JP4186911B2 - 非同期ネットワークシステム、情報処理装置、データ通信管理方法及びプログラム - Google Patents

Description

発明の一つの形態は、所定の到達時間内の送受信保証が要求されるデータと送受信保証が要求されないデータとがパケット多重して伝送される非同期ネットワークシステムに関する。
発明の一つの形態は、所定の到達時間内の送受信保証が要求されるデータの送信装置として機能する情報処理装置に関する。
また発明の一つの形態は、所定の到達時間内の送受信保証が要求されるデータの受信装置として機能する情報処理装置に関する。
また発明の一つの形態は、非同期ネットワーク経由でのデータ送信を管理する方法及びデータ受信を管理する方法に関する。
また発明の一つの形態は、非同期ネットワーク上に存在する情報処理装置を送信装置又は受信装置として機能させるプログラムに関する。

一般的なＬＡＮ（Local Area Network）通信では、特定のデータパケットによる伝送路の占有を想定しない。すなわち、複数のサービスが、対応するデータパケットをいつでも送信できることを前提とする。このため、データパケットの送信中に発生するデータパケット同士の衝突によるパケットロス及びパケット遅延については、それぞれ個々のサービス毎に、どの程度許容できるかを考慮する必要がある。
これは、リアルタイム性を必要としないサービスに対応するデータパケットの送信にとっては大きな問題とならないが、リアルタイム性を必要とするサービスに対応するデータパケットの送信にとっては大きな問題となる。

このような問題点を考慮した技術が、特許文献１及び２に開示されている。
このうち特許文献１は、周期的に発生する所定時間内にリアルタイム性を必要とするデータパケットを送信することにより、所定時間内で送信可能なデータ量を所定値以下に抑制する技術を開示する。
また特許文献２は、ＬＡＮシステム全体に共通の同期制御タイムスロット、同期転送タイムスロット、および、非同期転送タイムスロットを設け、同期転送タイムスロットを利用することにより、リアルタイム性を保証する技術を開示する。
特許第３３８５８９９号（リアルタイム通信方式） 特許第１９６３９１０号（マルチメディアＬＡＮ方式）

ところで、ある特定の映像フレームにおいて、複数の映像切換装置が一斉にその映像信号出力を切り換える操作をネットワーク経由で制御したい場合がある。
この制御を実現するには、制御装置が該当する制御データパケットをある特定の一定時間内に送信するだけでなく、映像切換装置がある特定の一定時間内に制御データパケットを受信し、受信データに基づく処理を実行できなければならない。
しかし、制御データパケットの送信にＬＡＮを利用する場合、特許文献１及び２に開示された技術では、この条件を満たすことができない。すなわち、いずれの技術の場合にも、リアルタイム性を必要とするデータパケットの通信に対して十分な帯域を保証することはできるものの、データパケットの到達と一定時間内の受信処理は保証できない。

発明者らは、以上の技術的課題に着目し、以下の技術手法を提案する。
すなわち、時刻同期情報データを非同期ネットワーク経由で送信する送信装置と、時刻同期情報データを受信して同一時刻情報を共有する複数の情報処理装置とで構成される非同期ネットワークシステムのデータ送信管理技術として、所定の到達時間内の送受信保証が要求される１つ又は複数のデータを、時刻同期情報に基づく通信スケジュール上の第１の区間を占有して他の１つ又は複数の情報処理装置に送信する送信管理技術を採用する。

第１の区間に割り当てる時間を適用する非同期ネットワークシステムの特性に応じて適応的に設定することにより、非同期ネットワークシステムにおいても、所定の到達時間内の送受信保証が要求されるデータパケットについては、その到達時間内の到達とその受信処理の実行とを実現可能にできる。

以下、発明に係る技術手法を採用する情報処理装置の実施形態例を説明する。
なお、本明細書で特に図示又は記載されない部分には、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。
また以下に説明する実施形態は、発明の一つの実施形態であって、これらに限定されるものではない。

（Ａ）形態例１
図１に、非同期ネットワークシステムの形態例を示す。このシステムは、３台の情報処理装置１、２、３と時刻同期情報データ送信装置４とで構成される。
ここで、情報処理装置１、２、３は、ＬＡＮ経由でデータパケットを送受信するネットワーク端末である。また、時刻同期情報データ送信装置４は、ＬＡＮ経由で時刻同期情報データを送信するネットワーク端末である。
時刻同期情報データの送信は、ブロードキャスト又はマルチキャストによって行われる。この例の場合、時刻同期情報データは全ての情報処理装置１、２、３にブロードキャストされる。すなわち、全ての情報処理装置１、２、３は同一の時刻情報を共有し、共通の通信スケジュールによりデータパケットを送受信する。

図２に、通信スケジュール例を示す。
図２（Ａ）に、時刻同期情報データ送信装置４による時刻同期情報パケットの送信タイミング例を示す。時刻同期情報パケットＰは、時刻Ｔ（ｎ）、Ｔ（ｎ＋１）、Ｔ（ｎ＋２）、・・・のタイミングでブロードキャストされる。
情報処理装置１、２、３は、この時刻同期情報パケットを受信し、時刻Ｔ（ｎ）、Ｔ（ｎ＋１）、Ｔ（ｎ＋２）、・・・に個々のタイマーを同期する。
図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に、タイマーの示す時刻に基づく通信スケジュールの設定例を示す。すなわち、送信スケジュール及び受信スケジュールの例を示す。送信機能及び受信機能に対応するアプリケーション・プログラムは、この通信スケジュールに従って動作する。

ここで、送信スケジュールは、時刻Ｔ（ｎ）、Ｔ（ｎ＋１）、Ｔ（ｎ＋２）、・・・毎に、リアルタイム性を保証すべきデータパケットの送出期間ｔ１を設定する。リアルタイム性を保証すべきデータパケットは、所定の到達時間内の送受信保証が要求されるデータパケットの一例である。
受信スケジュールは、時刻Ｔ（ｎ）、Ｔ（ｎ＋１）、Ｔ（ｎ＋２）、・・・毎に、リアルタイム性を保証すべきデータパケットの受信期間ｔ２を設定する。
なお、送出期間ｔ１は、リアルタイム性を保証すべきデータの送信量に応じて設定する。また、受信期間ｔ２は、ＬＡＮに固有のパケット到達遅延時間、受信機能のアプリケーション・プログラムで設定されるＴ’（ｎ）、Ｔ’（ｎ＋１）、・・・のタイムアウト、応答確認および通信失敗時の再送処理を実行する通信プロトコルを利用したデータパケット送信の場合における処理時間余裕に応じて設定する。

因みに、期間Δ１は、時刻同期情報データ送信装置４における時刻Ｔ（ｎ）、Ｔ（ｎ＋１）、Ｔ（ｎ＋２）、・・・に対する、情報処理装置１、２、３のアプリケーション・プログラムが利用するタイマーの誤差である。
また、期間Δ２は、データパケット送出時刻に対する、情報処理装置１、２、３の受信機能のアプリケーション・プログラムにおける受信確認時刻の誤差である。
いずれも、理想的にはゼロであることが望ましい。
なお、時刻同期情報データＴ（ｎ）、Ｔ（ｎ＋１）、Ｔ（ｎ＋２）、・・・は、必ずしも周期的に発生する必要はない。例えば、受信機能のアプリケーション・プログラムで受信のタイムアウトＴ’（ｎ）、Ｔ’（ｎ＋１）、・・・の設定が必要となる場合に対応して非周期的に発生しても良い。
また、送出期間ｔ１及び受信期間ｔ２は、時刻Ｔ（ｎ）、Ｔ（ｎ＋１）、Ｔ（ｎ＋２）、・・・毎に、必ずしも一つ設定する必要はない。例えば、複数の情報処理装置において、時刻Ｔ（ｎ）、Ｔ（ｎ＋１）、Ｔ（ｎ＋２）、・・・毎に、複数の送出期間ｔ１と複数の受信期間ｔ２を設定するように取り決めても良い。

（Ｂ）形態例２
図３に、非同期ネットワークシステムの他の形態例を示す。すなわち、映像信号切換システムへの適用例を示す。このシステム例では、映像信号切換制御装置５と、映像信号切換装置６、７と、垂直同期信号送信装置８とがＬＡＮ経由で接続された形態を説明する。
なお、映像信号切換制御装置５と映像信号切換装置６、７は、図１の情報処理装置１、２、３に対応する。また、垂直同期信号送信装置８は、図１の時刻同期情報データ送信装置４に対応する。
このうち、映像信号切換装置６は、映像入力信号Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を選択対象とし、選択した映像信号を映像出力信号Ｏ１、Ｏ２として出力する機能を有する。
また、映像信号切換装置７は、映像入力信号Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６を選択対象とし、選択した映像信号を映像出力信号Ｏ３、Ｏ４として出力する機能を有する。

ここで、映像信号切換制御装置５及び映像信号切換装置６、７には、垂直同期信号が垂直同期信号送信装置８からＬＡＮ経由で与えられ、システムに共通の垂直同期信号が再生される。この垂直同期信号を共通の時刻情報として、映像信号切換制御装置５及び映像信号切換装置６、７は動作する。
また、映像信号切換装置６及び７は、映像信号切換制御装置５からＬＡＮ経由で受信される制御コマンドに基づいて動作し、制御コマンドに応じた映像信号の切換処理を実行する。
因みに、映像信号の切換は、垂直同期信号のタイミングに連動して実行される。この形態例の場合、映像信号の切換を制御する制御コマンドが、所定の到達時間内の送受信保証が要求されるデータである。

図４に、映像信号切換システムにおける通信スケジュールの一例を示す。ここでは、制御コマンドの送受信と、切換動作のタイミング例を示す。
図４（Ａ）に、垂直同期情報送信装置８による垂直同期情報の送信タイミング例を示す。ここでは、垂直同期信号パケットＰは、Ｆｉｅｌｄ（ｎ）、Ｆｉｅｌｄ（ｎ＋１）、Ｆｉｅｌｄ（ｎ＋２）、・・・のタイミングでブロードキャストされる。
映像信号切換制御装置５及び映像信号切換装置６、７は、この垂直同期情報パケットＰを受信し、Ｆｉｅｌｄ（ｎ）、Ｆｉｅｌｄ（ｎ＋１）、Ｆｉｅｌｄ（ｎ＋２）、・・・を共有する。

図４（Ｂ）に、制御コマンドＣ（ｎ）、Ｃ（ｎ＋１）の送信スケジュールを示す。なお、Ｃ（ｎ）は、Ｆｉｅｌｄ（ｎ）の送信期間ｔ１に送信される制御コマンドを示す。また、Ｃ（ｎ＋１）は、Ｆｉｅｌｄ（ｎ＋１）の送信期間ｔ１に送信される制御コマンドを示す。
因みに、Ｃ６は、映像信号切換装置６に対する制御コマンドを意味する。また、Ｃ７は、映像信号切換装置７に対する制御コマンドを意味する。
従って、Ｃ６（ｎ）は、Ｆｉｅｌｄ（ｎ）において映像信号切換装置６に対して送信されるコマンドを意味する。また、Ｃ７（ｎ）は、Ｆｉｅｌｄ（ｎ）において映像信号切換装置７に対して送信されるコマンドを意味する。

図４（Ｃ）に、制御コマンドＣ６（ｎ）、Ｃ６（ｎ＋１）の受信スケジュールを示す。
映像信号切換装置６は、Ｆｉｅｌｄ（ｎ）の受信期間ｔ２でＣ６（ｎ）を、Ｆｉｅｌｄ（ｎ＋１）の受信期間ｔ２でＣ６（ｎ＋１）を受信する。なお、映像信号切換装置７も、Ｆｉｅｌｄ（ｎ）の受信期間ｔ２でＣ７（ｎ）を受信する。
図４（Ｄ）に、Ｃ６（ｎ）の制御内容が次のフィールドであるＦｉｅｌｄ（ｎ＋１）で反映される様子を示す。同様に、Ｃ６（ｎ＋１）の制御内容が次のフィールドであるＦｉｅｌｄ（ｎ＋２）で反映される様子を示す。
図４（Ｅ）に、Ｃ７（ｎ）の制御内容が次のフィールドであるＦｉｅｌｄ（ｎ＋１）で反映される様子を示す。

図５に、映像信号切換装置６が受信期間ｔ２内にＣ６（ｎ）を受信できない場合の動作例を示す。具体的には、図５（Ｃ）に示す。
本来、この形態例は、このような事態の発生を未然に防ぐため、送出期間ｔ１及び受信期間ｔ２を設定する。しかし、設定以上の伝搬遅延が発生する可能性もある。図５は、かかる異常事態を考慮した通信スケジュールである。
なお、図示していないが、映像信号切換制御装置５と映像信号切換装置６、７との間で行う制御コマンドの通信自体の成功・失敗の確認は、ＴＣＰ／ＩＰレイヤー又はアプリケーション・レイヤーで行われる。

これとは別の機能として、受信機能のアプリケーション・プログラムは、リアルタイム性を保証すべき制御コマンドが受信期間ｔ２の範囲内で受信できたかどうかを判定し、受信期間ｔ２の範囲を超えて受信した制御コマンドは無効とする。
この場合、図５（Ｄ）に示すようにＮＡＣＫ６（ｎ）を送信することで、Ｃ６（ｎ）を無効にしたことを映像信号切換制御装置５に伝える。この通知によって、映像信号切換制御装置５は、次のフィールド以降のタイミングで同一内容の情報を再送信することが可能となる。
図５（Ｅ）は、Ｃ６（ｎ＋１）の制御内容が次のフィールドであるＦｉｅｌｄ（ｎ＋２）で反映される様子を示す

なお、制御コマンドの受信遅延を通知する方法には、ＮＡＣＫではなく常にＡＣＫを送信する方法もある。すなわち、制御コマンドが受信期間ｔ２内に受信された場合にはＡＣＫを返し、遅延により制御コマンドが受信期間ｔ２に受信されない場合にはＡＣＫを返さない方法もある。因みに、この応答は、“期間内の受信”の成功・失敗に対する応答であり、“通信自体”の成功・失敗に対する応答とは別である。
この他、制御コマンドの受信遅延を通知する方法には、前述した制御コマンドの“通信自体”の成功・失敗の応答に、“受信期間ｔ２内の受信”に対する成功・失敗の情報を加味する方法が考えられる。

（Ｃ）形態例３
図６に、非同期ネットワークシステムの他の形態例を示す。本例も、映像信号切換システムへの適用例を示す。このシステム例では、垂直同期信号送信装置８と、モニタ機能付き映像信号切換制御装置９と、モニタ対応機能付き映像信号切換装置１０、１１とがＬＡＮ経由で接続された形態を説明する。
なお、モニタ機能付き映像信号切換制御装置９とモニタ対応機能付き映像信号切換装置１０、１１は、図１の情報処理装置１、２、３に対応する。また、垂直同期信号送信装置８は、図１の時刻同期情報データ送信装置４に対応する。

ここで、モニタ対応機能付き映像信号切換装置１０は、映像入力信号Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を選択対象とし、選択した映像信号を映像出力信号Ｏ１、Ｏ２として出力する機能を有する。
また、モニタ対応機能付き映像信号切換装置１１は、映像入力信号Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６を選択対象とし、選択した映像信号を映像出力信号Ｏ３、Ｏ４として出力する機能を有する。
この選択動作を制御する制御コマンドは、制御コマンドがモニタ機能付き映像信号切換制御装置９からＬＡＮ経由でモニタ対応機能付き映像信号切換装置１０及び１１に与えられる。

また、モニタ対応機能付き映像信号切換装置１０及び１１には、垂直同期情報送信装置８から垂直同期情報がＬＡＮ経由で与えられ、システムに共通の垂直同期信号が再生される。この垂直同期信号に連動して、モニタ対応機能付き映像信号切換装置１０及び１１は映像信号の切換処理を実行する。
因みに、“モニタ対応機能”とは、映像入力信号及び映像出力信号の中からモニタ機能付き映像信号切換制御装置９が指定した映像信号をパケット化して送信する機能の意味で使用する。
また、“モニタ機能”とは、パケット化した映像信号を受信して表示する機能の意味で使用する。

ここで、表示画像は、垂直同期情報送信装置８から受信される垂直同期情報に従って表示される。もっとも、表示画像の切換タイミングは、フィールド単位程度の誤差を許容するものとする。
したがって、この映像信号パケットは、形態例１の説明で記述したリアルタイム性を保証すべき制御コマンドとは性質の異なるデータパケットとして取扱うことが可能となる。

図７に、映像信号切換システムにおける通信スケジュールの一例を示す。なお、制御コマンドの送受信と切換動作のタイミングは、形態例１の説明と同じであるので説明を省略する。
以下では、モニタ画像の送信と受信タイミングを説明する。すなわち、リアルタイム性が要求される制御パケットに加えて、リアルタイム性が要求されないか誤差が許容される映像信号パケットを送信する場合について説明する。

まず図７（Ａ）に、垂直同期情報送信装置８による垂直同期情報の送信タイミング例を示す。
映像信号切換制御装置９、映像信号切換装置１０及び１１は、Ｆｉｅｌｄ（ｎ）、Ｆｉｅｌｄ（ｎ＋１）、Ｆｉｅｌｄ（ｎ＋２）、・・・の垂直同期タイミングを共有して動作している。
図７（Ｂ）に、パケット化した映像信号の送信スケジュールを示す。また、図７（Ｃ）に、パケット化した映像信号の受信スケジュールを示す。図では、映像信号切換装置１０が送信するパケットＰを白抜きの四角で表している。図では、各フィールドに４つのパケットが送信される場合を表している。

図７（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、この映像信号は、リアルタイム性を保証すべき制御コマンドの受信スケジュール上の受信期間ｔ２を待った後の残りの時間帯に送受信される。
これにより、リアルタイム性が要求される制御パケットについては設定時間内の通信とその処理の実行確保と、リアルタイム性が要求されないパケットの送信とが確保される。なお、リアルタイム性が要求されないパケットについて通信が失敗した場合には、改めて再送される。

（Ｄ）他の形態例
（ａ）前述の形態例では、リアルタイム性を保証すべきデータパケットと、リアルタイム性の保証が不要なデータパケットの受信又は送信機能の両方を有する情報処理装置から構成されるシステムについて説明した。
しかし、リアルタイム性を保証すべきデータパケットだけを送受信する情報処理装置と、リアルタイム性の保証が不要なデータパケットだけを送受信する情報処理装置から構成される非同期ネットワークシステムにも適用できる。

（ｂ）前述の形態例では、映像機器として映像信号切換装置とその切換制御装置が接続されている場合について説明した。しかし、他の映像機器が接続されても良い。
例えば、撮像カメラ、監視カメラその他の撮像装置とその制御装置が接続されていても良い。また例えば、ビデオサーバー、ビテオテープレコーダーその他のストレージ装置が接続されていても良い。

（ｃ）前述の形態例では、非同期ネットワークシステムの一例として映像信号切換システムを説明した。そして、非同期ネットワークシステムを構成する情報処理装置の一例として映像機器を接続する場合について説明した。
しかし、非同期ネットワークシステムを構成する情報処理装置は他の電子機器でも良い。例えば、スピーカ、チューナー、アンプ、スイッチャその他の音声機器でも良い。
（ｄ）非同期ネットワークシステムは、民生用のネットワークシステムにも、事業者用のネットワークシステムにも応用できる。例えば、放送局システム（すなわち、映像機器として放送機器が接続される場合）や宅内システムにも適用できる。また、拠点間を接続する基幹システムにも適用できる。

（ｅ）前述の形態例に係る送受信機能は、その応用システムに応じた情報処理装置に搭載できる。例えば、コンピュータ、印刷装置、デジタルカメラ、ゲーム機器、スキャナ、携帯情報端末（携帯型のコンピュータ、携帯電話機、携帯型ゲーム機、電子書籍等）、時計、画像再生装置（例えば、光ディスク装置、ホームサーバー）、モニタ、テレビジョン受像器にも搭載できる。
なお、送受信機能は、処理ボード、半導体チップその他のハードウェアとして搭載される他、コンピュータ上で実行されるプログラムの形態としても搭載し得る。
（ｆ）前述の形態例では、時刻同期情報データ送信装置と情報処理装置が別の場合について説明した。しかし、時刻同期情報データ送信装置は、いずれかの情報処理装置内に搭載されていても良い。
（ｇ）前述の形態例には、発明の趣旨の範囲内で様々な変形例が考えられる。また、本明細書の記載に基づいて創作される各種の変形例及び応用例も考えられる。

形態例１に係る非同期ネットワークシステム例を示す図である。 形態例１の通信スケジュールを示す図である。 形態例２に係る非同期ネットワークシステム例を示す図である。 形態例２の通信スケジュールを示す図である（正常時）。 形態例２の通信スケジュールを示す図である（異常時）。 形態例３に係る非同期ネットワークシステム例を示す図である。 形態例３の通信スケジュールを示す図である。

符号の説明

１、２、３ 情報処理装置
４ 時刻同期情報データ送信装置
５ 映像信号切換制御装置
６、７ 映像信号切換装置
８ 垂直同期情報送信装置
９ 映像信号切換装置（モニタ機能付き）
１０、１１ 映像信号切換装置（モニタ対応機能付き）

Claims (4)

1. 同一の時刻情報を共有する複数の情報処理装置と制御装置とで構成される非同期ネットワークシステムであって、
   前記制御装置と前記複数の情報処理装置は、前記時刻情報に基づいて規定された通信スケジュールを共有し、かつ、前記制御装置が、所定の到達時間内の送受信保証が要求される切替制御コマンドを、前記通信スケジュール上の第１の区間を占有して前記情報処理装置に送信するとき、
   前記情報処理装置は、前記通信スケジュール上の第２の区間内に、前記第１の区間に送信された切替制御コマンドが受信されたか否かを判定し、その判定結果を前記制御装置に通知すると共に、前記切替制御コマンドが前記第２の区間内に受信されなかった場合には、当該切替制御コマンドを無効に制御する
   非同期ネットワークシステム。
2. 同一の時刻情報を共有する複数の情報処理装置と制御装置とで構成される非同期ネットワークシステムにおける情報処理装置は、
   前記時刻情報に基づいて規定された通信スケジュールが、他の前記情報処理装置と前記制御装置との間で共有される場合に、前記制御装置が、所定の到達時間内の送受信保証が要求される切替制御コマンドを、前記通信スケジュール上の第１の区間を占有して前記情報処理装置に送信するとき、
   前記通信スケジュール上の第２の区間内に、前記第１の区間に送信された切替制御コマンドが受信されたか否かを判定し、その判定結果を前記制御装置に通知すると共に、前記切替制御コマンドが前記第２の区間内に受信されなかった場合には、当該切替制御コマンドを無効に制御する
   情報処理装置。
3. 同一の時刻情報を共有する複数の情報処理装置と制御装置とで構成される非同期ネットワークシステムにおけるデータ通信管理方法であって、
   前記制御装置と前記複数の情報処理装置が、前記時刻情報に基づいて規定された通信スケジュールを共有し、かつ、前記制御装置が、所定の到達時間内の送受信保証が要求される切替制御コマンドを、前記通信スケジュール上の第１の区間を占有して前記情報処理装置に送信するとき、
   前記情報処理装置が、前記通信スケジュール上の第２の区間内に、前記第１の区間に送信された切替制御コマンドが受信されたか否かを判定し、その判定結果を前記制御装置に通知すると共に、前記切替制御コマンドが前記第２の区間内に受信されなかった場合には、当該切替制御コマンドを無効に制御する
   データ通信管理方法。
4. 非同期ネットワーク上に存在する他の情報処理装置及び制御装置と共に、同一の時刻情報を共有する情報処理装置に搭載されるコンピュータで実行されるプログラムであって、
   前記時刻情報に基づいて規定された通信スケジュールが、他の前記情報処理装置と前記制御装置と共有される場合に、前記制御装置が、所定の到達時間内の送受信保証が要求される切替制御コマンドを、前記通信スケジュール上の第１の区間を占有して情報処理装置に送信するとき、
   前記通信スケジュール上の第２の区間内に、前記第１の区間に送信された切替制御コマンドが受信されたか否かを判定する処理と、
   前記処理の結果を前記制御装置に通知する処理と、
   前記切替制御コマンドが前記第２の区間内に受信されなかった場合には、当該切替制御コマンドを無効に制御する処理と
   を有するプログラム。

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