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イーサネット(登録商標)に基づくデータ伝送方法、イーサネット(登録商標)ノードおよび制御システム

国内特許コード P150011651
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2011-546581
公表番号 特表2012-516589
出願日 平成22年4月9日(2010.4.9)
公表日 平成24年7月19日(2012.7.19)
国際出願番号 CN2010071655
国際公開番号 WO2010118669
国際出願日 平成22年4月9日(2010.4.9)
国際公開日 平成22年10月21日(2010.10.21)
優先権データ
  • 200910130848.5 (2009.4.15) CN
発明者
  • ▲フェン▼ 冬芹
  • 王 ▲強▼
  • ▲チュ▼ 健
  • 金 建祥
出願人
  • 中控科技集▲団▼有限公司
  • 浙江大学
発明の名称 イーサネット(登録商標)に基づくデータ伝送方法、イーサネット(登録商標)ノードおよび制御システム
発明の概要 本発明は、複数のノードを備える制御システムに適用される、イーサネット(登録商標)に基づくデータ伝送方法を提供する。本方法は、以下を含む。第1ノードが、送信される必要があるデータをキャッシュする(S101)。第1ノードがデータを送信できる時間区分を現在の通信マクロサイクルが含む場合、現在の通信マクロサイクル内の第1ノードがデータを送信できる時間区分に第1ノードはキャッシュ済みデータを送信する。第1ノードがデータを送信できる時間区分を現在の通信マクロサイクルが含まない場合、現在の通信マクロサイクル内に第1ノードはキャッシュ済みデータを送信しない。現在の通信マクロサイクル内の第1ノードがデータを送信できる時間区分に他のノードはデータを送信せず、通信マクロサイクルは同じ持続時間を有し、各通信マクロサイクルは固定長の複数の時間区分からなる(S102)。
従来技術、競合技術の概要 イーサネット(登録商標)技術の急速な発展に伴い、イーサネット(登録商標)通信はますます多くの通信システムで広く使用されるようになっている。イーサネット(登録商標)は、使用の普及、成熟した技術および低コストという利点を有し、イーサネット(登録商標)通信の通信速度は、他の従来型のシリアル通信の通信速度を明らかに上回っている。

イーサネット(登録商標)通信は現在、一部の数値制御システムなどの一部の制御システムで使用されている。制御システムは、少なくとも1つの制御デバイスおよび少なくとも1つの測定/作動装置を含み、1つの制御デバイスは少なくとも1つの測定/作動装置を制御する。

実用面では、イーサネット(登録商標)は通常、キャリア検知多重アクセス(CSMA)/衝突検出(CD)メカニズムを使用してデータを送信する。具体的には、制御システム内の各ノード(制御デバイスおよび測定/作動装置を含む)はチャネルのリスニングを行い、データ伝送を望むノードは、チャネルが解放されているときのみデータを送信できる。

一方、複数のノードが同時にデータを送信した場合、伝送衝突が起きて、データ伝送を望む一部のノードまたは全てのノードがデータ送信に失敗することがある。

衝突によって生じる上記問題を解決するための1つの既存の方法では、伝送衝突が検出された場合に、データ伝送を望むノードはバックオフする、すなわち、一定時間経過後に伝送を再試行する。

だが、発明者が上記の解決法を研究した結果、データ伝送を望むノードが一定時間経過後に伝送を再試行しても、伝送衝突が発生する可能性があり、そのため、データ伝送を望むノードは、さらに一定時間待ってから伝送を再試行できるに過ぎないことが分かっている。この現象が続けば、データ伝送を望むノードは非常に長い時間にわたってデータ伝送を阻まれ、いつ伝送が実現できるかさえ確かでない。したがって、既存のバックオフメカニズムによって伝送衝突の問題を根本的に解決することはできない。

産業上の利用分野 本明細書は、2009年4月15日に中華人民共和国国家知識産権局に出願され、「ETHERNET(登録商標)-BASED DATA TRANSMISSION METHOD, ETHERNET(登録商標) NODES AND CONTROL SYSTEM」と題し、その内容が参照により本明細書に完全に組み込まれている中国特許出願第200910130848.5号の優先権を主張する。

本開示は、数値制御技術の分野に関し、具体的にはイーサネット(登録商標)に基づくデータ伝送技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
複数のノードを備える制御システムで使用するイーサネット(登録商標)に基づくデータ伝送方法であって、
第1ノードにより、送信されるデータをバッファリングする段階と、
前記第1ノードがデータを送信する時間間隔を現在の通信マクロサイクルが含む場合、前記第1ノードによって、前記現在の通信マクロサイクル内の前記第1ノードがデータを送信する前記時間間隔に前記バッファリング済みデータを送信し、前記第1ノードがデータを送信する前記時間間隔を前記現在の通信マクロサイクルが含まない場合、前記第1ノードによって、前記現在の通信マクロサイクル内に前記バッファリング済みデータを送信しない段階と
を含み、
前記現在の通信マクロサイクル内の前記第1ノードがデータを送信する前記時間間隔に、他のノードはデータを送信せず、各通信マクロサイクルは同じ持続時間を有し、各通信マクロサイクルは複数の固定持続時間である時間間隔からなる、データ伝送方法。

【請求項2】
前記時間間隔のうちの任意の1つを、事前に割り当てられたたった1つのノードが占めることができる、請求項1に記載の方法。

【請求項3】
各通信マクロサイクルがランダムな時間間隔を含み、前記ランダムな時間間隔が、前記ランダムな時間間隔を占めたいという要求に成功したノードによって占められ、各通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を除く前記時間間隔のうちの任意の1つを、事前に割り当てられたたった1つのノードが占めることができる、請求項1に記載の方法。

【請求項4】
前記第1ノードによってデータを送信するとき、または送信した後、
前記第1ノードによって第2ノードに対し、次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めたいと要求する段階と、
前記次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めることを前記第2ノードが許可する旨の応答を、前記次の通信マクロサイクル内に受信した場合、前記第1ノードによって、前記次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔にデータを送信し、前記第1ノードがデータを送信する前記時間間隔を前記次の通信マクロサイクルが含む場合、前記第1ノードによって、前記次の通信マクロサイクル内の前記第1ノードがデータを送信する前記時間間隔にデータをさらに送信する段階と
をさらに含む、請求項3に記載の方法。

【請求項5】
送信される前記データを前記第1ノードによりバッファリングする前に、
第3ノードによって送信された、前記現在の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めたいという要求を、先行する通信マクロサイクル内に前記第1ノードによって受信する段階と、
前記第3ノードが前記現在の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めることを前記第1ノードが許可する場合、前記第1ノードによって、前記現在の通信マクロサイクル内の前記第1ノードがデータを送信する前記時間間隔に、前記第3ノードが前記現在の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めることを許可する旨の応答を前記第3ノードに送信する段階と
をさらに含む、請求項3に記載の方法。

【請求項6】
前記第1ノードがクロック源でない場合、
前記クロック源がデータを送信する時間間隔に前記クロック源によって送信された第1データを受信した後に、前記第1ノードによって、前記第1データが域内に到着した時間を記録する段階と、
前記第1ノードによって、前記クロック源がデータを送信する別の時間間隔に前記クロック源によって送信された第2データを受信する段階であって、前記第2データが、前記クロック源が前記第1データを送信した時間を含む段階と、
前記第1ノードによって、前記第1データが前記域内に到着した前記時間、前記クロック源が前記第1データを送信した前記時間、および前記第1ノードと前記クロック源との間の回路遅延に従ってローカルクロックを修正する段階と
をさらに含む、請求項1に記載の方法。

【請求項7】
前記第1ノードがクロック源である場合、前記第1ノードによって、前記バッファリング済みデータが送信された時間を記録する段階をさらに含み、前記第1ノードがデータを送信する次の時間間隔に前記第1ノードによって送信された前記データが、前記バッファリング済みデータが送信された前記時間を含む、請求項1に記載の方法。

【請求項8】
複数のイーサネット(登録商標)ノードを有する制御システムで使用するイーサネット(登録商標)ノードであって、
送信されるデータをバッファリングするバッファリング装置と、
送信される前記データを前記バッファリング装置がバッファリングした後、前記イーサネット(登録商標)ノードがデータを送信する時間間隔を現在の通信マクロサイクルが含むか否かを判断する第1判断装置と、
前記イーサネット(登録商標)ノードがデータを送信する前記時間間隔を前記現在の通信マクロサイクルが含むと前記第1判断装置が判断した場合、前記現在の通信マクロサイクル内の前記イーサネット(登録商標)ノードがデータを送信する前記時間間隔に、前記バッファリング装置によってバッファリングされた前記データを送信し、前記イーサネット(登録商標)ノードがデータを送信する前記時間間隔を前記現在の通信マクロサイクルが含まないと前記第1判断装置が判断した場合、前記現在の通信マクロサイクル内に、前記バッファリング装置によってバッファリングされた前記データを送信しない、データ処理装置と
を含み、
前記現在の通信マクロサイクル内の前記イーサネット(登録商標)ノードがデータを送信する前記時間間隔に、他のノードはデータを送信せず、各通信マクロサイクルが同じ持続時間を有し、各通信マクロサイクルが複数の固定持続時間である時間間隔からなる、イーサネット(登録商標)ノード。

【請求項9】
前記時間間隔のうちの任意の1つを、事前に割り当てられたたった1つのノードが占めることができる、請求項8に記載のイーサネット(登録商標)ノード。

【請求項10】
各通信マクロサイクルがランダムな時間間隔を含み、前記ランダムな時間間隔が、前記ランダムな時間間隔を占めたいという要求に成功したノードによって占められ、各通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を除く他の時間間隔のうちの任意の1つを、事前に割り当てられたたった1つのノードが占めることができる、請求項8に記載のイーサネット(登録商標)ノード。

【請求項11】
前記データ処理装置がデータを送信するとき、または送信した後、第2イーサネット(登録商標)ノードに対し、次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めたいと要求する要求装置と、
前記要求装置が前記第2イーサネット(登録商標)ノードに対し、前記次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めたいと要求した後、前記次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めることを前記第2イーサネット(登録商標)ノードが許可する旨の応答を、前記次の通信マクロサイクル内に受信する第1受信装置と、
前記次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めることを前記第2イーサネット(登録商標)ノードが許可する旨の前記応答を前記第1受信装置が受信した後、前記次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔にデータを送信し、前記イーサネット(登録商標)ノードがデータを送信する前記時間間隔を前記次の通信マクロサイクルが含む場合、前記次の通信マクロサイクル内の前記イーサネット(登録商標)ノードがデータを送信する前記時間間隔にデータをさらに送信する、データ処理装置と
をさらに含む、請求項10に記載のイーサネット(登録商標)ノード。

【請求項12】
送信される前記データを前記バッファリング装置がバッファリングする前に、第3イーサネット(登録商標)ノードによって送信された、前記現在の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めたいという要求を、先行する通信マクロサイクル内に受信する第2受信装置と、
前記第3イーサネット(登録商標)ノードによって送信された、前記現在の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めたいという要求を前記第2受信装置が受信した後、前記第3イーサネット(登録商標)ノードが前記現在の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めることを許されるか否かを判断する第2判断装置と
をさらに含み、
前記第3イーサネット(登録商標)ノードが前記現在の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めることを許されると前記第2判断装置が判断した場合、前記現在の通信マクロサイクル内の前記イーサネット(登録商標)ノードがデータを送信する前記時間間隔に、前記データ処理装置が前記第3イーサネット(登録商標)ノードに対して、前記第3イーサネット(登録商標)ノードが前記現在の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めることを許可する旨の応答を送信する、請求項10に記載のイーサネット(登録商標)ノード。

【請求項13】
前記イーサネット(登録商標)ノードがクロック源でない場合、
前記バッファリング装置によってバッファリングされた前記データを前記データ処理装置が送信する前に、前記クロック源がデータを送信する時間間隔に前記クロック源によって送信された第1データを受信する第3受信装置と、
前記クロック源によって送信された前記第1データを前記第3受信装置が受信した後に、前記第1データが到着した時間を記録する第1記録装置と
をさらに含み、
前記第1データを受信した後に前記第3受信装置が、前記クロック源がデータを送信する別の時間間隔に前記クロック源によって送信された第2データをさらに受信し、前記第2データが、前記クロック源が前記第1データを送信した時間を含む、イーサネット(登録商標)ノードであって、
前記第1データが到着した前記時間、前記クロック源が前記第1データを送信した前記時間、および前記イーサネット(登録商標)ノードと前記クロック源との間の回路遅延に従って、前記イーサネット(登録商標)ノードのクロックを修正するクロック修正装置をさらに含む、請求項8に記載のイーサネット(登録商標)ノード。

【請求項14】
前記イーサネット(登録商標)ノードがクロック源である場合、前記バッファリング装置によってバッファリングされた前記データを前記データ処理装置が送信するとき、または送信した後、前記バッファリング装置によってバッファリングされた前記データを前記データ処理装置が送信した時間を記録する第2記録装置をさらに含み、前記第1ノードがデータを送信する次の時間間隔に前記第1ノードによって送信された前記データが、前記バッファリング済みデータが送信された前記時間を含む、請求項8に記載のイーサネット(登録商標)ノード。

【請求項15】
制御デバイスおよび複数の測定/作動装置を含む制御システムであって、
前記制御デバイスは、前記測定/作動装置のうち少なくとも1つを制御し、通信マクロサイクル内の前記制御デバイスがデータを送信する時間間隔にデータを送信し、
前記複数の測定/作動装置は、前記制御デバイスによって制御され、前記測定/作動装置の各々は、前記通信マクロサイクル内の前記測定/作動装置がデータを送信する前記時間間隔にデータを送信し、
任意の通信マクロサイクルにおける前記時間間隔のうちの任意の1つを、前記制御デバイスおよび前記複数の測定/作動装置のうちのたった1つが占めることができ、各通信マクロサイクルは同じ持続時間を有し、各通信マクロサイクルは複数の固定持続時間である時間間隔からなる、制御システム。

【請求項16】
前記時間間隔のうちの任意の1つを、事前に割り当てられたたった1つのデバイスが占めることができる、請求項15に記載のシステム。

【請求項17】
各通信マクロサイクルがランダムな時間間隔を含み、前記ランダムな時間間隔が、前記ランダムな時間間隔を占めたいという要求に成功した前記デバイスの1つによって占められ、各通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を除く前記時間間隔のうちの任意の1つを、事前に割り当てられたたった1つのデバイスが占めることができる、請求項15に記載のシステム。

【請求項18】
前記測定/作動装置の各々が前記制御デバイスに対し、前記測定/作動装置がデータを送信する前記時間間隔に、次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めたいと要求し、
前記次の通信マクロサイクル内の前記制御デバイスがデータを送信する前記時間間隔に、前記制御デバイスは、前記次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めることを許可する旨の応答を、前記要求している測定/作動装置全てのうちの1つに対し送信する、請求項17に記載のシステム。

【請求項19】
前記制御デバイスによって直接制御される前記測定/作動装置は、第1レベル測定/作動装置であり、各第1レベル測定/作動装置は、少なくとも1つの第2レベル測定/作動装置を直接制御し、
各第2レベル測定/作動装置は、前記第2レベル測定/作動装置を直接制御する前記第1レベル測定/作動装置に対し、前記第2レベル測定/作動装置がデータを送信する前記時間間隔に、前記次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めたいと要求し、
各第1レベル測定/作動装置は、前記第1レベル測定/作動装置によって直接制御されている前記第2レベル測定/作動装置から、前記次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めることが許される1つの第2レベル測定/作動装置を選択し、前記第1レベル測定/作動装置がデータを送信する前記時間間隔に、前記次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めたいという要求を前記制御デバイスに送信し、前記要求は、前記選択済み第2レベル測定/作動装置を特定する情報を含み、
前記次の通信マクロサイクル内の前記制御デバイスがデータを送信する前記時間間隔に、前記制御デバイスは、前記次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めることを許可する旨の応答を、前記要求している第1レベル測定/作動装置全てのうちの1つに対し送信し、
前記要求している第1レベル測定/作動装置全てのうちの前記1つは、前記選択済み第2レベル測定/作動装置に対し、前記次の通信マクロサイクル内の前記ランダムな時間間隔を占めることを許可する旨の応答を送信する、請求項18に記載のシステム。

【請求項20】
前記制御デバイスはクロック源であり、第1データを送信するとき、または送信した後、前記制御デバイスは前記第1データが送信された前記時間を記録し、
前記第1データを受信した前記測定/作動装置は、前記第1データが域内に到着した時間を記録し、
前記制御デバイスは、前記第1データが送信された前記時間を、前記制御デバイスがデータを送信する次の時間間隔に送信される第2データに含め、
前記第2データを受信した後、前記第1データを受信した前記測定/作動装置は、前記制御デバイスが前記第1データを送信した前記時間、前記第1データが前記域内に到着した前記時間、前記域内と前記制御デバイスとの間の回路遅延に従って、ローカルクロックを修正する、請求項15に記載のシステム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
分野
  • 電気
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