特表 2024-532899 ネットワーク用のネットワークカップリング装置およびネットワークカップリング装置を備えたネットワーク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-10

(54)【発明の名称】ネットワーク用のネットワークカップリング装置およびネットワークカップリング装置を備えたネットワーク

(51)【国際特許分類】

   H04L 12/28 20060101AFI20240903BHJP

【ＦＩ】

H04L12/28 200Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024513542

(86)(22)【出願日】2022-08-17

(85)【翻訳文提出日】2024-04-17

(86)【国際出願番号】 EP2022072985

(87)【国際公開番号】W WO2023030892

(87)【国際公開日】2023-03-09

(31)【優先権主張番号】LU500592

(32)【優先日】2021-08-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】LU

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】594070612

【氏名又は名称】フェニックス コンタクト ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｐｈｏｅｎｉｘ Ｃｏｎｔａｃｔ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ

【住所又は居所原語表記】Ｆｌａｃｈｓｍａｒｋｔｓｔｒａｓｓｅ ８， Ｄ－３２８２５ Ｂｌｏｍｂｅｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100152205

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 昌司

(72)【発明者】

【氏名】タレク、シュラベック

【テーマコード（参考）】

5K033

【Ｆターム（参考）】

5K033CC01

5K033DA15

5K033DB04

(57)【要約】

本発明は、電気的な線路（Ｌ）を介して、ネットワーク（Ｎ）に少なくとも１つの装置（２）を結合するためのネットワークカップリング装置（１）であって、ネットワークカップリング装置（１）は、電気的な線路（Ｌ）を介して、少なくとも１つの装置（２）とネットワークカップリング装置（１）とを接続するための少なくとも１つの接続ユニット（Ｐ１，…，Ｐ１６）と、少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）であって、少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）は、少なくとも１つの接続ユニット（Ｐ１，…，Ｐ１６）に対応付けられており、かつ少なくとも１つの信号を線路（Ｌ）に入力結合し、かつ／または線路（Ｌ）から出力結合するように設定されている、少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）と、少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）および少なくとも１つの接続ユニット（Ｐ１，…，Ｐ１６）を介して少なくとも１つの信号を装置（２）に伝え、かつ／または装置（２）から受信するように設定された制御ユニット（ＳＥ）とを備えており、ネットワークカップリング装置（１）には、少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）が含まれており、少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）は、少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）と制御ユニット（ＳＥ）との間に配置されており、かつ制御ユニット（ＳＥ）と少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ６）との間の伝送のために少なくとも１つの信号を変換するように設定されている、ネットワークカップリング装置（１）に関する。本発明はさらに、ネットワークカップリング装置（１）を備えたネットワーク（Ｎ）に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気的な線路（Ｌ）を介して、ネットワーク（Ｎ）に少なくとも１つの装置（２）を結合するためのネットワークカップリング装置（１）であって、前記ネットワークカップリング装置（１）は、
前記電気的な線路（Ｌ）を介して、前記少なくとも１つの装置（２）と前記ネットワークカップリング装置（１）とを接続するための少なくとも１つの接続ユニット（Ｐ１，…，Ｐ１６）と、
少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）であって、前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）は、前記少なくとも１つの接続ユニット（Ｐ１，…，Ｐ１６）に対応付けられており、かつ少なくとも１つの信号を前記線路（Ｌ）に入力結合し、かつ／または前記線路（Ｌ）から出力結合するように設定されている、少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）と、
前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）および前記少なくとも１つの接続ユニット（Ｐ１，…，Ｐ１６）を介して少なくとも１つの信号を前記装置（２）に伝え、かつ／または前記装置（２）から受信するように設定された制御ユニット（ＳＥ）と
を備えており、
前記ネットワークカップリング装置（１）には、少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）が含まれており、前記少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）は、前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）と前記制御ユニット（ＳＥ）との間に配置されており、かつ前記制御ユニット（ＳＥ）と前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ６）との間の伝送のために前記少なくとも１つの信号を変換するように設定されている、
ネットワークカップリング装置（１）。

【請求項2】

前記制御ユニット（ＳＥ）は制御ユニットインタフェース要素（ＳＥＳ）を有し、前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）は送受信ユニットインタフェース要素（Ｔ１Ｓ）を有し、前記制御ユニット（ＳＥ）は、前記制御ユニットインタフェース要素（ＳＥＳ）を介して、前記少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）にカップリングされており、前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）は、前記送受信ユニットインタフェース要素（Ｔ１Ｓ）を介して、前記少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）にカップリングされている、請求項１記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項3】

前記制御ユニットインタフェース要素（ＳＥＳ）は、SGMIIインタフェースまたはQSGMIIインタフェースとして構成されているか、またはSGMIIインタフェース機能またはQSGMIIインタフェース機能を含む、請求項１または２記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項4】

前記送受信ユニットインタフェース要素（Ｔ１Ｓ）は、RMIIインタフェースとして構成されているか、またはRMIIインタフェース機能を含む、請求項２または３記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項5】

前記少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）は、前記制御ユニット（ＳＥ）にカップリングするための第１のインタフェース要素と、前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）にカップリングするための第２のインタフェース要素とを有し、前記第１のインタフェース要素は、SGMIIインタフェースまたはQSGMIIインタフェースとして構成されているか、またはSGMIIインタフェース機能またはQSGMIIインタフェース機能を含み、かつ／または前記第２のインタフェース要素は、RMIIインタフェースとして構成されているか、またはRMIIインタフェース機能を含む、請求項１記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項6】

前記制御ユニット（ＳＥ）は、ファストイーサネットデータ伝送規格に従って、または好適にはギガビットイーサネットデータ伝送規格に従って設定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項7】

前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）は、イーサネット物理層（PHY）トランシーバとして構成されており、かつ／または設定されており、かつ／またはイーサネットデータ伝送規格IEEE Std 802.3cg^TM-2019（10BASE T1L）に従って設定されており、かつ／または規定されており、前記少なくとも１つの信号の入力結合および／または出力結合のために、好適には少なくとも10Mbit/sまでのデータ伝送速度を提供する、請求項１から６までのいずれか１項記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項8】

前記少なくとも１つの接続ユニット（Ｐ１，…，Ｐ１６）は、ポートとして、好適にはRJ-45接続ソケットとして構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項9】

前記少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）は、前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）に50MHzのクロックを供給するように設定されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項10】

請求項１から９までのいずれか１項記載の少なくとも１つのネットワークカップリング装置（１）を備えたネットワーク（Ｎ）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ネットワーク、好適にはイーサネットネットワークに端末装置を結合するためのネットワークカップリング装置に関する。

【0002】

いわゆるモノの産業用インターネット（「Industrial Internet of Things/IIoT」）により、例えば、製造業およびプロセス産業における産業用イーサネットの分野において、プロセスオートメーション化のためにネットワーク技術に特別な要求が課されている。一方では、将来的に多数のネットワークパーティシパント、すなわち端末装置を可能な限りに容易にネットワークに接続できるようにすべきであり、このことは、ネットワーク技術の小型化につながる。しかしながら、他方では、大量のデータを伝送すること、ひいては高いデータ伝送速度に対する需要も、特に、例えば人工知能（AI）技術を使用することによっても高まっている。

【0003】

製造業およびプロセス産業の特殊な要求を背景にして、いわゆるEthernet APL（Ethernet Advanced Physical Layer）規格が開発されており、この規格は、ISO/OSI７層モデルに従って、イーサネット通信技術の付加的な物理層を表しており、したがって電気信号におけるビットの符号化および電気信号（パルス）の伝送を規定している。４つの心線対を有する８心線の線路の代わりにここでは、２線線路が使用される。これにより、例えば、多くの小型の端末装置、例えばセンサ、スイッチ、操作素子等を、カップリング装置としてのイーサネットスイッチを介して、比較的容易に制御ネットワークに結合することができる。このような端末装置では、10Mbit/sのデータ伝送速度で十分である。

【0004】

さらに、「IEEE Std. 802.3cg^TM-2019」というコンセプトで、ローカルネットワーク（LAN）の領域における有線通信のために発展させられたイーサネットデータ伝送規格が定められるかまたは規定されており、この規格により、10Mbit/sのデータ伝送速度が可能になる。データ、すなわちイーサネット信号の伝送は、既に上で説明したように、２つの単一心線から、すなわち銅ベースの絶縁された２つの電気的なワイヤから構成される線路を介して行われる。このようなネットワークの幹線（「トランク」）は、最大1000mの長さであってよく、支線（「スパー」）は最大で200mであってよい。この際、ただ１つの心線対の２つの単一心線は好適には互いに撚られている。このような線路は、「ツイストペアケーブル」とも称される。「シングルペアイーサネット」とも称される、このネットワーク規格の伝送プロトコルは、リアルタイム対応であり、簡単かつロバストなケーブル接続を可能にする。

【0005】

上で説明した、電気信号を用いたデータ伝送技術を提供するために、従来技術からは、半導体ベースの１チャネル送受信ユニット（「Physical-Layer(PHY)-Tranceiver」）、すなわち１チャネルイーサネットトランシーバが公知であり、このトランシーバは、IEEE 802.3cg^TM 10BASE-T1L仕様に準拠しており、ただ１つの接続されたツイストペア２線線路により、10Mbit/sのデータ伝送速度でイーサネット信号が伝送可能である。ここでこれは、例えば、Texas Instruments社の「DP83TD510E」およびAnalog Devices社の「ADIN1100」のシングルペアイーサネットPHYチップである。

【0006】

しかしながら、ISO/OSI７層モデルに準拠する物理層のこれらの送受信ユニットは、ただ１つのチャネルを有し、ひいては１つの外部インタフェースを有する端末装置向けの１チャネル送受信ユニット（「シングルポートトランシーバ」）として構想されており、イーサネットスイッチ向けには、すなわち、例えば1GBit/sの高いデータ伝送速度用ではあるものの、例えば100mの比較的短い最大線路長用のマルチチャンネルの送受信ユニットを有するカップリング装置向けには構想されていない。ここでは、送受信ユニットの１チャネルにより、ポート、すなわち外部インタフェースが利用可能になる。

【0007】

このような機能、すなわち上で説明した、イーサネットスイッチの枠内での１チャネル送受信ユニットの機能を提供するためには、付加的な手段が必要である。例えば、ここでは、伝送規格への適合化を達成するために、集積回路のプログラマブル論理回路（「Field Programmable Gate Array (FPGA)」）の形態のインタフェース変換器が使用される。しかしながら、プログラマブル論理回路、すなわちFPGAチップを使用することにより、結果的に開発コストが高くなり、さらに製造コストおよび製品コストが高くなってしまう。

【0008】

さらに、対応する１チャネル送受信ユニットに直接に結合することができるが、極めて少ない個数のチャネル、すなわちポート、ひいては外部インタフェースを提供するイーサネットスイッチ用の半導体ベースの制御モジュールが公知である。ここでは通例、５チャネル／ポートである。

【0009】

チャネルの個数と、ひいては利用可能なポートとを増大させるために、複数の制御モジュールを対応してカスケード接続することができる。しかしながら、カスケード接続、すなわちカスケード深さは、データ、すなわちイーサネット信号を伝送する際に遅延時間が増大してしまうことで限界に達しており、このことは、データの伝送の信頼性に不利に作用してしまう。

【0010】

したがって、本発明の課題は、少なくとも、IEEE Std. 802.3cg^TM-2019データ伝送規格に準拠する少なくとも１つの１チャネル送受信ユニットの機能を容易に表現するように設定されたネットワークカップリング装置、好ましくはファストイーサネットスイッチまたはギガビットイーサネットスイッチを提供するか、または発展させることである。

【0011】

この課題は、独立請求項１の特徴によって解決される。本発明の別の実施例および用途は、従属請求項から明らかになり、図を部分的に参照して以下の説明において詳述される。

【0012】

本発明は、第１の全体的な観点によると、電気的な線路を介して、ネットワークに、好適にはイーサネットネットワークに少なくとも１つの装置、好適には端末装置を結合するためのネットワークカップリング装置、好適にはイーサネットスイッチであって、ネットワークカップリング装置は、電気的な線路を介して、少なくとも１つの装置とネットワークカップリング装置とを接続するための少なくとも１つの接続ユニットと、少なくとも１つの送受信ユニットであって、少なくとも１つの送受信ユニットは、少なくとも１つの接続ユニットに対応付けられており、かつ少なくとも１つの信号を線路に入力結合し、かつ／または線路から出力結合するように設定されている、少なくとも１つの送受信ユニットと、少なくとも１つの送受信ユニットおよび少なくとも１つの接続ユニットを介して少なくとも１つの信号を装置に伝え、かつ／または装置から受信するように設定された制御ユニットとを備えており、ネットワークカップリング装置には、少なくとも１つの変換モジュールが含まれており、少なくとも１つの変換モジュールは、少なくとも１つの送受信ユニットと制御ユニットとの間に配置されており、かつ制御ユニットと少なくとも１つの送受信ユニットとの間の伝送のために少なくとも１つの信号を変換するように設定されている、ネットワークカップリング装置に関する。

【0013】

これにより、例えば、イーサネットギガビットスイッチとして構成されておりかつ少なくとも１つの１チャネルトランシーバを有するネットワークカップリング装置が提供可能になり、この１チャネルトランシーバは、２線線路を介して、比較的低いデータ伝送速度を必要とする端末装置を結合するように構成されている。

【0014】

本発明の別の１つの態様によると、制御ユニットが制御ユニットインタフェース要素を有し、少なくとも１つの送受信ユニットが送受信ユニットインタフェース要素を有し、制御ユニットは、制御ユニットインタフェース要素を介して、少なくとも１つの変換モジュールにカップリングされており、少なくとも１つの送受信ユニットは、送受信ユニットインタフェース要素を介して、少なくとも１つの変換モジュールにカップリングされていることが特定されていてよい。

【0015】

少なくとも１つの変換モジュールによって、最新のネットワークカップリング装置、すなわちギガビットイーサネット対応のインタフェースを備えたスイッチを、利用可能なT1L送受信ユニット、すなわちT1L（PHY）トランシーバと一緒に協働させることが可能になる。

【0016】

制御ユニットインタフェース要素は、SGMIIインタフェース（Serial Gigabit Media-Independent Interface-(SGMII)インタフェース）またはQSGMIIインタフェース（Quad Serial Gigabit Media-Independent Interface-(QSGMII)インタフェース）として構成されているか、またはSGMIIインタフェース機能および／またはQSGMIIインタフェース機能を含むことが可能である。

【0017】

本発明の別の観点によると、送受信ユニットインタフェース要素が、RMIIインタフェース（Reduced Media-Independent Interface-(RMII)インタフェース）として構成され、かつ／またはRMIIインタフェース機能を含むことが特定されていてよい。

【0018】

択一的に可能であるのは、少なくとも１つの変換モジュールが、制御ユニットにカップリングするための第１のインタフェース要素と、少なくとも１つの送受信ユニットにカップリングするための第２のインタフェース要素とを有し、第１のインタフェース要素は、SGMIIインタフェースまたはQSGMIIインタフェースとして構成されているか、またはSGMIIインタフェース機能またはQSGMIIインタフェース機能を含み、かつ／または第２のインタフェース要素は、RMIIインタフェースとして構成されているか、またはRMIIインタフェース機能を含むことである。

【0019】

本発明の別の１つの態様によると、制御ユニットが、ファストイーサネットデータ伝送規格に従って、または好適にはギガビットイーサネットデータ伝送規格に従って設定され、かつ／または形成されることが特定されていてよい。

【0020】

少なくとも１つの送受信ユニットが、イーサネット物理層（PHY）トランシーバとして構成されており、かつ／もしくは設定されており、かつ／またはイーサネットデータ伝送規格IEEE Std 802.3cg^TM-2019（10BASE T1L）に従って設定されており、かつ／もしくは規定されており、少なくとも１つの信号の入力結合および／または出力結合のために、好適には少なくとも10Mbit/sまでのデータ伝送速度を提供することが可能である。

【0021】

少なくとも１つの接続ユニットが、ポートとして、好適にはRJ-45接続ソケットとして構成されていることが可能である。択一的には、少なくとも１つの接続ユニットが、接続ソケットとして別の仕様および／または規準に従って構成されていることも可能である。

【0022】

ネットワークカップリング装置には付加的に、SFP（Small Form-factor Pluggable）ポートとして構成されている少なくとも１つの接続ユニットが含まれていることが可能である。

【0023】

本発明の別の観点によると、好適には送受信ユニットインタフェース要素が、RMIIインタフェース（Reduced Media-Independent Interface-(RMII)インタフェース）として構成されており、かつ／または少なくとも１つのRMIIインタフェース機能を含む場合に、少なくとも１つの送受信ユニットに実質的に50MHzおよび／または少なくとも50MHzのクロックを供給し、かつ／またはこのクロックでこの送受信ユニットを作動させるように、少なくとも１つの変換モジュールが形成され、かつ／または設定されることが特定されていてよい。

【0024】

したがって、水晶を介する外部クロック供給は、例えば不要になる。これにより、ネットワークカップリング装置の付加的なコンポーネントまたは要素を節約することができる。

【0025】

第２の全体的な観点によると、本発明は、本明細書に開示したような、少なくとも１つのネットワークカップリング装置を備えたネットワークに関する。

【0026】

本発明の前に説明した実施例および特徴は、互いに任意に組合せ可能である。以下では、添付の図面を参照して、本発明のさらなるまたは別の詳細および有利な作用を詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】従来技術によるネットワークカップリング装置の第１の実施例の概略構造を示す図である。

【図2】従来技術によるネットワークカップリング装置の第２の実施例の概略構造を示す図である。

【図3】従来技術によるネットワークカップリング装置の第３の実施例の概略構造を示す図である。

【図4】本発明に係るネットワークカップリング装置の実施例の概略構造を示す図である。

【0028】

同じまたは機能的に等価なコンポーネントまたは要素には、複数の図面において同じ参照符号が付されている。これらの説明については、繰り返しを避けるために、別の実施例の説明および／または図面も部分的に参照されたい。

【0029】

図面に示した実施例の以下の詳細な説明は、より詳細な例証または明瞭化のために使用されるものであり、決して本発明の範囲を制限するものではない。

【0030】

図１～図３にはそれぞれ、従来技術から公知であるネットワークカップリング装置１の実施例の概略構造が示されている。略示した公知のネットワークカップリング装置１の説明は、ISO/OSI７層モデルによる物理層に関連する重要なコンポーネントおよび要素に限定される。

【0031】

図１には、従来技術から公知でありかつネットワークにネットワークパーティシパントを結合するために使用されるネットワークカップリング装置１の第１の実施例の概略構造が示されている。

【0032】

ネットワークカップリング装置１は、イーサネットスイッチとして構成されており、また例えば、データ伝送規格IEEE 802.3ab^TM（1000BASE-T）に従って、ギガビットイーサネットスイッチとして規定されており、このデータ伝送規格では、データを伝送するために４つの心線対、ひいてはツイストペア銅ケーブルの８つの心線が使用される。ネットワークカップリング装置１により、イーサネットネットワークに結合する際に、イーサネットネットワークが２つのセグメントに分割される。

【0033】

図１のネットワークカップリング装置１には、イーサネットスイッチコントローラとして制御ユニットＳＥが含まれている。ネットワークカップリング装置１にはさらに、第１の送受信ユニットＴ１および第２の送受信ユニットＴ２が含まれている。第１の送受信ユニットＴ１も第２の送受信ユニットＴ２も共に、電気信号、すなわち電気パルスにビットを変換するように構成されており、したがって、伝送媒体を介して信号を送信および受信するために使用され、この伝送媒体は、ネットワークカップリング装置１がイーサネットスイッチであるこのケースでは、ツイストペアケーブルの形態の銅ケーブルである。換言すると、送受信ユニットＴ１およびＴ２は、物理的な付加チップであり、「ギガビット物理層（PHY）トランシーバ」とも称される。

【0034】

送受信ユニットＴ１およびＴ２のそれぞれは、それぞれ８つのチャネルを有し、これにより、ネットワークカップリング装置１は、全部で１６個の接続ユニットを有し、すなわちRJ45接続ソケットの形態の（ギガビット）ポートＰ１～Ｐ１６を有する。

【0035】

図２には、従来技術によるプログラマブルネットワークカップリング装置１の第２の実施例の概略構造が示されている。ネットワークカップリング装置１は、ここでもイーサネットスイッチとして構成されている。データ伝送に関して、ネットワークカップリング装置１は、規格IEEE 802.3cg^TM-2019（10BASE-T1L）に従って規定されているか、またはこれに準拠しており、半導体ベースのプログラマブル論理回路ＬＳ１およびＬＳ２が使用される。換言すると、図２のネットワークカップリング装置１は、いわゆる２つの「フィールドプログラマブルゲートアレイ」（FPGA）ＬＳ１およびＬＳ２を有し、これらはそれぞれプログラマブルデジタルチップであり、このプログラマブルデジタルチップは、一方ではネットワークカップリング装置１の制御ユニットＳＥに直接に結合されており、他方ではそれぞれ８つの１チャネル送受信ユニットＴ１，…，Ｔ１６を結合するためのそれぞれ８つのチャネルを有する。したがって、１チャネル送受信ユニットＴ１～Ｔ１６はそれぞれ、シングルペアイーサネットPHYトランシーバとして構成されており、それぞれ１つのツイストペア２線線路（図２には図示せず）を介して、それぞれ10Mbit/sのデータ伝送速度を可能にする。ツイストペア線路を接続するためにここでも、例えばRJ45接続ソケットとして構成されている接続ユニットＰ１～Ｐ１６が使用される。択一的には、別の仕様に準拠する接続ソケットも使用可能である。既に上で説明したように、プログラマブル論理回路ＬＳ１，ＬＳ２、すなわちFPGAチップの使用には、高い開発コストおよび高い製造コストおよび製品コストの両方が必要である。

【0036】

図３には、従来技術によるネットワークカップリング装置１の第３の実施例の概略構造が示されている。

【0037】

ネットワークカップリング装置１は、ここでもイーサネットスイッチとして構成されており、データ伝送規格IEEE 802.3cg^TM-2019（10BASE-T1L）に従って規定されているか、またはこれに準拠している。

【0038】

ネットワークカップリング装置１は、カスケード接続によって特徴付けられており、これによると、第１の制御ユニットＳＥ１と第２の制御ユニットＳＥ２とは、接続ユニット（アップリンクポート）を介して互いに接続されている（図３では詳細には示されていない）。

【0039】

制御ユニットＳＥ１およびＳＥ２のそれぞれは、それぞれ４つの１チャネル送受信ユニットＴ１～Ｔ４およびＴ５～Ｔ８を結合するためにそれぞれ４つのチャネルを有する。１チャネル送受信ユニットＴ１～Ｔ４およびＴ５～Ｔ８はここでも、対応する接続ユニット（例えばポート／RJ45接続ソケット）Ｐ１～Ｐ４およびＰ５～Ｐ８に接続されている。

【0040】

図３に略示したネットワークカップリング装置１の実施例により、たしかに10Mbit/sのデータ伝送速度が可能になるが、２つまたは一般的に見てより多くの制御ユニットＳＥ１，ＳＥ２の使用によってここでも、データを伝送する際にある程度の遅延が生じてしまい、これにより、ネットワークカップリング装置１の、またネットワーク全体のレイテンシが増大してしまう。

【0041】

図４には、本発明に係るネットワークカップリング装置１の１つの実施例の概略構造が示されている。

【0042】

本発明に係るネットワークカップリング装置１は好適には、有線ネットワークＮのためのイーサネット規格に従って、電気信号、すなわち電気パルスの形態でデータを伝送するように設定されている。本発明に係るネットワークカップリング装置１は、イーサネットスイッチであり、このイーサネットスイッチは、製造業およびプロセス産業の工業的な周囲条件に適合しており、またデータ量および／またはデータ伝送速度について要件が低い状態で、ネットワークＮに多くの端末装置２を結合する可能性を提供する。このことを以下、さらに詳しく説明する。

【0043】

図４には、ネットワークＮに接続可能な装置、すなわち端末装置２が略示されている。端末装置２には、フィールドレベルにおいて対応するプロセスを制御するためのフィールド装置として、例えば、センサまたはアクチュエータ（スイッチ、操作要素等）が含まれていてよい。ネットワークＮは好適には、リアルタイム対応の制御ネットワークであってよい。

【0044】

端末装置２は、線路Ｌを介してネットワークカップリング装置１に接続されている。線路Ｌは、有線接続される電気的な線路Ｌであり、好適にはシングルペアの、すなわち１つの心線対を有する銅ベースのケーブル（２線線路）として構成されている。接続、すなわち端末装置２とネットワークカップリング装置１との信号通信接続は、ネットワークカップリング装置１において、ネットワークカップリング装置１の接続ユニットＰ１を介して行われる。図４には、全部で１６個の接続ユニットＰ１～Ｐ１６が示されている。したがって、ネットワークカップリング装置１は、１６個のポートＰ１～Ｐ１６を有する。ポートＰ１～Ｐ１６は好適には、それぞれ１つのプラグイン接続部を介して線路Ｌを機械的に接続するためのRJ45接続ソケットとして構成されていてよい。ポートＰ１～Ｐ１６が、別の仕様に従って、かつ／または別の規格に従って構成されることも可能である。

【0045】

ネットワークカップリング装置にはさらに、送受信ユニットＴ１～Ｔ８およびＴ９～Ｔ１６が含まれている。端末装置２に対応付けられた送受信ユニットＴ１は、いわゆるイーサネット物理層（PHY）トランシーバとして構成されており、またイーサネットデータ伝送規格IEEE Std 802.3cg^TM-2019（10BASE T1L）に従って設定および／または規定されている。送受信ユニットＴ１は、ISO/OSI７層モデルに従ってビット伝送層に対応付けられている。換言すると、送受信ユニットＴ１は、データひいては情報を伝送するために、電気パルスの形態で少なくとも１つの信号を線路Ｌに入力結合して端末装置２に送信するように設定されている。送受信ユニットＴ１はさらに、電気パルスの形態で少なくとも１つの信号を線路Ｌから出力結合して転送するように設定されている。データ伝送速度は10MBit/sである。少なくとも１つの信号は好適には、伝送対象のデータパケットの構成部分であってよい。

【0046】

送受信ユニットＴ１により、電気的な線路Ｌのただ１つのツイストペア心線対を介する全二重データ伝送が可能になり、これにより、上記で例示的に説明したように、比較的簡単な仕方で特に比較的小さな端末装置を結合することができ、このような端末装置には、上で示したデータ伝送速度で十分である。

【0047】

送受信ユニットＴ１には、対応するコンポーネント、要素および機能（例えば、イーサネットPHYコア、入力クロックバッファ部、出力クロックバッファ部、制御レジスタ、サブシステムレジスタ、電圧供給を監視するための回路、ＭＡＣインタフェース、制御ロジック等）が含まれており、これについては本明細書では詳しく立ち入らない。

【0048】

送受信ユニットＴ１の設定と同様に、別の送受信ユニットＴ２～Ｔ８およびＴ９～Ｔ１６も設定されている。

【0049】

本発明に係るネットワークカップリング装置１では、送受信ユニットＴ１～Ｔ８およびＴ９～Ｔ１６は、１チャネル送受信ユニットとして、それぞれ１つの接続ユニットＰ１～Ｐ１６に対応付けられており、すなわち、それぞれ１つのポートＰ１～Ｐ１６に対応付けられている。

【0050】

ネットワークカップリング装置１にはさらに制御ユニットＳＥが含まれている。制御ユニットＳＥは、少なくとも１つの送受信ユニットＴ１～Ｔ１６と、それぞれ対応付けられた、少なくとも１つの接続ユニットＰ１～Ｐ１６とを介して、装置２に少なくとも１つの信号を伝え、かつ／または装置２から受信するように設定されている。制御ユニットＳＥは、少なくとも１つの信号と、好適には背後にあるイーサネットデータパケットとを、対応するクロックに従って伝送するように設定されている。

【0051】

ネットワークカップリング装置１の制御ユニットＳＥは好適には、ファストイーサネットに従って、または特に好ましくはギガビットイーサネットデータ伝送規格に従って規定および／または設定されており、したがって100MBit/sまたは1GBit/sのデータ伝送速度用に構成されている。

【0052】

ネットワークカップリング装置１には、少なくとも４つの変換モジュールＳＭ１～ＳＭ４が含まれている。それぞれの変換モジュールＳＭ１～ＳＭ４は、一方ではそれぞれの送受信ユニットＴ１～Ｔ１６に接続されており、他方ではネットワークカップリング装置１の制御ユニットＳＥに接続されている。このために制御ユニットＳＥは、制御ユニットインタフェース要素ＳＥＳを含んでいるか、またはネットワークカップリング装置１の制御ユニットインタフェース要素ＳＥＳに接続されている。制御ユニットインタフェース要素ＳＥＳは、少なくとも４つの変換モジュールＳＭ１～ＳＭ４を結合するように設定されている。変換モジュールＳＭ１～ＳＭ４は好適にはそれぞれ、半導体ベースの別のスイッチチップとして構成されており、それぞれ１つのアップリンクポート（図４では見易くするために特徴付けて示されていない）を介し、制御ユニットインタフェース要素ＳＥＳを介して制御ユニットＳＥに結合されている。換言すると、制御ユニットＳＥは、ネットワークカップリング装置１の上位の制御ユニットＳＥとして使用される。

【0053】

線路Ｌおよび接続ユニットＰ１を介してネットワークカップリング装置１に結合されている端末装置２の場合、変換モジュールＳＭ１は、制御ユニットＳＥから送受信ユニットＴ１に伝送するために少なくとも１つの信号を変換するようにし、かつ／または変換モジュールＳＭ１はこのように設定されており、これにより、ネットワークカップリング装置１を介したデータの伝送が可能になる。

【0054】

したがって、送受信ユニットＴ１は、変換モジュールＳＭ１を介して制御ユニットＳＥにカップリングされている。

【0055】

制御ユニットインタフェース要素ＳＥＳは好適には、SGMII（Serial Gigabit Media-Independent Interface）インタフェースとして、またはQSGMII（Quad Serial Gigabit Media-Independent Interface）インタフェースとして構成されているか、またはSGMIIインタフェース機能またはQSGMIIインタフェース機能を含む。送受信ユニットインタフェース要素Ｔ１Ｓは、RMII（Reduced Media-Independent Interface）インタフェースとして構成されており、かつ／またはRMIIインタフェースを含む。

【0056】

変換モジュールＳＭ１はさらに、それぞれの送受信ユニットＴ１～Ｔ１６に実質的に50MHzおよび／または少なくとも50MHzのクロックを供給する、かつ／またはこのクロックでそれぞれの送受信ユニットＴ１～Ｔ１６を作動させるように構成可能かつ／または設定可能である。換言すると、それぞれの送受信ユニットＴ１～Ｔ１６には、対応する周波数で信号出力を加えることができる。

【0057】

択一的には、変換モジュールＳＭ１が、少なくとも１つの送受信ユニットＴ１にカップリングするための第１のインタフェース要素と、制御ユニットＳＥにカップリングするための第２のインタフェース要素とを有し、第１のインタフェース要素は、SGMIIインタフェースまたはQSGMIIインタフェースとして構成されているか、またはSGMIIインタフェースまたはQSGMIIインタフェースを含むことも可能である。さらに、変換モジュールＳＭ２の第２のインタフェース要素が、RMIIインタフェースを構成しているか、またはRMIIインタフェースを含むことが可能である。

【0058】

本発明は、上で説明した実施例に限定されない。むしろ、同様に本発明の着想を利用し、したがって保護範囲内に入る多くの変形形態および変化形態が可能である。好適には、本発明により、参照される請求項とは無関係に、従属請求項の対象および特徴的構成に対しても保護が請求される。

【符号の説明】

【0059】

１ ネットワークカップリング装置（スイッチ）
２ 装置／端末装置
Ｎ ネットワーク
ＬＳ１，ＬＳ２ プログラマブル論理回路（FPGA）
Ｐ１，…，Ｐ１６ 接続ユニット（ポート）
ＳＥ，ＳＥ１，ＳＥ２ 制御ユニット
ＳＥＳ 制御ユニットインタフェース要素
ＳＭ１，…，ＳＭ４ 変換モジュール
Ｔ１，…，Ｔ１６ 送受信ユニット（PHYトランシーバ）
Ｔ１Ｓ 送受信ユニットインタフェース要素

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-17

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気的な線路（Ｌ）を介して、ネットワーク（Ｎ）に少なくとも１つの装置（２）を結合するためのネットワークカップリング装置（１）であって、前記ネットワークカップリング装置（１）は、
前記電気的な線路（Ｌ）を介して、前記少なくとも１つの装置（２）と前記ネットワークカップリング装置（１）とを接続するための少なくとも１つの接続ユニット（Ｐ１，…，Ｐ１６）と、
少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）であって、前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）は、前記少なくとも１つの接続ユニット（Ｐ１，…，Ｐ１６）に対応付けられており、かつ少なくとも１つの信号を前記線路（Ｌ）に入力結合し、かつ／または前記線路（Ｌ）から出力結合するように設定されている、少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）と、
前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）および前記少なくとも１つの接続ユニット（Ｐ１，…，Ｐ１６）を介して少なくとも１つの信号を前記装置（２）に伝え、かつ／または前記装置（２）から受信するように設定された制御ユニット（ＳＥ）と
を備えており、
前記ネットワークカップリング装置（１）には、少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）が含まれており、前記少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）は、前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）と前記制御ユニット（ＳＥ）との間に配置されており、かつ前記制御ユニット（ＳＥ）と前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）との間の伝送のために前記少なくとも１つの信号を変換するように設定されている、
ネットワークカップリング装置（１）。

【請求項2】

前記制御ユニット（ＳＥ）は制御ユニットインタフェース要素（ＳＥＳ）を有し、前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）は送受信ユニットインタフェース要素（Ｔ１Ｓ）を有し、前記制御ユニット（ＳＥ）は、前記制御ユニットインタフェース要素（ＳＥＳ）を介して、前記少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）にカップリングされており、前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）は、前記送受信ユニットインタフェース要素（Ｔ１Ｓ）を介して、前記少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）にカップリングされている、請求項１記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項3】

前記制御ユニットインタフェース要素（ＳＥＳ）は、SGMIIインタフェースまたはQSGMIIインタフェースとして構成されているか、またはSGMIIインタフェース機能またはQSGMIIインタフェース機能を含む、請求項１記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項4】

前記送受信ユニットインタフェース要素（Ｔ１Ｓ）は、RMIIインタフェースとして構成されているか、またはRMIIインタフェース機能を含む、請求項２記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項5】

前記少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）は、前記制御ユニット（ＳＥ）にカップリングするための第１のインタフェース要素と、前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）にカップリングするための第２のインタフェース要素とを有し、前記第１のインタフェース要素は、SGMIIインタフェースまたはQSGMIIインタフェースとして構成されているか、またはSGMIIインタフェース機能またはQSGMIIインタフェース機能を含み、かつ／または前記第２のインタフェース要素は、RMIIインタフェースとして構成されているか、またはRMIIインタフェース機能を含む、請求項１記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項6】

前記制御ユニット（ＳＥ）は、ファストイーサネットデータ伝送規格に従って、または好適にはギガビットイーサネットデータ伝送規格に従って設定されている、請求項１記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項7】

前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）は、イーサネット物理層（PHY）トランシーバとして構成されており、かつ／または設定されており、かつ／またはイーサネットデータ伝送規格IEEE Std 802.3cg^TM-2019（10BASE T1L）に従って設定されており、かつ／または規定されており、前記少なくとも１つの信号の入力結合および／または出力結合のために、好適には少なくとも10Mbit/sまでのデータ伝送速度を提供する、請求項１記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項8】

前記少なくとも１つの接続ユニット（Ｐ１，…，Ｐ１６）は、ポートとして、好適にはRJ-45接続ソケットとして構成されている、請求項１記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項9】

前記少なくとも１つの変換モジュール（ＳＭ１，…，ＳＭ４）は、前記少なくとも１つの送受信ユニット（Ｔ１，…，Ｔ１６）に50MHzのクロックを供給するように設定されている、請求項１記載のネットワークカップリング装置（１）。

【請求項10】

請求項１から９までのいずれか１項記載の少なくとも１つのネットワークカップリング装置（１）を備えたネットワーク（Ｎ）。

【国際調査報告】