JP3884269B2

JP3884269B2 - 伝送装置

Info

Publication number: JP3884269B2
Application number: JP2001338172A
Authority: JP
Inventors: 洋一高柳; 裕二梅田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-11-02
Also published as: JP2003143150A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2系統以上の伝送路を有するローカル・エリア・ネットワーク（LAN）における送信動作において障害検出および障害回避を行う伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ネットワーク技術は、主に情報処理を行うため（情報処理系）、又はシステム等の制御を行うため（監視制御系）に利用される。このうち情報処理系にはＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）を用いることが広く行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
伝送路が1系統しかない従来のLANでは送信中にコリジョン（データ衝突）が発生した場合は、直ちに送信を中断し、ある一定時間待った後、送信を始めからやり直す必要があった。この動作によって、送信動作に遅延が発生すると共に回線使用率が低下してしまう。
【０００４】
また、物理層回路（送信クロック、エンコーダ、ギャップタイマ等）に故障が発生した場合は、送信が不可能な状態に陥ってしまう。
【０００５】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の伝送路を有することで、ある系統でコリジョンが発生した場合でも他の系で送信を継続し、回線使用率を低下させない伝送装置を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、ある系統の物理層回路が故障した場合でも、他の系統で送信動作を継続し、伝送不能状態に陥らないようにし、フォールト・トレラント性を向上させることのできる伝送装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の伝送装置は、ローカルエリアネットワークにおいて、複数の伝送路と、正常時は前記複数の伝送路に同じデータを送信する手段と、前記複数の伝送路のいずれかでデータ衝突が発生したことを検出し、その伝送路の送信を中断する手段と、および前記送信が中断された伝送路を除く他の伝送路において送信を継続する手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、片系でコリジョンが発生しても、他系で送信を継続できるため、コリジョン発生時の再送処理による遅延および当該処理による回線使用率の低下を防止することができる。
【０００９】
また、片系に異常なステーションが存在し、不要な送信行為により断続的あるいは連続的にコリジョンが発生していた場合でも、一方の系においては送信を正常に継続して行うことができる。
【００１０】
また、本発明の伝送装置は、ローカルエリアネットワークにおいて、複数の伝送路と、前記各伝送路に接続された物理層回路であって少なくともエンコーダ回路を含む物理層回路と、正常時は前記複数の伝送路に同じデータを送信する手段と、前記物理層回路のエンコーダ回路に異常が発生したことを検出し、その伝送路の送信を中断する手段と、および前記送信が中断された伝送路を除く他の伝送路において送信を継続する手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の伝送装置は、ローカルエリアネットワークにおいて、複数の伝送路と、前記各伝送路に接続された物理層回路であって、少なくとも物理層の送信タイミングを決定する回路を含む物理層回路と、正常時は前記複数の伝送路に同じデータを送信する手段と、前記物理層回路の送信タイミングを決定する回路に異常が発生したことを検出し、その伝送路の送信を中断する手段と、および前記送信が中断された伝送路を除く他の伝送路において送信を継続する手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、一方の系においてPHY（送信CLK、エンコーダ、ギャップタイマ等）に異常が発生した場合でも、正常な系にて送信を継続できるため、フォールト・トレラント性が向上する。
【００１３】
また、本発明の伝送装置は、ローカルエリアネットワークにおいて、複数の伝送路と、前記複数の伝送路のいずれかにおいてバースト的な伝送異常が発生し連続的な受信状態が継続していることを検出する手段と、前記検出手段により検出された伝送路の送信を中断する手段と、および前記送信が中断された伝送路を除く他の伝送路において、送信を継続する手段とを具備することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、片系にてバースト的に受信異常が発生している場合、もう一方の系にて送信を継続することができる。また、受信異常が発生している系に対して送信を行わないため、二次的に発生する連続的なコリジョンを防止することができる。
【００１５】
また、本発明の伝送装置は、ローカルエリアネットワークにおいて、複数の伝送路と、前記各伝送路に接続され、交換可能な物理層回路であって少なくともエンコーダ回路および物理層回路の送信タイミングを決定する回路を含む物理層回路と、前記物理層回路のエンコーダ回路または物理層回路の送信タイミングを決定する回路に異常が発生したことを検出する手段と、および前記検出手段により異常が検出された物理層回路を交換する手段とを具備することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、請求項２あるいは請求項３の障害回避機能によって異常と判定されたモジュールをオンラインで交換することが可能となるため、フォールト・トレラント性が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の伝送装置の一実施形態を示すシステムブロック図である。同図に示すように内部データバス１にメディアアクセスコントローラ（ＭＡＣ）３が接続される。メディアアクセスコントローラ３には複数の伝送路（Ａ系、Ｂ系・・・ｎ系）が接続される。複数の伝送路（Ａ系、Ｂ系・・・ｎ系）にはそれぞれ物理回路層（ＰＨＹ−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ・・・ＰＨＹ−ｎ）が接続される。各物理回路層（ＰＨＹ−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ・・・ＰＨＹ−ｎ）は送信クロック回路（ＣＬＫ−Ａ、ＣＬＫ−Ｂ・・・ＣＬＫ−ｎ）、エンコーダ５、７、９、ギャップタイマ１１、１３、１５等を含む。さらに、各物理回路層（ＰＨＹ−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ、ＰＨＹ−ｎ）は各伝送路上で発生するデータ衝突（コリジョン）を検出しメディアコントロール層回路（ＭＡＣ）３にコリジョンを知らせる信号ＣＯＬ−Ａ、ＣＯＬ−Ｂ、・・・ＣＯＬ−ｎをそれぞれ有する。
【００１９】
いずれかの伝送路上でコリジョンが発生した場合、下記に示す規則に従って送信中断あるいは継続を行う。これによって一部の系統でコリジョンが発生した場合でも他の系で送信を継続し、回線使用率を低下させない効果を得る。
【００２０】
（規則１）正常時は全系に同じデータを送信する。
（規則２）ある系でコリジョンが発生した場合、コリジョンが発生した系は送信を中断し、コリジョンが発生していない系で送信を継続する。
（規則２−１）コリジョンが発生した系は直ちに送信を中断する。
（規則２−２）コリジョンが発生していない系は送信を継続する。
（規則２−３）コリジョンが発生しても送信し直し（リトライ）は行わない。
（規則２−４）必要に応じて、コリジョンが発生したことを示すステータスを出力する。
（規則２−５）次のフレーム送信要求発生時は全系に送信を試みる。
（規則３）全系でコリジョンが発生した場合は、全系ともに送信を中断する。
（規則３−１）全系に対してリトライを行う。
（規則３−２）全系コリジョン発生のステータスおよび送信エラー割込みを出力する。
（規則３−３）次のフレーム送信要求発生時は全系に送信を試みる。
【００２１】
MAC３から物理層回路（PHY−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ、・・・ＰＨＹ−ｎ）への送信データ受け渡しは、あるデータ単位（32ビット等）で行われる。図１のようにMAC３からBSY信号を出力し、データ線に有効なデータが出力したことを物理層回路（PHY−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ、ＰＨＹ−ｎ）に通知する。物理層回路（PHY−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ、ＰＨＹ−ｎ）はBSY信号がアクティブになっているのを確認し、データ線から送信データを受け取る。このとき、受け取ったことを確認する応答信号ACKをMAC３に返す。
【００２２】
図１のように、A系、B系．．．ｎ系のそれぞれに対応する応答信号をACK-A、ACK-B．．．ACK-nとする（MAC３から出力されるBSY信号およびデータ信号は同じタイミング、同じ内容である）。
【００２３】
MAC３では、各物理層回路（PHY−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ、ＰＨＹ−ｎ）から返ってくる応答信号ACK-A、ACK-B．．．ACK-ｎを以下の規則に従って合成する。これによって、一部の系統の物理層回路が故障した場合でも他の系統で送信動作を継続し、伝送不能状態に陥らないようにすることができる。
【００２４】
（規則４）各物理層回路（PHY−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ、・・・ＰＨＹ−ｎ）のエンコーダ５，７，９からのデータ受け取り応答信号ＡＣＫ−Ａ、ＡＣＫ−Ｂ、・・・ＡＣＫ−ｎを合成する。
（規則４−１）応答信号ACK-A、ACK-B．．．ACK-ｎのうちMAC３への到着が最も遅いACK信号を選ぶ。
（規則４−２）ACKが返らない系は、ある一定時間経過後、物理層回路（PHY）の異常と判断し、その系の送信を中断する。
（規則４−３）必要に応じて、ある系で応答信号異常が発生したというステータスを出力する。
（規則４−４）次のフレームの送信要求が発生したときは全系に対して送信データを渡す動作を試みる。
【００２５】
LANでは、あるステーションが送信終了した後、何れかのステーションが次の送信を開始するまでに一定時間（インターフレーム間ギャップ）待つように規定されている（この機構は、コリジョンが連続的に発生しないようにするものである）。
【００２６】
よって、あるステーションが送信開始するタイミングは、インターフレーム間ギャップをカウントするタイマがタイプアップしたことを示す信号GAPTUPに依ることになる。
【００２７】
図１のように、A系、B系．．．ｎ系のそれぞれに対応するギャップタイマアップ信号をGAPTUP-A、GAPTUP-B．．．GAPTUP-nとする。
【００２８】
MAC３では、各物理層回路（PHＹ−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ、ＰＨＹ−ｎ）から出力されるギャップタイマアップ信号GAPTUP-A、GAPTUP-B．．．GAPTUP-ｎを以下の規則に従って合成する。これによって、一部の系統の物理層回路が故障した場合でも他の系統で送信動作を継続し、伝送不能状態に陥らないようにすることができる。
【００２９】
（規則５）ギャップタイマからのギャップタイプアップ信号GAPTUPを合成する。
（規則５−１）各ギャップタイマからのGAPTUPで最も遅いものを選ぶ。
（規則５−２）GAPTUPが返らない系は、ある一定時間経過後、ギャップタイマの異常と判断し、その系の送信は中止する。
（規則５−３）必要に応じて、各系のギャップタイマ異常ステータスを出力する。
（規則５−４）一旦、異常と判断されたギャップタイマからGAPTUPがきた場合、その系を復帰させ再び全系にフレーム送信を試みる。
【００３０】
ある系の伝送路にバースト的な伝送異常が発生し連続的な受信状態が継続している場合、その系には送信せず、正常な系にのみ送信を行う。
【００３１】
以下に示す規則に沿ってバースト受信障害を引き起こしている系に対して、送信を中止することによって不要なコリジョンが連続的に発生することを抑制する。
【００３２】
（規則６）バースト受信障害系の送信回避。
（規則６−１）複数の系において最も早くフレームの受信が終了したタイミングからカウントして一定時間以上受信状態が継続している系を検出する。
（規則６−２）上記（規則６−１）にて異常と判定された系においては次回の送信は中止する。
（規則６−３）必要に応じて、各系のバースト受信異常ステータスを出力する。
（規則６−４）一旦、異常と判断された系においてバースト受信状態が無くなったら復帰させ、次の回の送信から再開する。
【００３３】
また、物理層回路部分をモジュール化して交換可能な構造とする。
【００３４】
伝送路を２系統以上有するＬＡＮにおいて、正常時は両系統に同じデータを送信し、片系の物理層のエンコーダ回路等において、異常が発生した場合は、その系の送信を直ちに中断し、もう一方の系にて送信を継続する障害回避機能あるいは伝送路を２系統以上有するＬＡＮにおいて、正常時は両系統に同じデータを送信し、片系の物理層の送信タイミングを決定する回路（ギャップタイマ等）において異常が発生した場合は、その系の送信を中止し、もう一方の系にて送信を継続する障害回避機能によって異常と判定された物理層回路モジュールがあり、一定時間回復しない場合は、そのモジュールを正常なモジュールと交換する。
【００３５】
図２は各ステーション１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、・・・１７ｎを二つの伝送路で結ぶ２重化ネットワークの構成を示す図である。図２において、伝送路を伝送路Ａおよび伝送路Ｂとする。
【００３６】
図３は各ステーションの内部を示すブロック図である。同図に示すように伝送路Ａおよび伝送路Ｂに直接接続する外部コネクタ１９ａ、１９ｂからトランス２１ａ、２１ｂを経由し、物理層回路（ＰＨＹ）２３ａ、２３ｂまでを２重化した構成とする。
【００３７】
また、内部データバスを介してＣＰＵ２７からの各種設定や送信データの読み出し／書き込みを適宜実施する。ＣＰＵ２７のステータスも内部データバス２５を経由する。
【００３８】
図４はＭＡＣ３と二つの物理層回路（ＰＨＹ−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ）との間の信号を示す図である。
【００３９】
PHY-A回路は送信CLK-Aにて動作し、伝送路上でコリジョンが発生した場合はコリジョン信号線COL-AにてMAC３に通知する機能を有する。
【００４０】
また、PHY-Aエンコーダ部ではMAC３から定められた幅で渡される送信データ列をシリアルビットストリームに変換する。MACによって送信データが用意され、BSY信号がアクティブになったタイミングでデータ線に出力される。PHY-Aエンコーダ部５ではBSY信号がアクティブになったタイミングでデータ線から送信データを取り込む。正常に取り込みが終了したタイミングで応答信号ACK-AをMAC３に返す。
【００４１】
PHY-Aギャップタイマ１１では自ステーションの送信あるいは他ステーションからの送信を監視し、伝送路上にフレームが無くなった時点からタイマ・カウントを行う。定められたインターフレーム間ギャップ時間をカウントした後、ギャップタイムアップ信号GAPTUP-AをMAC３に対して出力する。
【００４２】
上記PHY-Aと同様な機能を、PHY-Bも有するものとする。
【００４３】
図５はＡ系、Ｂ系のコリジョンとフレームの様子を示す図である。
【００４４】
A系、B系のコリジョンとフレームの様子を図５に示す。A系、B系とも正常に送信を開始するが、▲１▼のタイミングでA系にコリジョンが発生したものとすると、▲２▼のようにA系の送信を直ちに中断する。しかし、▲３▼のようにB系でコリジョンが発生していない場合はB系の送信を継続する。
【００４５】
ただし、次回の▲４▼の送信タイミングでは、A系B系の両系統に送信を開始する。
【００４６】
図６に示すように１つの送信フレームは、いくつかの定められたデータ単位（幅）に分けられてMAC３から物理層回路（PHY−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ、ＰＨＹ−ｎ）に渡されていく。物理層回路（PHY−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ、ＰＨＹ−ｎ）では逐次、送信データ列をシリアルビットストリームに変換して伝送路に送出していく。
【００４７】
▲１▼において物理層回路PHY-Bのエンコーダ部７あるいは送信CLK-B等の異常でACK-Bが返らない場合を想定すると、▲２▼のように一定時間待ってからA系の送信を継続するようにMACからデータとBSYを出力する。このとき、▲３▼に示すようにB系は直ちに送信を中断する。
【００４８】
次回の送信では▲４▼のようにA系B系の両系統で送信を試みる。
【００４９】
図７に示す▲１▼のように送信CLK-B等の異常でGAPTUP-B信号がアクティブにならない場合、▲２▼に示す通り一定時間待ってからA系の送信を継続して実施する。このとき、▲３▼のようにB系は送信を中止し、これ以降B系からは送信しない。
【００５０】
ただし、▲４▼の通りB系のGAPTUP-B信号が復帰した場合は、▲５▼、B系の送信を再開する。
【００５１】
図８はバースト受信異常時の送信タイミングを示す図である。図８において、▲１▼の時点からB系でバースト的に受信異常が発生した場合を想定する。▲２▼のA系フレーム受信（あるいは送信）終了時から、一定時間経過してもB系が受信状態であった場合は、B系異常と判断し、▲３▼のようにB系への送信を中止する。ただし、B系バースト受信異常が回復した場合は、再び両系統に送信を行う。
【００５２】
図９は交換可能な物理層回路モジュールの構造例を示す図である。
【００５３】
図９に示すように、PHY-AおよびPHY-Bを含む物理層回路部分をそれぞれ交換可能なようにモジュール化し、本体カードに取り付けて運用する構造とする。
【００５４】
上述した障害回避機能によって異常と判定された場合、長い時間復帰せず、部品の偶発的な故障が考えられるときは、異常なモジュールを正常なモジュールと交換することができる。
【００５５】
【発明の効果】
この発明によれば、複数伝送路の送信制御を行うことで、コリジョン発生時の再送処理による遅延および当該処理による回線使用率の低下を防ぎ、また偶発的な故障の検出と故障系の切り離しを自動的に行い、さらに二次的な障害の発生を防ぐことで信頼性の高いネットワークシステムの構築が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の伝送装置の一実施形態を示すシステムブロック図である。
【図２】各ステーション１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、・・・１７ｎを二つの伝送路で結ぶ２重化ネットワークの構成を示す図である。
【図３】図２に示す２重化伝送路上のステーションの内部を示すブロック図である。
【図４】ＭＡＣ３と二つの物理層回路（ＰＨＹ−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ）との間の信号を示す図である。
【図５】Ａ系、Ｂ系のコリジョンとフレームの様子を示す図である。
【図６】応答信号消失時の送信タイミングを示す図である。
【図７】ギャップタイマ異常時の送信タイミングを示す図である。
【図８】バースト受信異常時の送信タイミングを示す図である。
【図９】交換可能な物理層回路（ＰＨＹ）モジュールの構造例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・内部データバス
３・・・メディアアクセスコントローラ（ＭＡＣ）
５、７、９・・・エンコーダ
１１、１３、１５・・・ギャップタイマ
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｎ・・・ステーション
１９ａ、１９ｂ・・・外部コネクタ
２１ａ、２１ｂ・・・トランス
２３ａ、２３ｂ・・・物理層回路
２５・・・内部データバス
２７・・・ＣＰＵ
ＰＨＹ−Ａ、ＰＨＹ−Ｂ、・・・ＰＨＹ−ｎ・・・物理層回路
ＣＬＫ−Ａ、ＣＬＫ−Ｂ、・・・ＣＬＫ−ｎ・・・送信クロック回路

Claims

ローカルエリアネットワークにおいて、
複数の伝送路と、
正常時は前記複数の伝送路に同じデータを送信する手段と、
前記複数の伝送路のいずれかでデータ衝突が発生したことを検出し、その伝送路の送信を中断する手段と、
前記送信が中断された伝送路を除く他の伝送路において送信を継続する手段と、
前記送信を中断した場合、次のフレーム送信要求時は全系に送信を試みる手段と、
を具備することを特徴とする伝送装置。
ローカルエリアネットワークにおいて、
複数の伝送路と、
前記各伝送路に接続された物理層回路であって少なくともエンコーダ回路を含む物理層回路と、
正常時は前記複数の伝送路に同じデータを送信する手段と、
前記物理層回路のエンコーダ回路に異常が発生したことを検出し、その伝送路の送信を中断する手段と、
前記送信が中断された伝送路を除く他の伝送路において送信を継続する手段と、
前記送信を中断した場合、次のフレームの送信要求時は全系に送信を試みる手段と、
を具備することを特徴とする伝送装置。
ローカルエリアネットワークにおいて、
複数の伝送路と、
前記各伝送路に接続された物理層回路であって、少なくとも物理層の送信タイミングを決定する回路を含む物理層回路と、
正常時は前記複数の伝送路に同じデータを送信する手段と、
前記物理層回路の送信タイミングを決定する回路に異常が発生したことを検出し、その伝送路の送信を中断する手段と、
前記送信が中断された伝送路を除く他の伝送路において送信を継続する手段と、
前記送信を中断した場合、次のフレーム送信要求時は全系に送信を試みる手段と、
を具備することを特徴とする伝送装置。
ローカルエリアネットワークにおいて、
複数の伝送路と、
前記複数の伝送路のいずれかにおいてバースト的な伝送異常が発生し連続的な受信状態が継続していることを検出する手段と、
前記検出手段により検出された伝送路の送信を中断する手段と、
前記送信が中断された伝送路を除く他の伝送路において、送信を継続する手段と、
前記送信を中断した場合、次のフレーム送信要求時は全系に送信を試みる手段と、
を具備することを特徴とする伝送装置。