JP3697330B2

JP3697330B2 - 空間情報伝送装置

Info

Publication number: JP3697330B2
Application number: JP32315696A
Authority: JP
Inventors: 祐一木村; 裕久山下; 正昭花嶋; 剛弘黒野
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2016-12-03
Also published as: JPH10163970A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データを光あるいは電磁波により空間伝送する空間情報伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の局地データ通信網（ＬＡＮ）を接続する方法としては、光ファイバケーブルや公衆回線、専用回線を利用する方法がある。
【０００３】
しかし、光ファイバは敷設費用が高いほか、公道、水路などを横切る場合は設置許可が必要となるなど、新規導入が困難である。一方、後者の場合は既存の通信網を利用するため、比較的簡単に導入できるが、十分な通信速度を確保しようとすると、通信費用が高額になるという問題点があった。
【０００４】
これに対して、信号を光・電磁波等（以下光と呼ぶ。）に変換して空間中を伝送する空間情報伝送装置を用いた場合には、伝送経路自体を設置する必要がないため、容易に設置でき、かつ、十分な通信速度を安価なランニングコストで実現することが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、空間情報伝送装置は光の散乱等により、伝送経路が長くなるほど伝搬中に発生するエラーが多くなるほか、天候や空気中のチリなどによる信号の減衰やノイズの発生などの影響を受けやすいという問題があった。
【０００６】
例えば、光ファイバによる通信のエラー率は一般に１×１０^-13以下であるが、空間伝送の場合は１０ｋｍ程度の伝送距離の場合でエラー率は１×１０^-9程度となり、雨天など天候の影響が大きい場合にはエラー率は１×１０^-5〜１０^-3程度まで上昇する。
【０００７】
このため、２つのＬＡＮの間を単純に空間伝送装置を用いて接続した場合は、エラーが頻繁に発生して再送処理が多くなり、この再送信号にＬＡＮ内部の通信も占有されて、ＬＡＮ内部での通信速度も低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は、エラー発生の多い状況でも高い実質通信速度が確保できる空間情報伝送装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光により空間を介して情報を伝送する空間情報伝送装置において、（１）接続された外部のネットワークとの間でビット化された送受信データの転送を行うインターフェース部と、（２）インターフェース部に転送された送信データを一定時間蓄積する一時送信データ保存部と、（３）送信データを伝送時のエラー発生率に対応したビット長を有するブロックに分割し、ブロックごとに誤り判定用コードを付加して送信データ信号を生成するエラー判定用コード発生部と、（４）送信データ信号の各ビット列情報を順次送信光信号に変換するＥ／Ｏ変換部と、（５）この送信光信号を外部ネットワークの伝送速度より高速の伝送速度で空間に伝送する発光部と、（６）空間中を伝送されてきたビット化された情報を有する光信号を受信する受光部と、（７）受光部が受信した光信号を順次電気信号に変換するＯ／Ｅ変換部と、（８）この電気信号が再送要求信号か受信データ信号かを判定するデータ解読部と、（９）受信データ信号中に含まれる誤り判定用コードにより受信データ信号中の誤りの有無を判定し、誤りがあればＥ／Ｏ変換部に再送要求信号を転送し、誤りがなければ受信データ信号から受信データを復元してインターフェース部に転送するエラー判定部と、（１０）受信電気信号中の再送要求信号に応答して、一時送信データ保存部に対し、再送を要求された送信データブロックのエラー判定用コード発生部への転送を指示する再送制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、伝送データのエラー判定が伝送器内部で処理される。また、送信データを一時保存する一時送信データ保存部を有するため、通信エラー時に外部ネットワークからデータの再送を受ける必要がない。さらに、エラーの発生状況に応じて、データを送信する際のブロックサイズを変更する機能を有している。
【００１１】
また、テスト信号を空間伝送する手段と、光信号及びテスト信号の伝送率を監視する手段と、光信号の伝送率が予め設定した下限値を下回ると送受信データの伝送経路を他の空間情報伝送装置あるいは光ファイバ若しくは信号線に切り替えると共に、切り替え後にテスト信号の伝送率が予め設定した上限値を上回ると送受信データの伝送経路を再び空間伝送に切り替える切り替え手段と、をさらに備えてもよい。これにより、データの伝送率に応じて伝送経路を自動的に切り替える機能を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は本実施形態のブロック構成図である。
【００１３】
まず、本実施形態の基本構成を説明する。ＬＡＮ１０等の外部ネットワークに接続されるインターフェース部１１の送信データポート１１Ａに、互いに接続されたエラー判定用コード発生部１２と一時送信データ保存部１３が接続されている。さらに、エラー判定用コード発生部１２はＥ／Ｏ変換部１６を介して、空間データ通信路１２０への送信用の発光部１７に接続され、送信部を構成している。
【００１４】
一方、受信用の受光部１９は、Ｏ／Ｅ変換部１８を介して、データ解読部２０に接続されている。さらに、データ解読部２０はエラー判定部１５と再送制御部１４に接続され、エラー判定部１５がインターフェース部１１の受信データポート１１Ｂに接続されて、受信部を構成している。
【００１５】
なお、エラー判定部１５はＥ／Ｏ変換部１６に、再送制御部１４は一時送信データ保存部にもそれぞれ接続され、再送を制御している。
【００１６】
次に、本実施形態の動作を説明する。図２に示すように２つのＬＡＮを本実施形態の空間情報伝送装置を用いて接続した場合を考える。ここで、図３は、本例において伝送されるデータのフォーマットの１例であり、図４はデータ送受信動作のフローチャートである。
【００１７】
図２に示す例では、ＬＡＮ−Ａ１００及びＬＡＮ−Ｂ１１０にはそれぞれサーバＡ１０１、サーバＢ１１１が設置され、それぞれに複数の端末１０２、１１２が接続されている。このＬＡＮ−Ａ、Ｂ間を図１にその構成を示した本実施形態の空間情報伝送装置１０３、１１３により接続している。それぞれのＬＡＮ１００、１１０内の最大伝送速度は１０Ｍｂｐｓであり、空間情報伝送装置Ａ１０３、Ｂ１１３間の空間データ通信路１２０の最大伝送速度は１００Ｍｂｐｓである。この伝送速度はあくまで１例であるが、空間データ通信路１２０の伝送速度は外部ネットワークとの伝送速度よりも高速にする必要がある。
【００１８】
この空間情報伝送装置Ａ１０３、Ｂ１１３内部の動作を図１〜図５を用いて説明する。ここで、図２に示すＬＡＮ−Ａ１００からＬＡＮ−Ｂ１１０に対して、図３に示すフォーマットを有する送信データ２００が送られるとする。送信データ２００は、ヘッダ部２０１とデータ部２０２から構成されている。まず、ＬＡＮ−Ａ１００から空間情報伝送装置Ａ１０３に送信データ２００が転送される。
【００１９】
送信データ２００を受け取った送信側の装置Ａ１０３は図４に示すフローチャートに従って、送信処理を行う。送信データ２００は、図１に示すようにインターフェース部１１を介して、エラー判定用コード発生部１２及び一時送信データ保存部１３に送られる（Ｓ１）。一時送信データ保存部１３では、再送要求に備えて、送られてきた送信データ２００を一定時間保存する（Ｓ２）。
【００２０】
エラー判定用コード発生部１２は送信データ２００をブロックに分割して（以下パケットと呼ぶ。）、送信データ２００に基づいたエラー判定用コード２１２を作成し（Ｓ３）、このコード２１２と独自のヘッダ情報２１１を送信データのパケットに付加して送信データ２１０を生成する（Ｓ４）。エラー判定コードには、パリティ・チェックやＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）等の様々な誤り検出方法を用いることが可能である。ヘッダ情報２１１は任意であり、必ずしも含む必要はないが、本装置を複数接続する場合には、送信−受信先を特定するための情報を含むことが好ましい。
【００２１】
分割する際のブロックごとのサイズ、すなわちビット長は、例えば、後述する再送の発生率を再送制御部１４で監視することにより、伝送エラーの発生率を監視して最適なビット長を設定する。つまり、伝送のエラー率が高いときには、パケットのビット長を短くして、パケットサイズを小さくし、伝送のエラー率が低いときには、パケットのビット長を長くして、パケットサイズを大きくする。後に詳述する再送処理はパケット単位で行われるため、同じエラー発生率でもパケット長が短いほど、再送するデータ量が少なくなり、効率的な伝送ができる。一方、伝送されるパケットに付加されるヘッダ情報２１１とエラー判定用コード２１２のサイズはパケットサイズに依存せず、一定である。したがって、伝送される信号であるパケット全体２１０に占めるデータ部２０２の占める割合は、パケットサイズが大きいほど大きい。したがって、エラーが少なく再送も少ない場合には、パケットサイズを大きくして一つのパケットでより多くのデータを送るほうが効率的になる。
【００２２】
こうして生成された送信パケット２１０は、Ｅ／Ｏ変換部１６に送られ、各ビットごとに電気信号から光信号へ変換されて（Ｓ５）、発光部１７から空間データ通信路１２０に送られる（Ｓ６）。
【００２３】
続いて、受信側の動作を説明する。受信側の装置Ｂ１１３は、図５に示すフローチャートに従って、受信処理を行う。図１に示すように、空間データ通信路１２０を伝送されてきた光信号は、受光部１９によって受信され（Ｓ１１）、Ｏ／Ｅ変換部１８で電気信号に変換された後（Ｓ１２）、データ解読部２０に送られる。データ解読部２０では、送られてきた光信号が相手側からの再送要求信号であるか、データ信号であるかをチェックする（Ｓ１３）。再送要求信号である場合は受信した信号を再送制御部１４に転送し（Ｓ１４）、データ信号である場合はエラー判定部１５に受信したパケット２１０を転送する（Ｓ１５）。
【００２４】
エラー判定部１５では、受信パケット２１０中のエラー判定用コード２１２により、データ部２０２内にエラーが発生していないかをチェックする（Ｓ１６）。エラーが発生していると判断した場合は、そのパケットの再送を相手側、すなわち、装置Ａ１０３、に要求する（Ｓ１７〜Ｓ１９、詳細は後述する。）。エラーが発生していないと判断した場合は、ヘッダ部２１１とエラー判定用コード２１２を削除して、もとのデータ２００に復元した上で（Ｓ２０）、インターフェース部１１を介して外部のＬＡＮ−Ｂ１１０に転送する（Ｓ２１）。
【００２５】
次に、再送要求動作について説明する。図２に示す受信側の装置Ｂ１１３は、図１に示すエラー判定部１５で受信データにエラーがあると判定すると、図５のフローチャートに示すように再送要求データを作成して（Ｓ１７）、Ｅ／Ｏ変換部１６に送る（Ｓ１８）。この再送要求データの形式はいかなる形式でも良いが、データ信号ではなく再送要求信号であること、再送を要求するデータブロック、送信先、送信元を特定するためのデータを含む形式であることが好ましい。Ｅ／Ｏ変換部１６は、この信号を光信号に変換して、発光部１７から空間データ通信路１２０に送出する（Ｓ１９）。この再送信号を受信した装置Ａ１０３は、上述した受信側の動作に基づいて受信信号を処理し（Ｓ１１〜Ｓ１３）、データ解読部２０から再送制御部１４にこの再送要求信号を転送する（Ｓ１４）。再送要求信号を受信した再送制御部１４は、一時送信データ保存部１３に対して指定されたブロックをエラー判定用コード発生部１２に転送するよう指示する（Ｓ２２、Ｓ２３）。エラー判定用コード発生部１２は、図４のフローチャートに示すように送られてきた再送データを通常の送信データと同様に処理して（Ｓ３、Ｓ４）、Ｅ／Ｏ変換部１６、発光部１７を介して相手側の装置Ｂ１１３に再送する（Ｓ５、Ｓ６）。
【００２６】
例えば、サーバＡ１０１からサーバＢ１１１へ１０Ｍｂｉｔｓのデータを転送する場合、全経路上の遅延を無視して、エラーが全くない場合を考えると、伝送は約１秒間で終了する。しかし、空間データ通信路でエラーが発生して、再送が必要になる場合に、単純にサーバＡ１０１からサーバＢ１０２へ全データを再送すると、さらに再送に１秒以上かかり、見かけの通信速度は半分（５Ｍｂｐｓ）以下に低下する。
【００２７】
本実施形態では、上述したように、再送には一時送信データ保存部１３に保存したデータを利用するため、外部のＬＡＮとの通信は必要なく、再送速度は主として空間データ通信路１２０の通信速度に依存する。空間データ通信路１２０は外部のネットワークとの転送速度よりも高速であるため、０．１秒で全データの再送が終了する。この時の見かけの通信速度は９Ｍｂｐｓとなり、転送速度の低下を抑えることができる。さらに、データをパケット化していることにより、エラーの起こったパケットだけを再送すればすむため、再送時間はさらに短くなり、効率的な伝送が可能となる。また、上述の伝送速度の差のために、空間データ通信路１２０では、データは時間的に圧縮して伝送される。したがって、パケットの送信は連続して行われず、パルス的に行われる。このパケットと次のパケットの送信の間の隙間を利用して先のパケットの再送処理を行うことが可能となる。これにより、エラーによる再送処理を行った場合でも、見かけの通信速度をほとんど低下させることなく送信することが可能となる。
【００２８】
またパケットのサイズを可変する機能を備えているため、さらに、効率的な伝送が可能である。例えば、天候などの要因でエラー発生率が１×１０^-4程度まで悪化した場合を考える。エラー発生はデータ中に平均して起こると仮定すると、１０ｋｂｉｔ以上の長さのパケットでは、１個のパケットに必ず１個以上のエラーが含まれることになり、再送を繰り返しても常にエラーが発生して伝送不能になってしまう。これに対して、パケットの長さを短くして、例えば２５６ｂｉｔ長のパケットを用いると、エラーが含まれるパケットは、送信された内の４０個に１個の割合となるので、再送により増大する通信量は、約２．６％に抑えることができる。
【００２９】
また、図６に示すように空間データ通信路を直列で接続して、中継装置Ａに接続された端末Ａから中継装置Ｃに接続された端末Ｂにデータを転送する場合、従来の装置では、エラーの発生率は中継装置Ａ−Ｂ間と中継装置Ｂ−Ｃ間のそれぞれで発生するエラー率を累積したものとなり、それぞれのエラー率が１×１０^-9だとすると、約２×１０^-9程度になる。そして、連結する中継装置が増えれば増えるほどエラー率は累積して上昇する。したがって、再送が増加して、みかけの通信速度は低下してしまう。しかし、本実施形態の装置を用いた場合には、それぞれの中継装置でエラーを訂正して送信できるため、通信路全体でのエラーの発生をみかけ上０に抑えることができる。また、上述した理由により、見かけの通信速度の低下を抑えることができる。
【００３０】
次に、本実施形態の他の応用例としてデータ転送路の切り替え機能を追加した実施形態について説明する。伝送路切り替え機能は図１に係る実施形態に図７に示す切り替え機能を付け加えたものである。切り替え機能の具体的な構成は、図７に示すように他の空間情報伝送装置などによる他の伝送路２１と、受信データの伝送率を監視する切り替え判定部２２と、テスト信号を発生するテストデータ発生部２３とからなる。他の伝送路２１はインターフェース部１１に接続され、切り替え判定部２２はエラー判定部１５とインターフェース部１１の間に接続される。テストデータ発生部２３は、切り替え判定部２２とエラー判定用コード発生部１２の間に接続される。
【００３１】
続いて、本切り替え機能の動作を説明する。切り替え判定部２２では、エラー判定部１５から送られてくる受信データの受信状況から伝送率を算出して監視する。図８は、切り替え判定部２２で監視される伝送率の例を示す。降雨などの天候的な要因によって伝送エラーが頻繁に生じると、データの再送が頻繁に繰り返されるため、伝送率は図８に示すように低下する。伝送率が予め定められた下限値ｒ０を下回ると（図８に示す時刻ｔ１の時点）、インターフェイス部１１に切り替え信号を送り、データの伝送路を空間データ通信路１２０から他の伝送路２１に切り替える。切り替え後、テストデータ発生部２３で発生したテスト信号を上述したデータ信号と同様の手法により空間データ通信路１２０を介して伝送し、その伝送率を切り替え判定部２２により監視する。
【００３２】
伝送路切り替え後は、再びテスト信号の伝送率が下限値ｒ０を上回っても、切り替えられた状態は維持され、データは他の伝送路２１を介して伝送される。その後、テスト信号の伝送率が予め定められた上限値ｒ１を超えたなら（図８に示す時刻ｔ２の時点）、データの伝送路を再び、他の伝送路２１から空間データ通信路１２０に切り替える。伝送率がこの上限値ｒ１、下限値ｒ０の間を超えて頻繁に振動するような場合には、上述の切り替えを繰り返す。
【００３３】
設定する下限値ｒ０、上限値ｒ１と他の伝送路２１の伝送率ｒ２をｒ０＜ｒ１＜ｒ２の関係にすれば、切り替えにより、最低でもｒ０を超える伝送率を確保することができる。設定する上限、下限値は他の伝送路の速度及びランニングコスト等を考慮して決めるのが好ましい。
【００３４】
これにより、安定した伝送率を確保し、高速通信とランニングコストの低減を両立させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内部に送信データの一時保存部を有し、エラー訂正コードを含んだパケット送信を行うこととしているので、伝送時のエラー発生率が高くなっても、高速の伝送速度を有する伝送装置間だけで再送処理を行うことができるため、外部のネットワークに影響を与えることがなく、高速の伝送速度が確保でき、効率的で低コストの伝送手段が実現できる。また、エラー発生率に応じてパケットサイズを可変することにより、常に効率的な伝送を行うことができる。
【００３６】
さらに、伝送速度に応じて伝送経路を自動的に切り替える機能を付け加えれば、雨天などで空間伝送のエラー率が高くなる場合でも、常に高速で効率的な伝送経路を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態に係るブロック構成図である。
【図２】図１に係る実施形態の使用例を示す図である。
【図３】図２に係る実施例で使用されるデータの形式を示す図である。
【図４】図１に係る実施形態の送信処理のフローチャートである。
【図５】図１に係る実施形態の受信処理のフローチャートである。
【図６】図１に係る実施形態の他の使用例を示す図である。
【図７】請求項２に係る切り替え機能のブロック構成図である。
【図８】伝送率の変化例を示した図である。
【符号の説明】
１０…外部ネットワーク、１１…インターフェース部、１１Ａ…送信データポート、１１Ｂ…受信データポート、１２…エラー判定用コード発生部、１３…一時送信データ保存部、１４…再送制御部、１５…エラー判定部、１６…Ｅ／Ｏ変換部、１７…発光部、１８…Ｏ／Ｅ変換部、１９…受光部、２０…データ解読部、２１…他の伝送路、２２…切り替え判定部、２３…テストデータ発生部、１００…ＬＡＮ−Ａ、１０１…サーバＡ、１０２…Ａの端末、１０３…空間情報伝送装置Ａ、１１０…ＬＡＮ−Ｂ、１１１…サーバＢ、１１２…Ｂの端末、１１３…空間情報伝送装置Ｂ、１２０…空間データ通信路、２００…サーバから転送されるデータのフォーマット、２０１…ヘッダ部、２０２…データ部、２１０…パケットデータのフォーマット、２１１…ヘッダ部、２１２…エラー判定用コード

Claims

波長が電磁波領域又は光領域にある光により空間を介して情報を伝送する空間情報伝送装置において、
接続された外部のネットワークとの間でビット化された送受信データの転送を行うインターフェース部と、
前記インターフェース部に転送された前記送信データを一定時間蓄積する一時送信データ保存部と、
前記送信データを、伝送時のエラー発生率に対応したビット長を有するブロックに分割して、前記ブロックごとに誤り判定用コードを付加して送信データ信号を生成するエラー判定用コード発生部と、
前記送信データ信号の各ビット列情報を順次送信光信号に変換するＥ／Ｏ変換部と、
前記送信光信号を前記外部ネットワークの伝送速度より高速の伝送速度で空間に伝送する発光部と、
空間中を伝送されてきたビット化された情報を有する光信号を受信する受光部と、
前記受光部が受信した前記光信号を順次電気信号に変換するＯ／Ｅ変換部と、前記受信電気信号が再送要求信号か受信データ信号かを判定するデータ解読部と、
前記受信データ信号中に含まれる誤り判定用コードにより前記受信データ信号中の誤りの有無を判定し、誤りがあれば前記Ｅ／Ｏ変換部に再送要求信号を転送し、誤りがなければ前記受信データ信号から受信データを復元して前記インターフェイス部に転送するエラー判定部と、
前記受信電気信号中の前記再送要求信号に応答して、前記一時送信データ保存部に対し、再送を要求された送信データブロックの前記エラー判定用コード発生部への転送を指示する再送制御部と、
を備える空間情報伝送装置。
請求項１の空間情報伝送装置において、テスト信号を空間伝送する手段と、前記光信号及び前記テスト信号の空間伝送率を監視する手段と、前記光信号の前記空間伝送率が予め設定した下限値を下回ると前記送受信データの伝送経路を他の空間情報伝送装置あるいは光ファイバ若しくは信号線に切り替えると共に、前記切り替え後に前記テスト信号の前記空間伝送率が予め設定した上限値を上回ると前記送受信データの伝送経路を再び空間伝送に切り替える切り替え手段と、をさらに備えていることを特徴とする空間情報伝送装置。