JP2970685B2 - マルチチャネル伝送リング用のアクセス制御システム - Google Patents

マルチチャネル伝送リング用のアクセス制御システム

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JP2970685B2
JP2970685B2 JP7511211A JP51121195A JP2970685B2 JP 2970685 B2 JP2970685 B2 JP 2970685B2 JP 7511211 A JP7511211 A JP 7511211A JP 51121195 A JP51121195 A JP 51121195A JP 2970685 B2 JP2970685 B2 JP 2970685B2
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    • H04L12/407—Bus networks with decentralised control
    • H04L12/417—Bus networks with decentralised control with deterministic access, e.g. token passing

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マルチチャネル・デジタル・データ伝送リ
ング用のアクセス制御システム、特に、ユーザまたはノ
ードをデータ受信ユーザまたはノードとしてそれぞれの
チャネルに排他的に割り当てる波長多重化機構を備えた
光リング用のアクセス制御システムに関する。本発明
は、詳細には、ここに記載するアクセス制御システムに
適用可能なノードに関する。
［発明の背景］ 本発明の技術分野は、マルチチャネル・リング・トポ
ロジを有するデジタル・データ伝送用の通信ネットワー
クに関する。関係するネットワークは、ローカル・エリ
ア・ネットワークはLAN、メトロポリタン・エリア・ネ
ットワークはMAN、そしてある範囲で広域ネットワーク
はWANの略称で知られている。
通信ネットワークでは、複数のユーザまたはノード
が、少なくとも１つの伝送媒体によって相互接続されて
いる。リング・トポロジでは、すべてのノード間接続
が、円を構成し、それを介してデータが送信ノードから
受信ノードに渡される。リングは、より線対、同軸ケー
ブル、光ファイバなどの伝送媒体を利用して実現され
る。マルチチャネル・リングを確立するためには、いく
つかの周知の技術を利用することができる。最も簡単な
手法は、いくつかの平行ケーブルまたはファイバを使っ
てリングのユーザを相互接続することである。もう１つ
の手法では、多重化技法を利用する。多重化技術におい
ては、たとえば、伝送媒体の使用可能な帯域を１人のユ
ーザが独占的にアクセスできる小部分に分割することに
よって、共通の物理接続がユーザー間で共用される。こ
れらの小部分は、周波数の小部分（周波数分割多重化す
なわちFDM）、あるいはタイム・スロットと呼ばれる全
帯域のうちの小部分（時分割多重化すなわちTDM）であ
る。全帯域のうちの小部分は、物理的な「実」チャネル
と対照的に、論理チャネルとも呼ばれる。電気信号の伝
送では、周波数多重化方式は周波数分割多重加として知
られているが、光ネットワークでは、波長多重化（WD
M）という用語が好まれる。
WDMリングは、欧州特許出願第EP−Ａ−0520492号明細
書に記載されている。この出願から知られるデータ伝送
システムでは、各ノードに他のノードと異なる波長が割
り当てられており、したがって、前記波長のデータを検
出したときは、このデータをデータ処理のために受け取
るが、他の波長のデータは通過させる。そのノードが他
のノードのうちの１つにデータを送信するときは、その
宛先ノードに割り当てられた波長を有するデータを生成
する。したがって、すべての波長は、宛先ノードのアド
レスの意味をもつ。さらに、リング上のすべてのノード
に、各波長ごとに少なくとも１つのタイム・スロットが
割り当てられる。したがって、データ転送は、厳密に事
前に調整されまたは同期される。固定した事前調整によ
って、チャネルに伝送されるデータの衝突は有効に防ぐ
ことができるが、送信ユーザが他のノードに割り当てら
れた空のタイム・スロットを利用することができないた
め、チャネルのスループットは悪化する。
EP−Ａ−0520492号明細書の方法や、ネットワーク内
の複数のユーザの関与を可能にするその他の方法は、一
般に、媒体アクセス制御（MAC）プロトコルとして知ら
れる。MACプロトコルは、ネットワークに対するユーザ
のアクセスを制御し、送信ユーザまたは発呼ユーザから
のデータを受信ユーザに導き、データの損失を防ぐなど
の働きをする。そのようなプロトコルの主な役割は、す
べてのユーザまたはノードが所定の基準によって接続ネ
ットワークに公平にアクセスできるように保証すること
である。この基準には、一定のノードに対する優先順位
の指定、ネットワークの頻用ユーザと偶発ユーザのバラ
ンス、およびネットワークの最大スループットを超える
アクセス負荷の管理が含まれる。
MACにおける手法（静的FDMまたはTDM）は、伝送容量
の一部分を一定のユーザに割り当てることである。しか
しながら、静的割当ては、パフォーマンスが悪いことが
知られている。そのため、多くの研究は、動的に帯域を
割り振る方法に集中してきた。当技術分野では２つの媒
体アクセス方式が優位であり、そのうちの１つは、ラン
ダム・アクセスの搬送検出多重アクセス（CSMA）型プロ
トコルに基づくもので、他方の方式は、アクセス制御ト
ークン・パッシング型のプロトコルを特徴とするもので
ある。さらに、スロット型伝送構造は、たとえば、予約
ベースのMACプロトコル、すなわち、フレーム指向LANと
セル指向非同期転送モード（ATM）データ伝送の任意の
組合せを支援する巡回予約多重アクセス（CRMA）プロト
コルから知られている。バス・トポロジ用のCRMAプロト
コルは、たとえば、M.M.ナッセヒー（Nassehi）、Eight
h Annual EFOC/LAN Conference、Munich、1990年６月、
論文5.3.4、pp.246〜251に記載されている。CRMAでは、
１つのノード、すなわちヘッドエンドまたはスケジュー
ラが、開始／終了デリミタの対または文字ヘッダ・シー
ケンスによって識別される連続したスロットを発行す
る。ネットワークの送信ノードは、データ・セルまたは
フレームを、データのソースと宛先を示す２つのアドレ
ス・ラベルと共に前記スロット中に転送する。CRMAプロ
トコルは、ネットワークの最初のノードがスロットを独
占的に占有しないように予約ベースの公正な手法を含ん
でいる。
本発明の目的は、様々なチャネルに分割されたスロッ
ト型伝送媒体への多数のユーザまたはノードのアクセス
を制御し、各ノードが受信ノードとして１つのチャネル
に割り当てられるようにする手段を提供することであ
る。より具体的には、本発明は、公正さ、データ・フロ
ー、および混雑の制御を確実にする多重アクセス制御手
段を提供する。本発明の特定の目的は、波長多重を利用
した光リング用のそのような手段を提供することであ
る。本発明の上記その他の目的は、本発明の以下の説明
から明らかになるであろう。
［発明の概要］ 本発明によれば、ここに説明するデジタル・データ伝
送システムにおけるノードは、他のノードに割り当てら
れたチャネルにデータを伝送する第１の手段と、他のノ
ードが前記ノードに伝送すべきデータをそこに非同期的
に挿入することができ、送信ノードによって設定される
ビジー／空き状況を示す少なくとも１つのビットを有す
る、スロットを生成する第２の手段と、伝送すべきデー
タ量が前記チャネルの容量を超える場合は、前記チャネ
ル上で伝送すべきデータを有するすべてのノードに、前
記スロットへの均衡のとれたアクセスを提供する第３の
公平制御手段とを備える。
したがって、チャネルを制御するノードは、送信ノー
ドが前記ノードに指定されたデータをその中に挿入する
スロットを提供する。前述のように、スロットは、開始
／終了デリミタの対、または文字ヘッダ・シーケンスに
よって識別される。欧州特許EP−Ａ−0520492号明細書
に記載されているような、予め割り当てられたスロット
内での厳密に同期されたデータ伝送だけが可能な、異な
るノードによって制御されるチャネルに分割された伝送
媒体用の既知のアクセス方式と対照的に、本発明による
送信ノードは、チャネルの容量を超えない限り、任意の
空通過スロット中にそのデータを伝送することができ
る。スロットの状況は、ビジー／空ビットを適切にセッ
トすることによって示される。送信ノードは、ビジー／
空ビットをセットし、それにより他の送信ノードが占有
スロットにアクセスしないようにする。非同期アクセス
は一般に、ある送信ノードに割り当てられたタイム・ス
ロットを別のノードが使用できない厳密に同期されたデ
ータ伝送よりも効率良くチャネルの容量を利用する。
伝送すべきデータ量がチャネルの容量を超えても、生
成されたスロットに対するアクセス機会が送信ノード間
で不均衡にならないように、各チャネル制御ノードは、
好ましくはポーリング・スロット（予約コマンド）を定
期的に生成する手段を含む、公正制御手段を備える。連
続した２つの予約コマンドの時間間隔、または２つの予
約コマンドの合間に生成されたスロットの数が予約サイ
クルとして定義される。予約コマンドには２つの目的が
ある。第一は、すぐ後の予約サイクルの公正しきい値
（TH）を、現在そのチャネルに同調しているノード、す
なわちチャネル制御宛先ノードにデータを伝送しようと
しているノードに通知する。第二に、予約コマンドは、
当該のチャネル上で伝送すべきデータ量を示す値（QL）
を、そのチャネルに同調された各ノードから収集する。
QLの値は、次の予約コマンドのしきい値（TH）を決定す
るために利用される。需要がチャネルの容量を超えない
場合、しきい値は、ノードが必要な数の空通過スロット
に自由にアクセスできることを示す数、たとえば０にセ
ットされる。しかし、合計需要がチャネルの容量を超え
る場合は、各スロット内で別のビット、すなわち予約ビ
ットをセットすることにより、次のサイクル中に生成さ
れるスロットが予約済みとマークされる。さらに、各ノ
ードは、送信ノードとして、チャネル制御ノードが受け
取ったしきい値（TH）にしたがって、別のノードに伝送
できるデータ量を決定する手段を備える。
本発明のもう１つの好ましい実施形態では、ノードは
媒体から受け取ったデータを記憶することができるバッ
ファを備える。受信先のバッファがオーバーフローしな
いように、フロー制御手段が、バッファが満たされた程
度を監視して、それに応じて空きスロットの生成を抑え
る。また、空きスロットの生成を抑える信号は、その容
量がひどく圧迫される別の回路からトリガされることも
ある。本発明の利点は、伝送媒体上のフロー制御が、生
成されるスロットの一部分を単にビジーとマークし、そ
れにより送信ノードのアクセスを防ぐことによって達成
できることである。
フロー制御に加えて、またはその代わりに、ノード
は、混雑制御手段を備えることが好ましい。この混雑制
御手段も、前記バッファ手段が占有されている度合に依
存し、チャネルを中間記憶機構として使用する。伝送媒
体を中間記憶機構として利用する１つの方法は、本発明
によれば、チャネル制御ノードに、すべてのノードにそ
のチャネル上での伝送を中止させる特定のスロット（混
雑コマンド）を発生させることである。満杯の着信スロ
ットは、伝送媒体に戻される。光伝送媒体の場合には、
スロットは、光／電気変換前に、混雑制御機構によって
制御されるスイッチによって、またはスロット生成プロ
グラムを利用することによってリングに戻され、光／電
気変換後に受信スロットが再構成され、それらのスロッ
トが、新しく生成されたスロットに適用されるのと同じ
手段によってリングに送り戻される。
多くのアプリケーション、たとえば音声伝送や映像伝
送のような実時間アプリケーションにおいて、接続ノー
ドの様々な機能に従って伝送媒体へのアクセスを制御す
るためには、特定の優先方式が必要である。たとえば、
音声伝送においては、ノードは、伝送する会話の歪みま
たは中断を防ぐために保証された帯域を必要とする。保
証スロットに対する需要を動的に割り振るために、すな
わち実際の必要に応じるために、ノードは、ポーリング
・スロット（優先コマンドまたは保証コマンド）を定期
的に生成して、そのチャネル上で伝送される優先帯域ま
たは保証帯域のスロットに対する需要をそのチャネルに
同調された他の各ノードから収集する、優先アクセス制
御手段または保証帯域制御手段を備える。要求された優
先スロットまたは保証スロットの数とそのチャネルの容
量に応じて、スロット生成プログラムは、特別なビット
で優先スロットまたは保証スロットとマークされたスロ
ットを作成する。両方のタイプのスロットが要求される
場合は、優先スロットよりも前に保証スロットを生成す
ることが好ましい。ノードは、バッシング用スロットを
監視し、最初の空き優先スロットまたは保証スロットに
そのデータを入れる。
チャネル上のデータ・トラフィックが大きい期間で
は、ほとんどの生成スロットはどれも、本発明にしたが
って、優先スロット、保証スロット、または予約済みの
スロットとしてマークされ、報告された需要と当該のス
ロットの生成の間に１周分の遅延が生じることは避けら
れないため、ノードは、QLが低下し、さらには、最新の
ポーリングで要求されたスロットの到着時に伝送すべき
データがないこともある。それにもかかわらず高いスル
ープットを維持するためには、すべての伝送媒体の場合
に、生成されたスロットが、予約の効果を取り消し、空
スロットを他のノードが使用できるように開放するため
に、少なくとももう１つのビット（リリース・ビット）
を有することが好ましい。リリース・ビットは、データ
送信ノードによってセットされる。伝送媒体が電気的定
義域に即ち変換される場合は、送信ノードは、予約など
を示すビットを消去するだけでよい。
スロットへのビットまたはデータの書き込みを同期さ
せるためには、それらのデータがスクランブルまたはブ
ロック符合化されていると仮定して各チャネル上で伝送
されるデータからブロックを抽出するか、あるいは共通
クロック・チャネルによって、クロックを提供しなけれ
ばならない。共通クロック・チャネルは、クロック信号
を生成する手段を備える１つの（マスタ）ノードによっ
て制御される。伝送システムの冗長性を高めるために、
クロック・チャネルを制御するいくつかのノードを備え
ることもできる。共通クロック・チャネルの利点は、伝
送データの特定の符合化やスクランブリングが必要な
く、さらにノードが別のチャネルに同調されているとき
でも同期されたままになることである。基準として共通
クロック・チャネルを使用して、ビット、バイト、また
はスロット同期手段をノードに設けることもできる。
同期が正確ならば、実時間接続であるノードのために
正確な空きスロットの繰り返しが必要とされる場合、デ
ータをそのチャネルに伝送するノードのうちの１つだけ
に予約されたスロットを固定した時間間隔でノードに生
成させることによって、ネットワークにいわゆる等時ス
ロットを設けることができる。
本発明は、光ファイバが伝送用の大きな帯域を提供す
るとき、特に、波長多重（WDM）によっていくつかのチ
ャネルに分割された光伝送媒体を有するデータ伝送シス
テムに適している。
［図面の説明］ 本発明を、次の図面を参照して以下詳細に説明する。
第1A図 いくつかのノードを備えた光リングを示す図
である。
第1B図 WDMを利用する第1A図のリングの開ループと
しての様々なチャネルを概略的に示す図である。
第２図 本発明によるノードのヘッドエンド部分と送
信部分を示す図である。
第３図 ノード内の公正しきい値を決定する手段を示
す図である。
第４図 ノードのクロック抽出回路を示す図である。
第５図 空間分割多重化を利用して様々なチャネルを
作成するときの、本発明によるノードの構成要素を示す
図である。
［発明の詳細な説明］ 基本的なネットワーク構造を第1A図および第1B図に示
す。第1A図は、ＡないしＦと名付けられたいくつかのノ
ード２を備えた単一の光ファイバ１によって実現された
光リングに基づくデータ伝送システムを示す。第1A図
は、本発明の特定の物理的実施形態を示し、第1B図は、
本発明の基本的な概念をより抽象的かつ概略的に説明し
たリングのマルチチャネル構造を示す。伝送媒体、すな
わちここで説明する実施形態の光ファイバ１は、波長多
重（WDM）によって、第1B図に示した複数のチャネル11
〜17に分割される。各ノードは、その割り当てられたチ
ャネル上で伝送されるデータの唯一の宛先である。各チ
ャネルは、１つのノードだけに独占的に割り当てられる
が、１つのノードが複数のチャネルを制御することもで
きる。ここで説明する例では、ノード２のうちのＡと名
付けた１つのノード、すなわちマスター・ノードが、２
つのチャネル11、12を駆動し、その一方（11）が、以下
で説明するように、リングのすべてのノードに共通のク
ロック信号を提供し、ネットワークを管理するために使
用される。
同時に、そのノードは、そのチャネルのヘッドエンド
として機能している。したがって、ノードは、空きスロ
ット18を生成し、ファイバ１上を一周した後、すなわち
伝送システムの他のノード２を通過した後で、再びこれ
らのスロットを吸収する。データ・フローの向きを矢印
19で示す。光リングの場合には、ヘッドエンドが光デー
タ信号を電気信号に変換する唯一の点なので、本発明
は、ノードＡないしＦでそれぞれ始まって終わるすべて
の光開ループを確立する。
各ノードは、それに割り当てられたチャネルを制御す
るヘッドエンド部分と、データを他のチャネルに通信す
るための送信部分を含む。ノードのこの両方の部分につ
いて、第２図を参照して概略的に説明する。単一ファイ
バのリングの場合には、そのノードに割り当てられた波
長チャネルの完全な光信号が取り出され、電気的に再生
された信号がヘッドエンド部分21（破線で囲んだ）から
戻される。２つのカプラ21、212の間では、それぞれの
波長が抑制される。光カプラは当業者には容易に入手可
能であり本発明には関係しないので、具体的なタイプに
ついて説明は行わない。伝送システムの動作中は、ノー
ドに割り当てられた波長は一定のままである。この割り
当ては、同調可能なカプラ211を利用することにより、
初期設定または再構成の手順中に変更することができ
る。同調可能なカプラは、たとえば、選択された少なく
とも１つの波長チャネルをそのノードを通過するすべて
のWDMチャネルから分離し、かつ光ファイバー１上の選
択された波長チャネルの信号を抑制することのできる、
同調可能な超音波光フィルタによって十分に実施するこ
とができる。
好ましい実施形態では、カプラの後に、光信号を電気
信号に変換する手段213、たとえば、フォト・ダイオー
ドまたはフォト・ダイオード・アレイと、その後に、着
信データの速度が接続ノードによってデータが吸収され
る速度を一時的に超える場合に受信データを記憶してデ
ータ損失を防ぐ受信バッファ214が続いている。
スロットはすべてヘッドエンドによって受信されるの
で、新しいスロットを生成するためのスロット生成機構
215が提供される。電気的に生成されたスロットは、電
気／光変換器216によって光信号に変換される。同調可
能な電気／光変換器216を実施するためには、それぞれ
波長が異なる同調可能なレーザ・ダイオードまたはレー
ザ・ダイオード・アレイを使用する。カプラ212は、ス
ロットを光ファイバ１中に送る。他のチャネルまたは波
長に割り当てられたすべてのデータは、変換なしでヘッ
ドエンドを通過することに十分に注意されたい。
ヘッドエンド21のスロット生成機構215に影響を与え
る制御手段217、218、219について詳しく説明する前
に、ノードの送信部分22について説明する。ノードの送
信部分22は、広帯域カプラ221と、送信を行う波長を選
択するための同調可能な波長フィルタ222と、前記チャ
ネルの通過スロットの状況を検出し、通過スロットの適
切な位置すなわちスロットのペイロード・フィールドに
データが正確に書き込まれるようにするためにデータ伝
送を空きスロットに同期させる手段224に接続された光
／電気変換器223とを有する。チャネル上で空きスロッ
トがすぐに利用できない場合にデータを記憶するため
に、送信部分22はさらに送信バッファ225を備える。制
御機構224から受け取った信号に応じて、レジスタ226に
記憶された待ち行列の長さ（QL）、または送信バッファ
225に記憶されたデータのどちらかが、様々な波長の同
調可能なレーザ・ダイオードまたはレーザ・ダイオード
・アレイを備えた同調可能な電気／光変換器227を介し
て送信される。光信号は、カプラ228によってリング１
に結合される。ヘッドエンド部分21の光ファイバ１内の
受信カプラ211と送信カプラ212の間の遅延線20によっ
て、制御経路における電気的または光学的処理遅延が補
償され、それにより、制御手段224によって検出された
スロットの正確な位置への書き込みが可能になる。
前述のように、各ノードのヘッドエンド部分が、前記
ノードを宛先とし他のすべてのノードがデータ信号を与
えることのできるスロット、すなわちペイロードを生成
することによって、そのチャネル上でのデータ・フロー
を排他的に制御することが本発明の重要な態様である。
各ヘッドエンドは、スロット生成の他にも、そのチャ
ネルへのアクセスを制御する手段217、218、219を含む
ことが好ましい。公正制御機構217は、チャネルに同調
されたすべてのノードが、チャネルのスループットを等
しく共用できるように保証する。フロー制御機構218
は、受信側が送られたすべてのデータを常に受け入れる
ことができるようにデータ・フローを調節する。混雑制
御機構219は、受信バッファが満杯になったためにデー
タ・ユニットが失われるのを防ぐ。ここで説明する本発
明の例では、４ビットを使ってスロットの状況を示すこ
とによってこれらの制御を達成する。
ビジー・ビットは、データ伝送のためにノードがスロ
ットにアクセスできないことを示す。予約ビットは、公
正制御に関連してスロットを予約済みとしてマークする
ために使用される。保証ビットは、優先予約を示すため
にセットされる。このビットは、さらに、帯域が保証さ
れたスロットを識別するために前述の予約ビットと一緒
に使用することもできる。保証帯域は、対話式の音声お
よび映像伝送や、リモート・プロセス制御などの実時間
アプリケーションで必要とされる。４番目のビット、す
なわちリリース・ビットは、他の３つのビットのいずれ
かによる予約が取り消されたこと、すなわちそのスロッ
トにどのノードもアクセスできることを示す。リリース
・ビットは、過剰需要の期間後にスロットに対する需要
が減少する過渡段階、すなわち、送信ノードが必要とし
ない予約スロットまたは保証スロットをリング上の他の
ノードが利用できるようになる段階で重要になる。公正
制御、フロー制御、および混雑制御には、ビジー・ビッ
トと予約ビットだけが必要なことは明らかである。他の
２つのビットは、特定の高度な目的のために利用すると
有利である。
次に、公正制御機構について詳しく説明する。公正制
御の目的は、バスまたはリング・トポロジ内のノードの
位置による影響を少なくすることである。公正制御機構
がない場合は、当該チャネルのヘッドエンド・ノードの
「下流」側にある最初のノードは、これに続くすべての
ノードのデータ伝送をチャネルのヘッドエンドがそのデ
ータの伝送中有効に阻止するによって、生成されたどの
スロットにも自由にアクセスすることができる。公正制
御を確立するために、チャネルのヘッドエンドは、特別
なスロット、すなわち予約コマンドを定期的に発行す
る。この期間は、予約サイクルと呼ばれる。伝送媒体上
で同時に約百未満のスロットしか搬送しない短いリング
は別として、予約サイクルは、一周の遅延よりもタイム
・スロット数個分大きい。予約コマンドは、チャネルに
現在同調されている各ノードから、そのチャネル上で送
信を待機しているデータの量、すなわ待ち行列長さ（Q
L）を収集する。
さらに、予約コマンドのエントリは、送信ノードを示
すアドレスによって識別しなければならない。あるノー
ドがその待ち行列長を指定するのが始めてかどうかを通
知するためには、追加のフラグがあればよい。ヘッドエ
ンドは予約コマンドを発行する前に、すべての空エント
リをゼロでマークし、前の予約コマンドによって使用さ
れたすべてのエントリを１でマークする。始めてエント
リを作成するノードは、ゼロのマークがついた予約コマ
ンド中の最初の位置を検出し、その位置を記憶する。さ
らに、この位置にQLの現行値が書き込まれる。ノード
は、チャンネル上での伝送を終了するまで、予約コマン
ド内のマークがついた位置を使用し続ける。
予約サイクル中に、入り待ち行列長で表される必要ス
ロットの合計が、伝送容量を超える場合は、ノードのヘ
ッドエンド部分21の公正制御機構217が、公正しきい値
（TH）を決定する。しきい値を数マイクロ秒以内で決定
する手段は、たとえば、“Apparatus for Determining
the Optimal Value of a Control Parameter and Use o
f the Apparatus"と題する欧州特許出願第93810215.9号
明細書に記載されている。前記出願に記載された方法
は、基本的には、各ノードごとに需要QLを、独立変数と
してスロットの数を使用した区分的線形関数として処理
するものである。しきい値の決定を速くするには、QLの
値自体ではなくこれらの関数の第２導関数を加え合せ
る。関数の構造が単純なため、第２導関数は位置ゼロ
（スロット）では＋１、位置QL（スロット）では−１、
その他の位置ではゼロである。
次の予約サイクルのしきい値を決定するために、ま
ず、各ノードは、今受け取った予約コマンドに対する需
要を書き込んだ後で、現行の予約サイクル中にノードが
すでにデータを送信したことを考慮に入れて送信ノード
の実際の需要を決定する手段を有する。すでに伝送され
たデータの量は、前のサイクルで各ノードから報告され
たデータ量QL（旧）と等しいか、または前のしきい値TH
と等しく、したがって、この量が、現行の予約コマンド
から収集された各ノードの需要から差し引かれる。第二
に、この差は、当該のチャネルに関する各ノードの実際
の需要を表すので、第３図に示すように、アドレス線31
を介してゲート・アレイGAおよびランダム・アクセス・
メモリRAMに順次供給される。
第２導関数を加えると、回路全体中のゲート・アレイ
GARAMとインクリメンタ・デクリメンタ33だけが活動状
態になる。ゼロの値と計算されたスロットの実際の需要
数が、各ノードごとに、アドレス線31を介して、ゲート
・アレイGAとランダム・アクセス・メモリRAMに順次印
加される。ここに説明する例では、各関数の傾きが１だ
け変化するので、第２導関数の入力は、インクリメンタ
／デクリメンタ33の助けによって行われる。アドレス０
のRAM内の記憶位置の内容は１ずつ増分され、アドレスQ
Lの他の記憶位置の値は、要求エントリに関して１ずつ
減分される。この合計プロセスの間、ゲート・アレイGA
は、エントリが作成されたすべてのアドレスを追跡す
る。したがって、すべてのノードからの入力を記憶した
後、所望のサイクル長のすぐ上と下のサイクル長の値
が、対応するしきい値と共に計算される。
ゲート・アレイは、ストローブされると、値が入力さ
れたすべてのアドレスを連続して出力する。連続したア
ドレスの差が、減算回路34によって求められる。
ゲート・アレイからの出力はまた、RAMをアドレス指
定するために使用される。RAMは、アドレス指定された
記憶位置に記憶された第２導関数の合計を出力する。こ
の合計は、要求されたスロットの合計Ｓの傾きの差に対
応する。傾きの差は、加算器36とレジスタ37によって積
分され、その結果、Ｓの第１導関数Ｓ＊が得られる。
第２の積分を行うため、これらの傾きの値Ｓ＊は、次
の回路38で、減算器34からの値と乗算される。この演算
の結果、合計Ｓの線分の上側と下側の端の２つの連続し
た値の差が得られる。これらすべての差の値を、別の加
算器39とレジスタ310を利用して加えることにより、関
数Ｓ自体のすべての値が連続して得られる。
計算されたサイクル長の値が、レジスタ312に記憶さ
れた所望のサイクル長の基準値を超えると、ロード・パ
ルスによって、所望の値のすぐ上とすぐ下のサイクル長
が、レジスタ314および313に記憶された対応するしきい
値と一緒にレジスタ316および315に記憶される。この時
点で、２つのしきい値の一方を、または２つの値の間で
線形補間法によって求めた値を選択することもできる。
連鎖中で乗算器が最も遅い素子であり、乗算器の乗算時
間は50ナノ秒未満なので、しきい値は、１マイクロ秒以
下で容易に誘導することができる（活動ノードが16個で
あると仮定する）。
しきい値は、次の予約サイクル中にノードが利用でき
るスロットの最大数を与える。そのしきい値は、次の予
約コマンドと一緒に各ノードに同報通信される。予約サ
イクルにおける対応するスロット数は、予約ビットを
「１」にセットすることによりヘッドエンドを予約済み
とマークする。ゼロ以外のしきい値が与えられると、す
べての送信ノードが、前記の値を記憶し、その現行の待
ち行列長（QL）を予約コマンド中に書き込む。ノード
は、しきい値か、前の予約コマンドに書き込まれたQL値
のどちらか少ない方まで、空の予約スロットにアクセス
することができる。このため、予約コマンド中で指定さ
れたQLの値が、そのノードによって記憶される。送信部
分の次の構成要素は、予約コマンドを処理するために使
用される。新しい予約コマンドに書き込まれたQL値は、
２つのパイプライン型レジスタのうち最初のレジスタに
記憶され、前の予約コマンドに書き込まれた旧QL値は第
２のレジスタ中に押し込まれる。比較器が、旧QL値を、
新しい予約コマンドから受け取った新しいTH値と比較
し、マルチプレクサを、QL（旧）とTHのどちらかの最小
値をカウンタに記憶するように制御する。このカウンタ
は、現行の予約サイクル内でノードによって伝送される
スロットの数を追跡し、記憶された値がゼロまで減分さ
れたとき送信を終了する。
たとえば、当該のチャネル上で、需要がそれぞれQL＝
10、５、12、３の４つのノードが活動状態であると仮定
すると、予約コマンドは、所定の基準値、たとえば25を
超える合計30個の需要を収集する。ヘッドエンドは、し
きい値９を決定し、それが次の予約サイクル26のサイク
ル長になる。発行された予約コマンドは、次に、しきい
値９を、そのチャネルへのノードのデータ伝送を調節す
る制御手段224に報告する。したがって、それらのノー
ドは、それぞれ次の予約サイクルの９、５、９、および
３個のスロットを使用する。
TH9をノードに同報通信する予約コマンドは、同時に
次のサイクルのノードのQL＝22、７、20および15の需要
を収集する。ヘッドエンドは、現行サイクル中に伝送さ
れたスロットを減算することによって、次のサイクルで
のノードの実際の需要を決定する。したがって、残りの
需要は、４つノードについてそれぞれ22−９、７−５、
20−９および15−３になり、合計38になる。したがっ
て、次のサイクルは、しきい値８と、ノードの残りの需
要に従って26スロットのサイクル長で始まる。ノードが
全部の予約スロットを利用しない場合は、その間予約さ
れていないスロットに伝送することができたので、制御
機構214は、未使用スロットのリリース・ビット位置に
「１」を送り、他のノードがこれらのスロットでデータ
を伝送できるようにする。しきい値の決定は、ノードの
累積需要が容量の基準値を超えなくなるまで、繰り返さ
れる。このケースでは、THが特別の値に、たとえばアク
セス制限が次のサイクルで取り消されることを示す０に
セットされる。予約されたアクセス期間と空のアクセス
期間との間で頻繁に変化しないように、容量基準をシス
テムの100％の容量よりも低い値に定義することが好ま
しい。
データ・フローを制御するために、ヘッドエンド21
は、生成されたスロットの一定の小部分を、空ではなく
ビジーとマークすることができる。第２図に示したよう
に、フロー制御手段218は、受信バッファ214の内容を監
視する。この内容が臨界値に達すると、スロット生成機
構215は、空のスロットの生成を抑制する。他の宛先へ
のデータ伝送は異なるチャネルで行われるので、この抑
制により、それらの伝送が妨害されることはない。フロ
ー制御機構218は、たとえば受信ノードが、現在混雑し
ているネットワークへのアクセス・ポイント、たとえば
ブリッジやルータであるときは、バッファ214からでは
なく、別の回路からも入力信号を受け取ることができ
る。
混雑制御機構219は、ヘッドエンド中の受信バッファ2
14のオーバーフローによるデータの損失を防ぐ。混雑制
御は、スロット生成機構215に、特別なスロット、すな
わち混雑コマンドを発行させる。他のノードが混雑コマ
ンドを検出すると、混雑コマンドがヘッドエンドによっ
てゴーアヘッド・コマンドにされるまで、他のノード
が、それ以上データを送信しなくなる。混雑コマンド
は、ビジー・スロットが到着し受信バッファが満杯のと
きにヘッドエンドから発行される。ビジー・スロットと
それに続くすべてのスロットは、光／電気変換器213の
後は、バッファ214に切り換えられず、スロット生成機
構215に向け直され、受け取ったスロットのデータを新
しく生成されたスロットに入れる。これにより、スロッ
トは中継され、光ファイバ１で形成されたループをもう
１周する。他のすべてのスロットは、混雑コマンドがヘ
ッドエンドに戻るまで、その間に空になったバッファの
容量とは関係なくその後に続く。混雑コマンドが戻り、
受信バッファが十分に空になると、混雑コマンドはゴー
アヘッド・コマンドに変換され、再循環したビジー・ス
ロットが受け取られる。そうでない場合は、再循環した
ビジー・スロットが再び強制的にリングを通過させられ
る。スロットは、正しい順序のままである。
データ伝送の同期のために、システムは、マスター・
ノードによって制御される共通クロック・チャネルを備
えることが好ましい。WDM光リングの場合には、すべて
のノードのクロック・チャネルとして特定の波長λ０が
指定される。共通クロック・チャネルは、第４図に示し
たようなビット、ワード、およびスロットの同期と、実
時間アプリケーション用のたとえば125マイクロ秒など
のタイミング・フレームとを提供する。さらに、共通ク
ロック・チャネルは、ネットワーク管理用のサービス・
チャネルとして使用することもできる。クロックの抽出
を容易にするために、たとえば、符合化二相コード体系
を使用することができる。符合化二相クロック信号を搬
出するクロック・チャネル11から、前記信号の一部分が
カプラ42を介して取り出され、光／電気変換器43によっ
て電気信号に変換される。ビット・クロックは、位相ロ
ック・ループ44を利用して検出される。直並列変換器45
が、そのビット・ストリームを８ビット幅のフォーマッ
トに変換し、CRC（巡回冗長検査）チェッカ46がスロッ
トの境界を追跡する。CRCチェッカは、カウンタ47を定
期的にリセットするためにも使用される。リセットされ
ない場合は、直並列変換器45にビット位置をスキップさ
せる桁上げ出力が生成される。このプロセスが、バイト
境界が見つかるまで繰り返される。したがって、ビット
・クロック、ワード・クロック、およびスロット境界ク
ロック信号を抽出して、リングへのデータ伝送に利用す
ることができる。共通クロック・チャネルによって、ス
クランブラ／デスクランブラも符合化／復合化ハードウ
ェアも必要でなくなるため、ノードの受信器と送信器が
簡略になる。さらに、すべての伝送チャネルが、まった
く同じに同期され、これにより、すべての送信機が、再
同期なしに別のチャネルに同期することができる。異な
る波長の信号は異なる速度で伝播するため、波長を変更
するとき位相修正が必要なだけである。
マスタ・ノードとクロック・チャネルは、波長チャネ
ルをシステムのノードに割り振るため、すなわちネット
ワークの初期設定時またはネットワークの再構成を実行
する際に、ノードのヘッドエンドを一定の波長に同調さ
せるために使用される。さらに、マスタ・ノードは、そ
の他のネットワーク管理タスクを実行することができ
る。たとえば、各ノードのヘッドエンド部分の同調可能
な装置に制御信号を送ることによって、伝送システム全
体を再構成する際に、あるノードに割り当てられた波長
を変更することができる。
４つの状況ビット、すなわち、ビジー、リリース、予
約、および保証ビットには、ヘッドエンド部分でしかビ
ットを消去（または空白に）できないようにする特定の
書込みパターンが適用される。ここで説明する例では、
ヘッドエンドは、５つの異なるタイプのスロットを生成
し、状況ビットがどれも（「１」に）セットされない場
合は、そのスロットは空スロットである。予約ビットの
位置が「１」のときは、空の予約スロットであることを
示し、それに加えて保証ビットの位置が「１」ならば、
空の保証スロットであることを示す。保証ビットの位置
だけが「１」にセットされると、空の優先スロットであ
ることを示す。ビジーおよび保証ビット位置を「１」に
することによって、等時チャネル・スロットを定義する
とができる。これらのビットが、それらのスロットを生
成するヘッドエンドによってセットされるのに対し、送
信ノードは、ビジー・ビットをセットすることによっ
て、使用中のスロットをビジーとマークする。さらに、
ノードは、リリース・ビットを「１」にセットすること
により使用されていない予約スロット、保証スロット、
または優先スロットを開放して、任意のノードに使用で
きるようにすることができる。これらの空の開放された
スロットは、ビジー・ビットをセットすることによって
ビジーとマークされる。ここに説明する方式では、ビッ
トはセットされるだけで削除はされないので（受信ノー
ドにおける以外）、伝送媒体からの特定波長のチャネル
上の光信号を消去することが光信号を加えることよりも
困難な光信号処理において利益を与える。
第５図は、平行な光ファイバ51を有するケーブルによ
って多重チャネルが実現される本発明のもう１つの例を
示す。この例では、ヘッドエンド部分は、ネットワーク
を再構成する場合に手動でまたは電子的に操作される光
スイッチ56を含む。送信部分では、同調可能なフィルタ
および送信用レーザが、電子多重化手段54、55によって
制御される検出器52およびレーザ・アレイ53で置き換え
られている。これらの変更を実施することによって、本
発明の媒体アクセス制御方式は、基本的に変わらない。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−26051（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−26052（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−296431（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−150342（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04L 12/42

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数のノードと、前記ノードを接続する複
    数のチャネル（11〜17）に分割可能成な伝送媒体（１）
    とを備えたデジタル・データ伝送システムにおけるチノ
    ード（２）であって、前記ノードがそれぞれ、データ受
    信ノードとして前記チャネル（11〜17）のうちの少なく
    とも１つに排他的に割り当てられ、前記ノード（２）
    が、他のノードに割り当てられたチャネルにデータを伝
    送するための結合手段（22）を有し、 前記ノード（２）に伝送すべきデータをその中に非同期
    に挿入することができるスロット（18）を生成し、生成
    されたスロットを予約済みとしてマークすることができ
    るスロット生成手段（215）と、 伝送すべきデータの量を決定し、かつ前記スロット生成
    手段（215）に生成されたスロットを予約済みとマーク
    させることによって、前記チャネル上で伝送すべきデー
    タを有するすべてのノード（２）に対して前記スロット
    （18）への均衡のとれたアクセスを提供するように、前
    記スロット生成手段（215）を制御する公正制御手段（2
    17）と、 予約済みのスロットを検出し、予約済みのスロットに伝
    送しないように前記結合手段（22）を制御する伝送制御
    手段（224）と を含むことを特徴とするノード（２）。
  2. 【請求項２】公正制御手段（217）が、 そのチャネルのしきい値（TH）を他のノード（２）に同
    報通信し、前記チャネルに同調された他のノード（２）
    のそれぞれから前記チャネル上での伝送を待っているデ
    ータ量を示す値（QL）を収集するポーリング・スロット
    （予約コマンド）を定期的に生成するようにスロット生
    成手段（215）を制御する第１の手段と、 次の予約コマンドのしきい値（TH）を決定する第２の手
    段（30）とを備え、 伝送制御手段（224）が、前記ポーリング・スロット
    （予約コマンド）中で前記他のノードから伝送された前
    記しきい値（TH）に従って、別のノードに伝送すべきデ
    ータの量を決定する手段を備えることを特徴とする請求
    の範囲第１項に記載のノード。
  3. 【請求項３】伝送媒体（１）から受け取ったデータを記
    憶するバッファ手段（214）と、前記バッファ手段（21
    4）が占有されている程度に応じてスロット生成手段（2
    15）を制御するフロー制御手段（218）とを備える、請
    求の範囲第１項に記載のノード。
  4. 【請求項４】受信データを記憶するバッファ手段（21
    4）と、前記バッファ手段（214）が占有されている程度
    に応じてスロット生成手段（215）を制御し、チャネル
    を中間記憶機構として使用する混雑制御手段（219）と
    を備える、請求の範囲第１項に記載のノード。
  5. 【請求項５】受信データを記憶するバッファ手段（21
    4）と、前記バッファ手段（214）が占有されている程度
    に応じてスロット生成手段（215）を制御し、チャネル
    を中間記憶機構として使用する混雑制御手段（219）と
    を備え、前記混雑制御手段（219）が、すべてのノード
    にそのチャネル上での伝送を中止させるスロット（混雑
    コマンド）を生成するようにスロット生成手段（215）
    を制御する手段と、受信したスロット（18）を伝送媒体
    （１）に中継して戻す手段とを備えることを特徴とする
    請求の範囲第１項に記載のノード。
  6. 【請求項６】そのチャネルに同調された他の各ノードか
    らそのチャネル・ノード上で伝送すべき優先または保証
    帯域スロットに対する需要を収集する、ポーリング・ス
    ロットを定期的に生成するようにスロット生成手段（21
    5）を制御し、要求された優先または保証スロットの数
    およびそのチャネルの容量に応じて、優先または保証状
    況とマークされたスロットを生成する、優先アクセス制
    御手段または保証帯域制御手段を備える、請求の範囲第
    １項に記載のノード。
  7. 【請求項７】伝送制御手段（224）が、予約済みスロッ
    トを開放済みとマークする手段を備えるこを特徴とする
    請求の範囲第１項に記載のノード。
  8. 【請求項８】１つの（クロック）チャネル（11）上でク
    ロック信号を生成する手段を備える、請求の範囲第１項
    に記載のノード。
  9. 【請求項９】基準として共通クロック・チャネル（11）
    を利用する、ビット同期（44）、バイド同期（45）、ま
    たはスロット同期（46）の手段を備える、請求の範囲第
    １項に記載のノード。
  10. 【請求項１０】いくつかのチャネル（11〜17）に分割さ
    れた伝送媒体（１）によって相互接続された、請求の範
    囲第１項ないし第９項のうちの１つまたは複数の項に記
    載の複数のノードを備える、伝送システム。
  11. 【請求項１１】伝送媒体（１）が、波長分割（WDM）に
    よっていくつかのチャネル（11〜17）に分割された光伝
    送媒体を備える、請求の範囲第10項に記載の伝送システ
    ム。
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