中继装置的制作方法

本发明涉及一种构成环形网络的中继装置。

背景技术：

在工业领域，以太网(注册商标)化不断发展，对FA(Factory Automation)仪器进行连接的网络(下称FA网络)逐渐变为利用以太网进行构建。在FA网络中，在实现高速且高精度的动作控制的情况下，在各个节点、中继装置中，特别是对于时刻同步用帧，有时要求以固定延迟进行转送以使得没有延迟波动。

在上述系统中，不能应用下述装置，即，该装置进行在将帧暂时累积于存储器之后进行转送的存储&转发方式的转送控制。这是因为，对于帧长为可变长度的以太网帧，转送延迟会根据帧的长度而不同。

在环状的网络即环形网络中也存在相同的问题。即，即使在构成环形网络的各装置能够以固定延迟进行转送的情况下，也会根据发生了故障的装置、通信线路的位置，发生延迟时间由于顺时针、逆时针的转送方向而不同的情况。

作为解决环形网络的上述问题的现有技术，存在专利文献1所记载的发明。在专利文献1所记载的发明中，主控站点和多个从属站点连接为环状，以下述方式进行同步，即，主控站点针对从属站点而经由顺时针和逆时针这两个路径分别周期性地发送规定的同步帧，从属站点具有：从属时钟；同步有效区间设定部，其针对两个路径而分别设定同步有效区间；以及同步校正部，其仅在同步帧的接收结束时刻包含于所述同步有效区间的情况下利用该同步帧来校正从属时钟。

专利文献1：日本特开2011－199420号公报

技术实现要素：

然而，在专利文献1所记载的发明中，主控节点、从属节点自身进行时刻同步，存在针对经由以太网交换装置等通信装置而构成的网络不能应用的问题。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，目的在于得到一种在环形网络中实现时刻同步的中继装置。

为了解决上述课题、实现目的，本发明是构成环形网络的中继装置，所述中继装置的特征在于，具有：第1队列，其在接收到由其他中继装置从环形网络外向环形网络内的顺时针的路径转送的特定的帧的情况下，保存该帧；第2队列，其在接收到由所述其他中继装置从环形网络外向环形网络内的逆时针的路径转送的特定的帧的情况下，保存该帧；以及延迟调整部，其基于从所述其他中继装置至自身为止的所述顺时针的路径的帧转送时间和从所述其他中继装置至自身为止的所述逆时针的路径的帧转送时间，对所述第1队列或所述第2队列赋予指示，以使得所述第1队列或所述第2队列对所保存的帧赋予延迟之后进行输出。

发明的效果

根据本发明涉及的中继装置，由于即使在环形网络中发生路径切换，帧的转送延迟时间也不会变化，因此具有可以实现能够进行时刻同步的环形网络的效果。

附图说明

图1是表示包含本发明涉及的中继装置而构成的通信系统的一个例子的图。

图2是表示图1所示的环形网络的逻辑结构的图。

图3是表示发生了故障的环形网络的一个例子的图。

图4是表示图3所示的环形网络的逻辑结构的图。

图5是表示交换装置的发送处理部的一个例子的图。

图6是表示交换装置的接收处理部的一个例子的图。

图7是表示与主控节点连接的交换装置的主要部分的一个例子的图。

图8是表示与从属节点连接的交换装置的主要部分的一个例子的图。

图9是表示延迟时间的测量动作的时序图。

具体实施方式

下面，基于附图详细地说明本发明涉及的中继装置的实施方式。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式1.

图1是表示包含本发明涉及的中继装置而构成的通信系统的一个例子的图。

在图1所示的通信系统中，交换装置11～交换装置16构成环形网络1。这些交换装置相当于本发明涉及的中继装置，经由以太网线缆与其他交换装置连接。主控节点21经由以太网线缆与交换装置11连接。相同地，分别使从属节点22经由以太网线缆与交换装置12连接，从属节点23经由以太网线缆与交换装置13连接，从属节点24经由以太网线缆与交换装置14连接。主控节点21是具有系统整体的主控时刻、定期地发送时刻同步用帧的节点。从属节点22～从属节点24如果经由环形网络1接收到利用固定延迟转送而发送来的、来自主控节点21的时刻同步用帧，则使用在接收到的帧中包含的主控时刻的信息而与主控节点21进行时刻同步。

在交换装置12设定有环阻塞端口30。该环阻塞端口30是由ITU－T G.8032规定的以太网环保护(ERP)中的阻塞端口。不从该阻塞端口转送用户帧。即，图1所示的环形网络1的逻辑结构成为图2所示的结构。在该情况下，例如主控节点21和从属节点23成为经由以虚线示出的通信路径41进行通信的状态。

这里，例如在发生了如图3所示的故障40的情况下、即在交换装置13与交换装置14之间发生了线路故障的情况下，设定新的环阻塞端口31以及环阻塞端口32，并且解除环阻塞端口30。其结果，发生故障后的环形网络1的逻辑结构成为图4所示的结构。另外，由于主控节点21和从属节点23不能继续进行经由图2所示的通信路径41的通信，因此切换为经由图4中由虚线示出的通信路径42而进行通信。

下面，对交换装置13的结构进行说明。此外，这里作为一个例子而说明交换装置13，但对于其他交换装置也是相同的。

图5是表示交换装置13的结构要素之中的对向主控节点21发送的帧进行处理的各结构要素(发送处理部)的一个例子的图。如图5所示，发送处理部具有延迟调整队列201以及205、固定延迟队列202以及206、通常队列203以及207、读出控制部204以及208、延迟调整部209。

延迟调整队列201对从从属节点23输入的针对主控节点21的固定延迟帧(即，在自身所连接的从属节点23与主控节点21之间发送接收的固定延迟帧)进行排队。固定延迟队列202对从构成环形网络的其他交换装置输入的固定延迟帧进行排队。通常队列203对从从属节点23输入的帧之中无需以固定延迟来转送的帧(下面，称作通常帧)进行排队。读出控制部204从延迟调整队列201、固定延迟队列202以及通常队列203按规定的顺序将帧读出而向顺时针侧(交换装置12)输出。以上是对顺时针地转送的帧进行处理的结构要素。

延迟调整队列205对从从属节点23输入的针对主控节点21的固定延迟帧进行排队。固定延迟队列206对从构成环形网络的其他交换装置输入的固定延迟帧进行排队。通常队列207对通常帧进行排队。读出控制部208从延迟调整队列205、固定延迟队列206以及通常队列207按规定的顺序将帧读出而向逆时针侧(交换装置14)输出。以上是对逆时针地转送的帧进行处理的结构要素。

延迟调整部209针对延迟调整队列201以及延迟调整队列205进行延迟时间的设定，调整为无论在顺时针的路径和逆时针的路径的哪个路径对帧进行转送的情况下延迟时间都固定(到达主控节点21为止的延迟时间相同)。

图6是表示交换装置13的结构要素之中的对从主控节点21发送的帧进行处理的各结构要素(接收处理部)的一个例子的图。如图6所示，接收处理部具有：帧转送部301以及302、延迟调整队列303以及304、通常队列305、读出控制部306、延迟调整部307。

帧转送部301从顺时针的路径接收帧(从交换装置14对帧进行接收)。在接收到的帧以下辖的从属节点23为目标的情况下，判别是固定延迟帧和通常帧中的哪一种，如果是固定延迟帧则转送至延迟调整队列303，如果是通常帧则转送至通常队列305。另外，在接收到的帧并非以从属节点23为目标的情况下，向顺时针的路径转送(向交换装置12转送)。另一方面，帧转送部302从逆时针的路径接收帧(从交换装置12对帧进行接收)。在接收到的帧以下辖的从属节点23为目标的情况下，判别是固定延迟帧和通常帧中的哪一种，如果是固定延迟帧则转送至延迟调整队列304，如果是通常帧则转送至通常队列305。另外，在接收到的帧并非以从属节点23为目标的情况下，向逆时针的路径转送(向交换装置14转送)。

延迟调整队列303对利用顺时针的路径发送来的固定延迟帧进行排队，延迟调整队列304对利用逆时针的路径发送来的固定延迟帧进行排队。通常队列305对通常帧进行排队。

读出控制部306从延迟调整队列303、延迟调整队列304以及通常队列305按规定的顺序将帧读出而向从属节点23输出。延迟调整部307针对延迟调整队列303以及304进行延迟时间的设定，调整为无论在来自主控节点21的帧是利用顺时针的路径和逆时针的路径的哪个路径转送来的情况下延迟时间都固定。

此外，为了便于说明，设为发送处理部和接收处理部分别具有延迟调整部，但也可以为，在发送处理部和接收处理部的外部仅设置1个延迟调整部，1个延迟调整部针对发送处理部的延迟调整队列201、205以及接收处理部的延迟调整队列303、304而指示对帧赋予的延迟时间。

下面，对本实施方式涉及的交换装置的动作进行说明。作为一个例子，对交换装置13的动作进行说明。这里，对于交换装置13，说明预先知道在与主控节点21连接的交换装置11顺时针地发送了帧的情况下的至自身为止的延迟时间(从交换装置11发送帧起至到达自身为止的延迟时间)以及在交换装置11逆时针地发送了帧的情况下的延迟时间的交换装置13。此外，交换装置11顺时针地发送了帧的情况下的至交换装置13为止的延迟时间和交换装置13逆时针地发送了帧的情况下的至交换装置11为止的延迟时间相同。交换装置13在构建了环形网络、构成环形网络的交换装置的数量发生了变动、更换了已发生故障的交换装置等被预测为延迟时间会变化的情况下，在各路径中对延迟时间测定用控制帧进行发送、接收，测定各路径的延迟时间。在本实施方式中，将从交换装置13至交换装置11为止的顺时针路径的延迟时间设为2μs，将逆时针路径的延迟时间设为4μs。

该情况下，顺时针路径的延迟时间比逆时针路径的延迟时间短2μs。因此，在图5所示的发送处理部中，延迟调整部209针对延迟调整队列201作出2μs的固定延迟转送的指示，其中，该延迟调整队列201接收而保存从从属节点23输入的帧之中的利用顺时针路径向主控节点21发送的固定延迟帧。即，进行指示以使得在附加2μs的延迟之后进行输出。针对延迟调整队列205则不指示进行延迟的附加。另一方面，在图6所示的接收处理部中，延迟调整部307针对接收而保存利用逆时针路径转送来的帧的延迟调整队列304，作出2μs的固定延迟转送的指示。

由此，交换装置13能够将从从属节点23发送的帧到达主控节点21为止的延迟时间固定化，而不取决于转送路径。另外，能够将从主控节点21发送的帧到达从属节点23为止的延迟时间固定化，而不取决于转送路径。

在图2所示的结构的网络中，从从属节点23送出的固定延迟帧以4μs被转送至主控节点21。另一方面，在图4所示的发生故障时的状态下，由于从从属节点23送出的固定延迟帧由交换装置13的延迟调整队列201追加2μs的延迟，因此成为以与逆时针相同的4μs被转送至主控节点21的状态。另外，从主控节点21向从属节点23的固定延迟帧在通常的状态(发生故障之前的图2所示的状态)下顺时针地到达交换装置13，该情况下的延迟时间成为4μs。另一方面，在发生故障时(图4所示的状态)，帧以2μs的延迟时间到达交换装置13，通过由延迟调整队列304追加2μs的延迟，由此成为相同的4μs的转送时间。

此外，本实施方式所说明的交换装置13的动作是在与主控节点21连接的交换装置11中不进行延迟调整的情况下的动作。因此，交换装置13设为下述结构，即，在向交换装置11发送帧以及从交换装置11接收到帧这两种情况下进行延迟时间调整。在交换装置11具有对延迟时间进行调整的功能的情况下，交换装置13只要在固定延迟帧的发送处理或接收处理的某一者中对延迟时间进行调整即可。例如，如果交换装置11在固定延迟帧的接收处理中进行上述2μs的延迟的附加，则交换装置13在帧的发送处理中不对延迟时间进行调整。但是，在与主控节点21连接的交换装置11进行延迟调整的情况下，需要对直至与从属节点连接的各交换装置为止的延迟时间进行管理，针对作为帧发送目标的每个交换装置赋予不同值的延迟，处理变得复杂，并且负荷也变大。因此，优选使得与从属节点连接的各交换装置在发送时以及接收时均进行延迟调整。

针对交换装置13进行了说明，对于与从属节点连接的其他交换装置(交换装置12、14等)也是相同的。

这样，本实施方式的交换装置预先保存以顺时针对固定延迟帧进行发送的情况以及以逆时针进行发送的情况下的环形网络的延迟时间之差的信息，根据固定延迟帧的转送路径而进行延迟调整。具体而言，在利用延迟小的路径对固定延迟帧进行发送的情况以及利用延迟小的路径接收到固定延迟帧的情况下，附加延迟。由此，即使在环形网络中发生故障而实施了路径切换的情况下，也能够使固定延迟帧的固定延迟转送得以继续。另外，在现有技术中是由主控节点、从属节点自身进行用于取得时刻同步的动作，但即使在经由以太网交换装置等通信装置的情况下也能够进行固定延迟转送，能够实现时刻同步。

此外，在实现各从属节点分别管理的本地时刻和主控节点所管理的主控时刻的同步的情况下，各交换装置只要将主控节点以各从属节点为目标而发送的时刻同步用帧进行固定延迟转送即可。即，各交换装置至少在接收到向与自身连接的从属节点进行转送的时刻同步用帧的情况下进行延迟调整即可。

在本实施方式中，假想出对时刻同步用帧进行固定延迟转送的情况而进行了说明，但本实施方式也能够应用于对时刻同步用帧以外的帧进行固定延迟转送的情况。

实施方式2.

在实施方式1中，以与主控节点21连接的交换装置11预先知道各路径(顺时针路径、逆时针路径)的转送延迟时间为前提而进行了说明，下面对于动态地获取转送延迟时间而实现固定延迟转送的实施方式进行说明。此外，通信系统的整体结构设为与实施方式1相同(参照图1)。

图7是表示与主控节点21连接的交换装置11的主要部分的一个例子的图。此外，交换装置11当然具有与实施方式1所说明的交换装置13所具有的发送处理部及接收处理部(参照图5以及图6)相同的结构要素，但在图7中，为了简化说明而省略记载。在图7中，仅示出与动态地获取转送延迟时间的动作相关的结构要素。

如图7所示，交换装置11具有同步用帧监听部402、延迟测量部403以及交换部404，作为用于获取转送延迟时间的结构。同步用帧监听部402在每次接收到帧时，对接收到的帧进行监听而确认是否为以从属节点为目标的同步用帧。延迟测量部403基于同步用帧监听部402的监听结果而测量各路径的延迟时间。交换部404与其他交换装置之间对帧进行发送接收。例如，对后述的延迟测量请求及延迟测量应答等进行发送接收。

在图7所示的交换装置11中，与主控节点21连接的端口(未图示)接收由主控节点21定期发送的同步用帧401。在该情况下，同步用帧监听部402对主控节点21与自身(交换装置11)连接、且同步用帧401被定期发送这一情况进行检测。同步用帧监听部402如果检测到从主控节点21定期地发送同步用帧401，则将该情况向延迟测量部403通知。接收到该通知的延迟测量部403对交换部404进行指示，以使得如果交换部404接收到对延迟时间进行测量的帧则将该帧向延迟测量部403自身进行转送。

图8是表示与从属节点23连接的交换装置13的主要部分的一个例子的图。与图7相同地，对于与实施方式1所说明的发送处理部和接收处理部(参照图5以及图6)相同的结构要素，为了简化说明而省略记载。

如图8所示，交换装置13具有交换部501、同步用帧监听部503以及延迟测量部504。对该图8与图7进行比较则可明确，交换装置13与交换装置11的基本结构相同。但是，各结构要素的动作不同。即，各交换装置在与主控节点连接的情况和与从属节点连接的情况下执行不同的动作。

在与从属节点23连接的交换装置13中，交换部501如果从顺时针路径或逆时针路径接收到从主控节点21发送的同步用帧，则将该同步用帧转送至同步用帧监听部503。同步用帧监听部503如果从交换部501接收到同步用帧，则指示延迟测量部504进行延迟时间的测量。延迟测量部504如果接收到延迟时间的测量指示，则按照图9所示的时序对与连接于主控节点21的交换装置11之间的延迟时间进行测量。即，延迟测量部504与交换装置11之间按照图9的时序对用于测量延迟时间的帧进行发送接收。具体而言，发送延迟测量请求，接收延迟测量应答作为对此的响应。按照图9的时序执行的帧发送接收是在顺时针路径以及逆时针路径双方进行的。此时，同步用帧监听部503以如下方式进行控制，即，直至延迟测量部504的延迟时间测量完成为止，不将同步用帧502向从属节点侧进行转送。延迟测量部504如果完成了延迟时间的测量则将该情况向同步用帧监听部503通知，接收到该通知的同步用帧监听部503重新开始向从属节点侧的同步用帧502的转送动作。

利用图9详细地说明通过延迟测量部504实现的延迟时间的测量动作。

如图9所示，首先，交换装置13的延迟测量部504对本地时刻(T0)进行保存，并且将赋予了该本地时刻(T0)的信息的帧作为延迟测量请求而向交换装置11发送。然后，在接收到延迟测量请求的交换装置11中，延迟测量部403将赋予了内部处理时间(Tm)的帧作为延迟测量应答而进行回送。此外，交换装置11将延迟测量应答向接收到延迟测量请求的方向发送。即，在利用顺时针路径接收到延迟测量请求的情况下，交换装置11利用逆时针路径对延迟测量应答进行发送。例如，交换装置11在经由交换装置12而接收到来自交换装置13的延迟测量请求的情况下，经由交换装置12对延迟测量应答进行回送。交换装置13的延迟测量部504如果接收到延迟测量应答，则对接收时刻(T1)进行确认，根据下式(1)而对延迟时间Td进行计算。延迟测量部504将计算出的延迟时间Td通知给延迟调整部209以及延迟调整部307(参照图5、图6)、使它们对该延迟时间Td进行保存，或者使省略了图示的存储部进行保存。也可以是延迟测量部504将延迟时间Td保存起来，根据来自延迟调整部209、延迟调整部307的请求而进行通知。

Td＝(Ts－Tm)/2＝(T1－T0－Tm)/2…(1)

延迟测量部504针对顺时针路径以及逆时针路径双方，对延迟时间Td进行计算。

这样，根据本实施方式，由于交换装置自动检测主控节点，对顺时针路径以及逆时针路径双方的延迟时间进行测定，因此即使在环形结构的网络中发生了故障的情况下，也能够实现固定延迟转送。

另外，以恒定周期进行本实施方式所说明的延迟时间Td的测量动作，由此能够进行在实施方式1中不能进行的延迟时间Td的更新，即使延迟时间发生变化，也能够使固定延迟转送得以继续。

此外，为了实现本实施方式，环阻塞端口30以与以太网环的控制用帧相同的方式对同步用帧进行转送，与主控节点连接的交换装置如果接收到绕环一周而来的同步用帧，则将其废弃。

工业实用性

如以上所示，本发明涉及的中继装置在环形网络中实现帧的固定延迟转送的情况下是有用的。

标号的说明

11、12、13、14、15、16交换装置，21主控节点，22、23、24从属节点，30、31、32环阻塞端口，40故障，41、42通信路径，201、205、303、304延迟调整队列，202、206固定延迟队列，203、207、305通常队列，204、208、306读出控制部，209、307延迟调整部，301、302帧转送部，401、502同步用帧，402、503同步用帧监听部，403、504延迟测量部，404、501交换部。