2026.10.26 プロトコル

CC-Link IE TSNとは？Class A・Bの違いと時分割の仕組み、IT通信と混在させる設計を実装目線で解説

CC-Link IE TSNは、CC-Link協会が2018年11月に仕様を公開した、CC-Linkファミリーの最新世代です。IEEE 802.1ASの時刻同期と802.1Qbvの時分割という2つのTSN技術を使い、サーボやリモートI/Oの制御通信と、カメラやPCのTCP/IP通信を1本のEthernetに通す仕組みです。この記事では、前の世代のCC-Link IE Fieldと何が変わったのか、Class BとClass Aの要件の差と混在のさせ方、通信周期の割り当てとTSNハブの設定を三菱電機の資料に沿って整理します。そのうえで、Linuxのptp4lとtc taprioで時分割の動きを手元で再現する手順と、IT系の通信を同じ幹線に載せるかどうかの判断まで扱います。

まとめ｜Class Bの時刻同期と時分割が制御と情報通信の同居を支える

CC-Link IE TSNを理解する入口は、Class Bが時刻同期と時分割の両方を持ち、Class Aはどちらも持たないという区別です。Class Bではマネージャ局がグランドマスタになって全局の時刻を±1マイクロ秒以内にそろえ、そろった時刻でタイムスロットを切って通信を流します。制御通信の周期が守られたまま、TCP/IP機器を同じ網に置けるのはこの仕組みによるものです。

設計で詰まりやすいのは、網全体でそろえる設定と、局ごとに変えられる設定の切り分けです。時刻同期方式と通信周期はマスタ局とTSNハブで一致させる必要があり、通信周期の速さはデバイス局ごとに3段階から選べます。Class Aの機器は、Class B対応のスイッチ経由か、Class B機器の末端にしか置けません。

稼働データを上位システムへ集めるだけなら、TSNの網へ自作の機器を参加させる必要はありません。PLCやゲートウェイから値を取り出すほうが、認証試験もライン側の設定変更も要らず、工数は小さく済みます。

CC-Link IE TSNの定義とIE Fieldのトークン方式から変わった通信制御

2018年11月の仕様公開と三菱電機が対応102機種を出した時期

三菱電機の2019年3月7日の発表資料によると、CC-Link IE TSNの仕様は2018年11月21日にCC-Link協会から公開されました。三菱電機は2019年5月7日から、シーケンサ、サーボアンプ、ロボット、表示器、インバーター、CNCなど計102機種を順次発売しています。マスタ・ローカルユニットのRJ71GN11-T2は最大121台を接続できます。

同じ資料は、従来は別系統で敷設していた制御通信と情報通信を同一のEthernetケーブルで実現できる点を、この世代の狙いとして挙げています。CC-Linkファミリーの世代ごとの違いはCC-Linkとは？CC-Link IE・Field Basicとの違いで整理しているので、ここではTSN世代に固有の仕組みに絞ります。

IE Fieldのトークンパッシングと時分割ポーリングの3つの差

前の世代のCC-Link IE Fieldは、通信の権利を表すトークンを局から局へ回し、トークンを持つ局だけが送信するトークンパッシング方式でした。三菱電機のCC-Link IE TSN仕様一覧では、TSN世代の通信方式は「時分割方式／タイムマネージド・ポーリング方式」と書かれています。機種によっては時分割方式のみです。

観点	CC-Link IE Field	CC-Link IE TSN
送信のタイミング	トークンを持つ局が送る	同期した時刻の枠で送る
入力と出力	局ごとに順番に送る	各局間で同時に送れる
TCP/IP機器の同居	制御周期に影響しうる	時間枠を分けて同居させる

トークン方式では、汎用のEthernet機器が勝手に送ったフレームが周期を乱すため、情報系は別の網に分けるのが前提でした。TSN世代は時刻で送信の枠を区切るので、枠の外に情報系を押し込めます。三菱電機の特長ページは、時刻同期と時分割により各接続局間の入力と出力の同時通信を可能にした、と説明しています。

IEEE 802.1ASと802.1QbvというTSNの2規格が受け持つ役割

TSNはTime-Sensitive Networkingの略で、IEEE 802.1のTSNタスクグループが策定する標準Ethernet向けの規格群です。CC-Link IE TSNが使うのはそのうち2つで、IEEE 802.1ASが時刻同期、IEEE 802.1Qbvが時分割を受け持ちます。

役割を一言で分けると、802.1ASは「全局の時計を1つに合わせる」、802.1Qbvは「合わせた時計を使って、どの通信をいつ通すかを決める」です。時計が合っていなければ時間の枠は意味を持たないため、802.1Qbvは802.1ASの上に乗る関係にあります。後半のLinuxの手順も、この順番で組み立てます。

Class BとClass Aの要件の差と2クラスを混在させる配線ルール

Class Bは±1マイクロ秒の時刻同期・Class Aは同期なしの低コスト

三菱電機のClass BとClass Aの解説では、各クラスの仕様はCC-Link協会が定義しており、主な違いは次のとおりです。

項目	Class B	Class A
IEEE 802.1AS（時刻同期）	準拠	なし
IEEE 802.1Qbv（時分割）	準拠	なし
時刻同期精度	±1µs以内	規定なし
無線LANアダプタ	記載なし	組み合わせ可

Class Aは時刻同期の仕組みを持たない代わりに、機器のコストを抑えて高速なI/O制御を実現するクラスです。サーボの同期制御のように局間の時刻差が品質に直結する用途はClass B、状態監視の入出力だけならClass Aという切り分けになります。

Class A機器はClass B対応スイッチ経由か末端だけに置ける制約

Class Bのシステムに、Class Aの機器を混ぜる方法は2つしかありません。同じ解説ページによると、Class B対応のスイッチングハブを介してつなぐか、Class B機器の並びの末端に接続するかのどちらかです。ライン型の途中にClass A機器を挟む配線は、この2つに当てはまりません。

構成も使用するクラスに応じたものです。Class BはClass B準拠のマネージャ局、デバイス局、スター配線時のスイッチングハブで組み、Class AはClass B準拠のマネージャ局にClass A準拠のデバイス局をつなぎます。両方のクラスに対応した機器もあるため、使うクラスに合わせてマネージャ局とデバイス局の両方でパラメータを設定する手順が要ります。

マネージャ局がグランドマスタになりネットワーク全局の時刻を合わせる構成

Class Bの時刻同期では、CC-Link IE TSNのマネージャ局がグランドマスタになり、各局の時刻をその時刻に合わせます。三菱電機の解説は、この仕組みでEthernet上の他の機器と±1µs以内の時刻同期精度を実現できるとしています。

実務上の帰結は、マネージャ局が止まると網全体の時刻の基準も止まることです。サイクリック通信の起点と時刻の基準が同じ1台に集まるため、マネージャ局の故障時の扱いと保守で止める順番は、配線より先に決めておきます。同期の作り方をEtherCATの分散クロックと比べたい場合は、EtherCATのオンザフライ処理と分散クロック同期が参考になります。

通信周期3段階とTSNハブの設定から組むネットワーク設計の手順

通信周期は局数と点数で決まり31.25マイクロ秒は特定条件の値

CC-Link IE TSNの「最小通信周期31.25µs」は、三菱電機の特長ページの注記によると、モーションユニットRD78GHの高速モードを使った場合の値です。一般のリモートI/Oを並べた網で、この周期がそのまま出るわけではありません。

三菱電機のCC-Link IE TSN導入ガイド（BCN-86403-A、2024年3月版）は、通信周期を接続するリモート局の数と設定するリンク点数に応じて調整する必要がある、と明記しています。周期は仕様表から借りてくる数字ではなく、局数と点数を決めてから求めるものです。詳しい計算はRJ71GN11-T2の用途編マニュアルに委ねられています。

デバイス局ごとに3段階から通信周期を選び速い局と遅い局を分ける

同じ特長ページによると、通信周期の設定は3段階で、接続するデバイス局やその制御用途に応じて局ごとに選べます。高速・高精度な制御が要るリモートI/Oとは速い周期で、状態監視で足りるリモートI/Oとは遅い周期で通信する、という使い分けです。

割り当ての順番は、速い周期が必須の局を先に洗い出すことから始めます。サーボや高速カウンタなど周期が品質に響く局を最速の段に入れ、温度や稼働状態の監視は遅い段に回す。全局を最速の段に入れると網の帯域を食い、周期そのものが伸びます。迷った局は遅い段に置き、実機で応答を確かめてから上げるほうが手戻りは小さくなります。

ライン型・スター型・リング型の選び分けとTSNハブの設定一致

仕様一覧は、伝送路をライン型、スター型、リング型の3つとしています。ライン型はスイッチなしで組めてモーション制御向き、スター型はEthernetスイッチで局を分散配置でき、リング型は一部のケーブル断線でも正常な局だけでデータリンクを続けられます。リング型はスター型・ライン型と混在できません。

導入ガイドは、ライン型では故障したデバイス局より後ろの局が切り離される一方、スター型なら他の局は通信を続けられると説明しています。スター型で使うTSNハブには注意点があり、時刻同期方式と通信周期はCC-Link IE TSNのシステム全体で同じ設定にする必要があります。マスタ局が既定値ならハブも既定値で通信できますが、マスタ側で周期を変えたらハブの設定もWebインタフェースかCLIで合わせ直してください。

RJ71GN11-T2の121局とRX・RY各16384点で見積もる容量

仕様一覧の値では、RJ71GN11-T2を使う網はマネージャ局1台とデバイス局120台の計121局まで、1ネットワークあたりのリンク点数はRXとRYが各16384点、RWrとRWwが各8192点です。トランジェント伝送で一度に送れるのは最大1920バイトです。局間の距離は100メートルで、ケーブルはカテゴリ5e以上の二重シールド付きストレートケーブルを使います。

項目	RJ71GN11-T2の値
最大局数	121（マネージャ局1を含む）
RX・RY（網全体）	各16384点
RWr・RWw（網全体）	各8192点
トランジェント伝送容量	最大1920バイト
伝送速度	1Gbps・100Mbps

点数の上限に余裕があっても、点数を増やせば先の通信周期は伸びます。見積もりは「局数と点数の上限に収まるか」ではなく、「欲しい周期で回る局数と点数か」で行ってください。

LinuxでgPTPとtaprioを組み時分割の挙動を手元で再現する手順

linuxptpのgPTP設定でIEEE 802.1ASの時刻同期を立ち上げる

TSNの2つの機能がどう動くかは、Linuxと対応NICがあれば手元で確かめられます。ここで組むのはTSNの仕組みを観察するための検証環境で、CC-Link IE TSNの局として振る舞うものではありません。対応製品として網に参加させるには、CC-Link協会の認証が要ります。

時刻同期にはlinuxptpに同梱されている802.1AS向けの設定ファイルを使います。このファイルはレイヤ2で送り、隣接局との遅延をP2P方式で測る設定になっており、宛先MACアドレスは01:80:C2:00:00:0Eです。次のコマンドの1つ目がNICのハードウェア時計を802.1ASで同期させる部分で、--socket_priorityは同期フレームを後段のゲート制御で通すための優先度付けです。

# 1) IEEE 802.1AS（gPTP）でNICのハードウェア時計を同期する
#    configs/gPTP.cfg は linuxptp 同梱の設定（L2転送・P2P遅延測定）
ptp4l -i eth0 -f configs/gPTP.cfg --socket_priority=7 -m

# 2) 802.1Qbv相当のゲート制御をNICへオフロードする（周期500マイクロ秒）
#    優先度5=制御(TC0)、優先度7=gPTP(TC1)、それ以外=情報系(TC2)
tc qdisc replace dev eth0 parent root handle 100 stab overhead 24 taprio \
    num_tc 3 \
    map 2 2 2 2 2 0 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 \
    queues 1@0 1@1 2@2 \
    base-time 200 \
    sched-entry S 03 125000 \
    sched-entry S 06 375000 \
    flags 0x2

# 3) 登録されたスケジュールを確かめる
tc qdisc show dev eth0

ptp4lの-mは状態を標準出力へ出す指定で、同期が取れると時計のずれの値が小さく落ち着いていきます。socket_priorityはgPTP.cfgのようにレイヤ2で送る設定でだけ効く項目です。

tc taprioで制御用と情報用の時間枠を交互に開けるゲート設定

2つ目のコマンドは、tc-taprioのマニュアルにある完全オフロードの例を、制御と情報系の2つの枠に組み替えたものです。taprioはIEEE 802.1Q-2018の8.6.9節が定めるゲート制御の簡易版で、sched-entryごとに「どのトラフィッククラスのゲートを何ナノ秒開けるか」を並べます。

mapは優先度0〜15をクラスへ振る指定で、優先度5がTC0、優先度7がTC1、残りがTC2になる
S 03 125000はTC0とTC1を125マイクロ秒だけ開ける枠で、ここが制御通信の時間
S 06 375000はTC1とTC2を375マイクロ秒開ける枠で、情報系はこの間だけ出られる
flags 0x2はスケジュールをNICへ渡して回させる指定で、周期は2つの枠の合計500マイクロ秒になる

gPTPのTC1をどちらの枠でも開けているのは、時刻同期のフレームが止まると枠そのものの基準が崩れるためです。制御用のアプリケーションはソケットに優先度5を付けて送ります。この状態で情報系に大きなファイル転送を流しても、制御の枠の125マイクロ秒には割り込めません。CC-Link IE TSNのClass Bが「TCP/IP通信が混在しても定周期性を保証できる」と説明する仕組みを、小さく再現した形です。なお完全オフロードに対応するかはNICとドライバ次第なので、エラーになったらflagsを外した構成から試してください。

実網ではミラーポートで802.1ASのフレームを受け同期を確かめる

既設のClass Bの網で時刻同期が動いているかを見たいときは、スイッチのミラーポートにPCをつなぎ、802.1ASの宛先MACアドレス宛てのフレームだけを受けます。

# ミラーポートにつないだ eth1 で、802.1AS の宛先MAC宛てのフレームを20件だけ表示する
tcpdump -i eth1 -e -c 20 ether dst 01:80:c2:00:00:0e

フレームがまったく流れていなければ、その区間はClass Aとして組まれているか、時刻同期が始まっていません。流れている場合も、送信元MACアドレスがマネージャ局のものかを照合すると、意図しない機器がグランドマスタの候補になっていないかを確かめられます。制御周期そのものの測り方は、親記事のCC-Link IE Field Basicのリンクスキャン実測と同じく、受信時刻の差を集計する考え方で応用できます。

IT系トラフィックと混在させる判断と上位システムへつなぐ線引き

カメラやTCP/IP機器を同じ幹線に載せてよい条件と避ける条件

三菱電機の特長ページは、TCP/IP通信が混在してもサイクリック通信の定周期性を保証できるとしつつ、機器および構成により接続できない場合がある、と注記しています。混在できるのは、Class B対応のスイッチで時間の枠が管理されている区間です。

載せてよいのは、帯域の見積もりができる機器に限ります。解像度とフレームレートが固定の監視カメラ、周期の決まった収集用PCなどがこれに当たります。逆に、社内LANとつながった端末やOSの更新を勝手に始めるPCは、制御の網に直接載せないでください。情報系の枠が詰まるだけでなく、制御機器のある区間へ社内LANの通信が入る経路を作ることになります。IT部門と製造部門のどちらが網を管理するかという責任分界は、工場ネットワークの通し方と責任分界で整理しています。

稼働データの収集は網に入らずPLCやゲートウェイから取り出す

MESやクラウドに稼働データを集める目的なら、CC-Link IE TSNの網に自作の機器を参加させる必要はほとんどありません。リンクデバイスの値はマスタのPLCのデバイスへ写されているため、PLCのEthernetポートから読めば同じ値が取れます。収集方式の比較はPLCのデータ収集の四方式で扱っています。

複数メーカーの装置が混在するラインでは、ゲートウェイでOPC UAサーバを立て、OPC UAの情報モデルとして上位へ公開すると、受け取る側の実装を共通にできます。プロトコル変換をどの層に置くかの判断はIoTゲートウェイの役割とクラウド直結との使い分けが参考になります。

新設ラインでTSNを選ぶ場面と既設IE Fieldを残す場面の判断

ここは言い切ります。既設のCC-Link IE Fieldが周期の要件を満たしているなら、TSNへの置き換えだけを目的に配線を引き直すことは勧めません。TSN世代の利点は制御と情報系の同居と、時刻同期による高精度なモーション制御で、どちらも要らないラインでは更新費と停止時間だけがかかります。

TSNを選ぶのは、新設や大きな改造で、サーボの同期制御と監視カメラや検査用PCの通信を1本にまとめたい場合です。その場合も、Class Aの機器を置ける位置、TSNハブと網全体で揃える設定、局ごとの周期の段を、配線図を引く前に決めておきます。当社では、PLCや装置から取り出したデータをOPC UAやMQTTで集め、可視化や異常検知までつなぐ構成をAI/IoTソリューションとして請けています。既設の網を止めずに移す段取りは産業用ネットワークの導入手順を参照してください。

よくある質問

CC-Link IE TSNの仕組みと導入で寄せられやすい質問をまとめました。

CC-Link IE TSNとCC-Link IE Fieldの違いは何ですか？

通信の制御方法が違います。IE Fieldは通信の権利であるトークンを局の間で回し、持っている局だけが送るトークンパッシング方式です。IE TSNはIEEE 802.1ASで全局の時刻をそろえ、IEEE 802.1Qbvで時間の枠を切って送る時分割方式です。その結果、IE TSNでは各局間の入力と出力を同時に送れ、TCP/IP機器も時間の枠を分けて同じ網に置けます。三菱電機はリンク点数もIE Field比で約2倍としています。

Class AとClass Bはどちらを選べばよいですか？

サーボの同期制御など局間の時刻差が品質に響く用途ならClass Bです。Class Bは時刻同期の精度が±1マイクロ秒以内で、時分割にも対応します。状態監視の入出力だけでよい機器はClass Aにすると、機器のコストを抑えられます。Class Aの機器は、Class B対応のスイッチ経由か、Class B機器の並びの末端にだけ混在させられる点に注意してください。

CC-Link IE TSNで一般的なスイッチングハブは使えますか？

Class Bの網で時間の枠を守るには、CC-Link協会が認定したClass B対応のスイッチングハブが必要です。三菱電機の導入ガイドでは、TSNハブ側の時刻同期方式と通信周期を、マスタ局を含む網全体と同じ設定にする必要があるとしています。マスタ局で通信周期を既定値から変えたときは、ハブの設定も合わせ直します。

汎用のEthernet機器やPCを同じネットワークにつなげますか？

Class Bの網で、Class B対応のスイッチが時間の枠を管理している区間なら、TCP/IP機器を混在させられます。三菱電機は、混在してもサイクリック通信の定周期性を保証できるとしつつ、機器や構成によっては接続できない場合があると注記しています。帯域を見積もれない社内LANの端末は、制御の網に直接つながず、ゲートウェイの先に置くのが安全です。

CC-Link IE TSNの最小通信周期はどれくらいですか？

三菱電機の公表値は最小31.25マイクロ秒で、CC-Link IEフィールドネットワークモーション比で約16倍の速さです。ただしこれはモーションユニットRD78GHの高速モードを使った場合の値で、一般のリモートI/Oの網では接続局数とリンク点数に応じて周期を調整します。設計では、必要な周期を先に決め、その周期で回る局数と点数かを確かめます。