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(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】2024-10-21
(45)【発行日】2024-10-29
(54)【発明の名称】通信方法、通信システムおよび通信装置
(51)【国際特許分類】
H04L 41/00 20220101AFI20241022BHJP
【ＦＩ】
H04L41/00
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021031632
(22)【出願日】2021-03-01
(65)【公開番号】P2022132907
(43)【公開日】2022-09-13
【審査請求日】2024-01-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】澤田 成憲
【審査官】小林 義晴
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－６８３８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１６６０８１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｌ ４７／００
Ｈ０４Ｌ ４１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＴＳＮ（Time Sensitive Networking）に従うネットワークにおける通信方法であって、前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得するステップと、
前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算するステップと、
前記ＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供するステップとを備え、
前記ＴＳＮ設定を計算するステップは、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算するステップを含む、通信方法。
【請求項2】
予め定められた条件が成立すると、前記ＴＳＮ設定を計算するステップが開始される、請求項１に記載の通信方法。
【請求項3】
前記ネットワークに接続されたデバイスからのリクエストに応じて、前記ＴＳＮ設定を計算するステップが開始される、請求項１に記載の通信方法。
【請求項4】
前記ＴＳＮ設定を計算するステップは、前記ネットワーク構成情報に含まれる１つの接続形態について計算された設定情報が、前記ネットワーク構成情報に含まれる別の接続形態において必要なフレーム転送を実現できるか否かを判断するステップを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の通信方法。
【請求項5】
前記ネットワーク構成情報に定義されたデバイスの接続形態とは異なる接続形態が検出されると、当該異なる接続形態において、必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を再計算するステップをさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の通信方法。
【請求項6】
前記再計算されたＴＳＮ設定を反映しなければならないと判断されると、当該反映の必要性を通知するステップをさらに備える、請求項５に記載の通信方法。
【請求項7】
明示的な承認に応答して、前記再計算されたＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供するステップをさらに備える、請求項６に記載の通信方法。
【請求項8】
各デバイスが隣接ノード情報を収集するステップと、各デバイスが収集した隣接ノード情報に基づいて前記ネットワークのトポロジを生成するステップと、
前記生成されたトポロジに基づいて、前記ネットワーク構成情報を更新するステップとをさらに備える、請求項１～７のいずれか１項に記載の通信方法。
【請求項9】
ＴＳＮ（Time Sensitive Networking）に従うネットワークを含む通信システムであって、ネットワークコントローラと、
前記ネットワークに接続される１または複数のデバイスとを備え、
前記ネットワークコントローラは、
前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記１または複数のデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段と、
前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段と、
前記ＴＳＮ設定を前記１または複数のデバイスに提供する手段とを備え、
前記ＴＳＮ設定を計算する手段は、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算する、通信システム。
【請求項10】
ＴＳＮ（Time Sensitive Networking）に従うネットワークを構成するネットワークコントローラであって、前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段と、
前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段と、
前記ＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供する手段とを備え、
前記ＴＳＮ設定を計算する手段は、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算する、通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、通信方法、通信システムおよび通信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的な情報系ネットワークに採用されている標準的なネットワーク（例えば、イーサネット（登録商標））を産業分野のネットワークでも利用できるように拡張する取り組みが進行しつつある。より具体的には、イーサネット（登録商標）をベースにして、ネットワークが決定性のある挙動をするように改良されたＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers） ８０２．１ ＴＳＮ（Time Sensitive Networking）（以下、「ＴＳＮ規格」とも称す。）が知られている。ＴＳＮ規格によれば、例えば、イーサネット（登録商標）などの汎用的なハードウェアを用いて、リアルタイム通信をより容易に実現できる。
【0003】
例えば、特許文献１（欧州特許第０３３５７２１８号明細書）は、ＴＳＮ規格に従うネットワークを利用した産業用ネットワークなどを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】欧州特許第０３３５７２１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
生産現場では、生産される品種や生産工程の変更に伴って、使用される装置や治具が変更されることも多い。このような変更は、段取り替えとも称される。このような段取り替えに伴って、産業用ネットワークに接続されるデバイスも変更されることになる。
【0006】
接続されるデバイスが変更された場合であっても、要求された通信性能を維持するための仕組みについては、何ら考慮されていない。
【0007】
本技術は、ネットワークに接続されるデバイスが変更されても、要求された通信性能を維持するための仕組みを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本技術のある実施の形態に従えば、ＴＳＮに従うネットワークにおける通信方法が提供される。通信方法は、ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得するステップと、ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、通信設定情報と、能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算するステップと、ＴＳＮ設定をネットワークに接続されたデバイスに提供するステップとを含む。ＴＳＮ設定を計算するステップは、ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を計算するステップを含む。
【0009】
この構成によれば、例えば、段取り替えなどによってネットワーク構成（デバイスの接続形態）が変更されることが予定されている場合などには、ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報を用いてＴＳＮ設定を計算することで、いずれのネットワーク構成においても要求された通信性能を維持できる。
【0010】
予め定められた条件が成立すると、ＴＳＮ設定を計算するステップが開始されてもよい。この構成によれば、ネットワークコントローラなどの管理主体を中心として、ＴＳＮに従うネットワークを管理できる。
【0011】
ネットワークに接続されたデバイスからのリクエストに応じて、ＴＳＮ設定を計算するステップが開始されてもよい。この構成によれば、ネットワークに新たにデバイスが接続されることを契機として、最適なＴＳＮ設定を計算できる。
【0012】
ＴＳＮ設定を計算するステップは、ネットワーク構成情報に含まれる１つの接続形態について計算された設定情報が、ネットワーク構成情報に含まれる別の接続形態において必要なフレーム転送を実現できるか否かを判断するステップを含んでいてもよい。この構成によれば、ネットワーク構成情報に定義されたデバイスの接続形態のいずれについても要求された通信性能を維持できるＴＳＮ設定を計算できる。
【0013】
通信方法は、ネットワーク構成情報に定義されたデバイスの接続形態とは異なる接続形態が検出されると、当該異なる接続形態において、必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を再計算するステップをさらに含んでいてもよい。この構成によれば、当初のＴＳＮ設定の計算では考慮されていなかった接続形態に対しても、適切なＴＳＮ設定を計算できる。
【0014】
通信方法は、再計算されたＴＳＮ設定を反映しなければならないと判断されると、当該反映の必要性を通知するステップをさらに含んでいてもよい。この構成によれば、新たなＴＳＮ設定を反映する必要性がある場合に、ユーザは、ネットワーク内の影響などを考慮する機会を得ることができる。
【0015】
通信方法は、明示的な承認に応答して、再計算されたＴＳＮ設定をネットワークに接続されたデバイスに提供するステップをさらに含んでいてもよい。この構成によれば、ユーザなどが明示的に承認した場合に限って、ＴＳＮ設定が反映されるので、ネットワーク内に生じる意図しない不具合の可能性を低減できる。
【0016】
通信方法は、各デバイスが隣接ノード情報を収集するステップと、各デバイスが収集した隣接ノード情報に基づいてネットワークのトポロジを生成するステップと、生成されたトポロジに基づいて、ネットワーク構成情報を更新するステップとをさらに含んでいてもよい。
【0017】
本技術の別の実施の形態に従えば、ＴＳＮに従うネットワークを含む通信システムが提供される。通信システムは、ネットワークコントローラと、ネットワークに接続される１または複数のデバイスとを含む。ネットワークコントローラは、ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、１または複数のデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段と、ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、通信設定情報と、能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段と、ＴＳＮ設定を１または複数のデバイスに提供する手段とを含む。ＴＳＮ設定を計算する手段は、ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を計算する。
【0018】
本技術のさらに別の実施の形態に従えば、ＴＳＮに従うネットワークを構成するネットワークコントローラが提供される。ネットワークコントローラは、ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段と、ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、通信設定情報と、能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段と、ＴＳＮ設定をネットワークに接続されたデバイスに提供する手段とを含む。ＴＳＮ設定を計算する手段は、ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を計算する。
【発明の効果】
【0019】
本技術によれば、ネットワークに接続されるデバイスが変更されても、要求された通信性能を維持するための仕組みを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本実施の形態に係る制御システムの全体構成の一例を示す模式図である。
【図2】本実施の形態に係る制御システムを構成するエンドデバイスのハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図3】本実施の形態に係る制御システムを構成するスイッチのハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図4】本実施の形態に係る制御システムを構成するネットワークコントローラのハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図6】本実施の形態に係る制御システムにおけるフレーム転送に係る処理の一例を説明するための図である。
【図7】本実施の形態に係る制御システムにおける処理の概要を説明するための図である。
【図8】本実施の形態に係る制御システムのネットワークコントローラによるトポロジの生成処理の処理手順を示す図である。
【図9】本実施の形態に係る制御システムのネットワークコントローラによるトポロジの変化を検出する処理手順を示す図である。
【図10】本実施の形態に係る制御システムにおけるＰｕｓｈモードでの処理手順を示す図である。
【図11】本実施の形態に係る制御システムにおいて用いられる通信設定情報の一例を示す図である。
【図12】本実施の形態に係る制御システムにおけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの処理手順を示す図である。
【図13】本実施の形態に係る制御システムにおけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの別の処理手順を示す図である。
【図14】本実施の形態に係る制御システムのネットワークコントローラにおけるＰｕｓｈモードでの処理手順を示す図である。
【図15】本実施の形態に係る制御システムのネットワークコントローラにおけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの処理手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本技術の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【0022】
＜Ａ．適用例＞
まず、本実施の形態に係る制御システム１の全体構成の一例について説明する。図１は、本実施の形態に係る制御システム１の全体構成の一例を示す模式図である。
まず、本実施の形態に係る制御システム１の全体構成の一例について説明する。図１は、本実施の形態に係る制御システム１の全体構成の一例を示す模式図である。
【0023】
図１に示す制御システム１は、ＴＳＮに従うネットワークを含む通信システムの一例である。そのため、制御システム１におけるネットワークに関する処理は、ＴＳＮに従うネットワークにおける通信処理に相当する。
【0024】
本明細書において、特段の断りがない限り、単に「ＴＳＮ」との用語は、ＴＳＮに従うネットワークを総称する。また、「ＴＳＮ設定」との用語は、ＴＳＮに従うネットワークを実現するために必要な設定を包含する。
【0025】
本明細書において、「デバイス」は、ＴＳＮに従うネットワークに接続される任意のデバイスを包含する。「デバイス」は、典型的には、エンドデバイスとスイッチとを含み得る。
【0026】
制御システム１のＴＳＮには、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）などの制御装置が接続されている。ネットワーク接続された制御装置は、エンドデバイスに相当するので、以下の説明では、制御装置を「エンドデバイス」と称する。但し、「エンドデバイス」は、制御装置に限られず、任意のデバイスを含み得る。
【0027】
図１に示す制御システム１は、エンドデバイス１００－１，１００－２，１００－３（「エンドデバイス１００」と総称することもある。）と、スイッチ２００－１，２００－２と、ネットワークコントローラ３００とを含む。これらの１または複数のデバイスが接続されるネットワークがＴＳＮに相当する。
【0028】
エンドデバイス１００－１は、リンク２０を介して、スイッチ２００－１と接続されている。スイッチ２００－１とスイッチ２００－２との間は、リンク２２を介して接続されている。スイッチ２００－２には、リンク２４を介してエンドデバイス１００－２が接続可能であるとともに、リンク２６を介してエンドデバイス１００－３が接続可能である。
【0029】
スイッチ２００－１には、リンク２８を介して、ネットワークコントローラ３００が接続されている。
【0030】
エンドデバイス１００－２およびエンドデバイス１００－３は、段取り替えによって、選択的にスイッチ２００－２に接続されるとする。すなわち、図１に示すＴＳＮには、エンドデバイス１００－１およびエンドデバイス１００－２が接続された状態と、エンドデバイス１００－１およびエンドデバイス１００－３が接続された状態とが存在し得る。
【0031】
エンドデバイス１００－１，１００－２，１００－３の各々は、ＴＳＮとは独立したフィールドバス３０を有している。フィールドバス３０には、１または複数のフィールドデバイス４０が接続される。１または複数のフィールドデバイス４０は、フィールド信号を取得する入力デバイス、および、エンドデバイス１００からの指示に従ってフィールドに対して何らかのアクションを行う出力デバイスあるいはアクチュエータを含む。
【0032】
ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮにおけるフレーム転送を管理する主体であり、リソース割当ておよび可用性を計算することで、フレーム転送の通信スケジュールを決定する。以下では、ネットワークコントローラ３００によるリソース割当ておよび可用性の計算を「ＴＳＮ計算」とも称す。典型的には、ネットワークコントローラ３００は、ＩＥＥＥ ８０２．１ ＴＳＮの下位規格であるＩＥＥＥ ８０２．１Ｑｃｃの規定に従って動作してもよい。
【0033】
ＴＳＮにおいて、各フレームに付与される識別ラベルは、ストリームＩＤと、ストリーム宛先アドレスと、トラフィッククラスとを含む。ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ内を転送される各フレームに対して、ユニークなストリームＩＤを決定するとともに、ストリームＩＤの各々の転送経路に応じて、ストリーム宛先アドレスおよびトラフィッククラスを決定し、エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々に対して、ＴＳＮ設定を提供する。ＴＳＮ設定は、各ストリームに対する帯域を考慮して決定された通信スケジュールを含む。
【0034】
本実施の形態に係る制御システム１においては、ネットワークコントローラ３００が適切なリソース割当ておよび可用性の計算を行うことで、段取り替えなどによって、ＴＳＮに接続されるデバイスが変更された場合であっても、ＴＳＮ全体として最適なパフォーマンスを実現できる。
【0035】
＜Ｂ．ハードウェア構成例＞
次に、制御システム１に含まれる各装置のハードウェア構成の一例について説明する。
次に、制御システム１に含まれる各装置のハードウェア構成の一例について説明する。
【0036】
（ｂ１：エンドデバイス１００（制御装置））
図２は、本実施の形態に係る制御システム１を構成するエンドデバイス１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図２を参照して、エンドデバイス１００は、プロセッサ１０２と、主メモリ１０４と、ネットワークインターフェイス１１０と、ストレージ１２０と、内部バスインターフェイス１３０と、フィールドバスインターフェイス１３２と、メモリカードインターフェイス１３４とを含む。各コンポーネントは、バス１３８を介して電気的に接続されている。
図２は、本実施の形態に係る制御システム１を構成するエンドデバイス１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図２を参照して、エンドデバイス１００は、プロセッサ１０２と、主メモリ１０４と、ネットワークインターフェイス１１０と、ストレージ１２０と、内部バスインターフェイス１３０と、フィールドバスインターフェイス１３２と、メモリカードインターフェイス１３４とを含む。各コンポーネントは、バス１３８を介して電気的に接続されている。
【0037】
プロセッサ１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphical Processing Unit）などで構成され、ストレージ１２０に格納された各種プログラムを読み出して、主メモリ１０４に展開して実行することで、制御装置としての処理を実現する。
【0038】
ネットワークインターフェイス１１０は、ＴＳＮを介したデータのやり取り（フレーム伝送）を担当する。より具体的には、ネットワークインターフェイス１１０は、送受信制御回路１１２と、送信回路１１４と、受信回路１１６とを含む。送受信制御回路１１２は、ネットワークコントローラ３００から予め与えられたＴＳＮ設定に従って、送信回路１１４および受信回路１１６を制御する。送信回路１１４は、送受信制御回路１１２からの指示に従って、ＴＳＮ上にフレームを送出する。受信回路１１６は、ＴＳＮを介して入来したフレームを受信する。
【0039】
ストレージ１２０には、典型的には、制御装置としての機能を実現するためのシステムプログラム１２２と、制御装置が実行する制御ロジックを規定したユーザプログラム１２４とが格納される。
【0040】
内部バスインターフェイス１３０は、エンドデバイス１００に搭載されるＩ／Ｏユニット１４０との間でデータをやり取りする。
【0041】
フィールドバスインターフェイス１３２は、フィールドバス３０を介したフィールドデバイスとの間でデータをやり取りする。
【0042】
メモリカードインターフェイス１３４は、メモリカード１３６を着脱可能に構成されており、メモリカード１３６に対してデータを書込み、メモリカード１３６から各種データ（ユーザプログラムやトレースデータなど）を読出すことが可能になっている。
【0043】
図２には、プロセッサ１０２がプログラムを実行することで必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードワイヤード回路（例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）を用いて実装してもよい。あるいは、エンドデバイス１００の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用パソコンをベースとした産業用パソコン）を用いて実現してもよい。このように、エンドデバイス１００で実行される処理および提供する機能は、プロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどを含む処理回路（processing circuitry）で実現してもよい。
【0044】
（ｂ２：スイッチ２００）
図３は、本実施の形態に係る制御システム１を構成するスイッチ２００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図３を参照して、スイッチ２００は、送受信制御回路２１２と、送信回路２１４－１，２１４－２，２１４－３，２１４－４（以下、「送信回路２１４」と総称することもある。）と、受信回路２１６－１，２１６－２，２１６－３，２１６－４（以下、「受信回路２１６」と総称することもある。）とを含む。送信回路２１４と受信回路２１６との組で１つのポートを形成する。なお、図３には、４つのポートを有するスイッチ２００を例示するが、ポート数については、特に制限はない。
図３は、本実施の形態に係る制御システム１を構成するスイッチ２００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図３を参照して、スイッチ２００は、送受信制御回路２１２と、送信回路２１４－１，２１４－２，２１４－３，２１４－４（以下、「送信回路２１４」と総称することもある。）と、受信回路２１６－１，２１６－２，２１６－３，２１６－４（以下、「受信回路２１６」と総称することもある。）とを含む。送信回路２１４と受信回路２１６との組で１つのポートを形成する。なお、図３には、４つのポートを有するスイッチ２００を例示するが、ポート数については、特に制限はない。
【0045】
送受信制御回路２１２は、ネットワークコントローラ３００から予め与えられたＴＳＮ設定に従って、送信回路１１４および受信回路１１６を制御する。より具体的には、送受信制御回路２１２は、転送エンジン２１８と、キュー２２０とを含む。
【0046】
送受信制御回路２１２は、プロセッサがファームウェアを実行することで実現してもよいし、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードワイヤード回路を用いて実現してもよい。また、送受信制御回路２１２だけではなく、送信回路１１４および受信回路１１６を含む全体を単一のチップで実現してもよい。このように、スイッチ２００で実行される処理および提供する機能は、プロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどを含む処理回路で実現してもよい。
【0047】
（ｂ３：ネットワークコントローラ３００）
図４は、本実施の形態に係る制御システム１を構成するネットワークコントローラ３００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図４を参照して、ネットワークコントローラ３００は、プロセッサ３０２と、主メモリ３０４と、ネットワークインターフェイス３１０と、ストレージ３２０とを含む。各コンポーネントは、バス３３８を介して電気的に接続されている。
図４は、本実施の形態に係る制御システム１を構成するネットワークコントローラ３００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図４を参照して、ネットワークコントローラ３００は、プロセッサ３０２と、主メモリ３０４と、ネットワークインターフェイス３１０と、ストレージ３２０とを含む。各コンポーネントは、バス３３８を介して電気的に接続されている。
【0048】
プロセッサ３０２は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵなどで構成され、ストレージ３２０に格納された各種プログラムを読み出して、主メモリ３０４に展開して実行することで、ネットワークコントローラとしての処理を実現する。
【0049】
ネットワークインターフェイス３１０は、ＴＳＮを介したデータのやり取り（フレーム伝送）を担当する。より具体的には、ネットワークインターフェイス３１０は、送受信制御回路３１２と、送信回路３１４と、受信回路３１６とを含む。
【0050】
ストレージ３２０には、典型的には、基本的な処理を実現するためのＯＳ３２２と、後述するような処理を実現するためのネットワーク設定プログラム３２４とが格納される。
【0051】
図４には、プロセッサ３０２がプログラムを実行することで必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードワイヤード回路（例えば、ＡＳＩＣやＦＰＧＡを用いて実装してもよい。このように、ネットワークコントローラ３００で実行される処理および提供する機能は、プロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどを含む処理回路（processing circuitry）で実現してもよい。
【0052】
＜Ｃ．ＴＳＮを実現するための要部構成＞
次に、本実施の形態に係る制御システム１のＴＳＮを実現するための要部構成について説明する。すなわち、ＴＳＮにおいてフレームを送受信するポートの構成例について説明する。
次に、本実施の形態に係る制御システム１のＴＳＮを実現するための要部構成について説明する。すなわち、ＴＳＮにおいてフレームを送受信するポートの構成例について説明する。
【0053】
図５は、図３に示すスイッチ２００の１つのポートに関するより詳細な構成を示す模式図である。図５を参照して、各ポートは、送信回路２１４と受信回路２１６との組からなる。送信回路２１４と受信回路２１６との間には、転送エンジン２１８およびキュー２２０が設けられる。
【0054】
より具体的には、転送エンジン２１８は、振分回路２２４と、タイミング制御回路２２６とを含む。また、キュー２２０は、トラフィッククラスの各値に対応付けられた複数のキュー２２０－１～２２０－Ｍを含む。
【0055】
振分回路２２４は、受信回路２１６を介して受信したフレームのヘッダ情報などに従って、当該フレームをキュー２２０－１～２２０－Ｍのうちいずれかに格納し、あるいは、別のポートの振分回路２２４へ転送する。また、振分回路２２４は、別のポートの振分回路２２４から受信したフレームについても同様の判断および処理を行う。
【0056】
振分回路２２４は、自ポートの送信回路２１４から送出すべきフレームを受信すると、当該フレームを当該フレームのトラフィッククラスに対応するキュー２２０へ格納する。このような振分回路２２４での処理によって、キュー２２０－１～２２０－Ｍには、トラフィッククラス別に分類されたフレームが順次格納されることになる。
【0057】
キュー２２０－１～２２０－Ｍの出力側には、ゲート２２２－１～２２２－Ｍがそれぞれ設けられている。ゲート２２２－１～２２２－Ｍ（以下、「ゲート２２２」と総称することもある。）の各々は、タイミング制御回路２２６からの指令に従って開閉する。ゲート２２２が開くと、対応付けられているキュー２２０に格納されているフレームが送信回路２１４から送出される。タイミング制御回路２２６から複数のゲート２２２に対して同時に開指令が与えられることはない。すなわち、タイミング制御回路２２６は、ＴＳＮ設定に含まれる通信スケジュール２２８に従って、ゲート２２２を順次開閉する。これによって、予めＴＳＮ計算された通信スケジュールに従って、フレームが転送されることになる。
【0058】
なお、エンドデバイス１００のポート（ネットワークインターフェイス１１０）、および、ネットワークコントローラ３００のポート（ネットワークインターフェイス３１０）についても、図５と同様の構成を有している。
【0059】
上述したようなトラフィッククラス毎に用意されたキュー２２０へのフレームの格納、および、トラフィッククラス毎に用意されたキュー２２０からのフレームの送出を制御することで、ＴＳＮにおけるリアルタイムなフレーム転送を実現できる。
【0060】
＜Ｄ．概要＞
次に、本実施の形態に係る制御システム１のＴＳＮにおける処理の概要について説明する。
次に、本実施の形態に係る制御システム１のＴＳＮにおける処理の概要について説明する。
【0061】
図６は、本実施の形態に係る制御システム１におけるフレーム転送に係る処理の一例を説明するための図である。図６（Ａ）に示すように、エンドデバイス１００－１からエンドデバイス１００－２およびエンドデバイス１００－３に対してフレームを送信する場合を想定する。
【0062】
経路途中には、スイッチ２００－１およびスイッチ２００－２が存在する。図５を参照して説明したように、エンドデバイス１００およびスイッチ２００は、ゲート２２２のタイミングの開閉タイミングを制御することで、リアルタイムなフレーム転送を実現する。
【0063】
ゲート２２２の開閉時間および開閉タイミングは、典型的には、フレームの送信処理に要する送信時間とフレームの伝搬遅延時間とに基づいて算出される。送信時間は、送出されるフレームの大きさ（フレームサイズ）に応じて算出される。伝搬遅延時間は、転送経路の長さに応じて変化する。一般的には、伝搬遅延時間は、任意のフレームを送信したときに計測された値が用いられる。
【0064】
【0065】
エンドデバイス１００－１のゲート２２２が開いた後、フレームがスイッチ２００－１に伝送される。スイッチ２００－１のゲート２２２は、エンドデバイス１００－１からのフレームが到着してキュー２２０に格納される時間を反映した時間だけ遅れて開くことになる。スイッチ２００－１のゲート２２２が開いた後、フレームがスイッチ２００－２に伝送される。
【0066】
スイッチ２００－２のポート１には、エンドデバイス１００－２が接続されており、スイッチ２００－２のポート２には、エンドデバイス１００－３が接続されている。例えば、スイッチ２００－２のポート１に接続されたエンドデバイス１００－２までの伝搬遅延時間と、スイッチ２００－２のポート２に接続されたエンドデバイス１００－３までの伝搬遅延時間との間に差があるとする。このような場合には、スイッチ２００－２のポート１に対応するゲート２２２の開くタイミングとスイッチ２００－２のポート２に対応するゲート２２２の開くタイミングとの間には、所定の時間差が生じることになる。
【0067】
図７は、本実施の形態に係る制御システム１における処理の概要を説明するための図である。図７（Ａ）には、スイッチ２００－２のポート１にエンドデバイス１００－２が接続されている状態を示し、図７（Ｂ）には、スイッチ２００－２のポート２にエンドデバイス１００－３が接続されている状態を示す。
【0068】
図７（Ｃ）を参照して、図７（Ａ）に示すようなエンドデバイス１００－２のみが接続されている状態におけるポートの開時間と、図７（Ｂ）に示すようなエンドデバイス１００－３のみが接続されている状態におけるポートの開時間との間では、長さかタイミングが異なる場合がある。
【0069】
スイッチ２００－２にエンドデバイス１００－２とエンドデバイス１００－３との両方が接続された状態においては、どちらか一方のみが接続された状態とも含むように、ポートの開時間が設定される。
【0070】
例えば、ＴＳＮにすべてのデバイスが接続されていない状態で、ネットワークコントローラ３００がＴＳＮ計算を行った後に、新たなデバイスが接続された場合や、段取り替えなどによって、ネットワーク構成が変更される場合もある。このような場合において、最初のＴＳＮ計算が変更後のネットワーク構成を考慮したものでなければ、ＴＳＮ計算を再度行う必要が生じる。
【0071】
そこで、本実施の形態に係る制御システム１は、いずれのネットワーク構成であっても適切なフレーム転送ができるように、ＴＳＮ計算を行う。このようなＴＳＮ計算を行うことで、ＴＳＮを動作させながら、ネットワーク構成を任意に変更できる。すなわち、想定されるネットワーク構成の間で最悪値を考慮して、ゲートの開閉時間や帯域を確保できるようなＴＳＮ計算を行う。
【0072】
＜Ｅ．処理手順＞
次に、本実施の形態に係る制御システム１における処理手順の一例について説明する。
次に、本実施の形態に係る制御システム１における処理手順の一例について説明する。
【0073】
図８は、本実施の形態に係る制御システム１のネットワークコントローラ３００によるトポロジの生成処理の処理手順を示す図である。図８に示すような処理手順によって生成されたトポロジからネットワーク構成情報に含まれるデバイスの接続形態の候補が決定される。
【0074】
図８を参照して、ＴＳＮに接続されているエンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々は、自ノードの情報を隣接するノードへアドバタイズしている。自ノードの情報のアドバタイズは、例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１ＡＢとして定義されたＬＬＤＰ（Link Layer Discovery Protocol）などのプロトコルを用いることができる。
【0075】
まず、ＴＳＮに接続されているエンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々は、隣接ノード情報を取得する（（１）隣接ノード情報取得）。隣接ノード情報は、接続されたエンドデバイス１００および／またはスイッチ２００がアドバタイズする情報を収集することで取得される。
【0076】
続いて、ネットワークコントローラ３００は、エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々から隣接ノード情報を収集する（（２）隣接ノード情報収集）。なお、隣接ノード情報の収集には、ＳＮＭＰ（Simple Network Management Protocol）やＮＥＴＣＯＮＦなどのプロトコルを用いてもよい。
【0077】
そして、ネットワークコントローラ３００は、収集した隣接ノード情報に基づいて、ＴＳＮのトポロジを生成する（（３）トポロジ生成）。このように、ネットワークコントローラ３００は、各デバイスが収集した隣接ノード情報に基づいてＴＳＮのトポロジを生成する。
【0078】
さらに、ネットワークコントローラ３００は、先に生成したトポロジが存在する場合には、当該先に生成したトポロジと今回生成したトポロジとを照合する（（４）トポロジ照合）。なお、トポロジ照合により、ＴＳＮのトポロジの変化が検出されると、デバイスの新たな接続形態としてネットワーク構成情報に追加してもよい。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、生成されたトポロジに基づいて、ネットワーク構成情報を更新してもよい。
【0079】
以上のような手順に従って、ネットワークコントローラ３００によりトポロジが生成される。
【0080】
図９は、本実施の形態に係る制御システム１のネットワークコントローラ３００によるトポロジの変化を検出する処理手順を示す図である。図９を参照して、図８と同様に、ＴＳＮに接続されているエンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々は、自ノードの情報を隣接するノードへアドバタイズしている。
【0081】
まず、図９（Ａ）を参照して、ＴＳＮに接続されているスイッチ２００－２は、エンドデバイス１００－２からアドバタイズされた情報を検出すると、当該検出された情報を用いて隣接ノード情報を更新する（（１）隣接ノード情報更新）。そして、スイッチ２００－２は、更新後の隣接ノード情報をネットワークコントローラ３００へ通知する（（２）隣接ノード情報通知）。
【0082】
図９（Ｂ）を参照して、ＴＳＮに接続されているスイッチ２００－２は、エンドデバイス１００－３からアドバタイズされた情報をさらに検出すると、当該検出された情報を用いて隣接ノード情報を更新する（（１）隣接ノード情報更新）。そして、スイッチ２００－２は、更新後の隣接ノード情報をネットワークコントローラ３００へ通知する（（２）隣接ノード情報通知）。
【0083】
ネットワークコントローラ３００への更新後の隣接ノード情報の通知は、例えば、ＳＮＭＰを採用している場合には、ＳＮＭＰトラップを用いることができる。また、ＮＥＴＣＯＮＦを採用している場合には、ＮＥＴＣＯＮＦ Ｅｖｅｎｔ Ｎｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｓを用いることができる。
【0084】
以上のような手順に従って、ＴＳＮ（トポロジ）の変更などが検出される。
次に、ネットワークコントローラ３００からエンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々に対してＴＳＮ設定を提供する処理手順のいくつかについて説明する。例えば、ＴＳＮを利用してデバイス間でデータ通信を行うための通信スタックとして、ＩＥＣ６２５４１として国際標準化されているＯＰＣ ＵＡ（ＯＰＣ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）を利用する場合を想定する。ＴＳＮとＯＰＣ ＵＡとの組み合わせは、「ＯＰＣ ＵＡ ｏｖｅｒ ＴＳＮ」などとも称される。
次に、ネットワークコントローラ３００からエンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々に対してＴＳＮ設定を提供する処理手順のいくつかについて説明する。例えば、ＴＳＮを利用してデバイス間でデータ通信を行うための通信スタックとして、ＩＥＣ６２５４１として国際標準化されているＯＰＣ ＵＡ（ＯＰＣ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）を利用する場合を想定する。ＴＳＮとＯＰＣ ＵＡとの組み合わせは、「ＯＰＣ ＵＡ ｏｖｅｒ ＴＳＮ」などとも称される。
【0085】
ネットワークコントローラ３００とエンドデバイス１００との間の典型的なデータ通信方法として、「Ｐｕｓｈ」モードと「Ｒｅｑｕｅｓｔ」モードとがある。
【0086】
以下では、データ通信方法の種別に応じて、それぞれのモードにおける処理手順の例を示す。なお、説明の簡素化のため、１つのスイッチ２００のみがＴＳＮに存在するとしている。
【0087】
図１０は、本実施の形態に係る制御システム１におけるＰｕｓｈモードでの処理手順を示す図である。図１０を参照して、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報および通信設定情報をロードする（（１）ネットワーク構成情報および通信設定情報のロード）。
【0088】
ネットワーク構成情報は、段取り替えによって生じるすべてのネットワーク構成（段取り替えの各状態）を含む。すなわち、ネットワーク構成情報は、ＴＳＮに生じ得るデバイスの接続形態の定義を１または複数含む。例えば、ネットワーク構成情報は、図７（Ａ）に示されるネットワーク構成と、図７（Ｂ）に示されるネットワーク構成との両方を含んでいてもよい。
【0089】
通信設定情報は、ＴＳＮ上でやり取りされるフレームを定義した情報を含む。典型的には、通信設定情報は、エンドデバイス１００間でやり取りされるフレームの定義を含む。
【0090】
図１１は、本実施の形態に係る制御システム１において用いられる通信設定情報の一例を示す図である。図１１には、任意のエンドデバイス１００に対する通信設定情報の一例を示す。図１１を参照して、通信設定情報は、例えば、送信および受信の別を示す情報と、送信先または送信元を示す情報と、データサイズと、周期とを含む。図１１に示す通信設定情報は、エンドデバイス１００毎に定義される。
【0091】
各エンドデバイス１００の通信設定情報を参照することで、ＴＳＮにおいて確保しなければならない帯域などを決定できる。
【0092】
【0093】
続いて、ネットワークコントローラ３００は、エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々からＴＳＮ能力情報を収集する（（３）ＴＳＮ能力情報収集）。ＴＳＮ能力情報は、ＴＳＮに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した情報である。例えば、ＴＳＮ能力情報は、転送レート、対応可能なトラフィッククラス数、ポート数などの情報を含む。
【0094】
そして、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報および通信設定情報、ならびに、収集したＴＳＮ能力情報に基づいて、ＴＳＮ計算を行う（（４）ＴＳＮ計算）。ＴＳＮ計算においては、やり取りされるフレーム毎にストリームが決定されるとともに、各ストリーム（フレーム）に対する帯域を考慮して、通信スケジュールを決定する。このとき、段取り替えによって生じるすべてのネットワーク構成を考慮して、いずれのネットワーク構成になった場合であっても、フレーム転送を継続できるように、通信スケジュールが決定される。
【0095】
最終的に、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定をエンドデバイス１００およびスイッチ２００にそれぞれ提供する（（５）ＴＳＮ設定）。
【0096】
エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々は、ネットワークコントローラ３００からのＴＳＮ設定に従って、通信スケジュール２２８を決定および有効化する（（６）通信スケジュール）。
【0097】
以上のような手順に従って、ＴＳＮに含まれるエンドデバイス１００およびスイッチ２００に対して通信スケジュールが反映される。
【0098】
図１２は、本実施の形態に係る制御システム１におけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの処理手順を示す図である。図１２に示す処理手順は、段取り替えで着脱される予定のエンドデバイス１００のすべてをＴＳＮに接続した状態で実行される。すなわち、ＴＳＮに接続された状態がネットワーク構成の変更内容を意味することになる。
【0099】
図１２を参照して、エンドデバイス１００の各々は、自デバイス用の通信設定情報をロードする（（１）通信設定のロード）。通信設定情報については、図１１に示すものと同様である。そして、エンドデバイス１００の各々は、ＴＳＮ設定の提供するためのＴＳＮ計算をネットワークコントローラ３００へリクエストする（（２）ＴＳＮ計算リクエスト）。このとき、エンドデバイス１００の各々から送信されるＴＳＮ計算リクエストは、通信設定情報およびＴＳＮ能力情報を含む。
【0100】
ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算リクエストに応答して、ネットワーク構成情報をロードする（（３）ネットワーク構成情報のロード）。ロードされるネットワーク構成情報は、段取り替えの各状態を含む。すなわち、ネットワーク構成情報は、段取り替えによって生じるすべてのネットワーク構成を含む。続いて、ネットワークコントローラ３００は、スイッチ２００の各々からＴＳＮ能力情報を収集する（（４）ＴＳＮ能力情報収集）。
【0101】
ネットワークコントローラ３００は、エンドデバイス１００からのＴＳＮ計算リクエスト（通信設定情報およびＴＳＮ能力情報を含む）と、スイッチ２００からのＴＳＮ能力情報と、ネットワーク構成情報とに基づいて、ＴＳＮ計算を行う（（５）ＴＳＮ計算）。このとき、段取り替えによって生じるすべてのネットワーク構成を考慮して、いずれのネットワーク構成になった場合であっても、フレーム転送を継続できるように、通信スケジュールが決定される。
【0102】
最終的に、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定をエンドデバイス１００およびスイッチ２００にそれぞれ提供する（（６）ＴＳＮ設定）。
【0103】
エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々は、ネットワークコントローラ３００からのＴＳＮ設定に従って、通信スケジュール２２８を決定および有効化する（（７）通信スケジュール）。
【0104】
以上のような手順に従って、ＴＳＮに含まれるエンドデバイス１００およびスイッチ２００に対して通信スケジュールが反映される。
【0105】
＜Ｆ．未登録デバイス＞
上述したように、段取り替えによって生じるすべてのネットワーク構成を考慮してＴＳＮ設定が計算されるが、新たなエンドデバイスがＴＳＮに接続される可能性もある。この場合には、ＴＳＮ設定の計算が再度行われる。但し、再計算前のＴＳＮ設定から変更される場合もあるので、ユーザなどに通知するようにしてもよい。
上述したように、段取り替えによって生じるすべてのネットワーク構成を考慮してＴＳＮ設定が計算されるが、新たなエンドデバイスがＴＳＮに接続される可能性もある。この場合には、ＴＳＮ設定の計算が再度行われる。但し、再計算前のＴＳＮ設定から変更される場合もあるので、ユーザなどに通知するようにしてもよい。
【0106】
図１３は、本実施の形態に係る制御システム１におけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの別の処理手順を示す図である。図１３には、エンドデバイス１００－４が新たにＴＳＮに接続した場合を示す。Ｒｅｑｕｅｓｔモードでは、エンドデバイス１００は、ネットワークコントローラ３００に対してＴＳＮ計算をリクエストするので、ネットワークコントローラ３００は、登録されていない新たなエンドデバイス１００のＴＳＮへの接続を検出できる。
【0107】
図１３を参照して、新たにＴＳＮに接続したエンドデバイス１００－４は、自デバイス用の通信設定情報をロードする（（１）通信設定のロード）。そして、エンドデバイス１００－４は、ＴＳＮ設定の提供するためのＴＳＮ計算をネットワークコントローラ３００へリクエストする（（２）ＴＳＮ計算リクエスト）。
【0108】
ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算リクエストに応答して、ネットワーク構成情報をロードする（（３）ネットワーク構成情報のロード）。そして、ネットワークコントローラ３００は、エンドデバイス１００－４からのＴＳＮ計算リクエスト（通信設定情報およびＴＳＮ能力情報を含む）と、先のＴＳＮ計算で使用した情報とに基づいて、ＴＳＮ計算を行う（（４）ＴＳＮ計算）。このように、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に定義されたデバイスの接続形態とは異なる接続形態が検出されると、当該異なる接続形態において、必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を再計算する処理を実行する。
【0109】
そして、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算において、再計算前のＴＳＮ設定（既存のＴＳＮ設定）のまま運用できるか否かを判断する。そして、ＴＳＮ設定を再設定する必要がある場合には、ユーザなどに対して、再設定必要な旨を通知する（（５）再設定必要の通知）。このように、ネットワークコントローラ３００は、再計算されたＴＳＮ設定を反映しなければならないと判断されると、当該反映の必要性を通知する処理を実行する。
【0110】
ユーザなどから承認を受けると（（６）承認）、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定をエンドデバイス１００－４に提供する（（７－１）ＴＳＮ設定）とともに、ＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定を既存のエンドデバイス１００およびスイッチの各々に提供して、リスタートを指示する（（７－２）ＴＳＮ設定＋リスタート）。このように、ネットワークコントローラ３００は、明示的な承認に応答して、再計算されたＴＳＮ設定をＴＳＮに接続されたデバイスに提供する処理を実行する。
【0111】
エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々は、ネットワークコントローラ３００からのＴＳＮ設定に従って、通信スケジュール２２８を決定および有効化する（（８）通信スケジュール）。
【0112】
以上のような手順に従って、新たなエンドデバイス１００がＴＳＮに接続した場合においても、新たな通信スケジュールが反映される。
【0113】
図１３に示すように、Ｒｅｑｕｅｓｔモードにおいて、エンドデバイス１００がＴＳＮに接続すると、ＴＳＮ計算リクエストがネットワークコントローラ３００へ送信されるので、当該接続したエンドデバイス１００が未登録であるか否かを判断できる。
【0114】
ネットワークコントローラ３００は、未登録のエンドデバイス１００がＴＳＮに接続したことで、他のエンドデバイス１００が使用する帯域や通信スケジュールを変更する必要があるか否か、すなわち、他のエンドデバイス１００に割当てられている帯域や通信スケジュールへの影響が許容範囲内であるか否かを判断する。帯域または通信スケジュールへの影響が許容範囲内でなければ、ネットワークコントローラ３００は、ユーザなどに対して、ＴＳＮ設定の再設定に対する承認を受けるようにする。ユーザなどから承認が得られると、ＴＳＮに接続するエンドデバイス１００およびスイッチ２００は、新たなＴＳＮ設定に従ってリスタートし、初期シーケンスが再度実行される。
【0115】
なお、帯域または通信スケジュールへの影響が許容範囲内であれば、新たにＴＳＮに接続したエンドデバイス１００－４に対してのみＴＳＮ設定が提供される。
【0116】
なお、ユーザなどへの通知方法としては、ＯＰＣ ＵＡのサブスクリプションを利用する方法などを用いてもよい。
【0117】
＜Ｇ．ネットワークコントローラにおける処理手順＞
次に、本実施の形態に係る制御システム１のネットワークコントローラ３００における処理手順について説明する。
次に、本実施の形態に係る制御システム１のネットワークコントローラ３００における処理手順について説明する。
【0118】
図１４は、本実施の形態に係る制御システム１のネットワークコントローラ３００におけるＰｕｓｈモードでの処理手順を示す図である。図１４に示す各ステップは、典型的には、ネットワークコントローラ３００のプロセッサ３０２がネットワーク設定プログラム３２４を実行することで実現される。図１４に示されるＰｕｓｈモードにおいては、予め定められた条件が成立すると、ＴＳＮ設定を計算する処理が開始される。
【0119】
図１４を参照して、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算の開始条件が成立すると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、対象のＴＳＮに係るネットワーク構成情報を取得する（ステップＳ１０２）とともに、各エンドデバイス１００の通信設定情報およびＴＳＮ能力情報を取得する（ステップＳ１０４）。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、ＴＳＮに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義したＴＳＮ能力情報とを取得する処理を実行する。
【0120】
ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれる１つのＴＳＮ構成を選択し（ステップＳ１０６）、ストリームの設定、各ストリームに対する帯域の割当て、通信スケジュールの決定などを含むＴＳＮ計算を行う（ステップＳ１０８）。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報と、通信設定情報と、ＴＳＮ能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する処理実行する。そして、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算により決定されたＴＳＮ設定を現在のＴＳＮ設定とする。
【0121】
続いて、ネットワークコントローラ３００は、以下のような手順により、ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を計算あるいは更新する。
【0122】
ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれる別のＴＳＮ構成を選択し（ステップＳ１１０）、ストリームの設定、各ストリームに対する帯域の割当て、通信スケジュールの決定などを含むＴＳＮ計算を行う（ステップＳ１１２）。
【0123】
そして、ネットワークコントローラ３００は、今回のＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定に基づいて、現在のＴＳＮ設定では必要なフレーム転送ができない項目が存在するか否かを判断する（ステップＳ１１４）。
【0124】
現在のＴＳＮ設定では必要なフレーム転送ができない項目が存在すれば（ステップＳ１１４においてＹＥＳ）、ネットワークコントローラ３００は、現在のＴＳＮ設定のうち必要なフレーム転送ができない項目の値を、今回のＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定の対応する項目の値に変更する（ステップＳ１１６）。ネットワークコントローラ３００は、変更後のＴＳＮ設定を新たな現在のＴＳＮ設定とする。
【0125】
このように、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれる１つの接続形態について計算された設定情報が、ネットワーク構成情報に含まれる別の接続形態において必要なフレーム転送を実現できるか否かを判断する処理を実行する。
【0126】
現在のＴＳＮ設定で必要なフレーム転送ができれば（ステップＳ１１４においてＮＯ）、ステップＳ１１６の処理はスキップされる。
【0127】
続いて、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれるすべてのＴＳＮ構成の選択が完了したか否かを判断する（ステップＳ１１８）。
【0128】
ネットワーク構成情報に含まれるすべてのＴＳＮ構成の選択が完了していなければ（ステップＳ１１８においてＮＯ）、ステップＳ１１０以下の処理が繰返される。
【0129】
ネットワーク構成情報に含まれるすべてのＴＳＮ構成の選択が完了していれば（ステップＳ１１８においてＹＥＳ）、ネットワークコントローラ３００は、エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々に対して、現在のＴＳＮ設定を送信する（ステップＳ１２０）。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ設定をＴＳＮに接続されたデバイスに提供する処理を実行する。
【0130】
以上により、ネットワークコントローラ３００によるＴＳＮ計算が完了する。
図１５は、本実施の形態に係る制御システム１のネットワークコントローラ３００におけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの処理手順を示す図である。図１５に示す各ステップは、典型的には、ネットワークコントローラ３００のプロセッサ３０２がネットワーク設定プログラム３２４を実行することで実現される。図１５に示されるＲｅｑｕｅｓｔモードにおいては、ＴＳＮに接続されたデバイスからのリクエストに応じて、ＴＳＮ設定を計算する処理が開始される。
図１５は、本実施の形態に係る制御システム１のネットワークコントローラ３００におけるＲｅｑｕｅｓｔモードでの処理手順を示す図である。図１５に示す各ステップは、典型的には、ネットワークコントローラ３００のプロセッサ３０２がネットワーク設定プログラム３２４を実行することで実現される。図１５に示されるＲｅｑｕｅｓｔモードにおいては、ＴＳＮに接続されたデバイスからのリクエストに応じて、ＴＳＮ設定を計算する処理が開始される。
【0131】
図１５を参照して、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算リクエストを受信すると（ステップＳ２００においてＹＥＳ）、ＴＳＮ計算リクエストに含まれる通信設定情報およびＴＳＮ能力情報を取得する（ステップＳ２０２）とともに、対象のＴＳＮに係るネットワーク構成情報を取得する（ステップＳ２０４）。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、ＴＳＮに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義したＴＳＮ能力情報とを取得する処理を実行する。
【0132】
ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれる１つのＴＳＮ構成を選択し（ステップＳ２０６）、ストリームの設定、各ストリームに対する帯域の割当て、通信スケジュールの決定などを含むＴＳＮ計算を行う（ステップＳ２０８）。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報と、通信設定情報と、ＴＳＮ能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する処理実行する。そして、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ計算により決定されたＴＳＮ設定を現在のＴＳＮ設定とする。
【0133】
続いて、ネットワークコントローラ３００は、以下のような手順により、ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、ＴＳＮ設定を計算あるいは更新する。
【0134】
ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれる別のＴＳＮ構成を選択し（ステップＳ２１０）、ストリームの設定、各ストリームに対する帯域の割当て、通信スケジュールの決定などを含むＴＳＮ計算を行う（ステップＳ２１２）。
【0135】
そして、ネットワークコントローラ３００は、今回のＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定に基づいて、現在のＴＳＮ設定では必要なフレーム転送ができない項目が存在するか否かを判断する（ステップＳ２１４）。
【0136】
現在のＴＳＮ設定では必要なフレーム転送ができない項目が存在すれば（ステップＳ２１４においてＹＥＳ）、ネットワークコントローラ３００は、現在のＴＳＮ設定のうち必要なフレーム転送ができない項目の値を、今回のＴＳＮ計算によって決定されたＴＳＮ設定の対応する項目の値に変更する（ステップＳ２１６）。ネットワークコントローラ３００は、変更後のＴＳＮ設定を新たな現在のＴＳＮ設定とする。
【0137】
このように、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれる１つの接続形態について計算された設定情報が、ネットワーク構成情報に含まれる別の接続形態において必要なフレーム転送を実現できるか否かを判断する処理を実行する。
【0138】
現在のＴＳＮ設定で必要なフレーム転送ができれば（ステップＳ２１４においてＮＯ）、ステップＳ２１６の処理はスキップされる。
【0139】
続いて、ネットワークコントローラ３００は、ネットワーク構成情報に含まれるすべてのＴＳＮ構成の選択が完了したか否かを判断する（ステップＳ２１８）。
【0140】
ネットワーク構成情報に含まれるすべてのＴＳＮ構成の選択が完了していなければ（ステップＳ２１８においてＮＯ）、ステップＳ２１０以下の処理が繰返される。
【0141】
ネットワーク構成情報に含まれるすべてのＴＳＮ構成の選択が完了していれば（ステップＳ２１８においてＹＥＳ）、ネットワークコントローラ３００は、エンドデバイス１００およびスイッチ２００の各々に対して、現在のＴＳＮ設定を送信する（ステップＳ２２０）。すなわち、ネットワークコントローラ３００は、ＴＳＮ設定をＴＳＮに接続されたデバイスに提供する処理を実行する。
【0142】
以上により、ネットワークコントローラ３００によるＴＳＮ計算が完了する。
＜Ｈ．付記＞
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。
＜Ｈ．付記＞
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。
【0143】
［構成１］
ＴＳＮ（Time Sensitive Networking）に従うネットワークにおける通信方法であって、
前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得するステップ（Ｓ１０４；Ｓ２０４）と、
前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算するステップ（Ｓ１０６～Ｓ１１８；Ｓ２０６～Ｓ２１８）と、
前記ＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供するステップ（Ｓ１２０；Ｓ２２０）とを備え、
前記ＴＳＮ設定を計算するステップは、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算するステップ（Ｓ１１０～Ｓ１１８；Ｓ２１０～Ｓ２１８）を含む、通信方法。
ＴＳＮ（Time Sensitive Networking）に従うネットワークにおける通信方法であって、
前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得するステップ（Ｓ１０４；Ｓ２０４）と、
前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算するステップ（Ｓ１０６～Ｓ１１８；Ｓ２０６～Ｓ２１８）と、
前記ＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供するステップ（Ｓ１２０；Ｓ２２０）とを備え、
前記ＴＳＮ設定を計算するステップは、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算するステップ（Ｓ１１０～Ｓ１１８；Ｓ２１０～Ｓ２１８）を含む、通信方法。
【0144】
［構成２］
予め定められた条件が成立すると、前記ＴＳＮ設定を計算するステップが開始される、構成１に記載の通信方法。
予め定められた条件が成立すると、前記ＴＳＮ設定を計算するステップが開始される、構成１に記載の通信方法。
【0145】
［構成３］
前記ネットワークに接続されたデバイスからのリクエストに応じて、前記ＴＳＮ設定を計算するステップが開始される、構成１に記載の通信方法。
前記ネットワークに接続されたデバイスからのリクエストに応じて、前記ＴＳＮ設定を計算するステップが開始される、構成１に記載の通信方法。
【0146】
［構成４］
前記ＴＳＮ設定を計算するステップは、前記ネットワーク構成情報に含まれる１つの接続形態について計算された設定情報が、前記ネットワーク構成情報に含まれる別の接続形態において必要なフレーム転送を実現できるか否かを判断するステップ（Ｓ１１４；Ｓ２１４）を含む、構成１～３のいずれか１項に記載の通信方法。
前記ＴＳＮ設定を計算するステップは、前記ネットワーク構成情報に含まれる１つの接続形態について計算された設定情報が、前記ネットワーク構成情報に含まれる別の接続形態において必要なフレーム転送を実現できるか否かを判断するステップ（Ｓ１１４；Ｓ２１４）を含む、構成１～３のいずれか１項に記載の通信方法。
【0147】
［構成５］
前記ネットワーク構成情報に定義されたデバイスの接続形態とは異なる接続形態が検出されると、当該異なる接続形態において、必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を再計算するステップをさらに備える、構成１～４のいずれか１項に記載の通信方法。
前記ネットワーク構成情報に定義されたデバイスの接続形態とは異なる接続形態が検出されると、当該異なる接続形態において、必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を再計算するステップをさらに備える、構成１～４のいずれか１項に記載の通信方法。
【0148】
［構成６］
前記再計算されたＴＳＮ設定を反映しなければならないと判断されると、当該反映の必要性を通知するステップをさらに備える、構成５に記載の通信方法。
前記再計算されたＴＳＮ設定を反映しなければならないと判断されると、当該反映の必要性を通知するステップをさらに備える、構成５に記載の通信方法。
【0149】
［構成７］
明示的な承認に応答して、前記再計算されたＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供するステップをさらに備える、構成６に記載の通信方法。
明示的な承認に応答して、前記再計算されたＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供するステップをさらに備える、構成６に記載の通信方法。
【0150】
［構成８］
各デバイスが隣接ノード情報を収集するステップと、
各デバイスが収集した隣接ノード情報に基づいて前記ネットワークのトポロジを生成するステップと、
前記生成されたトポロジに基づいて、前記ネットワーク構成情報を更新するステップとをさらに備える、構成１～７のいずれか１項に記載の通信方法。
各デバイスが隣接ノード情報を収集するステップと、
各デバイスが収集した隣接ノード情報に基づいて前記ネットワークのトポロジを生成するステップと、
前記生成されたトポロジに基づいて、前記ネットワーク構成情報を更新するステップとをさらに備える、構成１～７のいずれか１項に記載の通信方法。
【0151】
［構成９］
ＴＳＮ（Time Sensitive Networking）に従うネットワークを含む通信システム（１）であって、
ネットワークコントローラ（３００）と、
前記ネットワークに接続される１または複数のデバイス（１００，２００）とを備え、
前記ネットワークコントローラは、
前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記１または複数のデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段（Ｓ１０４；Ｓ２０４）と、
前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段（Ｓ１０６～Ｓ１１８；Ｓ２０６～Ｓ２１８）と、
前記ＴＳＮ設定を前記１または複数のデバイスに提供する手段（Ｓ１２０；Ｓ２２０）とを備え、
前記ＴＳＮ設定を計算する手段は、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算する、通信システム。
ＴＳＮ（Time Sensitive Networking）に従うネットワークを含む通信システム（１）であって、
ネットワークコントローラ（３００）と、
前記ネットワークに接続される１または複数のデバイス（１００，２００）とを備え、
前記ネットワークコントローラは、
前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記１または複数のデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段（Ｓ１０４；Ｓ２０４）と、
前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段（Ｓ１０６～Ｓ１１８；Ｓ２０６～Ｓ２１８）と、
前記ＴＳＮ設定を前記１または複数のデバイスに提供する手段（Ｓ１２０；Ｓ２２０）とを備え、
前記ＴＳＮ設定を計算する手段は、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算する、通信システム。
【0152】
［構成１０］
ＴＳＮ（Time Sensitive Networking）に従うネットワークを構成するネットワークコントローラ（３００）であって、
前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段（Ｓ１０４；Ｓ２０４）と、
前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段（Ｓ１０６～Ｓ１１８；Ｓ２０６～Ｓ２１８）と、
前記ＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供する手段（Ｓ１２０；Ｓ２２０）とを備え、
前記ＴＳＮ設定を計算する手段は、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算する、通信装置。
ＴＳＮ（Time Sensitive Networking）に従うネットワークを構成するネットワークコントローラ（３００）であって、
前記ネットワーク上でやり取りされるフレームを定義した通信設定情報と、前記ネットワークに接続されるデバイスのＴＳＮに係る性能情報を定義した能力情報とを取得する手段（Ｓ１０４；Ｓ２０４）と、
前記ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報と、前記通信設定情報と、前記能力情報とに基づいて、各デバイスにおけるフレームの通信スケジュールを含むＴＳＮ設定を計算する手段（Ｓ１０６～Ｓ１１８；Ｓ２０６～Ｓ２１８）と、
前記ＴＳＮ設定を前記ネットワークに接続されたデバイスに提供する手段（Ｓ１２０；Ｓ２２０）とを備え、
前記ＴＳＮ設定を計算する手段は、前記ネットワーク構成情報に含まれる接続形態のいずれにおいても必要なフレーム転送を実現できるように、前記ＴＳＮ設定を計算する、通信装置。
【0153】
＜Ｉ．利点＞
本実施の形態に係る通信制御システムによれば、段取り替えなどによってネットワーク構成（デバイスの接続形態）が変更されることが予定されている場合などには、ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報を用いてＴＳＮ設定を計算するので、いずれのネットワーク構成においても要求された通信性能を維持できる。そのため、段取り替えが生じても、要求された通信性能および制御性能を維持できる。
本実施の形態に係る通信制御システムによれば、段取り替えなどによってネットワーク構成（デバイスの接続形態）が変更されることが予定されている場合などには、ネットワークに生じ得るデバイスの接続形態を１または複数定義したネットワーク構成情報を用いてＴＳＮ設定を計算するので、いずれのネットワーク構成においても要求された通信性能を維持できる。そのため、段取り替えが生じても、要求された通信性能および制御性能を維持できる。
【0154】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0155】
１ 制御システム、２０，２２，２４，２６，２８ リンク、３０ フィールドバス、４０ フィールドデバイス、１００ エンドデバイス、１０２，３０２ プロセッサ、１０４，３０４ 主メモリ、１１０，３１０ ネットワークインターフェイス、１１２，２１２，３１２ 送受信制御回路、１１４，２１４，３１４ 送信回路、１１６，２１６，３１６ 受信回路、１２０，３２０ ストレージ、１２２ システムプログラム、１２４ ユーザプログラム、１３０ 内部バスインターフェイス、１３２ フィールドバスインターフェイス、１３４ メモリカードインターフェイス、１３６ メモリカード、１３８，３３８ バス、１４０ Ｉ／Ｏユニット、２００ スイッチ、２１８ 転送エンジン、２２０ キュー、２２２ ゲート、２２４ 振分回路、２２６ タイミング制御回路、２２８ 通信スケジュール、３００ ネットワークコントローラ、３２２ ＯＳ、３２４ ネットワーク設定プログラム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】