JP3114433B2 - 通信端末装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ローカルエリアネット
ワーク（ＬＡＮ）等に接続される通信装置に関する。特
に、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式を採用した通信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信技術の発達に伴い、同一ビル内、同
一構内等の地理的に狭い範囲に分散されている各種の機
器をネットワークを用いて相互に接続することが行われ
ている。このようないわゆるローカルエリアネットワー
ク（ＬＡＮ）においては様々なアクセス方式が提案され
ている。このアクセス方式としては、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍ
ｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓ
ｓ）方式や、ＣＳＭＡ／ＣＤ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎ
ｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃ
ｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式等が使用
されている。このうち、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式は、バス形
ネットワークのアクセス方式として広く用いられてい
る。

【０００３】ＣＳＭＡとは、バスが空いている（アイド
ル状態）場合には、即座に送信を開始し、バスが使用中
（他のノードがデータの送信中である）場合にはバスが
空くのを待ってから送信する方式をいう。また、ＣＤと
は、データの送信を行いながら、同時にバスの状態を監
視し、そのノードが送出したデータと、バスに実際に出
現したデータとが異なっている場合には他のノードとの
データの衝突が発生したものとみなし、送信を即座に中
断する方式をいう。

【０００４】すなわち、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式とは、送信
要求が発生した場合バスが空くのを待ってデータの送信
を行う方式であり、データを送信している際もネットワ
ーク上でデータが衝突しているか否かを常に監視する方
式である。

【０００５】このＣＳＭＡ／ＣＤ方式は、バス形のネッ
トワークにおけるアクセス方式として広く用いられてい
る。しかし、複数のノードが同時に送信を開始しようと
した場合に各ノードはデータの衝突を検知し、所定のラ
ンダムな休止時間が経過した後再び送信をすることを試
みる。従って、バスが使用されていない期間が多くな
り、いわゆるバスのスループットを高くすることは困難
であった。従って、このＣＳＭＡ／ＣＤ方式を採用する
際には、同時にコンテンション方式が採用される場合が
多い。このコンテンション方式とは、複数のノードが同
時に送信を開始し、データが衝突を起こしても一つのデ
ータは破壊されずに生き残るような方式をいう。このよ
うな方式を採用すれば、衝突が生じても、必ず一つのデ
ータが送信されるため、バスのスループットを１００パ
ーセント近くまで向上させることができる。コンテンシ
ョン方式を適用しない通常のＣＳＭＡ／ＣＤ方式のＬＡ
Ｎにおいては、バスのスループットはせいぜい５０パー
セントが限界であるといわれている。

【０００６】図３には、このようなコンテンション方式
を用いたＬＡＮの構成図と、その動作を表わすタイムチ
ャートとが示されている。図３（ａ）に示されているよ
うに、ＬＡＮバス全体はプルアップ抵抗によりプルアッ
プされており、各ノードのオープンコレクターのドライ
バ１０（ａ，ｂ，ｃ）のうちいずれか一つがＯＮ作動す
れば、ＬＡＮバス上の信号の値が「ＬＯ」となる。すな
わち、各ノード（Ａ，Ｂ，Ｃ）のドライバ１０（ａ，
ｂ，ｃ）はそれぞれＬＡＮバスに対しワイヤードＯＲ接
続されて、いわゆるワイヤードＯＲ構成となっている。

【０００７】従って、ＬＡＮのバス上の信号レベルが
「ＨＩ」レベル状態をデータ「１」、「ＬＯ」レベル状
態をデータ「０」とそれぞれ定義すれば、データの
「０」と「１」とがＬＡＮのバス上で衝突したならば必
ずバス上には「０」があらわれる。このため、各ノード
が衝突検知能力を有していれば、複数のノードが同時に
送信を開始したとしても、少なくとも一つの送信データ
は必ず正しく送信されることになる。ここで衝突検知能
力とは、自己の送信したデータと、バス上のデータとが
一致しない場合には、即座に送信を中断するという能力
である。

【０００８】少なくとも一つの送信データが正しく送信
されることを図３（ｂ）のタイムチャートを用いて説明
する。図３（ｂ）に示されているタイムチャートにおい
て、バスで示されている信号はＬＡＮのバス上に実際に
あらわれたデータのレベルであり、ノードＡ・ＴＸで示
されているのはノードＡが送出しようとしているデータ
をあらわす。以下、ノードＢ・ＴＸ、ノードＣ・ＴＸで
示されているのは、それぞれノードＢ，Ｃが送出しよう
とするデータである。図３（ｂ）に示されているよう
に、全てのノードの送信データの最初のビットはすべて
「０」であったため、バス上の信号レベルも「０」であ
る。送信データの第２ビット目については、ノードＡか
らの送信データのみが「１」であり、他のノードＢ，Ｃ
からの送信データはいずれも「０」である。従って、バ
ス上に実際にあらわれるデータのレベルは「０」であ
り、ノードＡは、自己が送信しようとしたデータとバス
上のデータとの相違を検出する。このように、ノードＡ
は第２ビット目を送信している途中でデータの衝突が生
じたことを検出する。そして、ノードＡはここで送信を
中断し、所定の休止時間経過後に再び送信を試みるので
ある。

【０００９】以下、同様にして送信データの第４ビット
目においては、ノードＢから送信されるデータが「０」
であり、一方ノードＣから送信されるデータは「１」で
ある。従って、バス上に実際にあらわれる信号レベルは
「０」であり、この第４ビット目を送信している途中で
ノードＣは、データの衝突が生じたことを検出する。そ
して、ノードＣはそれ以降のデータの送信を中断し、所
定の休止時間経過後に再び送信する機会を求めることと
なる。

【００１０】なお、このようなコンテンション方式を用
いることにより、送信データに優先順位（プライオリテ
ィー）を与えることが可能である。図３に示されている
構成のＬＡＮの場合には「０」と「１」とが衝突すれ
ば、必ず「０」が生き残るため、データの先頭に、
「０」が多く並んでいるデータが最も優先的に送信を行
えることになる。

【００１１】なお、特開昭６１−１９５４５３号公報に
は、他の種類のアクセス方式が提案されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
アクセス方式を適用したプロトコルにおいては、バスが
アイドル状態であるならば、任意のタイミングで各ノー
ドは送信を開始してもよい。従って、図４に示されてい
るようなノードにおいて、通信コントローラ１２の受信
端子ＲＸが電源ラインにショートもしくはＯＰＥＮ状態
となり、その結果内部で「ＨＩ」レベルに固定となるよ
うな障害が発生したとする。すると、この通信コントロ
ーラ１２は、この障害のため常にバスがアイドル状態で
あると認識する。このような障害が発生するとこの図４
に示されているようなノードが、あるデータを送信しよ
うとした場合に以下のようなループ状態に陥ってしま
う。

【００１３】（１）バスがアイドル状態となり、送信条
件が成立する （２）ＳＯＦ（スタートオブフレーム）を送出する （３）衝突が検知（バスのレベルが自己が送出したもの
と異なる）される受信端子に障害が生じているため、常
に衝突が生じているものと検知される （４）送信が中断される。所定時間経過後上記（１）に
制御が戻る 上記（１）〜（４）までの制御が際限なく繰返される。
従って、バス上には周期的な波形が常にあらわれ、他の
正常なノードの間の通信を妨げてしまうという問題があ
る。図５には、このような周期的な波形が生じる様子を
説明するタイムチャートが示されている。図５に示され
ているタイムチャートにおいて、ＲＸは、図４における
通信コントローラ１２の受信端子ＲＸにおける受信デー
タであり、ＴＸは、通信コントローラ１２の送信端子Ｔ
Ｘにおけるデータである。図５に示されているように、
受信端子ＲＸの障害のためＲＸにあらわれるデータは常
に「ＨＩ」である。そのため、通信コントローラ１２が
送信が開始しようとしてＳＯＦ（スタートオブフレー
ム）を送出し始めると、バス上の信号はそれに応じて変
化するが、受信端子ＲＸの障害により通信コントローラ
１２はそれを認識できない。従って、通信コントローラ
１２は衝突が発生したものとみなし送信を中断する。そ
して、所定の休止時間が経過した後再び通信を開始しよ
うとしてＳＯＦを再送する。以下、この動作の繰返しと
なりバス上には周期的な他のノードの通信の妨害となる
波形が発生してしまうことになる。

【００１４】これを避けるべく送信開始の最初の１ビッ
トの衝突の有無によって、上記のような障害を検知する
ということが考えられる。しかしながら、その手法にお
いてはノイズ、もしくは他ノードとのタイミングずれ等
により、一過性の障害が送信開始の最初の１ビットのサ
ンプリングにおいて発生したと誤認する可能性がある。
本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
であり、その目的は継続的障害と一過性の障害を区別す
ることのできる通信装置を得ることである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第一の本発明は上記課題
を解決するために、送信端子と、受信端子とを有する通
信端末装置において、バス上の信号が、所定時間同一の
値である場合にセットされ、バス上の信号に変化が生じ
た場合にリセットされるアイドルレジスタと、前記送信
端子からバスに送出した信号と、前記受信端子から受信
された実際のバス上の信号とを監視し、両者が異なって
いた場合に障害発生信号を出力する障害判定手段と、前
記障害発生信号が出力され、かつ、前記アイドルレジス
タがセットされている場合に、前記受信端子に障害が発
生したことを示す自己障害信号を出力する自己障害検出
手段と、前記障害発生信号が出力され、かつ、前記アイ
ドルレジスタがリセットされている場合に、他の通信端
末装置との衝突が生じたことを示す衝突検出信号を出力
する衝突検出手段と、を含み、前記衝突検出信号が検出
されたときのみに、信号の再送を行うことを特徴とする
通信端末装置である。

【００１６】

【作用】本発明におけるアイドルレジスタは、バス上の
信号が一定時間同一の値であったか否かを検知すること
ができる。従って、このアイドルレジスタの出力信号を
参照することにより、実際に他のノードとのデータの衝
突が起きたのか、もしくは自己のノードに障害が発生し
たのかを区別することが可能である。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００１８】図１には、本実施例に係る通信コントロー
ラ２０の構成ブロック図が示されている。図１に示され
ているように、バス上の信号は受信端子ＲＸを介して通
信コントローラ２０の中に入力されている。このように
して入力された信号は受信コントローラ２２に入力さ
れ、適宜サンプリングされることによりデータの受信が
行われる。また、通信コントローラ２０から送信される
データは、送信端子ＴＸを介して外部に出力され、バッ
ファアンプ２４及びドライバ（オープンコレクタ）を介
してバスに出力される。この送信されるデータは通信コ
ントローラ２０内の送信コントローラ２８から出力され
る。

【００１９】受信コントローラ２２及び送信コントロー
ラ２８にはともに外部からのクロック信号ＣＬＫが供給
されており、送信及び受信のタイミングを決定するのに
用いられている。受信端子ＲＸを介して入力された信号
は受信コントローラ２２だけでなく、微分回路３０にも
供給されている。この微分回路３０はバス上の信号のレ
ベルに変化が生じた場合にパルスを生じる回路である。
この微分回路３０には、上述したクロック信号ＣＬＫが
供給されており、バス上の信号に変化が生じた場合のパ
ルスの生成に用いられている。微分回路３０が生成した
パルスはエッジ信号として、カウンタ３２及びアイドル
レジスタ３４に供給されている。このエッジ信号はカウ
ンタ３２に対してはリセット（Ｒ）端子に供給されてい
る。また、前述したクロック信号ＣＬＫはカウンタ３２
のクロック端子に入力されている。従って、このカウン
タ３２は、通常はクロック信号ＣＬＫによるカウント動
作を行っており、前記エッジ信号が出力された場合には
リセットされるカウンタである。そして、このカウンタ
３２のカウント値がオーバーフローした場合にはこのオ
ーバーフロー信号が上述したアイドルレジスタ３４に供
給されている。すなわち、カウンタ３２のオーバーフロ
ー信号は、バス上の信号のレベルに所定期間変化が生じ
なかった場合に出力される信号である。

【００２０】アイドルレジスタ３４のリセット（Ｒ）端
子には上述したエッジ信号が供給されており、セット
（Ｓ）端子には上述したオーバーフロー信号が供給され
ている。従って、このアイドルレジスタ３４は、バス上
の信号のレベルに所定期間変化が生じなければ（前述し
たオーバーフロー信号により）「セット」され、バス上
の信号のレベルに変化が生じた場合には（前述したエッ
ジ信号により）「リセット」されるレジスタである。こ
のアイドルレジスタ３４のＱ端子にはＡＮＤゲート３６
ａが接続され、アイドルレジスタ３４の反転Ｑ端子には
ＡＮＤゲート３６ｂが接続されている。従って、ＡＮＤ
ゲート３６ａの出力信号はバス上の信号のレベルに所定
期間変化が生じなかった場合にのみ「ＨＩ」となり、Ａ
ＮＤゲート３６ｂの出力信号はバス上の信号に変化が生
じてから変化が生じない期間が所定の期間未満である場
合にのみ「ＨＩ」となることが理解されよう。

【００２１】さらに、本実施例に係る通信コントローラ
２２には、ＥＸＯＲゲート３８が備えられている。この
ＥＸＯＲゲート３８の一方の入力端には受信端子ＲＸが
接続され、他方の入力端には送信端子ＴＸが接続されて
いる。すなわち、このＥＸＯＲゲート３８は、送信デー
タのレベルと受信データのレベルとに差異が生じた場合
にその出力信号が「ＨＩ」となる。このＥＸＯＲゲート
３８の出力信号はＡＮＤゲート４０に供給されている。
また、このＡＮＤゲート４０の他方の入力端には受信コ
ントローラ２２が出力するサンプリングクロックが供給
されている。従って、このＡＮＤゲート４０は、データ
のサンプリングタインミング毎に送信データと受信デー
タが一致しているか否かを監視し、一致していない場合
にはその出力信号を「ＨＩ」レベルとするゲートであ
る。このＡＮＤゲート４０の出力信号はさらにＡＮＤゲ
ート４２に供給されている。また、ＡＮＤゲート４２の
他方の入力端には送信コントローラ２８からのＳＯＦ
（スタートオブフレーム）信号が供給されている。この
ＳＯＦ信号は、データを送信しようとする際に一番最初
に出力されるべきいわゆるＳＯＦ（スタートオブフレー
ム）のビットが送出されていることをあらわす信号であ
る。従って、ＡＮＤゲート４２は、スタートオブフレー
ムが送出されている際に、そのスタートオブフレームの
信号をバス上からサンプリングした時における送信デー
タと受信データとの一致を監視し、不一致である場合に
その出力信号を「ＨＩ」レベルとするゲートである。こ
のようにして、最終的に送信データと受信データとが不
一致であることをあらわす信号（ＡＮＤゲート４２の出
力信号）が、上述したＡＮＤゲート３６ａ及び３６ｂに
供給されている。

【００２２】従って、ＡＮＤゲート３６ａの出力信号が
「ＨＩ」レベルとなるのは所定期間以上バス上の信号に
変化が生じず、かつ送信データと受信データの不一致が
検出された場合である。本実施例においてはこのＡＮＤ
ゲート３６ａの出力信号をＲＸフェイル信号と呼ぶ。Ａ
ＮＤゲート３６ｂの出力信号が「ＨＩ」レベルとなるの
は、バス上の信号のレベルに変化が生じてから所定期間
未満に送信データと受信データの不一致が検出された場
合である。本実施例においてはこのＡＮＤゲート３６ｂ
からの出力信号は通常衝突信号と呼ぶ。上記説明から明
らかなように、ＲＸフェイル信号は、受信端子ＲＸに障
害が発生したことをあらわす信号であり、通常衝突信号
は、他の通信コントローラ（ノード）との間でいわゆる
データの衝突が生じたことをあらわす信号である。

【００２３】図２には、本実施例に係る通信コントロー
ラの動作例をあらわすタイムチャートが示されている。
このタイムチャートに基づいて本実施例に係る通信コン
トローラ２０の動作を説明する。

【００２４】図２（ａ）には、他の通信コントローラ
（ノード）との送信データの衝突、すなわちいわゆる通
常衝突の際の信号の様子をあらわすタイムチャートが示
されている。図２（ａ）に示されているように、カウン
タ３２のオーバーフロー信号のパルスによって、アイド
ルレジスタ３４がセットされ、Ｑ端子の出力信号（図
中、アイドル信号と呼ばれている）が「ＨＩ」レベルと
なる。そして、微分回路３０からのエッジ信号のパルス
がアイドルレジスタ３４に印加されると、前記アイドル
信号（Ｑ端子の出力信号）は「ＬＯ」となる。

【００２５】次に、サンプリングクロックの立ち上がり
（図２（ａ）中、Ｔ１で示されている）において受信端
子ＲＸから入力された信号と送信端子ＴＸに送出される
信号とが一致していないと認められたならば、ＡＮＤゲ
ート４２の出力信号が「ＨＩ」レベルとなる。そして、
図２（ａ）に示されている場合においては、アイドル信
号（アイドルレジスタ３４のＱ端子の出力信号）が「Ｌ
Ｏ」レベルであるため、通常衝突信号（ＡＮＤゲート３
６ｂの出力信号）が、このサンプリングクロックに同期
して「ＨＩ」レベルとなる。なお、図２（ａ）に示され
ている場合のように、アイドル信号が「ＬＯ」レベルで
ある場合には、その信号と反対のレベルである反転Ｑ端
子の出力信号は「ＨＩ」であることに留意されたい。

【００２６】このように、バス上の信号のレベルに変化
が生じてから所定の期間未満に、サンプリングクロック
に同期して受信データと送信データの不一致が検出され
た場合には、他の通信コントローラ（ノード）との送信
データの衝突が生じたとみなし、所定の休止期間後再び
データの送信を試みることになる。この動作は従来のＣ
ＳＭＡ／ＣＤ方式のアクセス方式と同様である。

【００２７】図２（ｂ）には、バス上の信号のレベルに
変化が生じなくなってから所定期間以上が過ぎた場合
に、送信データと受信データとの不一致が検出されたな
らば、それは受信端子ＲＸに障害が発生したと認められ
る場合のフローチャートが示されている。図２（ｂ）に
示されているように、オーバーフロー信号にパルスが生
じた場合には、上述したのと同様にアイドル信号は「Ｈ
Ｉ」レベルとなる。そして、この状態においてサンプリ
ングクロックの立ち上がりのタイミングにおいて受信端
子ＲＸから受信されたデータと、送信端子ＴＸに送出さ
れたデータとが不一致であることが認識されたならば、
図２（ｂ）に示されているように、ＲＸフェイル信号が
サンプリングクロックと同期して「ＨＩ」レベルとな
る。このＲＸフェイル信号は、上述したようにＡＮＤゲ
ート３６ａの出力信号であり、受信端子ＲＸに障害が生
じたことをあらわす信号である。従って、本実施例に係
る通信コントローラ２０は、このＲＸフェイル信号が出
力された場合には受信端子ＲＸに障害が生じたものとみ
なし、所定の休止期間経過後に再び送信を試みることは
しない。この場合、例えば外部にエラー信号を送出し、
操作者に部品の交換修理等を要求する状態となる。

【００２８】以上述べたように、本実施例によれば、所
定期間の間バス上の信号のレベルが変化しなかった場
合、その後に受信データと送信データの不一致が検出さ
れたときは自己の受信端子ＲＸに障害が発生し、常に例
えば「ＨＩ」レベルの信号の受信状態となったものとみ
なすことが可能な通信コントローラ２０が実現できる。
従って、自己の受信端子ＲＸに継続的な障害が発生した
ことを効果的に発見することが可能となり、その結果周
期的にネットワーク上に信号を送出することがなくな
る。加えて送信開始から第１ビットのサンプリングまで
の間に何らかのバスのレベルの変化を検知していれば、
第１ビットのサンプリングにおいてノイズ等によって衝
突を検知したとしても一過性の障害として所定期間を経
た後、引き続き通常の通信を行うことが可能である。こ
のため、本実施例に係る通信コントローラ２０を用いて
ＬＡＮを構成すれば、一つの通信装置の障害がネットワ
ーク上の他の通信装置に悪影響を与えることのないネッ
トワークが構築可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、所
定期間以上バス上の信号のレベルに変化が生じず、か
つ、送信データと受信データとの不一致が検出された場
合には自己の受信端子ＲＸに継続的な障害が生じたもの
とみなした。従って、自己の受信端子ＲＸの継続的な障
害を効率的に発見することが可能となり、ネットワーク
上の他の通信装置に悪影響を与えることのない通信装置
が得られるという効果を有する。加えて一過性の障害に
おいては引き続き通常の送信が可能である。

【００３０】従って、本発明に係る通信装置を各ノード
とするネットワークを構成すれば、一過性の障害と継続
的な障害とを判別し得るため、より効率的な通信ができ
るネットワークが構築可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例である通信コントローラ
の構成ブロック図である。

【図２】図１に記載された通信コントローラ２０の動作
例を示すタイムチャートである。

【図３】従来のＣＳＭＡ／ＣＤ方式を適用したネットワ
ークの構成ブロック図及びタイムチャートである。

【図４】従来のＣＳＭＡ／ＣＤ方式を利用したネットワ
ークに接続する各ノードのブロック構成図である。

【図５】図４に記載されているノードの受信端子ＲＸに
障害が生じた場合の動作の例を示すタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

２０ 通信コントローラ ２２ 受信コントローラ ２４ バッファアンプ ２６ ドライバ ２８ 送信コントローラ ３０ 微分回路 ３２ カウンタ ３４ アイドルレジスタ ３６ａ，３６ｂ ＡＮＤゲート ３８ ＥＸＯＲゲート ４０，４２ ＡＮＤゲート

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信端子と、受信端子とを有する通信端
   末装置において、 バス上の信号が、所定時間同一の値である場合にセット
   され、バス上の信号に変化が生じた場合にリセットされ
   るアイドルレジスタと、 前記送信端子からバスに送出した信号と、前記受信端子
   から受信された実際のバス上の信号とを監視し、両者が
   異なっていた場合に障害発生信号を出力する障害判定手
   段と、 前記障害発生信号が出力され、かつ、前記アイドルレジ
   スタがセットされている場合に、前記受信端子に障害が
   発生したことを示す自己障害信号を出力する自己障害検
   出手段と、 前記障害発生信号が出力され、かつ、前記アイドルレジ
   スタがリセットされている場合に、他の通信端末装置と
   の衝突が生じたことを示す衝突検出信号を出力する衝突
   検出手段と、 を含み、前記衝突検出信号が検出されたときのみに、信
   号の再送を行うことを特徴とする通信端末装置。