JP2007104232A - 通信ネットワークシステム及び通信端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】確実な優先制御を可能にする。
【解決手段】複数のノードがネットワークを介して相互に通信可能に接続された通信ネットワークシステムにおいて、ノードは、通信フレームをネットワークに送信するに際して、ネットワーク上で他の通信フレームのキャリアを検出した場合、他の通信フレームの通信が終了した後、所定のインター・フレーム・スペースが経過した後に当該通信フレームをネットワークに送信する。インター・フレーム・スペースは、ノード又は通信フレームの優先度が大きい程、短くなるように設定されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式のように、通信フレームのキャリアを検出してネットワーク上での通信フレームの衝突を回避する通信ネットワークシステム及び通信端末装置に関する。

従来より、ＣＡＮ（Control Area Network）等のＬＡＮ用のプロトコルで使用されている通信方式として、ＣＳＭＡ／ＣＡが知られている。ＣＳＭＡ／ＣＡでは、あるノードがネットワーク上にフレームの送信を開始できるのは、ネットワーク上で他のノードが通信を行っていないとき、即ち自身がキャリアを検出していないときに限られる。従って、通信を開始しようとするノードは、ネットワーク上でキャリアが検出されているときには、その通信が終了するまで待機し、通信が終了したら自己の通信フレームをネットワーク上に送出する。ここでもし、待機中のノードが複数存在していると、先の通信の終了後、複数のノードから一斉にネットワーク上に通信フレームが送出されるので、ネットワーク上でデータが衝突してしまう。

そこで、従来、この種の通信方式では、ネットワークが通信フレームの存在しないアイドル状態になったことを認識した時点で各ノードに割り当てられた乱数に従って、各ノード毎に異なるタイミングで通信フレームの再送を実行するバックオフ制御が知られている（特許文献１、段落０００７）。この通信アルゴリズムは、対等な分散制御であり、データ送信を要求しているノードに対して公平な送信の機会を与えようとするものである。

これに対し、ＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルにおいて、データの優先度に応じたアクセス制御を行うようにした通信方式も提案されている（特許文献１、段落００１４〜００３０）。この優先制御方式は、ネットワークがアイドル状態になった後の送信待機時間を乱数によってずらす点は、先のバックオフ制御と同一であるが、乱数をカウントする間隔Ｔslotを優先度が高いほど短くし、結果的に平均的な待機時間を優先度の高い通信フレーム程短くなるように制御したものである。
特開２００２−２４７０４２号公報、段落０００７、００１４〜００３０、図１０、図１１

しかしなから、上述した従来のＣＳＭＡ／ＣＡ方式の通信ネットワークシステムは、待ち時間を平均的に短くするようにしたもので、データが送信される頻度を制御するものである。したがって、個別のフレームを緊急で送信することを保証するものではない。

これに対し、車載ネットワークシステム等では、個別のフレームを緊急に送信したい場合がある。すなわち、車載ネットワークシステムでは、例えばブレーキの制御、各車輪の駆動力の制御、衝突センサや加速度センサからの信号等のように、車両や運転者の安全に直接関わる情報が交換される。これらの情報（例えば衝突が検出された、右前輪がスリップしている、左後輪の駆動力を増す等）は、一定の遅延時間以内にネットワーク上の他の機器に伝達する必要がある。換言すれば、これらのシステムにおいて、保証する必要があるのは、これらの情報を伝える１つないしは限られた数のフレームの規定時間内での伝送である。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、優先度の高い通信フレームを確実に早く送信開始させることを可能にする通信ネットワークシステム及び通信端末装置を提供することを目的とする。

本発明に係る通信ネットワークシステムは、複数のノードがネットワークを介して相互に通信可能に接続された通信ネットワークシステムにおいて、前記ノードは、通信フレームを前記ネットワークに送信するに際して、前記ネットワーク上で他の通信フレームのキャリアを検出した場合、前記他の通信フレームの通信が終了してから所定の時間が経過した後に当該通信フレームを前記ネットワークに送信し、前記所定の時間は、前記ノード又は通信フレームの優先度が大きい程、短くなるように設定されていることを特徴とする。

本発明に係る通信端末装置は、複数のノードがネットワークを介して相互に通信可能に接続された通信ネットワークシステムにおける前記ノードを構成する通信端末装置において、通信フレームを前記ネットワークに送信するに際して、前記ネットワーク上で他の通信フレームのキャリアを検出した場合、前記他の通信フレームの通信が終了してから所定の時間が経過した後に当該通信フレームを前記ネットワークに送信し、前記所定の時間は、前記ノード又は通信フレームの優先度が大きい程、短くなるように設定されていることを特徴とする。

前記ネットワーク上で１つのノードが通信フレームを送信開始してから他のノードで前記通信フレームのキャリアが検出可能になるまでの最大遅延時間をτとしたとき、前記ノード又は通信フレームの優先度が１つ異なったときの前記所定の時間の差分は、前記最大遅延時間τよりも大きいことが望ましい。

前記優先度が最も高いノード又は通信フレームの前記所定の時間は、規格上規定された最小インター・フレーム・スペースに設定されていることが望ましい。

本発明によれば、通信フレームと通信フレームの間隔に相当する所定の時間（以下、「インター・フレーム・スペース」という。）が、前記ノード又は通信フレームの優先度が大きい程、短くなるように設定されているので、優先度が高いノード又は通信フレームが、確実に且つ優先的に通信されノード間のデータの衝突の確率も低減されるという効果を奏する。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る通信ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。

この通信ネットワークシステムは、複数のノード１と、これらを相互に通信可能に接続するネットワーク２とを備えている。

図２は、各ノード１を構成する通信端末装置の構成を示すブロック図である。この通信端末装置は、ネットワーク２と、図示しない端末機器との間の通信制御を司るもので、データリンク層（Ｌ２）に送信処理部１１、送信待ちタイマ１２及び受信処理部１３を備え、物理層（Ｌ１）に送受信ドライバ回路１４を備えている。送信処理部１１は、フレーム組立部２１及び送信バッファ２２を有する。

フレーム組立部２１は、端末機器から通信すべきデータがデータリンク層（Ｌ１）の送信処理部１１に渡されると、ＩＤ等のＬ２情報に基づいて通信フレームを組み立てる。また、フレーム組立部２１は、ゲートウェイ等、異なるＩＤを持つ通信フレームを送信するノードの場合、組み立てられた通信フレームに応じたタイマ値（「インター・フレーム・スペース」に相当）を送信待ちタイマ１２に設定する。組み立てられたフレームは、送信バッファ２２に格納される。

送信バッファ２２は、格納された通信フレームを、送信待ちタイマ１２が送信許可状態である場合には、直ちに送受信ドライバ回路１４に転送し、送信許可状態で無い場合には、送信許可状態になるのを待って送受信ドライバ回路１４に転送する。

送信待ちタイマ１２は、送受信ドライバ１４からのキャリア検出信号をモニタし、キャリアＯＮからＯＦＦとなったときにタイマをリセットする。このとき、同時に送信許可信号をＯＦＦとする。また、送信待ちタイマ１２は、予め設定されているタイマ値の時間（インター・フレーム・スペース）が経過した後、許可信号をＯＮとする。

なお、送信待ちタイマ１２のタイマ値は、特定のＩＤのみを使用する装置の場合、初回設定、又は固定された設定値のまま変化しない。また、複数のＩＤフレームを送信する装置の場合、送信待ちタイマ１２が送信許可の状態であっても、衝突などによる再送を考慮し、送信しようとするフレームのＩＤに応じたタイマ値を送信待ちタイマ１２に設定する。

一方、受信処理部１３は、他のノード１から送出された自己宛の通信フレームを、ネットワーク２及び送受信ドライバ回路１４を介して受信する。受信処理部１３は、受信した通信フレームを復号処理して所定のタイミングで端末機器に出力する。

次に、このように構成された本実施形態に係る通信ネットワークシステムの動作について説明する。

図３は、各ノード１の通信フレームの送信タイミングを示すタイミングチャートである。本実施形態では、一般に使用される通信ノードのインター・フレーム・スペースが、通信仕様で定められている最小インター・フレーム・スペース（Minimum IFS）よりも大きい値であることに着目し、優先度の最も大きなノードＡにインター・フレーム・スペースifs_aを割り当て、優先度が次に大きなノードＢにインター・フレーム・スペースifs_bを割り当て、その他一般のノードＯにインター・フレーム・スペースifs_otherを割り当てている。ここで、インター・フレーム・スペースの大小関係は、ifs_a＜ifs_b＜ifs_otherである。

インター・フレーム・スペースifs_aは、例えば通信仕様で定められた最小インター・フレーム・スペースにほぼ等しいか、僅かに大きく設定される。また、インター・フレーム・スペースifs_otherは、例えば一般的に設定されているインター・フレーム・スペースに設定される。更に、ifs_b−ifs_a，ifs_other−ifs_bは、ネットワーク２上の他のノードがキャリアを検出するのに十分な時間、即ち、前述した遅延時間τよりも大きい値であることが望ましい。

このように各ノード１にインター・フレーム・スペースを割り当てることにより、ノードＡの通信フレームＦＡは、前のフレームＦＰの終了後、短い待機時間で送信することができ、他のノードＢ，Ｏに先に通信フレームの送信を開始されることはない。また、インター・フレーム・スペースifs_a，ifs_b，ifs_otherは、全て通信仕様で定める範囲内であるため、他のノードに特に改良を加える必要はない。

図４は、上記のような動作を実行する各送信端末装置の処理手順を示すフローチャートである。通信を開始しようとする場合、通信端末装置１０の送受信ドライバ１４がキャリアを検出していれば、キャリア検出信号がＯＦＦになるまで待つ（Ｓ１）。キャリアが検出されなくなったら、送信待ちタイマ１２が起動して、そのＩＤによって規定されるノードの優先度又は通信フレームの優先度に応じたインター・フレーム・スペース分だけ待機し（Ｓ２）、再度、キャリアセンスを行う（Ｓ３）。ここで、キャリアが検出されたら、自身より優先度が高いノードが送信を開始したことになり、キャリアが検出されなければ、送信待機中のノードの中で自身が最も優先度が高いことが認識される。キャリアが検出されなかった場合には、通信フレームをネットワーク２上に送出する（Ｓ４）。

なお、以上の各実施形態では、ノードのものに優先度が付加されていたが、通信フレームに優先度を付加する場合には、例えばフレームのヘッダに優先度を示す情報を追加し、各通信端末装置の送受信処理部１１が、このヘッダの情報に基づいて、インター・フレーム・スペースを決定すれば良い。

以上のように、優先度に応じて異なるインター・フレーム・スペースを付与することにより、バックオフ制御が容易になり、優先度の高い通信フレームが確実に且つ優先的に通信され、ノード間のデータの衝突の確率も低減される。

本発明の一実施形態に係る通信ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。 同通信ネットワークシステムにおける通信端末装置の構成を示すブロック図である。 同通信ネットワークシステムにおける各ノードから送信される通信フレームの送信タイミングを示すタイミングチャートである。 同通信ネットワークシステムにおける通信端末装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…ノード、２…ネットワーク、１０…通信端末装置、１１…送信処理部、１２…送信待ちタイマ、１３…受信処理部、１４…送受信ドライバ回路、２１…フレーム組立部、２２…送信バッファ。

Claims (4)

1. 複数のノードがネットワークを介して相互に通信可能に接続された通信ネットワークシステムにおいて、
   前記ノードは、通信フレームを前記ネットワークに送信するに際して、前記ネットワーク上で他の通信フレームのキャリアを検出した場合、前記他の通信フレームの通信が終了してから所定の時間が経過した後に当該通信フレームを前記ネットワークに送信し、
   前記所定の時間は、前記ノード又は通信フレームの優先度が大きい程、短くなるように設定されている
   ことを特徴とする通信ネットワークシステム。
2. 前記ネットワーク上で１つのノードが通信フレームを送信開始してから他のノードで前記通信フレームのキャリアが検出可能になるまでの最大遅延時間をτとしたとき、前記ノード又は通信フレームの優先度が１つ異なったときの前記所定の時間の差分は、前記最大遅延時間τよりも大きいことを特徴とする請求項１記載の通信ネットワークシステム。
3. 前記優先度が最も高いノード又は通信フレームの前記所定の時間は、規格上規定された最小インター・フレーム・スペースに設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信ネットワークシステム。
4. 複数のノードがネットワークを介して相互に通信可能に接続された通信ネットワークシステムにおける前記ノードを構成する通信端末装置において、
   通信フレームを前記ネットワークに送信するに際して、前記ネットワーク上で他の通信フレームのキャリアを検出した場合、前記他の通信フレームの通信が終了してから所定の時間が経過した後に当該通信フレームを前記ネットワークに送信し、
   前記所定の時間は、前記ノード又は通信フレームの優先度が大きい程、短くなるように設定されている
   ことを特徴とする通信端末装置。
   

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