JP2001144766A - ネットワークシステムおよびパケット送信方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ノードの構成を簡単にすることができるネット
ワークシステムを提供する。また、リアルタイムに近い
情報処理が可能となるパケット送信方法を提供する。 【解決手段】ネットワーク上に代理ノード３と通常ノー
ド４とを有する。代理ノード３は、通常ノード４におけ
る機能の一部を代理して行う。これにより、ノードの構
成が簡単になる。パケットを送信する方法としては、ト
ークンがネットワークを巡回する間に通常ノード４が送
信できるパケットの数を、パケットが長いほど少なくな
るように制限する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ネットワークシス
テムおよびパケット送信方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のネットワークにおけるノードに
は、それぞれにおいて、調停や安全管理などの必要な機
能が備えられている。このため、ノードの構成が複雑と
なっている。すると、ノードが高価、設定が面倒、設定
自動化を意図してもそのためのプロトコルが複雑とな
る、といった問題を生じる。

【０００３】また、ネットワークにおけるパケット送信
完了時間が短いほど、リアルタイムに近い情報処理が可
能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況に鑑みてなされたものである。本発明の第１の目的
は、ノードの構成を簡単にすることができるネットワー
クシステムを提供することである。本発明の第２の目的
は、リアルタイムに近い情報処理が可能となるパケット
送信方法を提供することである。前記２つの目的は相互
に関連しており、第１の目的を解決する手段が、第２の
目的を解決する手段のために有用となっている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のネットワ
ークシステムは、ネットワークを構成する複数のノード
を有しており、複数のノードには、代理ノードと通常ノ
ードとが含まれており、代理ノードは、通常ノードにお
ける機能の一部を代理して行う構成となっている。

【０００６】請求項２記載のパケット送信方法は、ネッ
トワークを構成する複数のノードを有しており、トーク
ンがネットワークを巡回する間に前記ノードが送信でき
るパケットの数を、前記パケットの長さに基づいて制限
するものとなっている。

【０００７】請求項３記載のパケット送信方法は、ネッ
トワークを構成する複数のノードを有しており、送信さ
れるパケットは、パケットの長さに応じて複数のグルー
プに分けられており、トークンがネットワークを巡回す
る間に前記ノードが送信できるパケットの数を、前記グ
ループの順位に基づいて制限するものとなっている。

【０００８】請求項４記載のパケット送信方法は、請求
項３記載のパケット送信方法において、前記制限は、短
いパケット長のグループに属するパケットを、それより
も長いパケット長のグループに属するパケットよりも優
先させる構成となっている。

【０００９】請求項５記載のパケット送信装置は、ネッ
トワークを構成する複数のノードを有しており、前記複
数のノードは、順位付けがされた複数のグループに分け
られており、トークンがネットワークを巡回する間に前
記ノードが送信できるパケットの数を、前記グループの
順位に基づいて制限する制御部を備えているものとなて
いる。

【００１０】請求項６記載の代理ノードは、ネットワー
クを構成する複数のノードを有しており、前記複数のノ
ードには、代理ノードと通常ノードとが含まれており、
前記代理ノードは、前記通常ノードにおける機能の一部
を代理して行う構成となっていることを特徴とするネッ
トワークシステムにおける、前記代理ノードである。

【００１１】請求項７記載の通常ノードは、ネットワー
クを構成する複数のノードを有しており、前記複数のノ
ードには、代理ノードと通常ノードとが含まれており、
前記代理ノードは、前記通常ノードにおける機能の一部
を代理して行う構成となっており、前記通常ノードは、
前記代理ノードに代理させた機能の少なくとも一部の機
能が省略されていることを特徴とするネットワークシス
テムにおける、前記通常ノードである。

【００１２】請求項８記載の信号は、請求項２〜４のい
ずれか１項に記載されたパケット送信方法を実行するた
めの情報を伝送する信号である。

【００１３】

【作用】請求項２の構成により、現行のトークン型ネッ
トワークより優れたリアルタイム性を実現できる。ネッ
トワーク上にＮ個のノードがあり、一つのパケットの送
信にかかる最大時間がＴであるとすると、パケットの送
信完了までの最悪値Ｔ_{ｍ ａｘ}は、 Ｔ_ｍａｘ１＝ＴＮ （１） と表せる。小さなノードの多いネットワークでは、短い
パケットが多く送出される。短いパケットしか出さない
ノードがｎあるとし、このノードのパケット送信完了に
かかる時間の最大値をＴ_ｓ（＜Ｔ）とすると、 Ｔ_ｍａｘ２（ｎ）＝Ｔ（Ｎ−ｎ）＋Ｔ_ｓｎ＝ＴＮ−（Ｔ−Ｔ_ｓ）ｎ （２） と書き換えることができる。ｎが大きくなるにつれてＴ
_ｍａｘ２は良くなっていくことが判る。この性質を持っ
たトークン型のネットワークを基本型とする。

【００１４】一方、単独のパケットの送信時間をｔとし
て、「所定の時間Ｔ_ｄより送信完了が長くなるパケット
については、ｔ／Ｔ_ｄ個に分割して送信する機能」があ
ると考えたときには、 Ｔ_ｍａｘ３（ｔ）＝Ｔ_ｄＮ（ｔ／Ｔ_ｄ）＝ｔＮ （３） となり、Ｔ_ｍａｘ３はｔに比例していることが判る。こ
の性質を持ったネットワークをパケット分割型とする。
請求項２の構成により、（２）式および（３）式よりす
ぐれた、下記（４）式に近いリアルタイム性を実現でき
る。 Ｔ_ｍａｘ４（ｎ，ｔ）＝ｍｉｎ（Ｔ_ｍａｘ２（ｎ），Ｔ_ｍａｘ３（ｔ）） （４ ） この（４）式の性質を持ったネットワークを作る単純な
方法は、基本型とパケット分割型の二つのネットワーク
を並列に使うことである。しかし、この方法では、ハー
ドウエアの量が２倍となってコストがかかる。

【００１５】これに対して、請求項２のように構成する
と、次の理由で（４）式に近い値を得ることができる。
その理由は以下の通りである。

【００１６】Ｎノードを有するネットワークにおいてト
ークンが一巡する時間をラウンドタイムＲ_Ｔとする。ま
た、ラウンドタイムＲ_Ｔの最大値をＲ_Ｔｍａｘとする。
パケットの長さに応じて、大、中、小三つのグループを
用意し、一巡の間に送出可能なパケットの数の最大を、
小パケットはＮ個、中パケットはｎ_１個、大パケットは
ｎ_２個とする。小パケットはいつでも送出可能とした。
また、パケットの送出にかかる時間を、小パケット：Ｔ
_０、中パケットＴ_１、大パケットＴ_２とする。このと
き、 Ｒ_Ｔｍａｘ＝（Ｎ−ｎ_１−ｎ_２）Ｔ_０＋ｎ_１Ｔ_１＋ｎ_２Ｔ_２ （５） となる。小パケットの最悪送出待ち時間Ｄ_０は、 Ｄ_０＝Ｒ_Ｔｍａｘ （６） となる。中パケットの最悪送出待ち時間Ｄ_１は、 Ｄ_１≦（（Ｎ−ｎ）／ｎ_１）Ｒ_Ｔｍａｘ （７） ここで、ｎは、最短のパケットのみ出すノード数である
（前述）。大パケットの場合は、 Ｄ_２≦（（Ｎ−ｎ）／ｎ_２）Ｒ_Ｔｍａｘ （８） となる。パケットの長さにより最悪送出待ち時間は異な
るが、 Ｄ_０：Ｄ_１：Ｄ_２ ≒Ｒ_Ｔｍａｘ：（（Ｎ−ｎ）／ｎ_１）Ｒ_Ｔｍａｘ：（（Ｎ−ｎ）／ｎ_２）Ｒ_{Ｔｍ ａｘ} ＝Ｔ_０：Ｔ_１：Ｔ_２ とすれば、（３）を近似的に満たすことができる。一
方、（７）式と（８）式の分母に（Ｎ−ｎ）があること
から、（２）も同時に近似的に満たしている。よって、
（４）が近似的に成り立っていることになる。このよう
なパケット送信制御も、代理ノードによって行うことで
実現が容易となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係るネットワ
ークシステムについて説明する。このネットワークシス
テムは、トークンバス方式の物理ネットワークを用いて
いる。このネットワークシステムは、図１に示すよう
に、バス１と、これにネットワークとして接続されたノ
ード２とを備えている。バス１やこれとネットワークと
の接続形態は任意であり、有線でも無線でも光を用いる
ものでもよい。

【００１８】ノード２は、代理ノード３と通常ノード４
とを備えている。各ノード２には、固有の識別アドレス
が付与されている。識別アドレスはネットワーク上で唯
一のアドレスである。代理ノード３は、通常ノードにお
ける機能の一部を代理して行うものである。代理ノード
３は、この実施形態では、各ノードにおける調停および
アドレス自動設定の機能を代理して行う構成となってい
る。代理して行う機能としては、これらに限らず、ネッ
トワークの統計管理、ネットワークセキュリティ機能、
フォールトトレラント、これらの組み合わせなどがあ
り、特に限定されない。代理ノード３は、図２に示され
ているように、ネットワークドライブ回路３１と、コー
ディングを行うコーディング部３２と、パケット長グル
ープ制御部３３と、参加プロトコルトークン巡回制御部
３４と、メモリ部３５とを、機能上の要素として備えて
いる。参加プロトコルトークン巡回制御部３４とメモリ
部３５とは、各通常ノード４に対応したテーブルを管理
できるようになっている。メモリ部３５は、ネットワー
ク上の通常ノード４に対する未使用アドレスと使用アド
レスとを格納して管理できるようになっている。

【００１９】通常ノード４は、代理ノード３に代理させ
た機能が省略されているため、従来のノード（図８参
照）よりも簡略な構成となっている。すなわち、通常ノ
ード４は、ネットワークドライブ回路４１と、コーディ
ング部４２と、参加プロトコル制御部４３と、トークン
認識および受信パケット認識部４４と、パケットおよび
ポートのＩＯ処理部４５とを、機能上の要素として備え
ている。

【００２０】各ノードにおける要素は、ソフトウエア、
ハードウエアまたはこれらの組み合わせによって実装す
ることができる。また、各ノードにおける要素は、機能
として存在すれば良く、実体として各要素毎に分別して
存在している必要はない。

【００２１】つぎに、本実施形態のシステムを用いたパ
ケット送信方法について説明する。この送信方法は、前
記構成のシステムを用いて実行されるが、重要なのはそ
の動作であって、どの機能ブロックがその動作を受け持
つかは本質的なことではない。このため、以下の説明に
おいては、ある機能がどの機能ブロックによって実施さ
れるかについては、説明を省略することがある。

【００２２】前提として、次の定義を行う。パケット長
に応じて、パケットをグループ０、１、２の３つに分け
て定義する。グループ０は最も小さいパケットのグルー
プ、グループ１はそれより大きいパケットのグループ、
グループ３はそれよりも大きいパケットのグループであ
る。また、グループ０のパケットは、送信要求があれば
いつでも送信可能、グループ１のパケットは、トークン
一巡回中に４パケットのみ送信可能、グループ２のパケ
ットは、トークン一巡回中に１パケットのみ送信可能と
定義する。

【００２３】図４（ａ）に、この実施形態におけるパケ
ット送信手順の概略が示されている。図中の段階１〜３
によってパケット送信がされる。さらには、新しいノー
ドの参加要求も処理される。この明細書では、段階１〜
３を行うことを「トークンの一巡回」と称している。

【００２４】まず、段階１において、代理ノード３か
ら、トークン５を送信する（図４ａ）。トークン５もパ
ケットの一種である。トークン５には、ソースアドレ
ス、すなわち、パケットを出力しても良いノードのアド
レス（ネットワーク上の識別アドレス）が含まれてい
る。このアドレスと一致した通常ノード４は、トークン
認識および受信パケット認識部４４において、送信キュ
ー（待ち行列）にパケットがあるか否かを確認し、あれ
ばネットワーク１上に送信パケット６を送信する（図４
ｂ）。なければエンドビットのみのパケット６１を送る
（図４ｃ）。もし、ネットワーク上に何もデータがな
く、タイムアウトした場合には、対象となっている（つ
まり、トークンのアドレスで指定されている）ノードが
ダウンしていると判断し、代理ノード３自体が、エンド
ビットのみのパケット５１（図４ｄ）を出力する。つい
で、「次にパケットを出力しても良いノードのアドレス
を指定したトークン」を代理ノード３から送り出す。こ
こで、代理ノード３の、参加プロトコルトークン巡回制
御部３４とメモリ部３５とは、各通常ノード４に対応し
たテーブルを管理できるようになっているので、前記の
タイムアウトが発生した場合には、対象となっていた通
常ノード４についてのカウンタを１増やす。もし、その
後のトークンにおいて、カウンタが１以上となっていた
通常ノード４に対してタイムアウトしなかった（通常ノ
ード４が対応を行った）場合には、カウンタを０にクリ
アする。カウンタの値が一定値を超えた場合には、ノー
ドが完全にダウンしていると判断して、そのノードの持
っているアドレスを開放する。これにより、そのアドレ
スを他のノード（例えば新たに参加するノード）に割り
振ることができる。このようにして一通り全てのノード
（送信が代理ノード３によって許可されているノード）
にトークンを送り終わると、図４（ａ）の段階１が終了
する。

【００２５】また、トークン５のソースアドレスと一致
した通常ノード４では、前記処理に加えて、次の処理を
行う。すなわち、トークン認識および受信パケット認識
部４４において、次に送信すべきパケットの大きさがど
のグループに属するか判断する。グループ０であれば何
もせず、次にトークンを受け取った時に送信すればよ
い。グループ１または２であれば、図６に示されるよう
に、トークン５にパケットを付けることで、送付すべき
パケットのグループを知らせる。トークン５にはソース
アドレスが書き込まれているので、代理ノード３は、ど
のノードにどのグループのパケットが待機しているか知
ることができる。代理ノード３は、この情報に基づい
て、後述する、グループに基づくパケットの送信許可を
行う。

【００２６】続いて、段階２において、代理ノード３
は、ソースアドレスを０にしてトークンを送る。これ
は、ネットワークに新たに参加するノードに対するトー
クンである。新たに参加するノードは、このトークンを
受け取ると、アドレスをもらうために、参加要求パケッ
ト７（図５参照）を送信する。この送信を行ったノード
を参加要求ノードと定義する。なお、この実施形態で
は、トークンにおけるソースアドレスが１の場合も特殊
の用途に使用する。ソースアドレス１のときは、代理ノ
ード３からの情報（パケット）を送信することとする。

【００２７】つづいて、段階３において、参加要求への
対応とパケット長による送信制御を行う。まず、参加要
求がなかったとして、送信制御について先に説明する。
ソースアドレス０のトークンを送っても応答がなくタイ
ムアウトしたときは、代理ノード３は、送信許可パケッ
ト８（図７ａ）を全ノードに対して送る（いわゆるブロ
ードキャストを行う）。このパケット８においては、グ
ループ１に属するパケットの送信が許されたノードのア
ドレス１つと、グループ２に属するパケットの送信が許
されたノードのアドレス４つが含まれている。これによ
って、グループ１のパケット１つとグループ２のパケッ
ト４つの送信が可能となる。但し、実際に通常ノード４
から出力されるパケットの長さは、許可されたグループ
よりも小さければよい。このようにすると、送信要求発
生後に、より優先度の高いパケットがその通常ノード４
で発生したときに、優先度の高いパケットを先に送信で
きる。段階１で、代理ノード３は、ソースアドレスを含
んだトークンを送る。これにより、先に説明した順序で
処理が繰り返される。ここで、グループ１および２に属
するパケットの送信には、前記した予めの許可が必要で
あるので、それ以上のパケット数がネットワーク上を流
れることを防止できる。これにより、パケット送信完了
に要する時間を短くすることができ、リアルタイム性の
ある通信を行うことができるという利点がある。代理ノ
ード３では、グループ１以上のパケット送信許可を与え
る場合に、「同じグループに属するパケットを送信した
いノード間」では、アドレスの順番に許可が巡回し、ど
のノードもいつかはパケットを送出できるよう制御す
る。パケット長グループに基づくパケット送信制御を行
う制御部は、この実施形態では、パケット長グループ制
御部３３となっている。

【００２８】次に、参加要求があった場合について説明
する。この場合は、前記した、参加要求がなかった場合
の手順と参加許可の手順とが共に行われるので、重複を
避けるため、以下では、参加許可の手順についてのみ説
明する。「代理ノード３がソースアドレスを０としたト
ークンを送ったことに対応して、参加要求ノードが送っ
た参加要求パケット７」を受け取り、代理ノード３は、
参加許可パケット９（図７ｂ）を全ノードに送り、参加
要求ノードに対してアドレスを振る。これにより、参加
要求ノードは、通常ノード４として使用可能となる。こ
こで、複数の参加要求ノードが存在した場合には、参加
要求パケット７が重なり合う。重なり合ったパケット
は、本来と異なるコーディングとなり、通常はＣＲＣＣ
（サイクリックチェックコード）エラーとなって廃棄さ
れる。すると、代理ノード３では応答をせず、全ての参
加要求ノードは再度の参加要求を行うことになる。次の
「段階３」で各参加要求ノードが再び同時にパケット７
を送ることがないよう、本実施形態では、各ノードにラ
ンダムにカウンタを設定しておき、そのカウンタ分だ
け、パケット７の送信をやり過ごす（つまり、ソースア
ドレス０のトークンをやり過ごす）という処理を行う。
さらに、この実施形態では、カウンタ値を、ノードが参
加に失敗する毎にだんだん大きくする。これにより円滑
な参加ができるという利点がある。続いて、前記のパケ
ット送信制御を行う。

【００２９】なお、本実施形態では、パケットをその長
さに応じて三つのグループに分けたが、グループの数
は、２以上であれば、本発明の利点を得ることが可能で
ある。

【００３０】

【発明の効果】請求項１記載のネットワークシステム
は、ネットワークを構成する複数のノードを有してお
り、複数のノードには、代理ノードと通常ノードとが含
まれており、代理ノードは、通常ノードにおける機能の
一部を代理して行う構成となっているので、ノードの構
成を簡単にすることができる。すると、ノードのコスト
を低下させることができ、設定が容易となる等の効果が
ある。特に、ビル内ネットワークなどのＬＡＮにおい
て、コンピュータだけでなく、各種の電気製品をネット
ワークでつないで制御する場合に有効である。

【００３１】請求項２記載のパケット送信方法は、ネッ
トワークを構成する複数のノードを有しており、トーク
ンがネットワークを巡回する間に前記ノードが送信でき
るパケットの数を、前記パケットの長さに基づいて制限
するものとなっているので、情報処理のリアルタイム性
が高いネットワークシステムを提供できる。

【００３２】請求項３〜５記載の発明は、請求項２記載
の発明と同様の効果がある。

【００３３】請求項６および７記載の発明は請求項１記
載の発明と同様の効果がある。

【００３４】請求項８記載の発明は、請求項２〜４記載
の発明と同様の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるネットワークシス
テムの概略を示す説明図である。

【図２】本発明の一実施形態に用いられる代理ノードの
構成を示す模式的なブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態に用いられる通常ノードの
構成を示す模式的なブロック図である。

【図４】（ａ）は、本発明の一実施形態におけるパケッ
ト送信方法の経時的な流れを概略的に示す説明図、
（ｂ）は、送信パケットがある場合の送信手順を示す説
明図、（ｃ）は、送信パケットがない場合の送信手順を
示す説明図、（ｄ）は、ノードからの応答がない場合の
送信手順を示す説明図である。

【図５】本発明の一実施形態において用いられる参加要
求パケットを示す説明図である。

【図６】本発明の一実施形態において用いられる、送信
すべきパケットの大きさを知らせるためのパケットの構
成の一部を示す説明図である。

【図７】（ａ）は、本発明の一実施形態において用いら
れる送信許可パケットを示す説明図、（ｂ）は、参加許
可パケットを示す説明図である。

【図８】従来のノードの構成を説明するためのブロック
図である。

【符号の説明】

１ バス ２ ノード ３ 代理ノード ４ 通常ノード ３３ パケット長グループ制御部（制御部）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネットワークを構成する複数のノードを
   有しており、前記複数のノードには、代理ノードと通常
   ノードとが含まれており、前記代理ノードは、前記通常
   ノードにおける機能の一部を代理して行う構成となって
   いることを特徴とするネットワークシステム。
2. 【請求項２】 ネットワークを構成する複数のノードを
   有しており、トークンがネットワークを巡回する間に前
   記ノードが送信できるパケットの数を、前記パケットの
   長さに基づいて制限することを特徴とするパケット送信
   方法。
3. 【請求項３】 ネットワークを構成する複数のノードを
   有しており、送信されるパケットは、パケットの長さに
   応じて複数のグループに分けられており、トークンがネ
   ットワークを巡回する間に前記ノードが送信できるパケ
   ットの数を、前記グループの順位に基づいて制限するこ
   とを特徴とするパケット送信方法。
4. 【請求項４】 前記制限は、短いパケット長のグループ
   に属するパケットを、それよりも長いパケット長のグル
   ープに属するパケットよりも優先させるものであること
   を特徴とする請求項３記載のパケット送信方法。
5. 【請求項５】 ネットワークを構成する複数のノードを
   有しており、前記複数のノードは、順位付けがされた複
   数のグループに分けられており、トークンがネットワー
   クを巡回する間に前記ノードが送信できるパケットの数
   を、前記グループの順位に基づいて制限する制御部を備
   えていることを特徴とするパケット送信装置
6. 【請求項６】 ネットワークを構成する複数のノードを
   有しており、前記複数のノードには、代理ノードと通常
   ノードとが含まれており、前記代理ノードは、前記通常
   ノードにおける機能の一部を代理して行う構成となって
   いることを特徴とするネットワークシステムにおける、
   前記代理ノード。
7. 【請求項７】 ネットワークを構成する複数のノードを
   有しており、前記複数のノードには、代理ノードと通常
   ノードとが含まれており、前記代理ノードは、前記通常
   ノードにおける機能の一部を代理して行う構成となって
   おり、前記通常ノードは、前記代理ノードに代理させた
   機能の少なくとも一部の機能が省略されていることを特
   徴とするネットワークシステムにおける、前記通常ノー
   ド。
8. 【請求項８】 請求項２〜４のいずれか１項に記載され
   たパケット送信方法を実行するための情報を伝送する信
   号。