「FL-netについて」

私はソフテックに入社して3年目の社員になります。ソフテックでは工場向けのシステム構築などで、フィールドネットワークを利用する機会が多々ありますが、私もその一つであるFL-netに関する案件に携わる機会がありました。
そのため、今回の技術レポートでは、フィールドネットワークの一つであるFL-netについてご紹介させていただきます。

FL-netとは、日本電機工業会（JEMA）によって制定された、コモンメモリシステム（4-1で簡単にご紹介します）を基本とする産業用オープンネットワークです。
FL-netのネットワークには最大254台のノードを接続でき、接続されたノード間にはマスタ/スレーブの区別はありません。また、ネットワークには、任意のタイミングで参加、離脱可能となっています。
ノード間の通信は、UDP/IPのブロードキャストによって、データの送信権であるトークンを受け渡しながら行われます。データの伝送にはコモンメモリを同期するために周期的に行われるサイクリック伝送と、任意のタイミングでデータや要求を送るメッセージ伝送があります。
ここでは、FL-netのネットワークへの参加の流れと、データの伝送についてご紹介します。

FL-netのノードがネットワークに参入するまでの状態遷移を図1に示します

図1. FL-net 状態遷移

FL-netのノードは起動すると、初期化要求待ち状態（図1状態遷移図の黄色上側）になります。ノードに初期設定を行うと、ノードは加入トークン検出時間待ち状態（図1状態遷移図の黄色下側）に遷移し、サイクリック伝送が行われているかネットワークを監視します。
サイクリック伝送が行われていない場合、ネットワーク初期状態（図1状態遷移図の左側青で囲った状態）に遷移し、ネットワークの新規確立を行います。サイクリック伝送が行われている場合、途中参加状態（図1状態遷移図の右側赤で囲った状態）に遷移し、ネットワークへの途中参加を行います。
ネットワークへの参加後は、トークンを保持し、データの送信権を得た状態と、トークンを持たず他ノードからのデータを受信する状態を行き来します。（図1状態遷移図の下側緑で囲った状態）
ネットワークへ参加する際の注意点として、ノード番号の重複と、コモンメモリ割り当ての重複があります。
ノード番号が他ノードと重複している場合、ネットワークに参加することができません。この場合、ノード番号を再設定する必要があります。
また、コモンメモリ割り当てが他ノードと重複している場合、ネットワークに参加することは出来ますが、自身の割当領域がなくなり、コモンメモリに設定した自ノードのデータを送信することができません。

3.1 ネットワーク初期状態の場合

3.2 途中参加状態の場合

FL-netのデータの伝送には、コモンメモリを同期するために周期的に行われるサイクリック伝送と、任意のタイミングでデータや要求を送るメッセージ伝送があります。
サイクリック伝送では、コモンメモリのデータを持つサイクリックフレームと、保持しているトークンを次のノードに渡すトークンフレームを送信します。
メッセージ伝送では、任意のデータ、要求を送るメッセージフレームを送信します。
FL-netで用いられるフレームはUDP/IPのブロードキャストによって送信され、ネットワーク上のすべてのノードがデータを受信します。

4.1 サイクリック伝送

今回はFL-netの仕組みについてご紹介させていただきました。ソフテックでは、FL-netを使用したシステム構築の経験だけでなく、組み込み機器にFL-netプロトコルを実装する開発を行った実績もあります。
JEMAからサンプルソースコード「FL-net Ver.3.0公開用ソースコード」が公開されていますので、そちらを参照していただくとFL-netの仕様、実装方法の把握に役立つと思います。

フィールドネットワークにはさまざまな種類があり、いくつかはこれまでのソフテックだよりで取り上げられております。まだご紹介できていないものもいくつかありますので、また別な機会にご紹介したいと思います。