JP2005318306A - 通信システムおよび通信方式 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の技術では送受信されるフレームデータのプリアンブルの中に情報を持たないデータの領域が含まれてしまうという問題点があった。
【解決手段】
本発明の通信システムは、ネットワーク回線を介してデータをフレーム単位で送受信する通信システムであって、フレームのプリアンブルフィールド内の第１の領域をフレームの先頭を表すデータとし、プリアンブルフィールド内の第２の領域を情報を有するプリアンブル情報フィールドとしてフレームを送受信する。
【選択図】 図１

Description

本発明は通信端末間における通信方式に関し、特にデータをフレーム単位で転送する通信方式に関する。

ネットワークの高速化に伴いＬＡＮ用のアクセス技術として発展してきたイーサネット（Ｒ）をベースとした通信方式の適用が進んでいる。イーサネット（Ｒ）においてはフレームという単位でデータの送受信が行われる。図５は従来から用いられていたイーサネット（Ｒ）におけるフレームの構造を示す図である。図５に示すように、このフレーム５００は、主にプリアンブルフィールド５０２（Ｐｒｅａｍｂｌｅ：ＰＡ）、アドレス／データフィールド５０４（ＤＡＴＡ）、ＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）フィールド５０５から構成されている。

ＰＡフィールド５０２はフレームの先頭を表すフィールドであり、８バイトからなっている。ＰＡフィールド５０２のうちＤＡＴＡフィールド直前の１バイトはＳＦＤ（Ｓｔａｒｔ Ｆｉｅｌｄ Ｄｅｌｉｍｉｔｅｒ）フィールド５０３と呼ばれ有効データの開始部分を示すフィールドである。アドレス／データフィールド５０４は宛先、送信元アドレスやデータの内容を示すフィールドであり、ＦＣＳフィールド５０５は正しいフレームデータであることをチェックするためのフィールドである。

従来のイーサネット（Ｒ）におけるＰＡフィールド５０２は、フレームの先頭を表すとともに、フレーム送信を開始するときにビット同期を取るために設けられたフィールドである。したがって従来のＰＡフィールド５０２は７バイトに渡り、１と０を交互に繰り返す信号である。この１と０が交互に繰り返されることにより、受信側はフレームの先頭を認識すると同時に、このＰＡフィールド５０２の１と０の繰り返しに合わせた同期を取る。その後ＳＦＤ５０３フィールドにより、その後のフィールドがデータであることを認識する。

しかしながら、近年、ネットワークの更なる高速化に伴い上述したような方式で、フレームの先頭を表した上に、受信側の同期をとる方式は不要となりつつあった。そこで、非特許文献１では、このようなプリアンブルフィールド（７バイトのＰＡフィールド＋１バイトのＳＦＣフィールド）に対して、７バイトのフィールドの先頭に対応する部分の１バイトをＳｔａｒｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ（以下ＳＣＣと省略する）と呼ばれるビットパタンに切り替えて、フレームの先頭を表す方式が示されている。この方式ではＰＡフィールドの先頭の１バイトが上述のＳＣＣ、最後の１バイトがＳＦＤフィールド、残りの６バイトが上述のような１と０の繰り返しパターンとされる。

しかしながら、この方式においても従来のような同期は不要となりつつあるにもかかわらず６バイトに及ぶ１と０の繰り返し信号が挿入されている。このようなＰＡフィールドにおける、単なる繰り返しの信号は何の情報も持たないデータが送受信される結果となっていた。
IEEE Standards 802.3ae-2002 46.2.2 Preamble and start of frame delimiter, pp253-254.

上述のように、従来の技術では送受信されるフレームデータのプリアンブルの中に情報を持たないデータの領域が含まれてしまうという問題点があった。

本発明の通信システムは、ネットワーク回線を介してデータをフレーム単位で送受信する通信システムであって、前記フレームのプリアンブルフィールド内の第１の領域をフレームの先頭を表すデータとし、前記プリアンブルフィールド内の第２の領域を情報を有するプリアンブル情報フィールドとして前記フレームを送受信する。このような構成によりプリアンブルフィールドを情報を持ったデータとして利用することが可能となる。

また、前記通信システムは前記フレームを送信する通信制御部を有し、前記通信制御部は前記プリアンブルフィールド内の第１の領域を前記フレームの先頭を表すデータに書き換え、前記プリアンブルフィールド内の第２の領域を情報を有するプリアンブル情報フィールドに書き換えることを特徴とする。このような構成により、フレームの先頭を表す機能は失わずにプリアンブルフィールドに情報を持たせることが可能となる。

さらに、前記通信制御部は送信データに所定のプリアンブルフィールドを付加するＭＡＣ部と、前記プリアンブルフィールド内の第１の領域をフレームの先頭を表すデータに書き換え、前記プリアンブルフィールド内の第２の領域を情報を有するプリアンブル情報フィールドに書き換えるＲＳ部とを有する。このような構成によりＲＳ部でプリアンブルフィールド内の第２の領域を書き換えることが可能である。

また、前記通信制御部は前記ネットワーク回線を介して前記フレームを受信し、前記フレーム内の前記プリアンブル情報フィールドから、該プリアンブル情報フィールドの情報を読み出すことを特徴とする。これにより受信側において、送信側で付加された情報が利用可能となる。

また、前記通信制御部は前記プリアンブルフィールド内の第１の領域の先頭を表すデータを書き換えるとともに、前記プリアンブル情報フィールドに書き込まれた情報を読み出すＲＳ部と、前記通信制御部は受信データからプリアンブルフィールドを除去するＭＡＣ部とを有する。これによりＲＳ部において送信側の付加したデータを読み出すことが可能と練る。

また、前記第１の領域は前記プリアンブルフィールドの先頭の１バイトであり、前記第２の領域は前記プリアンブルフィールドの最終の１バイトおよび前記第１の領域を除いた領域であることを特徴とする。この構成によりＳＣＣ、ＳＦＤフィールドを除いた領域がプリアンブル情報フィールドとして利用可能である。

一方、本発明の通信方式は、ネットワーク回線を介してデータをフレーム単位で送受信する通信方式であって、前記フレームのプリアンブルフィールド内の第１の領域をフレームの先頭を表すデータとし、前記プリアンブルフィールド内の第２の領域を情報を有するプリアンブル情報フィールドとして前記フレームを送受信する。この方式により情報を有するプリアンブルフィールドによる通信方式が可能となる。

本発明により、プリアンブルフィールド内に情報を持った通信システムを提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態に関する通信システムの要部の構成を示す概略図である。図１において１１０は第１の通信端末における本発明の通信方式を実行する第１の通信制御部であり、１２０は第２の通信端末における本発明の通信方式を実行する第２の通信制御部である。 図１に示す第１および第２の通信制御部１１０、１２０はＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）参照モデルにおいて、物理層とデータリンク層に対応する層を制御する部分である。

図１に示すように第１および第２の通信制御部１１０、１２０は、それぞれＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）部１１１、１２１、ＲＳ（Ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ Ｓｕｂ−ｌａｙｅｒ）部１１２、１２２、ＰＨＹ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ）部１１３、１２３を有している。また第１および第２の通信制御部１１０、１２０はネットワーク回線１３０で接続され、フレーム単位でデータの送受信を行うものとする。以下本発明の通信システムの各部の動作、および通信方式について第１の通信端末と第２の通信端末の間におけるイーサネット（Ｒ）のフレームデータの送受信を例にして詳細に説明する。

図２は本発明の実施の形態において送受信されるフレーム２００の構造を示す図である。この実施の形態におけるフレーム２００は、毎秒１０ギガビットのレートで転送されるフレームである。このフレームのデータ信号線は３２ビット幅であり、この３２ビット幅のデータは８ビット単位で区分され、それぞれレーン０、レーン１、レーン２、レーン３と呼ばれる。この実施の形態のフレーム２００のプリアンブルフィールドは８バイトで構成されている。このプリアンブルフィールドは第１の領域として１バイトのＳｔａｒｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ（ＳＣＣ）２０１、第２の領域として、後述する６バイトのプリアンブル情報フィールド２０２、第３の領域として１バイトのＳＦＤフィールド２０３を有している。また、フレーム２００はアドレス／データフィールド２０４、ＦＣＳフィールド２０５を有している。

従来のフレームの構造と異なる点は６バイトのプリアンブル情報フィールド２０２内は１と０の繰り返しパターンではなく、情報を有するプリアンブル情報フィールド２０２となっている点である。つまり、プリアンブル情報フィールドはある情報に基づくデータ列となっており、このフィールド内に意味ある情報が書き込まれている。以降、この情報を有する６バイトのプリアンブルフィールド内の第２の領域のことを、ＰＡ情報フィールド２０２と称して説明する。

まず、第１の通信制御部１１０を用いて送信動作について説明する。第１の通信制御部１１０のＭＡＣ部１１１はその上位層にあたる部分から送信する情報に対応するデータ１１５を受け取る。ＭＡＣ部１１１では与えられたデータ１１５に基づいて、ＣＲＣ（Ｃｙｓｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）と呼ばれる計算が行われる。ＭＡＣ部１１１では、この計算結果に対応するデータを受け取ったデータ１１５の末尾に付加する。この計算結果のデータはデータ１１５を受信した側でデータに誤りがないかを検出するために用いられるデータである。これは図２におけるＦＣＳフィールドに対応する。ＭＡＣ部１１１ではさらに８バイトのプリアンブルフィールドに対応するデータが受け取ったデータ１１５の先頭に付加される。このプリアンブルフィールドには前述の第３の領域に対応するプリアンブルフィールドの最後の１バイトにＳＦＤフィールドが書き込まれている。プリアンブルフィールドに対応するデータ、ＣＲＣ計算の結果をデータ１１５に付加した後、ＭＡＣ部１１１はデータ１１５をＲＳ部１１２へと送る。

ＲＳ部１１２では、まずＭＡＣ部１１１から受け取ったデータのプリアンブルフィールドに相当するデータの先頭の１バイト（第１の領域）がＳＣＣに書き換えられる。このＳＣＣは受信側の通信端末に対してフレームの先頭を示すデータとなる。（図２参照）さらにこの実施の形態による通信制御部１１０では、このＲＳ部１１２において、プリアンブルフィールドの先頭のＳＣＣおよびプリアンブルフィールド末尾のＳＦＤフィールドを除いた第２の領域が書き換えられる。つまり図２でＰＡ情報フィールド２０２に対応する６バイトの領域が１と０の繰り返しパターンではなく、図１で１１４として示した６バイト以下の意味を持った情報データに書き換えられる。ＲＳ部１１２はプリアンブルフィールドの先頭１バイト、およびそれに続くＰＡ情報フィールドの６バイトの書き換えを行った後のデータ１１５をフレームデータ１１６としてＰＨＹ部１１３へと送る。

ＰＨＹ部１１３ではここまでパラレル形式で送られてきたフレームデータ１１６をシリアル形式のフレームデータ１１６に変換する。この変換により、フレームデータ１１６をネットワーク回線１３０で伝送することが可能となる。このシリアル形式のフレームデータ１１６はＰＨＹ部１１３からネットワーク回線１３０を介して送信される。

次に、第２の通信制御部１２０を用いてネットワーク回線１３０により伝達されたデータを受信する動作を説明する。この受信に関する動作は基本的には送信動作と逆のプロセスが行われるものである。

シリアル形式のフレームデータ１１６はネットワーク回線１３０を介して第２の通信制御部のＰＨＹ部１２３で受信される。ＰＨＹ部１２３でシリアル形式で送られてきたフレームデータ１１６をパラレル形式のフレームデータ１１６に変換する。このパラレル形式のフレームデータ１１６は、上位層であるＲＳ部１２２に送られる。

ＲＳ部１２２ではＰＨＹ部１２３から受け取ったフレームデータ１１６のプリアンブルフィールドの先頭の１バイト（第１の領域、ＳＣＣに対応）を１と０の繰り返しパターンに書き換える。さらに本発明の実施の形態のＲＳ部１２２ではＳＣＣに続く第２の領域から６バイト以下のデータ１１４が読み出される。つまりＰＡ情報フィールド内の情報が読み出される。この読み出されたＰＡ情報フィールドのデータは送信側で付加された情報として受信側（第２の通信端末１２０）で利用可能である。このＳＣＣの書き換えおよびデータ１１４の読み出しが行われた後、ＲＳ部１２２は送信されてきたフレームデータ１１６をＭＡＣ部１２１へと送る。

ＭＡＣ部１２１ではプリアンブルフィールドに対応する先頭の８バイトが削除される。また送られてきたフレームのデータ１１５からＣＲＣ計算が行われる。そしてＭＡＣ部１２１では送られてきたデータ１１５からのＣＲＣ計算の結果と、フレーム末尾のＦＣＳフィールドに示されている値との比較を行う。この比較により、送られてきたデータ１１５に誤りがないかどうかがチェックされ、上位層へとデータ１１５が送られる。

以上、詳細に説明したように本発明の実施の形態による通信システムにおいてはフレームの先頭を表すＳＣＣとデータフィールドの開始を表すＳＦＤフィールドの間のＰＡ情報フィールドを用いて、同期用の繰り返しデータではない意味のある情報を送受信することが可能である。従来ではＰＡフィールドはフレームの先頭を表すフィールドもかねていたが本発明では送信時に通信制御部１１０（１２０）内のＲＳ部において、ＰＡフィールドの先頭の１バイトをＳＣＣに書き換えるため、フレームの先頭を表す機能を損なわないまま、情報を持ったＰＡ情報フィールドに書き換えることが可能である。また、この通信システムを用いたＰＡ情報フィールドを有する通信方式により、より伝送効率の優れた通信方式を実行することが可能である。なお、第１の通信制御部１１０は第２の通信制御部１２０と同様の受信動作が可能であり、第２の通信制御部１２０は第１の通信制御部１１０と同様の送信動作が可能である。これらの動作に関しての説明は同様であるので省略する。

図３（ａ）〜（ｄ）は、この実施の形態においてＰＡ情報フィールドに書き込まれる情報を示した図である。図３においては図２に示すフレームのプリアンブルフィールド（先頭の８バイト）のみが示され、アドレス／データフィールド、ＦＣＳフィールドは省略されている。

図３（ａ）に示すＰＡ情報フィールド３０２ａには、ユーザ定義の情報とそのパリティを書き込むことが可能である。この場合、ユーザ定義情報とそのパリティを受信側が受けることにより、送信側で設定された独自データを受信側で得ることができる。

図３（ｂ）に示すＰＡ情報フィールド３０２ｂには送受信されたフレームの統計情報とそのパリティを書き込むことが可能である。統計情報とそのパリティを受信側が受けることにより、２つのＭＡＣ部の間で送受信されたフレームに関する履歴の統計が判断できる。なおここで、履歴の統計とは、送受信されたフレームのサイズ、個数を示している。履歴の統計として、エラーを含むフレームの送信個数、受信個数、有る特徴をもったフレームの送信個数、受信個数を表すことも可能である。

図３（ｃ）に示すＰＡ情報フィールド３０２ｃに書き込まれるデータとしては、ＰＨＹ情報とそのパリティを書き込むことが可能である。ＰＨＹ情報とそのパリティを受信側が受けることにより、ＭＤＩＯインターフェースにより収集された、ＭＡＣ部（１１１、１２１）やＲＳ部（１１２、１２２）より下位に位置するＰＨＹ部（１１３、１２３）に関する情報を得ることができるため、ＰＨＹ部（１１３、１２３）の状態が判断できる。なおＭＤＩＯインターフェースとは、規格に定められているＰＨＹ部との間でのデータのやり取りを行うことを専門に行うインターフェースを示している。
図３（ｄ）に示すＰＡ情報フィールド３０２ｄに書き込まれるデータとしてはシーケンシャル番号とそのパリティ等を割り付けることが可能である。シーケンシャル情報とそのパリティを受信側が受けることにより、何番目に送信されたフレームであるかということが判断できる。

上述の図３（ａ）〜（ｄ）に示すＰＡ情報フィールドにおいて、パリティとは送信情報にエラーが混入したかどうかを受信側でチェックするために付加されるデータであり、パリティをＰＡ情報フィールドに書き込むことによって受信したＰＡ情報フィールド内の情報の正当性が確認される。

図４はＰＡ情報フィールドをさらに分割して上記のような情報を複数書き込むことを示した図である。図４に示したようにプリアンブルフィールドの第２の領域に当たるＰＡ情報フィールド４０２はさらに複数の領域に分割されそれぞれの領域に異なる情報を書き込むことも可能である。

また実施の形態では受信側の第２の通信端末のＲＳ部においてＰＡ情報フィールド内の情報を読み出すことが可能な構成を示したが、受信側のＲＳ部にこの読み出し機能がない場合、送信側の通信端末のＲＳ部においてＰＡ情報フィールドの書き換えを行わず、従来のプリアンブルフィールドに相当するフレームデータを送信するよう切り替え可能な構成とすることも可能である。

本発明の実施の形態の通信システムを示す概略図である。 本発明の実施の形態のフレーム構造を示す図である。 本発明の実施の形態においてＰＡ情報フィールドに書き込まれるデータを示す図である。 ＰＡ情報フィールドを複数の領域に分割した例を示す図である。 従来野津れー無の構造を示す図である。

符号の説明

１１０、１２０ 通信制御部
１１１、１２１ ＭＡＣ部
１１２、１２２ ＲＳ部
１１３、１２３ ＰＨＹ部
１３０ ネットワーク回線
２００ フレーム
２０２ プリアンブル情報フィールド
２０３ ＳＦＤフィールド
２０４ アドレス／データフィールド
２０５ ＦＣＳフィールド
３０２ａ、ｂ、ｃ、ｄ ＰＡ情報フィールド
４０２ ＰＡ情報フィールド

Claims (7)

1. ネットワーク回線を介してデータをフレーム単位で送受信する通信システムであって、
   前記フレームのプリアンブルフィールド内の第１の領域をフレームの先頭を表すデータとし、前記プリアンブルフィールド内の第２の領域を情報を有するプリアンブル情報フィールドとして前記フレームを送受信する通信システム。
2. 前記通信システムは前記フレームを送信する通信制御部を有し、
   前記通信制御部は前記プリアンブルフィールド内の第１の領域を前記フレームの先頭を表すデータに書き換え、前記プリアンブルフィールド内の第２の領域を情報を有するプリアンブル情報フィールドに書き換えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記通信制御部は送信データに所定のプリアンブルフィールドを付加するＭＡＣ部と、
   前記プリアンブルフィールド内の第１の領域をフレームの先頭を表すデータに書き換え、前記プリアンブルフィールド内の第２の領域を情報を有するプリアンブル情報フィールドに書き換えるＲＳ部とを有する請求項２に記載の通信システム。
4. 前記通信制御部は前記ネットワーク回線を介して前記フレームを受信し、前記フレーム内の前記プリアンブル情報フィールドから、該プリアンブル情報フィールドの情報を読み出すことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
5. 前記通信制御部は前記プリアンブルフィールド内の第１の領域の先頭を表すデータを書き換えるとともに、前記プリアンブル情報フィールドに書き込まれた情報を読み出すＲＳ部と、
   前記通信制御部は受信データからプリアンブルフィールドを除去するＭＡＣ部とを有する請求項４に記載の通信システム。
6. 前記第１の領域は前記プリアンブルフィールドの先頭の１バイトであり、
   前記第２の領域は前記プリアンブルフィールドの最終の１バイトおよび前記第１の領域を除いた領域であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかひとつに記載の通信システム。
7. ネットワーク回線を介してデータをフレーム単位で送受信する通信方式であって、
   前記フレームのプリアンブルフィールド内の第１の領域をフレームの先頭を表すデータとし、前記プリアンブルフィールド内の第２の領域を情報を有するプリアンブル情報フィールドとして前記フレームを送受信する通信方式。

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