請求項18】
前記コントローラがさらに、前記入口ポートを介して前記ＣＮＣサーバーから前記ＴＳＮストリームの送信先メディアアクセスコントロール（Media Access Control, ＭＡＣ）アドレスおよびＶＬＡＮ ＩＤ （ＶＩＤ）を受け取るように構成されており、前記フレームが前記送信先ＭＡＣアドレスおよび前記ＶＩＤに基づいて伝送される、
請求項１５から１７のいずれか１項に記載のＴＳＮスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９条の下で、２０２１年４月２２日に出願された、発明の名称を「Traffic isolation scheduling for centralized configuration in a time sensitive network(TBD)」とする米国仮特許出願第６３／１７７，９８９号に基づく優先権を主張し、その特許発明の対象が、参照することにより本明細書に援用される。
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９条の下で、２０２１年４月２２日に出願された、発明の名称を「Traffic isolation scheduling for centralized configuration in a time sensitive network(TBD)」とする米国仮特許出願第６３／１７７，９８９号に基づく優先権を主張し、その特許発明の対象が、参照することにより本明細書に援用される。
【0002】
本出願は概してタイム・センシティブ・ネットワークキング(time-sensitive networking, ＴＳＮ）に関し、より詳細には、ＴＳＮネットワークにおいてクラスベースのスケジューリングをサポートするために用いる装置および方法に関する。
【背景技術】
【0003】
インダストリー４．０（Industry 4.0）として知られる新たなデジタル産業テクノロジーの台頭は、機器間のデータ収集および分析を可能として、より速く、よりフレキシブルで、かつより効率のよい製造工程を実現し、コストを抑えながらより高品質の製品を製造できるような変化をもたらしている。インダストリー４．０の中心のコア的な実体の１つは、サイバーフィジカルシステム（cyber-physical systems, ＣＰＳ）である。定義によれば、これらのシステムはサイバースペースにおいて表現が必要とされる。そのためには、製造設備につながるオペレーションテクノロジー（ＯＴ）ネットワークと、より上のファクトリーレイヤーからのインフォメーションテクノロジー（ＩＴ）との統合が必要となる。
【0004】
残念なことに、現在、産業用イーサネット規格のほとんどが専用のハードウェアを必要とする。このことは、ネットワークの統合をほぼ不可能なものとしている。その結果、他の階層に接続するためのゲートウェイを必要とする孤立したネットワークができている。これらの必要を満たすべく、リアルタイム確定的動作を実現し、同時に垂直および水平の両方においてスケーラブルとするため、一連のＩＥＥＥ規格をまとめる米国電気電子学会（Institute of Electrical and Electronics Engineers,ＩＥＥＥ）８０２．１ワーキンググループにより、タイム・センシティブ・ネットワークキング（ＴＳＮ）テクノロジーが提案されている。
【0005】
従来のＯＴネットワークにおいて、トラフィックはそれぞれ異なるクラスに分類され、異なるクラスのトラフィックは異なるタイムスロットで伝送されるため、重要なトラフィックが他のクラスのトラフィックによって妨げられない。一方、ＩＴネットワークにおいては、トラフィックはこのようなクラスベースのスケジューリングで管理されない。その結果、ＩＴネットワークがＯＴネットワークと統合された場合、重要なトラフィックの伝送がＩＴトラフィックにより妨げられてしまう。こうした状況は、ＯＴネットワークからＴＳＮネットワークへの移行においてよく見られるものであり、統合されたネットワークではＴＳＮスイッチがＴＳＮエンドデバイスおよび非ＴＳＮエンドデバイスと共存する場合があるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
故に、ＴＳＮネットワークにおいて、エンド・ツー・エンド（end-to-end）のレイテンシが保証されたクラスベースのスケジューリングでデータストリームを伝送できるようにする安定した方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本出願の一態様では、タイム・センシティブ・ネットワークキング（ＴＳＮ）ネットワークにおけるＴＳＮスイッチに接続される装置を提供する。当該装置は、トランシーバー、記憶媒体、およびコントローラを含む。記憶媒体は、トラフィッククラスとタイムスロットとの第１のマッピング、およびＴＳＮストリームのフレームタイプとトラフィッククラスとの第２のマッピングを保存するように構成されている。コントローラは、トランシーバーおよび記憶媒体に接続し、ＴＳＮネットワークのネットワークトポロジー、第１のマッピング、および第２のマッピングに基づいて、ＴＳＮストリームに対応するルーティング経路およびゲート・コントロール・リスト（Gate Control List，ＧＣＬ）を決定すると共に、トランシーバーを介してルーティング経路における各ＴＳＮスイッチにＧＣＬをデプロイするように構成されている。
【0008】
本出願の別の態様では、ＴＳＮネットワークにおけるＴＳＮスイッチに接続された装置によって実行される方法を提供する。当該方法は、トラフィッククラスとタイムスロットとの第１のマッピング、およびＴＳＮストリームのフレームタイプとトラフィッククラスとの第２のマッピングを受け取るステップと、ＴＳＮネットワークのネットワークトポロジー、第１のマッピング、および第２のマッピングに基づいて、ＴＳＮストリームに対応するルーティング経路およびＧＣＬを決定するステップと、ＧＣＬをルーティング経路における各ＴＳＮスイッチにデプロイするステップとを含む。
【0009】
本出願のまた別の態様では、入口ポート、出口ポート、およびコントローラを含むＴＳＮスイッチを提供する。出口ポートは、複数のキューおよびキューに対応する複数のゲートを含む。コントローラは、入口ポートおよび出口ポートに接続され、入口ポートを介してＣＮＣサーバーからＴＳＮストリームのフレームタイプに対応するＧＣＬを受け取ると共に、ＧＣＬを用いて、タイムスロットにおけるゲートのうちの１つを開き、開かれたゲートに対応するキューのうちの１つの中のフレームを伝送すべく出口ポートを設定する、ように構成されている。
【0010】
ＴＳＮネットワークにおいてクラスベースのスケジューリングをサポートするために用いる装置および方法の特定の実施形態の以下の説明を読むことによって、当業者には、本出願の他の態様および特徴について明らかになる。
【発明の効果】
【0011】
開示される実施形態から、本出願は、非ＴＳＮエンドデバイスを含むＴＳＮネットワークにおいて、エンド・ツー・エンドのレイテンシが保証されたクラスベースのスケジューリングにおけるデータストリームの伝送を実現するものであるということが、理解されるはずである。純粋なＴＳＮネットワーク（つまり、ＴＳＮネットワークがＴＳＮエンドデバイスのみを含む）において用いられるストリームベーススケジューリングでは、計算されるＧＣＬはＴＳＮストリームごと、およびＴＳＮスイッチごとにそれぞれ異なる一方で、非ＴＳＮエンドデバイスを含むＴＳＮネットワークでは、全てのＴＳＮスイッチについて計算されるＧＣＬはいずれも同じである、という点に留意されたい。また、ＯＴネットワークで用いられる従来のクラスベースのスケジューリングはタイムスロット設定を実行するのみであるが、一方、本出願におけるエンド・ツー・エンドのレイテンシが保証されているクラスベースのスケジューリングは、タイムスロット設定を実行するだけでなく、各タイムスロットで伝送可能なデータストリームをも設定する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
添付の図面を参照しながら、以下の詳細な説明を読むことによって、本出願をより十分に理解することができる
【0013】
【図1】本出願の一実施形態によるＴＳＮネットワークのブロック図である。
【図2】本出願の一実施形態によるＣＮＣサーバーを説明するブロック図である。
【図3】本出願の一実施形態によるＴＳＮスイッチを説明するブロック図である。
【図4】本出願の一実施形態による、ＴＳＮネットワークにおいてクラスベースのスケジューリングをサポートするために用いる方法を説明するフローチャートである。
【図5】本出願の一実施形態によるタイムサイクルを設定するために用いるグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を説明する概略図である。
【図6】本出願の一実施形態によるユニキャストグループを設定するために用いるＧＵＩを説明する概略図である。
【図7】本出願の一実施形態によるマルチキャストグループを設定するために用いるＧＵＩを説明する概略図である。
【図8】本出願の一実施形態によるＴＳＮストリームの決定されたＰＣＰおよびＶＩＤを説明する概略図である。
【図9】本出願の一実施形態による各ＴＳＮスイッチについて決定されたＧＣＬを説明する概略図であり、このうち、ＩＰアドレスはＴＳＮスイッチＩＰアドレスのことを示す。
【図11】本出願の一実施形態による、ＴＳＮネットワークにおいてクラスベースのスケジューリングをサポートするために用いる方法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】
【0014】
以下の記載は、本出願の原理を説明する目的のためのものであって、限定の意味に解されてはならない。実施形態はソフトウェア、ハードウェア、フォームウェア、またはこれらの任意の組み合わせによって実現され得るということが理解されるはずである。用語「～を含む」は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、オペレーション、構成要素、および／またはコンポーネントの存在を明確に述べるものであるが、１つまたはそれ以上の他の特徴、整数、ステップ、オペレーション、構成要素、コンポーネント、および／もしくはこれらの群の存在または追加を排除するものではない。
【0015】
図１は、本出願の一実施形態によるＴＳＮネットワークのブロック図である。
【0016】
図１に示されるように、ＴＳＮネットワーク１１０は複数のネットワーク装置１１１Ａ、１１１Ｂを含み得る。ネットワーク装置１１１Ａ、１１１Ｂの各々は、ＴＳＮゲートウェイ／スイッチ／ルーター／ブリッジであり得る。ネットワーク装置１１１Ａ、１１１Ｂの各々は１つまたはそれ以上の端末装置と接続可能であり、端末装置のそれぞれはＴＳＮエンドデバイスまたは非ＴＳＮエンドデバイスであってよい。例えば、ネットワーク装置１１１Ａは、機械１１２Ａ、監視カメラ１１２Ｂ、およびロボットアーム１１２Ｃに接続され、一方ネットワーク装置１１１Ｂは、コンベヤ１１２Ｄ、プリンタ１１２Ｅ、およびセキュリティロック１１２Ｆに接続される。
【0017】
さらに、ＴＳＮネットワーク１１０は、ネットワーク装置１１１Ａ、１１１Ｂの設定の管理を担ってＴＳＮネットワーク１１０内におけるリアルタイム確定的通信を実現するセントラルネットワーク設定（Central Network Configuration，ＣＮＣ）サーバー１１３を含んでいてよい。より重要なことは、ＴＳＮネットワーク１１０においてデータストリーム（ＴＳＮストリームおよび非ＴＳＮストリームを含む）が、エンド・ツー・エンドのレイテンシが保証されたクラスベースのスケジューリングで伝送され得る（つまり、異なるクラスのトラフィックが異なるタイムスロットで伝送される）ように、ＣＮＣサーバー１１３がネットワーク装置１１１Ａ、１１１Ｂを設定することが可能である、という点である。詳細には、ＣＮＣサーバー１１３は、トポロジー・ディスカバリープロセスを実行してＴＳＮネットワーク１１０のトポロジーを決定することができるか、またはユーザー入力からネットワークトポロジーを受け取ることができる。ネットワークトポロジー、アプリケーションサイクルの設定、およびユニキャスト／マルチキャストグループの設定に基づいて、ＣＮＣサーバー１１３は、ＴＳＮネットワーク１１０において通信されるデータストリームのルーティング経路、およびデータストリームに対応するゲート・コントロール・リスト（Gate Control Lists ,ＧＣＬ）を決定することができる。その後、ＣＮＣサーバー１１３は、ルーティング経路中にあるＴＳＮスイッチにＧＣＬをデプロイし得る。
【0018】
図１の実施形態で記載したコンポーネントは単に例示目的で挙げたに過ぎず、本出願の範囲を限定する意図はないということを理解しなければならない。例えば、ＴＳＮネットワーク１１０のネットワークトポロジーは、ライントポロジー、スタートポロジー、リングトポロジー、およびメッシュトポロジーの任意の組み合わせであってよい。
【0019】
図２は、本出願の一実施形態によるＣＮＣサーバーを説明するブロック図である。
【0020】
図２に示されるように、ＣＮＣサーバーは、トランシーバー１０、コントローラ２０、および記憶媒体３０を含む。
【0021】
トランシーバー１０は、ＴＳＮネットワーク１１０内においてデータストリーム通信（例えばオーバー・イーサネット）の機能を提供するように構成されている。
【0022】
コントローラ２０は、汎用プロセッサ、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、または類似のものであってよく、コントローラ２０は、データ処理および計算の機能を提供する、ＴＳＮネットワーク１１０内でデータストリームの通信がなされるようにトランシーバー１０をコントロールする、ならびにデータ（例えば、トラフィッククラスとタイムスロットとの第１のマッピング、およびＴＳＮストリームのフレームタイプとトラフィッククラスとの第２のマッピング）を記憶媒体３０に保存しかつこれから読み出す、ために用いる各種回路を含む。
【0023】
特に、コントローラ２０はトランシーバー１０および記憶媒体３０の上述した動作を調整して、本出願の方法が実行されるようにする。
【0024】
当業者には理解され得るように、コントローラ２０の回路は、ここに記載した機能および動作のとおりに、回路の動作をコントロールするように構成されているトランジスタを含み得る。さらに理解され得るように、トランジスタの特定の構造または配線は、レジスタトランスファー言語（Register Transfer Language, ＲＴＬ）コンパイラのようなコンパイラによって決定されてよい。ＲＴＬコンパイラは、アセンブリ言語コードによく似たスクリプトに基づき、プロセッサにより動作して、スクリプトを、最終的な回路のレイアウトまたは製造に用いられる形式にコンパイルすることができる。事実、ＲＴＬは、電子およびデジタルシステムの設計工程の円滑化におけるその役割および使用がよく知られている。
【0025】
記憶媒体３０は、フラッシュメモリもしくは不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）のようなメモリ、ハードディスクもしくは磁気テープのような磁気記憶装置、光ディスク、またはこれら任意の組み合わせを含む非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であってよく、データ（例えば、アプリケーションサイクル設定、ユニキャストグループ設定、およびマルチキャストグループ設定）、命令、ならびに／またはアプリケーション、通信プロトコル、および／もしくは本出願の方法のプログラムコードを保存するために用いられる。一例において、アプリケーションサイクル設定およびユニキャスト／マルチキャストグループ設定は、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）またはトランシーバー１０を介してユーザーから受け取られるものとしてもよいし、または実施の形式によって決めてもよい。
【0026】
図２の実施形態において記載したコンポーネントは単に例示目的で挙げたに過ぎず、本出願の範囲を限定する意図はないということが理解されなければならない。例えば、ＣＮＣサーバーは、入／出力（Ｉ／Ｏ）装置（例として、１つもしくはそれ以上のボタン、１つもしくはそれ以上の発光装置、スピーカー、キーボード、マウス、タッチパッドおよび／またはディスプレイ装置）のようなより多くのコンポーネントを含んでいてもよい。
【0027】
図３は、本出願の一実施形態によるＴＳＮスイッチを説明するブロック図である。
【0028】
図３に示されるように、ＴＳＮスイッチは、入口ポート４０、出口ポート５０、およびコントローラ６０を含み得る。
【0029】
入口ポート４０は、ＣＮＣサーバー１１３からＴＳＮストリームのフレームタイプに対応するＧＣＬを受け取ると共に、ＴＳＮネットワーク１１０内において通信されるフレーム（またはパケットと称される）を受け取るように構成されている。
【0030】
出口ポート５０は、ＧＣＬを保存するための記憶媒体５１、ルーティングされることとなるフレームをバッファリングするための複数のキューＱ０～Ｑ７、キューＱ０～Ｑ７中にバッファリングされたフレームに関連する伝送動作をコントロールするための複数のゲートＧ０～Ｇ７、および設定されたユニキャスト／マルチキャストの送信先ＭＡＣアドレスおよびＶＩＤに基づいてフレーム伝送を行うために用いられる送信選択回路を含む。キューＱ０～Ｑ７およびゲートＧ０～Ｇ７は一対一でマッピングされている。
【0031】
コントローラ６０は、汎用プロセッサ、ＭＣＵ、ＤＳＰ、または類似のものであってよく、コントローラ６０は、データ処理および計算の機能を提供する、ＧＣＬおよびフレームを受け取るように入口ポート４０をコントロールする、ならびにＧＣＬを用い、タイムスロットにおけるゲートＧ０～Ｇ７のうちの１つを開いて、開いたゲートに対応するキューのうちの１つの中のフレームを伝送するよう出口ポート５０を設定する、ために用いる各種回路を含む。
【0032】
当業者には理解され得るように、コントローラ６０の回路は、ここに記載した機能および動作のとおりに、回路の動作をコントロールするように構成されているトランジスタを含み得る。さらに理解され得るように、トランジスタの特定の構造または配線は、ＲＴＬコンパイラのようなコンパイラによって決定されてよい。ＲＴＬコンパイラは、アセンブリ言語コードによく似たスクリプトに基づき、プロセッサにより動作して、スクリプトを、最終的な回路のレイアウトまたは製造に用いられる形式にコンパイルすることができる。事実、ＲＴＬは、電子およびデジタルシステムの設計工程の円滑化におけるその役割および使用がよく知られている。
【0033】
図３の実施形態において記載したコンポーネントは単に例示目的で挙げたに過ぎず、本出願の範囲を限定する意図はないということを理解しなければならない。例えば、ネットワーク装置は、より多くの入口ポート、より多くの出口ポート、ならびに／または入／出力（Ｉ／Ｏ）装置（例として、１つもしくはそれ以上のボタン、１つもしくはそれ以上の発光装置、スピーカー、キーボード、マウス、タッチパッドおよび／もしくはディスプレイ装置）のようなより多くのコンポーネントを含んでいてもよい。
【0034】
図４は、本出願の一実施形態による、ＴＳＮネットワークにおいてクラスベースのスケジューリングをサポートするために用いる方法を説明するフローチャートである。
【0035】
この実施形態において、当該方法は、ＴＳＮスイッチの設定を管理するためのＣＮＣサーバー（例えば、ＣＮＣサーバー１１３）として構成されている装置に適用されると共に、これによって実行される。
【0036】
ステップＳ４１０において、装置がアプリケーションサイクル設定を、例えばユーザーから受け取る。詳細には、アプリケーションサイクル設定は、１つまたはそれ以上のタイムスロットを含むタイムサイクルの設定のことを指し得る。アプリケーションサイクル設定は、（１）タイムサイクルの名称、（２）タイムサイクルの開始時間（または基準時間と称される）、（３）タイムサイクルの継続時間、（４）各タイムスロットのインデックス、（５）各タイムスロットの継続時間、および（６）各タイムスロットの対応するトラフィッククラス（トラフィッククラスとタイムスロットとのマッピングと称してもよい）の情報を含んでいてもよい。つまり、アプリケーションサイクル設定は、トラフィッククラスとタイムスロットとのマッピングに関する情報を有するものとして理解することができる。
【0037】
一例において、ベストエフォート（Best Effort,ＢＥ）、周期性（Cyclic）、時刻同期（Time Synchronization,ＴｉｍｅＳｙｎｃ）、およびユーザー定義（User-defined，ＵＤ）を含む４つのトラフィッククラスがあってよいが、本出願はこれには限定されない。図５は、本出願の一実施形態によるタイムサイクルを設定するために用いるグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を説明する概略図である。図５に示されるように、タイムサイクルの名称は”ＦＡ１”であり、タイムサイクルの基準時間は年：月：日／時間：分：秒：マイクロ秒のフォーマットで示される２０２０：０２：１０／１２：０１：０１：００であり、タイムサイクルの継続時間は１０００マイクロ秒（μｓ）である。
【0038】
ステップＳ４２０において、装置がユニキャスト／マルチキャストグループ設定を、例えばユーザーから受け取る。詳細には、ユニキャストグループ設定は、ＴＳＮストリームに関連するユニキャストグループの設定のことを指し得る。ユニキャストグループ設定は、
（１）ＴＳＮストリームの名称、（２）ユニキャストの送信先のメディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）アドレス（３）トーカーのインターネットプロトコル（ＩＰ）アドレス、（４）リスナーのＩＰアドレス、および（５）トラフィッククラスのＴＳＮストリームのフレームタイプ（すなわち、フレームタイプの情報はフレームタイプとトラフィッククラスとのマッピングと称してもよい。）の情報を含んでいてもよい。つまり、フレームタイプとトラフィッククラスとのマッピングは、ユニキャストグループ設定から派生したものであってよい。
（１）ＴＳＮストリームの名称、（２）ユニキャストの送信先のメディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）アドレス（３）トーカーのインターネットプロトコル（ＩＰ）アドレス、（４）リスナーのＩＰアドレス、および（５）トラフィッククラスのＴＳＮストリームのフレームタイプ（すなわち、フレームタイプの情報はフレームタイプとトラフィッククラスとのマッピングと称してもよい。）の情報を含んでいてもよい。つまり、フレームタイプとトラフィッククラスとのマッピングは、ユニキャストグループ設定から派生したものであってよい。
【0039】
一例において、産業用イーサネットを用いるコントロールおよびコミュニケーションリンク（Control and Communication Link using Industrial Ethernet,ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥ）、ＥｔｈｅｒＣＡＴ、ＰＲＯＦＩＮＥＴ、イーサネット／ＩＰ、ユーザー定義、およびＴＳＮを含む６つのフレームタイプがあってよいが、本出願はこれには限定されない。各フレームタイプは産業プロトコルに対応している。図６は、本出願の一実施形態によるユニキャストグループを設定するために用いるＧＵＩを説明する概略図である。ＣＣ－Ｌｉｎｋ ＩＥのフレームタイプでは、ユーザーはチェックボックスをクリックすることでサブタイプフィールドの設定を有効／無効にすることができる。ＢＥ、周期性、およびユーザー定義（ＵＤ）のトラフィックタイプ（図６においてグレーの背景で示されている）に対応するタイムスロットのみが、ユニキャスト／マルチキャストグループと共に設定されることが必要であるという点に留意されたい。
【0040】
詳細には、マルチキャストグループ設定は、ＴＳＮストリームに関連するマルチキャストグループの設定のことを指し得る。マルチキャストグループ設定は、（１）ＴＳＮストリームの名称、（２）マルチキャストの送信先のＭＡＣアドレス（３）トーカーのＩＰアドレス、（４）リスナーのＩＰアドレス（複数のリスナーのＩＰアドレス）、および（５）トラフィッククラスのＴＳＮストリームのフレームタイプ（すなわち、フレームタイプの情報はフレームタイプとトラフィッククラスとのマッピングと称してもよい。）の情報を含んでいてもよい。つまり、フレームタイプとトラフィッククラスとのマッピングは、マルチキャストグループ設定から派生したものであってよい。図７は、本出願の一実施形態によるマルチキャストグループを設定するために用いるＧＵＩを説明する概略図である。ＢＥ、周期性、およびユーザー定義（ＵＤ）のトラフィックタイプ（図７においてグレーの背景で示されている）に対応するタイムスロットのみが、ユニキャスト／マルチキャストグループと共に設定されることが必要であるという点に留意されたい。
【0041】
ステップＳ４３０において、装置は、ＴＳＮネットワークのネットワークトポロジー、アプリケーションサイクル設定、およびユニキャスト／マルチキャストグループ設定に基づいて、ＴＳＮストリームに対応するルーティング経路、ＰＣＰ、およびＧＣＬを決定する。詳細には、フレームタイプおよびユニキャスト/マルチキャストグループ設定に基づいて、ＴＳＮストリームの優先度コードポイント（Priority Code Point, ＰＣＰ）およびバーチャル・ローカル・エリア・ネットワーク（Virtual Local Area Network,ＶＬＡＮ）ＩＤ（ＶＩＤ）を、装置が決定することができるか、またはＰＣＰおよびＶＩＤがユーザーによって設定されて、ＧＣＬがＰＣＰに基づいて決定され得る。図８は、本出願の一実施形態によるＴＳＮストリームの決定されたＰＣＰおよびＶＩＤを説明する概略図である。
【0042】
ステップＳ４４０において、装置は、ＧＣＬ、ユニキャスト／マルチキャスト送信先ＭＡＣアドレス、およびＶＩＤを、ルーティング経路における各ＴＳＮスイッチにデプロイする。図９は、本出願の一実施形態による各ＴＳＮスイッチについて決定されたルーティング経路およびＧＣＬを説明する概略図であり、このうち、ＩＰアドレスはＴＳＮスイッチＩＰアドレスのことを示す。図１０は、図９の実施形態におけるＧＣＬによるＴＳＮストリームのルーティング経路を説明する概略図である。図１０において、太線はマルチキャストＴＳＮストリームのルーティング経路を表している。
【0043】
図１１は、本出願の一実施形態による、ＴＳＮネットワークにおいてクラスベースのスケジューリングをサポートするために用いる方法を説明するフローチャートである。
【0044】
この実施形態において、当該方法は、ＣＮＣサーバー（例えば、ＣＮＣサーバー１１３）によって設定されるＴＳＮスイッチ（例えば、ＴＳＮスイッチ１１１Ａ、１１１Ｂ）に適用されると共に、これによって実行される。
【0045】
ステップＳ１１１０において、ＴＳＮスイッチは、ＴＳＮストリームのフレームタイプに対応するＧＣＬ、ならびにＴＳＮストリームのユニキャスト／マルチキャスト送信先ＭＡＣアドレスおよびＶＩＤを、ＣＮＣサーバーから受け取る。
【0046】
ステップＳ１１２０において、ＴＳＮスイッチは、ＧＣＬ、ユニキャスト／マルチキャスト送信先ＭＡＣアドレス、およびＶＩＤを用いて自身の出口ポートを設定する。
【0047】
ステップＳ１１３０において、ＴＳＮスイッチは自身の入口ポートからフレームを受け取る。
【0048】
ステップＳ１１４０において、ＴＳＮスイッチは、フレームがＶＬＡＮタグを含むか否かを判断する。
【0049】
フレームがＶＬＡＮタグを含む場合（Ｓ１１４０：ＹＥＳ）、当該方法はステップＳ１１５０に進む。一方、フレームがＶＬＡＮタグを含まない場合（Ｓ１１４０：ＮＯ）、当該方法はステップＳ１１８０に進む。
【0050】
ステップＳ１１５０において、ＴＳＮスイッチはフレームを出口ポートに送る。
【0051】
ステップＳ１１６０において、ＴＳＮスイッチは、ＶＬＡＮタグ中のＰＣＰに基づいて、フレームを対応するキューに入れる。
【0052】
ステップＳ１１７０において、ＴＳＮスイッチは、ＧＣＬ中の予定されたエントリーに基づいて、対応するタイムスロットにおいてフレームを伝送する。
【0053】
ステップＳ１１８０において、ＴＳＮスイッチは、フレームのストリームＩＤを識別する。
【0054】
ステップＳ１１９０において、ＴＳＮスイッチは、ストリームＩＤに対応する事前に定められたＶＬＡＮタグをフレームに挿入する。
【0055】
ステップＳ１１９０の後、当該方法はステップＳ１１５０に戻る。
【0056】
前述した実施形態から、本出願は、非ＴＳＮエンドデバイスを含むＴＳＮネットワークにおいて、エンド・ツー・エンドのレイテンシが保証されたクラスベースのスケジューリングにおけるデータストリームの伝送を実現するものであるということが、理解されるはずである。純粋なＴＳＮネットワーク（つまり、ＴＳＮネットワークがＴＳＮエンドデバイスのみを含む）において用いられるストリームベーススケジューリングでは、計算されるＧＣＬはＴＳＮストリームごと、およびＴＳＮスイッチごとにそれぞれ異なる一方で、非ＴＳＮエンドデバイスを含むＴＳＮネットワークでは、全てのＴＳＮスイッチについて計算されるＧＣＬはいずれも同じである、という点に留意されたい。また、ＯＴネットワークで用いられる従来のクラスベースのスケジューリングはタイムスロット設定を実行するのみであるが、一方、本出願におけるエンド・ツー・エンドのレイテンシが保証されているクラスベースのスケジューリングは、タイムスロット設定を実行するだけでなく、各タイムスロットで伝送可能なデータストリームをも設定する。
【0057】
例を用いて、本出願を好ましい実施形態の見地から説明したが、本出願はそれらに限定されないということが理解されなければならない。本出願の範囲および精神を逸脱することなく、当業者は各種変更および修飾を加えることができる。よって、本出願の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物により定義されると共に保護される 。
【0058】
特許請求の範囲の構成要素を修飾するための特許請求の範囲における順序を表す用語、例えば「第１」、「第２」等の使用は、それ自体、１つの特許請求の範囲の構成要素の別の構成要素に比しての何らかの重要度、優先順位、もしくは順番、または方法の行為が実行される時間的な順序を示唆するものではなく、それらは、特定の名称を有する１つの特許請求の範囲の構成要素を、同じ名称を有する別の構成要素と区別するための単なる標識としてのみ用いられて(順序を表す用語の使用がない場合)、特許請求の範囲の構成要素どうしを区別するものである。
【符号の説明】
【0059】
１１０ ＴＳＮネットワーク
１１１Ａ、１１１Ｂ ネットワーク装置
１１２Ａ 機械（machinery）
１１２Ｂ 監視カメラ
１１２Ｃ ロボットアーム
１１２Ｄ コンベヤ
１１２Ｅ プリンタ
１１２Ｆ セキュリティロック
１１３ ＣＮＣサーバー
１０ トランシーバー
２０、６０ コントローラ
３０、５１ 記憶媒体
４０ 入口ポート
５０ 出口ポート
Ｑ０～Ｑ７ キュー
Ｇ０～Ｇ７ ゲート
１１１Ａ、１１１Ｂ ネットワーク装置
１１２Ａ 機械（machinery）
１１２Ｂ 監視カメラ
１１２Ｃ ロボットアーム
１１２Ｄ コンベヤ
１１２Ｅ プリンタ
１１２Ｆ セキュリティロック
１１３ ＣＮＣサーバー
１０ トランシーバー
２０、６０ コントローラ
３０、５１ 記憶媒体
４０ 入口ポート
５０ 出口ポート
Ｑ０～Ｑ７ キュー
Ｇ０～Ｇ７ ゲート
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】