JPH08172449A - 二重化データ伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】二重化構成のゲートウェイにおいて、一方に障
害が発生した時の切り替えを従来技術に比べて高速に行
えるようにする。 【構成】異なる信号形態をとる第１，第２のネットワー
クとの間でプロトコルを変換する機能を備え、一方が制
御側，他方が待機側となる二重化構成のゲートウェイを
備えた装置において、各ゲートウェイにそれぞれ異なっ
たアドレスを設定し、各ゲートウェイは、相手側ゲート
ウェイに対して定周期で自分の状態を示す情報を含んだ
ステータスフレームを出力するステータスフレーム送出
手段と、タイマーと、ステータスフレームを受信した場
合タイマーをリセットするタイマーリセット手段と、タ
イマーのタイムアップにより相手側のゲートウェイに対
してステータスフレームを再び送出することを要求する
ためのフレームを送信するフレーム送出要求手段と、フ
レーム送出の要求によってもなお自分宛へのステータス
フレームが送出されない場合、自身が制御側になるよう
に切り替える制御権切り替え手段とを設けて構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、異なったネットワーク
相互間でプロトコル変換を行うゲートウェイを二重化構
成とした二重化データ伝送装置に関し、更に詳しくは、
第１のネットワークと、このネットワークと異なる信号
形態をとる第２のネットワークと、第１，第２のネット
ワークとの間でプロトコルを変換する機能を備え、一方
が制御側（アクティブ状態），他方が待機側（バックア
ップ状態）となる二重化構成のゲートウェイとからなる
データ伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】互いに信号形態が異なる２つのネットワ
ーク間で、データ伝送を行うようなデータ伝送システム
において、信頼性を高めるために、２つのネットワーク
間をつなぐゲートウェイを二重化構成とすることが行わ
れている。従来、この様なネットワークに使用されるゲ
ートウェイでは、ネットワークプロトコルとして、ＩＰ
（Internet Protocol）が用いると共に、経路制御プロ
トコルとして、ＲＩＰ（Routing Information Protoco
l）を用い、各ゲートウェイの診断は、ＲＩＰのタイマ
ーのタイムアウトにより行っていた。

【０００３】即ち、あるゲートウェイが定周期（例えば
３０秒）でネツトワークに対して経路制御情報をブロー
ドキャストし、他のステーションはそれを受信すること
によって、そのゲートウェイが正常に動作していること
を知る。経路制御情報の未受信は、そのゲートウェイの
障害を意味することとなるが、例えばネットワークの混
雑等の理由も考えられるので、各ステーションは、経路
制御情報がブロードキャストされる周期より長い所定の
時間（例えば１８０秒）経過しても経路制御情報が届か
ない場合に、そのゲートウェイがダウンしたものと判断
するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ネツト
ワークに接続される各ステーションが工場を制御するよ
うな計算機システムであるような場合、時間的な制約が
厳しい。このためにゲートウェイの障害を検出するとい
う目的で、ネツトワーク上にブロードキャストされた経
路制御情報を長い時間監視し続けることは適さない。

【０００５】ここにおいて、本発明は、異なる信号形態
をとる２つのネットワーク間に二重化構成としたゲート
ウェイを備える装置において、各ゲートウェイの障害の
検出を効率よく行うとともに、何らかの障害発生時に
は、高速で待機側のゲートウェイに制御が切り替えられ
るようにした信頼性の高いデータ伝送装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明は、第１のネットワークと、このネットワーク
と異なる信号形態をとる第２のネットワークと、第１，
第２のネットワークとの間でプロトコルを変換する機能
を備え、一方が制御側，他方が待機側となる二重化構成
のゲートウェイとからなるデータ伝送装置において、前
記二重化構成のゲートウェイは、それぞれ異なったアド
レスが設定され、各ゲートウェイは、第１のネットワー
クを介して相手側ゲートウェイのアドレスを指定して定
周期で自分の状態を示す情報を含んだステータスフレー
ムを出力するステータスフレーム送出手段と、タイマー
と、第１のネットワークを介して自分のゲートウェイに
送られてきたステータスフレームを受信した場合前記タ
イマーをリセットするタイマーリセット手段と、前記タ
イマーがタイムアップした場合、相手側のゲートウェイ
に対してステータスフレームを再び送出することを要求
するためのフレームを送信するフレーム送出要求手段
と、フレーム送出要求手段によるフレーム送出の要求に
よってもなお自分宛へのステータスフレームが送出され
ない場合、自身が制御側になるように切り替える制御権
切り替え手段とを含むことを特徴とする二重化データ伝
送装置である。

【０００７】

【作用】二重化されている各ゲートウェイは、互いに相
手側のゲートウェイ宛に定周期で自分の状態を示す情報
を含むステータスフレームを送信する。このステータス
フレームを受信した各ゲートウェイ内のタイマーは、相
手側から送られたステータスフレームが未到着の場合、
相手側ゲートウェイに対してステータスフレームの送出
を要求する。

【０００８】この要求に対して、相手側ゲートウェイか
ら依然としてステータスフレームが送られてこない場
合、それまで待機側にあったゲートウェイ内の制御権切
り替え手段は、自分のゲートウェイが制御側になるよう
に切り替える。

【０００９】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明に係わるデータ伝送装置の構成
概念図である。図において、Ｎｅｔ１は第１のネットワ
ークで、例えば、標準的な超高速通信バスであるＦＤＤ
Ｉリング等が用いられており、ここでは二重化構成とし
てある。この第１のネツトワークには、例えばプラント
を制御するような制御用計算機や監視装置（ステーショ
ン１）が接続されている。Ｎｅｔ２は第１のネットワー
クＮｅｔ１とは異なる信号形態をとる第２のネットワー
クで、例えば、ブロードキャスト形のトークンパッシン
グ方式の通信バスで、このネツトワークにも、例えばプ
ロセスを制御するための制御用計算機（ステーション
２）が接続されている。

【００１０】ＧＷ−Ａ，ＧＷ−Ｂは、第１のネットワー
クＮｅｔ１と第２のネットワークＮｅｔ２との間でプロ
トコルを変換するゲートウェイで、同じ構成の２台のゲ
ートウェイにより二重化構成となっており、一方が制御
側（アクティブ状態），他方が待機側（バックアップ状
態）となる。ここで、二重化構成の各ゲートウェイＧＷ
−Ａ，ＧＷ−Ｂには、第１，第２の各ネツトワークと
も、互いに別々のアドレスが設定されている。

【００１１】図２は、各ゲートウェイＧＷ−Ａ，ＧＷ−
Ｂ内の構成を示す機能ブロック図である。この図におい
て、１１はプロトロル変換手段で、第１のネットワーク
Ｎｅｔ１と第２のネットワークＮｅｔ２との間のプロト
コル変換を行う機能を持つ。１２はアドレス変換テーブ
ルで、第１，第２のネットワーク相互間で通信を行う際
に参照されるものである。例えば、第２のネットワーク
Ｎｅｔ２に繋がるステーション２から、第１のネットワ
ークＮｅｔ１に繋がるステーション１にデータを伝送す
る際には、このテーブルを参照することで宛先ステーシ
ョン１のＩＰアドレスがフレームに設定できるようにし
てある。

【００１２】１３はステータスフレームの送出手段で、
第１のネットワークＮｅｔ１を介して相手側となるゲー
トウェイのアドレスを指定して、定周期（例えば３０
秒）でステータスフレームを出力する機能を持つ。ここ
で、ステータスフレーム内には、自分のゲートウェイ
が、アクティブ状態にあるのか、バックアップ状態にあ
るのか、自分が正常に動作できる状態か否か等の情報が
含まれているものとする。

【００１３】１４はタイマーで、ここにはステータスフ
レーム送出手段１３から送られるフレーム送出周期（例
えば３０秒）よりやや長い時間が設定されている。１５
はタイマーリセット手段で、第１のネットワークＮｅｔ
１を介して自分のゲートウェイ宛に送られてきたフレー
ムを受信した場合、タイマー１４をリセットするように
構成されている。

【００１４】１６はタイマー１４がタイムアップした場
合、相手側のゲートウェイに対して第１のネットワーク
Ｎｅｔ１を介してステータスフレームを再び送出するこ
とを要求するためのフレーム（ステータス要求フレー
ム）を送出するフレーム送出要求手段、１７は制御権切
り替え手段で、フレーム送出要求手段１６によるフレー
ム送出の要求によってもなお、相手側ゲートウェイから
自分宛へのステータスフレームが送出されない場合、自
分のゲートウェイが制御側（アクティブ状態）になるよ
うに切り替える機能をもっている。

【００１５】１８は自己診断手段で、例えば、定周期で
自分宛への診断フレームを送信して、自分の動作が正常
に行われるかの診断をする機能を持つ。この診断結果
は、ステータスフレーム送出手段１３から送信されるス
テータスフレームの内容に反映されるようになってい
る。この様に構成した装置の動作を次に説明する。

【００１６】はじめに、第１のネットワークＮｅｔ１に
送出される各制御フレームについて説明する。 （ステータスフレーム）ステータスフレーム送出手段１
３が送出するフレームであって、自身が制御側にあれ
ば、待機側になっているゲートウェイに向けて、自分の
ステーションの状態を示す情報を含んだステータスを送
信する。このステータスフレームを受信したゲートウェ
イは、その内容から二重化構成の相手側ゲートウェイの
状態を互いに認識することができる。

【００１７】（ステータス要求フレーム）フレーム送出
要求手段１６が送出するフレームであって、タイマー１
４がタイムアップした場合、相手のゲートウェイ側に対
して、ステータスフレームの再送を要求するためのフレ
ームで、これを受信した相手側ゲートウェイは、ステー
タスフレームを送信することになる。

【００１８】（ゲートウェイ変更完了フレーム）二重化
構成のゲートウェイにおいて、それまで待機側にあった
ゲートウェイが新に制御側になる時、新に制御側になる
ゲートウェイが第１のネットワークＮｅｔ１上に、自身
のアドレス情報およびそれまで制御側にあったゲートウ
ェイのアドレス情報を含むゲートウェイ変更完了フレー
ムをブロードキャストする。このフレームを受信した第
１のネットワークに接続されている各ステーションは、
自分の持つアドレス変換テーブルあるいはアドレスリス
トの内容を変更する。

【００１９】（ゲートウェイアクティブ要求フレーム）
制御側のゲートウェイが、メンテナンス等の目的で電源
をオフとする場合、そのシャットダウン処理の最初にこ
のフレームを待機側ゲートウェイに送信する。 （ゲートウェイアクティブ要求確認フレーム）ゲートウ
ェイアクティブ要求フレームを受信した相手側（待機
側）ゲートウェイは、自分のゲートウェイが待機状態で
あった場合に、このフレームをゲートウェイアクティブ
要求フレームを送信した側のゲートウェイに向けてリプ
ライする。

【００２０】（ゲートウェイアクティブ要求拒否フレー
ム）ゲートウェイアクティブ要求フレームを受信した相
手側（待機側）ゲートウェイは、自分のゲートウェイに
障害があって制御権を引き受けられない状態にある場合
に、このフレームをゲートウェイアクティブ要求フレー
ムを送信した側のゲートウェイに向けてリプライする。

【００２１】（ゲートウェイバックアップ要求フレー
ム）制御側にあるゲートウェイが、相手側ゲートウェイ
の状態を送信されたステータスフレームからアクティブ
状態（制御側にある状態）と認識した場合、待機側にあ
るべきはずの相手側ゲートウェイに対して、このフレー
ムを送信する。このフレームを受信したゲートウェイ
は、自分のゲートウェイの状態を直ちにバックアップ状
態（待機側）にする。

【００２２】（診断フレーム）待機側にあるゲートウェ
イは、定周期で自分宛への診断フレームを送信する。こ
の診断フレームを受信できない場合、障害があると判断
される。図３は、各ゲートウェイがとりうる各状態を示
した状態遷移図である。 （アクティブ状態 制御側にある状態）この状態にある
ゲートウェイは、第２のネットワークＮｅｔ２側では、
トークン（通信権）受信時にフレームを送信することが
できる。また、自分に設定されているアドレスの（自分
宛の）フレームを受信することができる。また、第１の
ネットワークＮｅｔ１宛のフレームを全て受信し、それ
を第１のネットワークＮｅｔ１側に中継する。

【００２３】（バックアップ状態 待機側にある状態）
この状態にあるネットワークは、第２のネットワークＮ
ｅｔ２側では、トークン（通信権）受信時にフレームを
送信することができる。また、自分に設定されているア
ドレスの（自分宛の）フレームを受信することができ
る。第１のネットワークＮｅｔ１宛のフレームを全て受
信することができるが、それを第１のネットワークＮｅ
ｔ１側に中継することはしない。

【００２４】第１のネットワークＮｅｔ１側では、フレ
ームの受信、リピート、トークン獲得時のフレームの送
信が行えるが、第１のネットワークＮｅｔ１側におい
て、フレームを受信してもそれを第２のネットワークＮ
ｅｔ２側に中継することはしない。 （ブレイク状態）アクティブ状態，バックアップ状態に
あって、障害が発生するとこのブレイク状態になる。

【００２５】各ゲートウェイは、はじめは、一方がアク
ティブ状態、他方がバックアップ状態となるように設定
されている。そして、バックアップ状態にあるゲートウ
ェイは、以下の条件のいずれかの時、アクティブ状態に
遷移する。 （ａ）相手のゲートウェイ（アクティブ状態にあるゲー
トウェイ）から一定周期で送られるステータスフレーム
の内容が、異常を示しているとき。

【００２６】（ｂ）ゲートウェイアクティブ要求フレー
ムを受信した場合。 （ｃ）フレーム送出要求手段がステータス要求フレーム
を送出した後においても、ステータスフレームを受信で
きないとき。また、アクティブ状態にあるゲートウェイ
は、以下の条件の時、バックアップ状態となる。

【００２７】（ｄ）相手側からのゲートウェイバックア
ップ要求フレームを受信したとき。図４および図５は、
動作の一例を示す概念図である。これらの図において、
二重化構成の各ゲートウェイＧＷ−Ａ，ＧＷ−Ｂは、互
いに周期的に、ステータスフレーム送出手段１３から、
第１のネットワークＮｅｔ１経由で相手側に向けてステ
ータスフレームを送信している。このステータスフレー
ム内には、自身がアクティブ状態かバックアップ状態
か、また正常に動作ができるかを示す情報が含まれてお
り、互いに相手側の状態を監視する。これにより、例え
ば、アクティブ側にあるゲートウェイにおいて受信する
ステータスフレームの内容が、アクティブ状態を示して
いるものとすると、二重化構成のゲートウェイが両方と
もアクティブ状態ということになるので、バックアップ
状態になるべき相手側ゲートウェイに対して、バックア
ップ要求フレームを送信することになる。

【００２８】同様に、バックアップ側にあるゲートウェ
イにおいて受信するステータスフレームの内容が、バッ
クアップ状態を示しているものとすると、二重化構成の
ゲートウェイが両方ともバックアップ状態ということに
なり、信号の中継ができなくなるので、アクティブ状態
になるべき相手側ゲートウェイに対して、アクティブ要
求フレームを送信することになる。

【００２９】このような動作により、二重化構成のゲー
トウェイは、その動作が正常である限り、一方がアクテ
ィブ状態、他方がバックアップ状態に維持される。な
お、バックアップ状態にあるゲートウェイは、自己診断
の結果自身に障害が検出された場合、相手側にアクティ
ブ要求フレームを送信し、相手側のゲートウェイが引続
きアクティブ状態になるようにしている。

【００３０】ここで、図４は、第１のネットワークＮｅ
ｔ１から第２のネットワークＮｅｔ２へ、フレームを送
信する例を示している。第１のネットワーク（例えば、
プロトコルとしてＴＣＰ／ＩＰを用いたＦＤＤＩリング
とする）に接続されたステーション１は、第２のネット
ワークに接続されているステーション２に対してフレー
ムを送信する際、自分の持つアドレス変換テーブルを参
照し、ステーション２のアドレスと現在アクティブ状態
にあるゲートウェイに設定されているＩＰアドレスとを
フレームに付して送信する。

【００３１】アクティブ状態にあるゲートウェイは、自
分宛へのこのフレームを受信すると、ＴＣＰ／ＩＰの部
分をはずし、自分が通信権を獲得した時点で第２のネッ
トワークに接続されるステーション２に対して、フレー
ムを送信する。図５は、第２のネットワークＮｅｔ２か
ら第１のネットワークＮｅｔ１にフレームを送信する例
を示している。

【００３２】第２のネットワークに接続されるステーシ
ョン２は、通信権を獲得した時点でステーション１宛の
アドレスを付けてフレームを送信する。このフレームは
第１のネットワークに接続されるステーション１宛であ
るので、二重化構成の各ゲートウェイＧＷ−Ａ，ＧＷ−
Ｂでそれぞれ受信される。ここで、バックアップ状態に
なっているゲートウェイ（例えばＧＷ−Ｂ）は、内部で
受信したフレームを廃棄する。アクティブ状態になって
いるゲートウェイＧＷ−Ａは、アドレス変換テーブル１
２を参照して、ステーション１のＩＰアドレスを調べ、
ステーション１宛に、ＴＣＰ／ＩＰヘッダを付加し（カ
プセル化し）第２のネットワークから送られたフレーム
を送信する。

【００３３】この様な動作状態にあって、アクティブ状
態にあるゲートウェイに何らかの障害が発生した時の動
作を次に説明する。アクティブ状態にあるゲートウェイ
内の障害が、第１のネットワーク系統側に存在する場
合、ステータスフレーム送出手段１１から出力されるフ
レームが出力されなかったり、バックアップ状態にある
ゲートウェイにおいて、ステータスフレームが受信され
なくなる。この為に、バックアップ状態にあるゲートウ
ェイにおいて、タイマー１４がやがてタイムアップす
る。すると、フレーム送出要求手段１６は、ステータス
要求フレームをアクティブ状態にある相手側ゲートウェ
イに対して送信すると共に、タイマー１４をスタートさ
せその応答を待つ。

【００３４】ステータス要求フレームに対する応答を示
すステータスフレームが依然として受信されない場合、
タイマー１４が再びタイムアップし、制御権切り替え手
段１７は、自分がアクティブ状態になるように切り替え
る（図３の（ｃ）参照）。また、ゲートウェイ変更完了
フレームを、第１のネットワークＮｅｔ１上にブロード
キャストする。

【００３５】これにより、それまでバックアップ状態に
あったゲートウェイがアクティブ状態となり、また、第
１のネットワークに接続される各ステーションは、ゲー
トウェイ変更完了フレームにより、そのことを知ること
ができる。アクティブ状態にあるゲートウェイ内の障害
が、第２のネットワーク系統側に存在する場合、バック
アップ状態にあるゲートウェイは、相手側から送られる
ステータスフレームの内容（異常を示している）によ
り、そのことを知ることができる。

【００３６】このような内容のステータスフレームを受
信すると、それまでバックアップ状態にあるゲートウェ
イは、アクティブ状態に遷移する（図３の（ａ）参
照）。また、ゲートウェイ変更完了フレームを、第１の
ネットワークＮｅｔ１上にブロードキャストする。アク
ティブ状態にあるゲートウェイをメンテナンス等行う場
合、電源をオフとするに際して、アクティブ状態にある
ゲートウェイは次のようなシャットダウン処理を行う。

【００３７】まず、バックアップ状態にあるゲートウェ
イに対して、アクティブ要求フレームを送信し、相手側
からのアクティブ要求確認フレームの受信を待つ。アク
ティブ要求フレームを受信したゲートウェイは、自分が
バックアツプ状態にあれば、アクティブ要求確認フレー
ムをアクティブ状態にあるゲートウェイに送信し、自分
がアクティブ状態となる。また、ゲートウェイ変更完了
フレームを、第１のネットワークＮｅｔ１上にブロード
キャストする。

【００３８】アクティブ要求フレームを受信したゲート
ウェイは、自分がブレイク状態であれば、アクティブ要
求拒否フレームをアクティブ状態にあるゲートウェイに
送信する。この場合、アクティブ要求拒否フレームを受
信したアクティブ状態にあるゲートウェイはシャットダ
ウン処理を中断することとなる。なお、上記の実施例で
は、第１のネットワークＮｅｔ１が、二重化されている
ものを示しているがシングル構成でもよい。また、この
ネットワークは、ＦＤＤＩリングに限定されない。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
同じ構成の２台のゲートウェイを用いて二重化構成と
し、アクティブ状態にあるゲートウェイとバックアップ
状態にあるゲートウェイとの間で、ステータスフレーム
を交互に通信すると共に、このフレームが受信されない
場合は、ステータス要求フレームの送信を行う段階を経
て、障害発生時の二重化の切り替えを行うようにしたも
ので、その切り替えを従来技術に比べて高速に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるデータ伝送装置の構成概念図で
ある。

【図２】各ゲートウェイＧＷ−Ａ，ＧＷ−Ｂ内の構成を
示す機能ブロック図である。

【図３】各ゲートウェイがとりうる各状態を示した状態
遷移図である。

【図４】第１のネットワークＮｅｔ１から第２のネット
ワークＮｅｔ２へ、フレームを送信する場合の動作を示
す図である。

【図５】第２のネットワークＮｅｔ２から第１のネット
ワークＮｅｔ１へ、フレームを送信する場合の動作を示
す図である。

【符号の説明】 Ｎｅｔ１ 第１のネットワーク Ｎｅｔ２ 第２のネットワーク ＧＷ−Ａ，ＧＷ−Ｂ ゲートウェイ １１ プロトロル変換手段 １２ アドレス変換テーブル １３ ステータスフレーム送出手段 １４ タイマー １５ タイマーリセット手段 １６ フレーム送出要求手段 １７ 制御権切り替え手段 １８ 自己診断手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１のネットワークと、このネットワーク
   と異なる信号形態をとる第２のネットワークと、第１，
   第２のネットワークとの間でプロトコルを変換する機能
   を備え、一方が制御側，他方が待機側となる二重化構成
   のゲートウェイとからなるデータ伝送装置において、 前記二重化構成のゲートウェイは、それぞれ異なったア
   ドレスが設定され、 各ゲートウェイは、 第１のネットワークを介して相手側ゲートウェイのアド
   レスを指定して定周期で自分の状態を示す情報を含んだ
   ステータスフレームを出力するステータスフレーム送出
   手段と、 タイマーと、 第１のネットワークを介して自分のゲートウェイに送ら
   れてきたステータスフレームを受信した場合前記タイマ
   ーをリセットするタイマーリセット手段と、 前記タイマーがタイムアップした場合、相手側のゲート
   ウェイに対してステータスフレームを再び送出すること
   を要求するためのフレームを送信するフレーム送出要求
   手段と、 フレーム送出要求手段によるフレーム送出の要求によっ
   てもなお自分宛へのステータスフレームが送出されない
   場合、自身が制御側になるように切り替える制御権切り
   替え手段とを含むことを特徴とする二重化データ伝送装
   置。
2. 【請求項２】制御権切り替え手段は、第１のネットワー
   クを介して送られたステータスフレームに異常を示す情
   報がある場合、自身が制御側になるように切り替えるこ
   とを特徴とする請求項１の二重化データ伝送装置。
3. 【請求項３】新に制御側に切り替えられたゲートウェイ
   は、第１のネットワーク上に、自分が制御側になったこ
   とを示す情報を含んだゲートウェイ変更完了フレームを
   送信するようにした請求項１の二重化データ伝送装置。