JP4198089B2 - 通信システム - Google Patents

Description

本発明は通信システムに関し、特に通信速度を設定して通信を行う通信システムに関する。

ネットワークなどでつながれたコンピュータ機器での情報転送には、シリアル通信が広く使用されている。シリアル通信は、送信側で０、１のディジタルデータを、１度に１ビットだけ送り、一定時間間隔で順次繰り返して、受信側でそれをもとに戻す通信方式である。また、シリアル通信の同期のとり方には、同期通信方式と非同期（調歩同期）通信方式がある。

同期通信方式は、送信側ではデータのほかにクロックを送信し、受信側はクロックのタイミングでデータを読みとって同期をとる通信方式である。また、非同期通信方式は、同期用のクロックが無く、送信側では、データの先頭にデータの開始を示すスタートビット、データの最後にデータの終了を示すストップビットを付けて送信し、受信側では、スタートビット及びストップビットからデータ間隔を認識して、データを読みとって同期をとる通信方式である。

非同期通信はスタートビット及びストップビットをデータの両端に付加するので、データ転送速度は同期通信と比べて遅くはなるが、同期通信よりもスケーラビリティや可用性に優れており、一般のパソコン通信には主に非同期通信が使用されている。

また、２つの機器間で非同期通信を行う場合、互いに通信速度の整合をとる必要がある。なお、通信速度は１秒間に送れるビット数を表し、ｂｐｓ（bit/second）と記される。図７は従来の通信速度の設定方法を示す図である。

〔Ｓ１１〕通信機器３０は、自装置の通信速度でデータを通信機器４０へ送信する。
〔Ｓ１２〕通信機器４０は、自装置に設定されている通信速度と等しいか否かをチェックする。

〔Ｓ１３〕通信機器４０は、通信速度が異なる場合、エラーを通信機器３０へ送信する。
〔Ｓ１４〕通信機器３０は、設定されている別の通信速度でデータを通信機器４０へ送信する。通信速度の整合がとれるまでステップＳ１１〜ステップＳ１４を繰り返す。

〔Ｓ１５〕通信速度の整合がとれたら互いに通信を開始する。
一方、従来の非同期通信の技術として、不正同期を起こしている場合に、受信側でフレーミングエラーを発生させ、不正同期を検出して、次のフレーム受信において正常な同期を確立させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平０７−１７０２５３号公報（段落番号〔０００７〕〜〔０００９〕，第１図）

しかし、従来の図７に示す通信速度の設定方法では、両方の機器が同じ設定値となるまで互いに通知しあうものなので、ある決められた通信速度の値でのみしか設定できないといった問題があった。

また、従来技術（特開平０７−１７０２５３号公報）では、あらかじめ送受信装置の通信速度の整合がとれている状態で、送受信間で同期が外れて不正同期を起こした場合に、正常な同期を確立するための技術であり、通信速度の自動設定を行うことを目的としたものではない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、情報通信を行う際に通信速度を簡易に効率よく設定する通信システムを提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、通信速度を設定して通信を行う通信システム１において、データの先頭に付加されるスタートビット及びデータの最後に付加されるストップビットを含み、受信側で通信速度を測定するための１フレームの測定用データＤ１を送信する送信装置１０と、送信側と受信側の通信速度が不一致で、ストップビットの正常検出ができないときに発生するフレーミングエラーに対し、測定用データＤ１を受信して測定ポイント毎にフレーミングエラーの発生検出を行い、フレーミングエラー検出情報を生成するフレーミングエラー検出部２２と、フレーミングエラー検出情報及び測定ポイント間隔時間にもとづいて、送信装置１０の通信速度を測定する通信速度測定部２３と、から構成される受信装置２０と、を有することを特徴とする通信システム１が提供される。

ここで、フレーミングエラー検出部２２は、１フレームがｎビット、１フレーム時間がＴ１の測定用データに対し、検出クロックのｎクロック毎の測定ポイント間隔で測定用データＤ１のレベルを検出し、フレーミングエラー検出情報として、フレーミングエラー検出時の測定ポイント数をＡ、フレーミングエラー未検出時の測定ポイント数をＢとし、測定ポイント間隔時間をＴ２とした場合に、通信速度測定部２３は、Ｔ２＜Ｔ１／ｎのときに、送信装置１０の通信速度をｎ／（Ｔ２×（Ａ＋Ｂ））で求める。

本発明の通信システムは、送信装置は、データの先頭に付加されるスタートビット及びデータの最後に付加されるストップビットを含み、受信側で通信速度を測定するための１フレームの測定用データを送信し、受信装置は、測定用データを受信して測定ポイント毎にフレーミングエラーの発生検出を行い、フレーミングエラー検出情報及び測定ポイント間隔時間にもとづいて、送信装置の通信速度を測定する構成とした。これにより、情報通信を行う際に送受信間での通信速度を簡易に設定することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は通信システムの原理図である。本発明の通信システム１は、送信装置１０と受信装置２０から構成されて、通信速度を設定して非同期通信を行うシステムである。

送信装置１０は、データの先頭に付加されるスタートビット及びデータの最後に付加されるストップビットを含み、受信側で通信速度を測定するための１フレームの測定用データＤ１を送信する。具体的な測定用データとしては、Ｌレベル８ビットのデータに、データの先頭にＬレベル１ビットのスタートビット及びＨレベル１ビットのストップビットを付加した計１０ビットを送出する。

受信装置（通信装置）２０は、データ受信部２１、フレーミングエラー検出部２２、通信速度測定部２３から構成される。データ受信部２１は、送信装置１０からの測定用データＤ１を受信する。フレーミングエラー検出部２２は、送信側と受信側の通信速度が不一致で、ストップビットの正常検出ができないときに発生するフレーミングエラーに対し、測定用データＤ１を受信して測定ポイント毎にフレーミングエラーの発生検出を行い、フレーミングエラー検出情報を生成する。

通信速度測定部２３は、フレーミングエラー検出情報及び測定ポイント間隔時間にもとづいて、送信装置１０の通信速度を測定する。通信速度の測定後は、測定したその通信速度で、送信装置１０、受信装置２０間でデータ通信が行われる。なお、本発明の詳細動作は図４以降で説明する。

ここで、通信速度について説明する。通信速度はｂｐｓという単位の他にボーレート（baud rate）がある。ｂｐｓは、１秒間に転送できるビット数だが、ボーレートはモデムなどのシリアルデータ転送の速度を表わす単位であり、本来は１秒間に送ることができる信号（変調信号）の状態切替えタイミング数を意味する。ｂｐｓとボーレートはともに通信速度を表す単位であるが通信環境によって値が異なってくる。

例えば、１２００ｂｐｓ以下の低速なモデムではボーレートとｂｐｓは等しいが、２４００ｂｐｓのモデムでは４相位相変調により１つの信号に２ビットの情報を与えているので、ボーで表わすと１２００ボーとなる（したがって、通信機器一般を考えた場合、ｂｐｓの言葉を選んだ方がよい）。なお、以降では、通信速度はｂｐｓを対象にする。

次にＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）の非同期データ転送フォーマット及びフレーミングエラーについて説明する。図２はＵＡＲＴ非同期データ転送フォーマットを示す図である。ＵＡＲＴとは、非同期式の伝送用ＬＳＩのことであり、一般のパソコンではＵＡＲＴチップを用いて非同期通信が行われる。

非同期式は、キャラクタ（文字）単位の伝送であり、送信側では例えば、５〜８ビットのキャラクタにスタートビット／ストップビットを付加して送信し、受信側では、検出クロックにより各ビットを検出して、キャラクタを取り出す。図では、0b11001010の８ビットのキャラクタの転送フォーマットを示しており、キャラクタの最初は必ずＬレベルのスタートビットから始まり、キャラクタの最後は必ずＨレベルのストップビットで終了する（以降、キャラクタはデータと呼ぶ）。

図３はフレーミングエラーを示す図である。フレーミングエラーは、送信側と受信側の通信速度が一致していないときに（すなわち、送信側データの１ビット間隔と、受信側検出クロックの１ビット間隔が異なるときに）、ストップビット検出時にＬレベルが検出されると発生されるものである。

図では、送信側と受信側の通信速度が一致していないために、本来、ストップビットでＨレベルを検出するところがＬレベルが検出されて、フレーミングエラーが発生している様子を示している（図の場合、Ｈレベルでフレーミングエラー発生としている）。

次に通信速度の算出について詳しく説明する。図４は通信速度の算出を説明するための図である。図では、（送信装置１０の通信速度）＜（受信装置２０の通信速度）となっており、通信速度設定前の状態を示している。

送信装置１０から送信される通信速度設定のための測定用データＤ１は、Ｌレベル８ビットのデータに対して、データの先頭にＬレベル１ビットのスタートビット及びＨレベル１ビットのストップビットを付加した計１０ビットの１フレームからなる。通信速度が求まる間は、測定用データＤ１は送信され続ける。

この１フレームの時間をＴ１[s]とする（Ｔ１は受信装置２０側では最初は不明）。また、図の点線の間隔は受信装置２０の１０クロック分に相当しており、これをＴ２[s]とする（Ｔ２は受信装置２０側では当然既知である）。

受信装置２０は、測定用データＤ１を受信すると、フレーミングエラー検出部２２は、フレーミングエラーの検出処理を行う。フレーミングエラーは、上述したように、ストップビットをＬレベルと検出した場合に発生するので、ここでは受信装置２０の１０クロック目（ストップビットが存在するビット位置）が、Ｌレベルであればフレーミングエラー検出となる。すなわち、１０クロック毎に測定用データＤ１のレベルを検出して、Ｈレベルならフレーミングエラー未検出（図中、白丸）、Ｌレベルならフレーミングエラー検出（図中、黒丸）となる。

ここで、送信装置１０の通信速度は１０／Ｔ１[bps]である。また、受信装置２０で測定される送信装置１０の通信速度は、フレーミングエラー検出時の測定ポイント数をＡ、フレーミングエラー未検出時の測定ポイント数をＢとすると（Ａ、Ｂはフレーミングエラー検出情報に該当する）、１０／（Ｔ２×（Ａ＋Ｂ））[bps]で表せ、受信装置２０はこの式から送信装置１０の通信速度を認識することができる（なお、Ｔ１＝Ｔ２×（Ａ＋Ｂ）となる）。受信装置２０は、通信速度を求めた後は、通信速度を自装置に設定して、送信装置１０と通信を行う。

ただし、受信装置２０の測定ポイント間隔Ｔ２が、測定用データＤ１のストップビットのＨレベルの時間間隔（Ｔ１／１０）よりも広いと、このストップビットのＨレベルを見逃してしまう（スキャンすることができない）場合が生じるので、通信速度の測定条件としては、Ｔ２＜Ｔ１／１０となる。また、最大誤差はＴ２[s]となる。

上記のことを一般的に記すと、１フレームがｎビット、１フレーム時間がＴ１の測定用データに対し、検出クロックのｎクロック毎の測定ポイント間隔で測定用データのレベルを検出し、フレーミングエラー検出時の測定ポイント数をＡ、フレーミングエラー未検出時の測定ポイント数をＢとして、測定ポイント間隔時間をＴ２とした場合に、Ｔ２＜Ｔ１／ｎのときに、送信装置１０の通信速度をｎ／（Ｔ２×（Ａ＋Ｂ））で求めることになる。

なお、上記では、Ａ＋Ｂの１フレーム単位で測定したが、フレーミングエラーのＡのみを利用して算出してもよい。すなわち、上記の例では９／（Ｔ２×Ａ）[bps]となる（一般的には、（ｎ−１）／（Ｔ２×Ａ）[bps]）。

また、上記の測定用データＤ１はスタートビット（Ｌ）＋0x00＋ストップビット（Ｈ）に限定される（ストップビットを明確にするため）。さらに、ストップビットを含む検出を行う場合は、送信データは連続した測定用データＤ１を最低２個以上送信する必要がある（データ送信後はＨレベルに信号が固定され、検出終了が分からなくなるため）。

次に通信装置（受信装置）２０の構成及び動作フローについて説明する。図５は通信装置２０の構成を示す図である。通信装置２０は、データ受信部２１、フレーミングエラー検出部２２、通信速度算出回路（通信速度測定部）２３、タイミング生成回路２４、データ送信部２５から構成され、フレーミングエラー検出部２２は、受信状態判定回路２２ａ、フレーミングエラーカウンタ２２ｂを含む。

データ受信部２１は、通信速度の設定前は、送信装置１０からの測定用データＤ１を受信し、通信速度の設定後は、通常の通信データを受信する。受信状態判定回路２２ａは、測定用データＤ１のフレーミングエラー検出を行う。フレーミングエラーカウンタ２２ｂは、フレーミングエラー検出回数及びフレーミングエラー未検出回数をカウントする。通信速度算出回路２３は、カウント値及びカウント間隔時間をもとに通信速度を算出する。

タイミング生成回路２４は、算出された通信速度を自装置に設定する。データ送信部２５は、タイミング生成回路２４から設定された送信タイミングでデータを送信装置１０側へ転送する。

図６は通信装置２０の動作フローチャートを示す図である。
〔Ｓ１〕データ受信部２１は、送信装置１０からの測定用データＤ１を受信する。
〔Ｓ２〕受信状態判定回路２２ａは、フレーミングエラーを検出する。

〔Ｓ３〕フレーミングエラーカウンタ２２ｂは、フレーミングエラー検出ポイント数をカウントする。
〔Ｓ４〕受信状態判定回路２２ａは、フレーミングエラーの未検出を認識する。

〔Ｓ５〕フレーミングエラーカウンタ２２ｂは、フレーミングエラー未検出ポイント数をカウントする。
〔Ｓ６〕通信速度算出回路２３は、カウント値及びカウント間隔時間にもとづき、送信装置１０の通信速度を算出する。

〔Ｓ７〕タイミング生成回路２４は、求めた通信速度から自装置のタイミングを生成し、データ送信部２５は、設定されたタイミングでデータを送信する。
以上説明したように、本発明によれば、２つの機器間で非同期通信を行う場合に、一方の機器の通信速度に合わせて、他方の機器でフレーミングエラーを利用して通信速度を測定・算出する構成とした。これにより、情報通信を行う際に送受信間での通信速度を簡易に設定することが可能になり、非同期通信の初期運用時の品質の向上を図ることが可能になる。

通信システムの原理図である。 ＵＡＲＴ非同期データ転送フォーマットを示す図である。 フレーミングエラーを示す図である。 通信速度の算出を説明するための図である。 通信装置の構成を示す図である。 通信装置の動作フローチャートを示す図である。 従来の通信速度の設定方法を示す図である。

符号の説明

１ 通信システム
１０ 送信装置
２０ 受信装置
２１ データ受信部
２２ フレーミングエラー検出部
２３ 通信速度測定部
Ｄ１ 測定用データ

Claims (3)

1. 通信速度を設定して通信を行う通信システムにおいて、
   データの先頭に付加されるスタートビット及びデータの最後に付加されるストップビットを含み、受信側で通信速度を測定するための１フレームの測定用データを送信する送信装置と、
   送信側と受信側の通信速度が不一致で、ストップビットの正常検出ができないときに発生するフレーミングエラーに対し、測定用データを受信して測定ポイント毎にフレーミングエラーの発生検出を行い、フレーミングエラー検出情報を生成するフレーミングエラー検出部と、フレーミングエラー検出情報及び測定ポイント間隔時間にもとづいて、前記送信装置の通信速度を測定する通信速度測定部と、から構成される受信装置と、
   を備え、
   前記フレーミングエラー検出部は、１フレームがｎビット、１フレーム時間がＴ１の測定用データに対し、検出クロックのｎクロック毎の測定ポイント間隔で測定用データのレベルを検出し、フレーミングエラー検出情報として、フレーミングエラー検出時の測定ポイント数をＡ、フレーミングエラー未検出時の測定ポイント数をＢとし、測定ポイント間隔時間をＴ２とした場合に、前記通信速度測定部は、Ｔ２＜Ｔ１／ｎのときに、前記送信装置の通信速度をｎ／（Ｔ２×（Ａ＋Ｂ））で求める、
   ことを特徴とする通信システム。
2. 通信速度を設定して通信を行う通信装置において、
   データの先頭に付加されるスタートビット及びデータの最後に付加されるストップビットを含み、通信速度を測定するための１フレームの測定用データを受信するデータ受信部と、
   送信側と受信側の通信速度が不一致で、ストップビットの正常検出ができないときに発生するフレーミングエラーに対し、測定用データを受信して測定ポイント毎にフレーミングエラーの発生検出を行い、フレーミングエラー検出情報を生成するフレーミングエラー検出部と、
   フレーミングエラー検出情報及び測定ポイント間隔時間にもとづいて、送信装置の通信速度を測定する通信速度測定部と、
   を備え、
   前記フレーミングエラー検出部は、１フレームがｎビット、１フレーム時間がＴ１の測定用データに対し、検出クロックのｎクロック毎の測定ポイント間隔で測定用データのレベルを検出し、フレーミングエラー検出情報として、フレーミングエラー検出時の測定ポイント数をＡ、フレーミングエラー未検出時の測定ポイント数をＢとし、測定ポイント間隔時間をＴ２とした場合に、前記通信速度測定部は、Ｔ２＜Ｔ１／ｎのときに、前記送信装置の通信速度をｎ／（Ｔ２×（Ａ＋Ｂ））で求める、
   ことを特徴とする通信装置。
3. 送信／受信装置間の通信速度を自動的に設定する通信速度設定方法において、
   送信装置は、データの先頭に付加されるスタートビット及びデータの最後に付加されるストップビットを含み、受信側で通信速度を測定するための１フレームの測定用データを送信し、
   受信装置は、送信側と受信側の通信速度が不一致で、ストップビットの正常検出ができないときに発生するフレーミングエラーに対し、測定用データを受信して測定ポイント毎にフレーミングエラーの発生検出を行う際に、１フレームがｎビット、１フレーム時間がＴ１の測定用データに対し、ｎクロック毎の測定ポイント間隔で測定用データのレベルを検出し、
   フレーミングエラー検出時の測定ポイント数をＡ、フレーミングエラー未検出時の測定ポイント数をＢ、測定ポイント間隔時間をＴ２とした場合に、Ｔ２＜Ｔ１／ｎのときに、送信装置の通信速度をｎ／（Ｔ２×（Ａ＋Ｂ））で求める、
   ことを特徴とする通信速度設定方法。

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