JP4302483B2 - データ伝送方法およびデータ伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の機器間におけるデータ伝送方法およびその装置に関し、より特定的には、周期的な伝送が要求されるデータ信号と単発的に発生する非同期なデータ信号とを時間的に多重を行ってデータ伝送を行うデータ伝送方法およびその装置に関する。

従来、デジタル機器の普及に伴ってデジタル化された映像および音声データ等を１元的に管理および加工するためのネットワーク化が進んでいる。デジタル機器間では、映像および音声等の周期的な伝送が要求されるデータ信号と、静止画、文書、または機器の制御信号といった単発的に発生するデータ信号とが伝送される。そして、上記ネットワークにおいては、上記２種類のデータ信号が混在して伝送されるデータ伝送システムが用いられることがある。

上記データ伝送システムに適応するデジタルインタフェースとして、ＩＥＥＥ１３９４規格がある。ＩＥＥＥ１３９４規格は、ＩＥＥＥ（米国電気電子技術者協会：Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）による規格である。ＩＥＥＥ１３９４規格の分類としては、ＩＥＥＥ１３９４−１９９５規格、ＩＥＥＥ１３９４ａ−２０００規格、およびＩＥＥＥ１３９４ｂ−２００２規格等がある。ＩＥＥＥ１３９４規格は、映像や音声等の周期的な伝送が要求するデータ信号と、制御信号や静止画等の単発的に発生する非同期なデータ信号との両方を伝送できる特徴を有している。以下、図６を参照して、ＩＥＥＥ１３９４規格のデータ伝送方法の概略について説明する。なお、図６は、ＩＥＥＥ１３９４規格のデータ伝送方法における横軸を時間ｔとしたデータ信号タイミングを示す図である。

図６の上段図において、ＩＥＥＥ１３９４規格では、サイクルスタートパケット（Ｃｙｃｌｅ Ｓｔａｒｔ Ｐａｃｋｅｔ）ＣＳＰと呼ばれる一種の同期信号が時間Ｔ（例えば、約１２５μｓ）毎に伝送される。そのサイクルスタートパケットＣＳＰに続いて、アイソクロナス（Ｉｓｏｃｈｒｏｎｏｕｓ；Ｉｓｏ）転送と呼ばれるモードで、予め予約している機器が順次データＩＤを転送する。そして、アイソクロナス転送が終了後、伝送路の無信号期間が一定時間経過すると、アシンクロナス（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ；Ａｓｙｎｃｈ）転送と呼ばれるモードで単発的に発生するデータ伝送の要求に対しデータの伝送を行う。例えば、アイソクロナス転送モードでは、予め予約した機器がサイクルスタートパケットＣＳＰに続いてデータ伝送を確保できるため、映像や音声等のリアルタイムデータを伝送し、アシンクロナス転送モードでは制御信号や静止画等の単発的なデータを伝送する。

具体例を説明すると、サイクルスタートパケットＣＳＰの後、アイソクロナスギャップ（Ｉｓｏｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇａｐ）ＩＧとして規定される期間の無信号期間が設けられ、その後アイソクロナス転送が行われる。図６の上段図では、アイソクロナス転送が３チャネル分行われ、それぞれアイソクロナスデータＩＤ１〜ＩＤ３として示されている。なお、アイソクロナスデータＩＤ１およびＩＤ２の間と、アイソクロナスデータＩＤ２およびＩＤ３の間とには、それぞれアイソクロナスギャップＩＧが設けられる。

アイソクロナス転送が終了し、アイソクロナスギャップＩＧより長いサブアクションギャップ（Ｓｕｂａｃｔｉｏｎ ｇａｐ）ＳＧとして規定される無信号期間が設けられ、その後アシンクロナス転送が行われる。図６の上段図では、アシンクロナス転送がアシンクロナスデータＡＤとして示されている。アイソクロナス転送では、アイソクロナスデータＩＤを受信した機器は信号を返信しない。一方、アシンクロナス転送では、アシンクロナスデータＡＤの宛先の機器はアックナレッジ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）信号を返信する。アックナレッジ信号は、アックナレッジギャップ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｇａｐ）ＡＧとして規定される無信号期間の後、送信される。図６の上段図では、アックナレッジ信号がアックナレッジパケット（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｐａｃｋｅｔ）ＡＰとして示されている。アックナレッジパケットＡＰが伝送され、無信号期間の後、次のサイクルスタートパケットＣＳＰが伝送する。なお、アックナレッジパケットＡＰおよびサイクルスタートパケットＣＳＰの間の無信号期間は、上記アイソクロナスギャップＩＧ以上の時間が設定される。

上述したデータ信号タイミングに基づいて、各機器は、伝送路の無信号期間を検知してデータ伝送を行う。各機器は、サイクルスタートパケットＣＳＰを受信した後、アイソクロナスギャップＩＧと規定される期間の無信号期間が検知する。そして、アイソクロナス転送を行いたい機器は、アイソクロナスデータＩＤを伝送する権利を得るための調停を行い、調停に勝った機器がアイソクロナス転送を行う。アイソクロナス転送が終了し、サブアクションギャップＳＧと規定される無信号期間が検知されると、アシンクロナス転送を行いたい機器が調停を行い、調停に勝った機器がアシンクロナス転送を行う。そして、アシンクロナスデータＡＤの宛先の機器は、アックナレッジギャップＡＧと規定される期間の無信号期間の後、アックナレッジパケットＡＰを返信する。なお、アックナレッジパケットＡＰは、調停を行わずに返信される。

ここで、上記ＩＥＥＥ１３９４−１９９５規格およびＩＥＥＥ１３９４ａ−２０００規格では、機器間に電気ケーブルを用いて接続し、その距離は４．５ｍである（例えば特許文献１参照。）。しかし、機器間の伝送距離が長い場合に対応するため、ＩＥＥＥ１３９４ｂ−２００２規格において、光ファイバを用いた伝送距離の長大化が盛り込まれ、伝送距離は５０ｍ以上まで対応できるようになった。したがって、光ファイバを用いてカメラ等で撮影したデジタルデータを伝送し、長距離離れた受像器等で受信する用途等にもＩＥＥＥ１３９４規格を用いることが可能となった。

機器間の長距離伝送を行う場合、各機器間の伝送に要する伝送遅延時間が問題となる。一例として、アシンクロナス転送を行った時にはアックナレッジパケットＡＰが返信されるが、機器間の伝送遅延時間が長くなりサブアクションギャップＳＧで規定される時間以内にアックナレッジパケットＡＰが戻ってこない場合、上述のように別の機器がサブアクションギャップＳＧを検知して調停を開始してしまう。これによって、アックナレッジパケットＡＰが正しく返信されない。そして、アシンクロナス転送を行った機器は、アックナレッジパケットＡＰが返信されないため、ネットワークが異常であると判断し、アシンクロナス転送の再送やネットワークの初期化等を開始してしまうことがある。このため、機器間の伝送遅延時間は、サブアクションギャップＳＧ以内であることが必要となる。ＩＥＥＥ１３９４規格では、サブアクションギャップＳＧがギャップカウント（ｇａｐ ｃｏｕｎｔ）と呼ばれるパラメータの値に基づいて設定される。そして、ギャップカウントの値が大きいほどサブアクションギャップＳＧが長くなるため、長距離伝送を行う際には上記伝送遅延時間を見込んでギャップカウントの値を大きく設定する必要がある。

図７を参照して、ＩＥＥＥ１３９４規格における従来のデータ伝送方法を説明する。なお、図７は、従来のデータ伝送方法の処理を示すフローチャートである。

図７において、機器がネットワークに接続、あるいは機器の電源がオンされる（ステップＳ５１）。次に、機器間のデータ伝送に要する伝送遅延時間の検出が行われる（ステップＳ５２）。例えば、各機器の中の親局（ルート）から他の機器（子局；ルート以外）までの段数（ホップ数）を検出し、当該段数に固定値を乗算することによって伝送遅延時間が決定される。そして、機器が伝送路の無信号期間を検出しデータ伝送を開始するまでの待ち時間（例えば、サブアクションギャップＳＧに対する待ち時間）を、上記ステップＳ５２で検出された伝送遅延時間より長く設定することができるか否かを判断する（ステップＳ５３）。例えば、待ち時間は、上述したギャップカウント数で設定され、設定可能なギャップカウント数の範囲（例えば、０〜６３）以内で伝送遅延時間より長く待ち時間を設定できるか否かを判断する。

上記待ち時間を伝送遅延時間より長く設定することができない場合、機器間のデータ伝送が不可とし（ステップＳ５６）、当該フローチャートによる処理を終了する。一方、上記待ち時間を伝送遅延時間より長く設定することができる場合、当該伝送遅延時間より長い時間で待ち時間（無信号期間）を設定する（ステップＳ５４）。このとき、待ち時間として設定されるギャップカウント数は、伝送遅延時間以上、かつ上記設定可能なギャップカウント数の範囲内を条件とした任意の値が設定される。例えば、設定可能範囲の最大値（例えば６３）や固定値（例えば４４）が設定される。そして、機器間のデータ伝送が開始され（ステップＳ５５）、当該フローチャートによる処理を終了する。
特開２００１−７７８３５号公報

上記データ伝送システムでは、伝送路の無信号期間（例えば、サブアクションギャップＳＧ）に対する待ち時間を上記伝送遅延時間以上に長く設定することで、機器間の長距離伝送を行うことが可能となる。しかしながら、映像や音声等の周期的な伝送が要求されるデータ信号と、静止画等の単発的に発生する非同期なデータ信号との２種類のデータ信号を時間多重して伝送を行うデータ伝送システムにおいては、待ち時間（無信号期間）を長く（例えば、上記範囲の最大値）設定すると以下の問題が発生することがある。

図６で示したＩＥＥＥ１３９４規格を一例として説明する。例えば、図６の中段図で示すように、サブアクションギャップＳＧとアックナレッジパケットＡＰおよびサイクルスタートパケットＣＳＰの間との無信号期間を長く設定し、他のデータ信号タイミングを図６の上段図と同様に設定すると、サイクルスタートパケットＣＳＰが時間Ｔ以上の間隔で転送されるようになる。この場合、静止画等の非同期なデータ信号（アシンクロナス転送）の伝送に関しては、データ信号の伝送遅延時間が長くなるものの伝送は可能である。しかし、周期的な伝送が要求される映像や音声等のデータ信号（アイソクロナス転送）の伝送に関しては、無信号期間（サブアクションギャップＳＧ）が長く設定されることで必要な時間以内に伝送することができなくなる。したがって、ＩＥＥＥ１３９４規格のデータ伝送では、図６の下段図に示すように、アイソクロナス転送のデータ信号の一部（例えば、アイソクロナスデータＩＤ３の一部）を欠落することで、サイクルスタートパケットＣＳＰの周期を時間Ｔに保とうとする。この結果、周期的な伝送が要求されるデータ伝送が正常に行えず、受像器等の機器で当該データを正しく受信できない。

また、上記特許文献１で開示された情報通信方法および装置では、ＩＥＥＥ１３９４−１９９５規格およびＩＥＥＥ１３９４ａ−２０００規格に基づいて、ネットワーク内の最大ホップ数を検出することで、伝送路の距離を４．５ｍに設定し、必要なデータの伝送帯域および待ち時間を決定する。しかしながら、特許文献１で開示された方法では、光ファイバを用いる等して長距離の伝送が想定されたＩＥＥＥ１３９４ｂ−２００２規格への適用はできなかった。

それ故に、本発明の目的は、各機器間で周期的な伝送が要求されるデータ信号と単発的に発生する非同期なデータ信号とを時間的に多重して長距離伝送を行うとき、各機器における待ち時間を適切に設定することによって、リアルタイムデータに必要な伝送帯域を確保しつつ長距離伝送を可能とするデータ伝送装置および方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号等は、本発明の理解を助けるために後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

本発明のデータ伝送装置（１ａまたは１０ａ）は、他の装置（１ｂ、または１０ｂ、１０ｃ）との間で、伝送路（２）を介して周期的な伝送が要求される周期データ信号（リアルタイムデータ；ＩＤ１〜ＩＤ３）と単発的に発生する非同期な単発データ信号（単発データ；ＡＤ、ＡＰ）とを時間多重してデータ送受信する。データ伝送装置は、送受信部（１１ａ）、遅延時間検出部（１２ａ）、帯域検出部（１８ａ）、無信号期間検出部（１３ａ）、待ち時間設定部（１４ａ）、および比較部（１５ａ）を備える。送受信部は、伝送路を介して、他の装置との間で周期データ信号および単発データ信号を送受信する。遅延時間検出部は、他の装置との間でデータ信号を送受信する際に必要な伝送遅延時間を検出する（Ｓ２）。帯域検出部は、周期データ信号を送受信するための帯域（Ｔ２）を検出する（Ｓ４）。無信号期間検出部は、伝送路を伝送するデータ信号における無信号期間（ＳＧ）を検出する。待ち時間設定部は、無信号期間に対してデータ伝送を開始するまでの待ち時間（Ｔ４）を、遅延時間検出部で検出した伝送遅延時間以上で（Ｓ３）、かつ帯域検出部で検出した帯域を確保する（Ｓ４）ように設定する（Ｓ５）。比較部は、待ち時間設定部で設定された待ち時間より無信号期間が長いとき、送受信部からのデータ伝送を開始する（Ｓ６、Ｓ７）。

例えば、待ち時間設定部は、無信号期間に対して単発データ信号の伝送を開始するまでの待ち時間（ＳＧに対応するＴ４）を設定する。そして、伝送路には、所定の周期（Ｔ）で発生する同期信号（ＣＳＰ）の間で周期データ信号および単発データ信号が一定サイクル単位で伝送されてもよい。この場合、待ち時間設定部は、周期をＴ、同期信号の伝送帯域をＴ１、帯域検出部で検出した周期データ信号を送受信するための帯域をＴ２、および単発データ信号を送受信するための帯域をＴ３としたとき、待ち時間Ｔ４を、Ｔ４≦｛Ｔ−（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）｝／２で設定することによって、帯域検出部で検出した帯域を確保するようにその待ち時間Ｔ４を設定する。一例として、帯域検出部で検出する周期データ信号を送受信するための帯域は、ＩＥＥＥ１３９４規格におけるアイソクロナス転送の帯域である。また、単発データ信号を送受信するための帯域は、ＩＥＥＥ１３９４規格におけるアシンクロナス転送の帯域である。さらに、同期信号の伝送帯域は、ＩＥＥＥ１３９４規格におけるサイクルスタートパケットの伝送帯域である。

本発明のデータ伝送方法は、複数の装置間で、伝送路を介して周期的な伝送が要求される周期データ信号と単発的に発生する非同期な単発データ信号とを時間多重してデータ送受信する。データ伝送方法は、遅延時間検出ステップ、帯域検出ステップ、無信号期間検出ステップ、待ち時間設定ステップ、および伝送開始ステップを含む。遅延時間検出ステップは、複数の装置間でそれぞれデータ信号を送受信する際に必要な伝送遅延時間を検出する。帯域検出ステップは、少なくとも１つの装置が周期データ信号を送受信するための帯域を検出する。無信号期間検出ステップと、伝送路を伝送するデータ信号における無信号期間を検出する。待ち時間設定ステップと、無信号期間に対してデータ伝送を開始するまでの待ち時間を、遅延時間検出ステップで検出した伝送遅延時間以上で、かつ帯域検出ステップで検出した帯域を確保するように設定する。伝送開始ステップは、待ち時間設定ステップで設定された待ち時間より無信号期間が長いとき、少なくとも１つの装置がデータ伝送を開始する。

例えば、待ち時間設定ステップは、無信号期間に対して単発データ信号の伝送を開始するまでの待ち時間を設定する。そして、伝送路には、所定の周期で発生する同期信号の間で周期データ信号および単発データ信号が一定サイクル単位で伝送されてもよい。この場合、待ち時間設定ステップは、周期をＴ、同期信号の伝送帯域をＴ１、帯域検出ステップで検出した周期データ信号を送受信するための帯域をＴ２、および単発データ信号を送受信するための帯域をＴ３としたとき、待ち時間Ｔ４を、Ｔ４≦｛Ｔ−（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）｝／２で設定することによって、帯域検出ステップで検出した帯域を確保するようにその待ち時間Ｔ４を設定する。一例として、帯域検出ステップで検出する周期データ信号を送受信するための帯域は、ＩＥＥＥ１３９４規格におけるアイソクロナス転送の帯域である。また、単発データ信号を送受信するための帯域は、ＩＥＥＥ１３９４規格におけるアシンクロナス転送の帯域である。さらに、同期信号の伝送帯域は、ＩＥＥＥ１３９４規格におけるサイクルスタートパケットの伝送帯域である。

本発明のデータ伝送装置によれば、装置間で、周期的な伝送が要求される周期データ信号と、単発的に発生する非同期な単発データ信号とを時間多重して伝送する。このときに無信号期間に対してデータ伝送を開始するまでの待ち時間が、装置間の伝送遅延時間以上で、かつ周期データ信号の帯域を確保できるように設定されるため、周期データ信号と単発データ信号とを時間的に多重して長距離伝送することが可能となる。

また、周期をＴ、同期信号の伝送帯域をＴ１、帯域検出部で検出した周期データ信号を送受信するための帯域をＴ２、および単発データ信号を送受信するための帯域をＴ３としたとき、待ち時間Ｔ４を、Ｔ４≦｛Ｔ−（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）｝／２で設定することによって、待ち時間を容易に設定することができる。さらに、デジタルインタフェースは、ＩＥＥＥ１３９４規格（例えば、ＩＥＥＥ１３９４ｂ−２００２規格）で規定されるアイソクロナス転送およびアシンクロナス転送に適用可能であり、周期データ信号と単発データ信号とを時間的に多重して長距離伝送することを前提としたシステムに適用することができる。

本発明のデータ伝送方法によれば、上述したデータ伝送装置と同様の効果を得ることができる。

（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係るデータ伝送システムの構成について説明する。なお、図１は、当該データ伝送システムの構成を示すブロック図である。また、説明を簡単にするために、２つのデータ伝送装置１ａおよび１ｂが伝送路２ａｂを介して接続された態様を用いて当該データ伝送システムを説明する。

図１において、上記データ伝送システムは、データ伝送装置１ａおよび１ｂと、伝送路２ａｂとを含んでいる。なお、それぞれデータ伝送装置１ａおよび１ｂが本発明のデータ伝送装置に相当する。データ伝送装置１ａは、送受信部１１ａ、遅延時間検出部１２ａ、無信号期間検出部１３ａ、待ち時間設定部１４ａ、比較部１５ａ、データ入出力部１６ａ、記憶部１７ａ、および帯域検出部１８ａを備えている。データ伝送装置１ｂは、送受信部１１ｂ、遅延時間検出部１２ｂ、無信号期間検出部１３ｂ、待ち時間設定部１４ｂ、比較部１５ｂ、データ入出力部１６ｂ、記憶部１７ｂ、および帯域検出部１８ｂを備えている。送受信部１１ａおよび１１ｂは、それぞれインターフェースで構成される。また、記憶部１７ａおよび１７ｂは、それぞれメモリ等の記憶装置で構成される。また、他のデータ伝送装置１ａおよび１ｂを構成する構成要素は、一般的なコンピュータ（マイクロコンピュータ）等で構成される。また、データ伝送装置１ａおよび１ｂの間の伝送距離が長く、データ伝送システムに適応するデジタルインタフェースとしてＩＥＥＥ１３９４ｂ−２００２規格を用いる場合、伝送路２ａｂには光ファイバを用いる。そして、データ伝送装置１ａの送受信部１１ａと、データ伝送装置１ｂの送受信部１１ｂとが、伝送路２ａｂを介して接続される。

データ伝送装置１ａおよび１ｂの間では、伝送路２ａｂを介して、周期的な伝送が要求されるデータ信号（以下、リアルタイムデータと記載する）と、単発的に発生する非同期なデータ信号（以下、単発データと記載する）とが時間多重されてデータ伝送が行われる。このとき、送受信部１１ａは、伝送路２ａｂへデータ信号を送信し、送受信部１１ｂが伝送路２ａｂからのデータ信号を受信する。また、送受信部１１ｂは、伝送路２ａｂへデータ信号を送信し、送受信部１１ａが伝送路２ａｂからのデータ信号を受信する。

上記データ伝送システムは、デジタルインタフェースとして例えばＩＥＥＥ１３９４規格が適応される。上述したように、ＩＥＥＥ１３９４規格は、映像や音声等の周期的な伝送が要求するデータ信号（リアルタイムデータ）と、制御信号や静止画等の単発的に発生する非同期なデータ信号（単発データ）との両方を伝送できる特徴を有している。ＩＥＥＥ１３９４規格のデータ伝送方法におけるデータ信号タイミングは、図６の上段図で示したものと同様であり、詳細な説明を省略する。また、当該データ伝送システムは、装置間の伝送距離が長い場合に対応するため、例えば、ＩＥＥＥ１３９４ｂ−２００２規格を適用する。なお、データ伝送装置１ａおよび１ｂの構成要素が同一であるため、主にデータ伝送装置１ａについて説明を行い、説明を具体的にするためにデータ伝送装置１ａがデータ伝送システムの親局（ルート）に設定された一例を用いる。以下、図１および図２を参照して、上記データ伝送システムにおけるデータ伝送方法を説明しながら、各構成要素の動作について説明する。なお、図２は、当該データ伝送方法の動作を説明するためのフローチャートである。

図１および図２において、データ伝送装置１ａおよび／または１ｂが伝送路２ａｂに接続、あるいはそれぞれのデータ伝送装置１ａおよび１ｂの電源がオンされる（ステップＳ１）。次に、データ伝送装置１ａおよび１ｂ間のデータ伝送に要する伝送遅延時間の検出が行われ（ステップＳ２）、処理を次のステップＳ３へ進める。

上記ステップＳ２では、遅延時間検出部１２ａが送受信部１１ａへ伝送遅延時間を検出するための制御信号を出力する。このとき、遅延時間検出部１２ａは、制御信号を出力した時刻の情報を保持する。上記制御信号は、送受信部１１ａから伝送路２ａｂへ送信され、データ伝送装置１ｂの送受信部１１ｂで受信される。送受信部１１ｂは、受信した制御信号を遅延時間検出部１２ｂへ出力する。次に、遅延時間検出部１２ｂは、出力された制御信号を受信した後、当該制御信号に対する応答信号を送受信部１１ｂへ出力する。上記応答信号は、送受信部１１ｂから伝送路２ａｂへ送信され、データ伝送装置１ａの送受信部１１ａで受信される。送受信部１１ａは、受信した応答信号を遅延時間検出部１２ａへ出力する。

次に、遅延時間検出部１２ａは、上記制御信号を出力した時刻と、応答信号を受信した時刻とを比較することで、データ伝送装置１ａおよび１ｂ間の伝送遅延時間を検出する。検出された伝送遅延時間は、記憶部１７ａに出力される。なお、３つ以上のデータ伝送装置１を備えるデータ伝送システムの場合、それぞれ検出した伝送遅延時間が記憶部１７ａへ出力される。記憶部１７ａは、出力された伝送遅延時間の情報を格納し、必要に応じて待ち時間設定部１４ａへ出力する。

ステップＳ３において、各データ伝送装置１ａおよび１ｂが伝送路２ａｂの無信号期間を検出しデータ伝送を開始するまでの待ち時間を、上記ステップＳ２で検出された伝送遅延時間より長く設定することができるか否かを判断する。例えば、待ち時間は、ギャップカウント数で設定され、設定可能なギャップカウント数の範囲以内で伝送遅延時間より長く待ち時間を設定できるか否かを判断する。そして、上記待ち時間が上記伝送遅延時間以上に設定することが可能であると判断された場合、各データ伝送装置１ａおよび１ｂ間で伝送されるリアルタイムデータの伝送に必要な帯域を確保できるように、上記待ち時間が設定できるか否かを判断する（ステップＳ４）。なお、３つ以上のデータ伝送装置１を備えるデータ伝送システムの場合、それぞれ記憶部１７ａに格納された伝送遅延時間に対して判断される。そして、上記ステップＳ３において、上記待ち時間が上記伝送遅延時間以上に設定することが不可能であると判断された場合、処理を次のステップＳ８に進める。また、上記ステップＳ４において、上記待ち時間がリアルタイムデータの伝送に必要な帯域を確保できると判断された場合、処理を次のステップＳ５に進める。一方、上記ステップＳ４において、上記待ち時間がリアルタイムデータの伝送に必要な帯域を確保できないと判断された場合、処理を次のステップＳ９に進める。

上記ステップＳ３およびＳ４における各データ伝送装置１ａおよび１ｂの動作を説明する。データ入出力部１６ａおよび１６ｂが装置間でデータの送受信を行う際、当該データが送受信部１１ａおよび１１ｂを介してデータ伝送される。データ入出力部１６ａおよび１６ｂが入出力するデータは、上述したリアルタイムデータや単発データである。上記リアルタイムデータを送信するデータ伝送装置は、データ伝送に先立って予め使用する時間的な帯域を確保するための制御信号を送信する。上記制御信号は、送受信部１１ａおよび１１ｂや伝送路２ａｂを介して、帯域検出部１８ａおよび１８ｂに入力される。このとき、データ伝送装置１ａの帯域検出部１８ａは、上記制御信号が示すリアルタイムデータの伝送に必要な帯域を計算する。そして、帯域検出部１８ａは、待ち時間設定部１４ａに計算結果を出力する。待ち時間設定部１４ａは、記憶部１７ａに格納された伝送遅延時間以上であり、かつ帯域検出部１８ａから出力された計算結果に基づいて、リアルタイムデータの伝送が確保できるように待ち時間を設定し、比較部１５ａへ待ち時間の情報を出力する。

図３を参照して、待ち時間設定部１４ａが行う上記待ち時間を設定する際の具体例を説明する。図６を用いて説明したように、例えばＩＥＥＥ１３９４規格が適用されたデータ伝送システムは、リアルタイムデータおよび単発データを周期的に伝送しており、その周期（サイクルスタートパケットＣＳＰが伝送される間隔）が時間Ｔ（ＩＥＥＥ１３９４規格においては１２５μｓ）である。ここで、サイクルスタートパケットＣＳＰの伝送帯域（時間）を時間Ｔ１とする。データ伝送装置１ａの帯域検出部１８ａが計算した、リアルタイムデータの伝送に必要な伝送帯域（図３では、アイソクロナスデータＩＤ１〜ＩＤ３およびそれらのアイソクロナスギャップＩＧ；アイソクロナス転送の帯域）を時間Ｔ２とする。上記単発データの伝送に必要な最大の伝送帯域（図３では、アシンクロナスデータＡＤ、アックナレッジギャップＡＧ、およびアックナレッジパケットＡＰ；アシンクロナス転送の帯域）を時間Ｔ３とする。そして、待ち時間設定部１４ａが設定する待ち時間（図３では、サブアクションギャップＳＧとアックナレッジパケットＡＰおよびサイクルスタートパケットＣＳＰの間とに設定される無信号期間に対する待ち時間）を時間Ｔ４とする。この場合、周期時間Ｔの中に全ての時間Ｔ１〜Ｔ４を含める必要がある。したがって、
Ｔ≧Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４×２
を満たす必要がある。すなわち、待ち時間設定部１４ａが設定する待ち時間Ｔ４は、記憶部１７ａに格納された伝送遅延時間以上（つまり、設定可能なギャップカウント数の範囲以内で伝送遅延時間より長く待ち時間を設定できるか）であり、かつ
Ｔ４≦｛Ｔ−（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）｝／２
を満たすように設定される。

このように、データ伝送システムでは、上記ステップＳ５で機器間を伝送するリアルタイムデータのデータ伝送に必要な帯域を確保できるように待ち時間を設定する。したがって、ステップＳ６において、データ伝送装置１ａおよび１ｂは、リアルタイムデータおよび単発データを時間多重してデータ伝送可能となる。そして、データ伝送装置１ａおよび１ｂは、装置間のデータ信号の伝送を開始し（ステップＳ７）、当該フローチャートによる処理を終了する。

上記ステップＳ７において装置間のデータ伝送を行うとき、データ伝送装置１ａおよび１ｂは、リアルタイムデータおよび単発データを時間的に多重してデータ伝送を行う。例えば、データ伝送装置１ａの無信号期間検出部１３ａは、伝送路２ａｂの無信号期間を検出する。このとき、比較部１５ａは、無信号期間検出部１３ａで検出された無信号期間と、待ち時間設定部１４ａで設定した待ち時間とを比較する。そして、比較部１５ａは、上記無信号期間が待ち時間より長くなると、データ入出力部１６ａにリアルタイムデータまたは単発データの出力を許可する信号を出力する。そして、データ入出力部１６ａは、送受信部１１ａにデータを出力し、データ伝送が開始される。データ伝送装置１ａおよび１ｂが、互いにデータ伝送する動作は、上述した背景技術と同様であるため、詳細な説明を省略する。

一方、上記ステップＳ４において、上記待ち時間がリアルタイムデータの伝送に必要な帯域を確保できないと判断された場合、待ち時間設定部１４ａは、記憶部１７ａに格納された伝送遅延時間以上で待ち時間を設定する（ステップＳ９）。ここでは、データ伝送装置１ａおよび１ｂは、単発データのデータ伝送が可能となる（ステップＳ１０）。つまり、装置間の接続は可能であるが、リアルタイムデータの伝送は保証されない。そして、データ伝送装置１ａおよび１ｂは、装置間のデータ信号の伝送を開始し（ステップＳ７）、当該フローチャートによる処理を終了する。なお、上記ステップＳ１０を経たステップＳ７における各構成要素の動作は、上述したステップＳ５を経た動作と同様である。なお、比較部１５ａは、上記無信号期間が待ち時間より長くなると、データ入出力部１６ａに単発データのみを出力を許可する信号を出力して、単発データのみの伝送を行ってもかまわない。

また、上記ステップＳ３において、上記待ち時間が上記伝送遅延時間以上に設定することが不可能であると判断された場合、装置間のデータ伝送を不可とし（ステップＳ８）、当該フローチャートによる処理を終了する。

上述したように、従来のデータ伝送方法では、待ち時間が伝送遅延時間以上、かつ設定可能なギャップカウント数の範囲内を条件とした任意の値（例えば、最大値や固定値）で設定されていた。これに対して、第１の実施形態に係るデータ伝送システムによれば、データ伝送装置間の伝送遅延時間以上で、かつ周期的な伝送が要求されるデータ信号の帯域を確保できるように待ち時間を設定することで、周期的な伝送が要求されるデータ信号と単発的に発生する非同期なデータ信号とを時間的に多重して長距離伝送することが可能となる。

なお、上述した説明では、機器接続または電源ＯＮ後に、データ伝送装置１ａおよび１ｂ間の伝送遅延時間を測定し、リアルタイムデータを伝送するのに必要な帯域を計算して、待ち時間を設定したが、他の態様によって待ち時間を設定してもかまわない。例えば、ネットワークの構成が変化しないデータ伝送システムにおいては、データ伝送装置間の伝送遅延時間を予め測定または計算によって求めておくことが可能であり、この伝送遅延時間の情報を予め記憶部に格納しておくこともできる。また、リアルタイムデータを伝送するのに必要な帯域についても、予め測定あるいは計算によって求めておくことが可能であり、この帯域の情報を予め記憶部に格納しておくこともできる。したがって、データ伝送装置１ａおよび１ｂ間の伝送遅延時間を遅延時間検出部１２ａまたは１２ｂで検出せず、帯域検出部１８ａまたは１８ｂでリアルタイムデータを伝送するのに必要な帯域を検出せずに、予め求めた待ち時間を記憶部１７ａおよび１７ｂに入力することができる。この場合、図１で示したデータ伝送装置１ａの遅延時間検出部１２ａおよび帯域検出部１８ａと、データ伝送装置１ｂの遅延時間検出部１２ｂおよび帯域検出部１８ｂとが不要となる。このように、待ち時間の設定に必要なデータを予め記憶部に格納しても、周期的な伝送が要求されるデータ信号と単発的に発生する非同期なデータ信号とを時間的に多重して、長距離伝送することが可能となる。

なお、上述した説明では、２台のデータ伝送装置がデータ伝送を行うときのデータ伝送方法について説明したが、３台以上のデータ伝送装置が接続されるネットワークにおいても同様に適用することができることは言うまでもない。

（第２の実施形態）
３台以上の機器を接続するネットワークにおいて、全ての機器が互いにデータ信号の送信およびそれに対する応答信号の送受信を行うネットワークもあれば、一部の機器間においてのみ、データ信号および応答信号の送受信を行うネットワークもある。図４に示すように、データ伝送装置１０ａおよび１０ｂ間と、データ伝送装置１０ｂおよび１０ｃ間とは、それぞれデータ信号および応答信号の送受信が行われるが、データ伝送装置１０ａおよび１０ｃ間ではデータ信号および応答信号の送受信は行われないシステムを考える。この場合、データ伝送装置１０ａおよび１０ｃ間の伝送遅延時間が最長となるが、実際にはデータ伝送装置１０ａおよび１０ｃ間ではデータ信号および応答信号の送受信を行わないため、当該伝送遅延時間以上の待ち時間を設定すると、不要な無信号期間を生じることになる。第２の実施形態では、このようなデータ伝送システムにおいて、効率的な待ち時間を設定する。

図４および図５を参照して、本発明の第２の実施形態に係るデータ伝送システムの構成について説明する。なお、図４は当該データ伝送システムの全体概略を示すブロック図であり、図５は、当該データ伝送システムの一部の構成を示すブロック図である。また、説明を簡単にするために、３つのデータ伝送装置１０ａ〜１０ｃが接続された態様を用いて当該データ伝送システムを説明する。また、図５においては、データ伝送装置１０ｃを省略し、データ伝送装置１０ａおよび１０ｂの構成を示している。

図４において、当該データ伝送システムは、データ伝送装置１０ａ〜１０ｃおよび伝送路２ａｂおよび２ｂｃを備えている。そして、データ伝送装置１０ａおよび１０ｂが伝送路２ａｂを介して接続され、データ伝送装置１０ｂおよび１０ｃが伝送路２ｂｃを介して接続されている。なお、データ伝送装置１０ａおよび１０ｂ間と、データ伝送装置１０ｂおよび１０ｃ間とは、それぞれデータ信号および応答信号の送受信が行われるが、データ伝送装置１０ａおよび１０ｃ間ではデータ信号および応答信号の送受信は行われない。

図５において、データ伝送装置１０ａは、送受信部１１ａ、遅延時間検出部１２ａ、無信号期間検出部１３ａ、待ち時間設定部１４ａ、比較部１５ａ、データ入出力部１６ａ、記憶部１７ａ、帯域検出部１８ａ、および機器指定部１９ａを備えている。データ伝送装置１０ｂは、送受信部１１ｂ、遅延時間検出部１２ｂ、無信号期間検出部１３ｂ、待ち時間設定部１４ｂ、比較部１５ｂ、データ入出力部１６ｂ、記憶部１７ｂ、帯域検出部１８ｂ、および機器指定部１９ｂを備えている。なお、上述したようにデータ伝送装置１０ｃの図示を省略している。データ伝送装置１０ｂの送受信部１１ｂは、データ伝送装置１０ａの送受信部１１ａと伝送路２ａｂを介して接続されており、さらに、データ伝送装置１０ｃの送受信部１１ｃ（図示せず）と伝送路２ｂｃを介して接続されている。

なお、上述した第１の実施形態と比較すると、第２の実施形態のデータ伝送装置１０ａ〜１０ｃは、機器指定部１９ａ〜１９ｃが追加されている。他の構成要素は、第１の実施形態と同様であるため、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、詳細な説明を省略する。

例えば、データ伝送装置１０ａがデータ伝送システムの親局（ルート）に設定されている場合、機器指定部１９ａは、互いにデータ信号とそれに対する応答信号との送受信を行うデータ伝送装置１０ａ〜１０ｃの組合わせを指定する信号を遅延時間検出部１２ａへ出力する。図４で示したデータ伝送システムの場合、機器指定部１９ａは、上記送受信に対して、データ伝送装置１０ａおよび１０ｂ間と、データ伝送装置１０ｂおよび１０ｃ間とを指定する信号を遅延時間検出部１２ａへ出力する。そして、遅延時間検出部１２ａは、指定されたデータ伝送装置の組に対して、伝送遅延時間の情報を記憶部１７ａに出力する。

また、機器指定部１９ａ〜１９ｃが、それぞれデータ信号とそれに対する応答信号との送受信を行う相手のデータ伝送装置を指定する信号を遅延時間検出部１２ａ〜１２ｃへ出力してもかまわない。この場合、機器指定部１９ａは、上記送受信を行う相手としてデータ伝送装置１０ｂを指定する。機器指定部１９ｂは、上記送受信を行う相手としてデータ伝送装置１０ａおよび１０ｃを指定する。そして、機器指定部１９ｃは、上記送受信を行う相手としてデータ伝送装置１０ｂを指定する。

次に、データ伝送装置１０ａがデータ伝送システムの親局（ルート）に設定された一例を用いて、第２の実施形態に係るデータ伝送システムにおけるデータ伝送方法を説明する。なお、図２を用いて説明した第１の実施形態と比較して、当該データ伝送方法は、ステップＳ２の動作が異なる。したがって、ここでは動作が異なるステップＳ２の動作のみを説明し、他のステップの動作説明を省略する。

第２の実施形態におけるステップＳ２では、互いにデータ伝送を行うデータ伝送装置１０ａ〜１０ｃ間において、それぞれデータ伝送に要する伝送遅延時間の検出が行われ、処理を次のステップＳ３へ進める。まず、遅延時間検出部１２ａが送受信部１１ａへ伝送遅延時間を検出するための制御信号を出力する。このとき、遅延時間検出部１２ａは、制御信号を出力した時刻の情報を保持する。上記制御信号は、送受信部１１ａから伝送路２ａｂおよび２ｂｃへ送信され、データ伝送装置１０ｂおよび１０ｃの送受信部１１ｂおよび１１ｃでそれぞれ受信される。送受信部１１ｂおよび１１ｃは、それぞれ受信した制御信号を遅延時間検出部１２ｂおよび１２ｃへ出力する。次に、遅延時間検出部１２ｂおよび１２ｃは、出力された制御信号を受信した後、それぞれ当該制御信号に対する応答信号を送受信部１１ｂおよび１１ｃへ出力する。上記応答信号は、送受信部１１ｂおよび１１ｃから伝送路２ａｂおよび２ｂｃへそれぞれ送信され、データ伝送装置１０ａの送受信部１１ａで受信される。送受信部１１ａは、受信した応答信号を遅延時間検出部１２ａへ出力する。

次に、遅延時間検出部１２ａは、データ伝送装置１０ｂからの上記制御信号を出力した時刻と、応答信号を受信した時刻とを比較することで、データ伝送装置１０ａおよび１０ｂ間の伝送遅延時間を検出する。また、遅延時間検出部１２ａは、データ伝送装置１０ｃからの上記制御信号を出力した時刻と、応答信号を受信した時刻とを比較することで、データ伝送装置１０ａおよび１０ｃ間の伝送遅延時間を検出する。

ここで、図４で示したように、データ伝送装置１０ａおよび１０ｃ間ではデータ伝送を行わず、データ伝送装置１０ａおよび１０ｂ間と、データ伝送装置１０ｂおよび１０ｃ間とで、それぞれデータ信号および応答信号の送受信が行われる。このような組合わせを示す情報が、機器指定部１９ａから遅延時間検出部１２ａへ入力している。したがって、遅延時間検出部１２ａは、データ伝送装置１０ａおよび１０ｂ間の伝送遅延時間と、データ伝送装置１０ａおよび１０ｃ間の伝送遅延時間とを用いて、データ伝送装置１０ｂおよび１０ｃ間の伝送遅延時間を算出する。例えば、遅延時間検出部１２ａは、単純にデータ伝送装置１０ａおよび１０ｃ間の伝送遅延時間からデータ伝送装置１０ａおよび１０ｂ間の伝送遅延時間を減算することによって、データ伝送装置１０ｂおよび１０ｃ間の伝送遅延時間を算出する。そして、遅延時間検出部１２ａは、データ伝送装置１０ａおよび１０ｂ間と、データ伝送装置１０ｂおよび１０ｃ間との伝送遅延時間を、それぞれ記憶部１７ａに出力する。記憶部１７ａは、出力された伝送遅延時間の組を示す情報をそれぞれ格納し、必要に応じて待ち時間設定部１４ａへ出力する。そして、以降の処理においては、記憶部１７ａに格納された伝送遅延時間の情報を用いて待ち時間が設定される。

このように、第２の実施形態に係るデータ伝送システムによれば、データ信号とその応答信号との送受信を行うデータ伝送装置間の伝送遅延時間のみを検出し、それらの伝送遅延時間に基づいて待ち時間が設定される。例えば、図４で示したデータ伝送システムでは、データ伝送装置１０ａおよび１０ｃ間の伝送遅延時間が最長となるが、実際にはデータ伝送装置１０ａおよび１０ｃ間ではデータ信号および応答信号の送受信を行わない。この場合、データ伝送装置１０ａおよび１０ｃ間の伝送遅延時間は考慮されない。したがって、余分な無信号期間を生じない待ち時間（データ伝送を行わないデータ伝送装置間の伝送遅延時間は考慮しない）を設定することが可能であるため、効率的な待ち時間を設定することができる。

本発明に係るデータ伝送装置およびデータ伝送方法は、周期的な伝送が要求されるデータ信号と単発的に発生する非同期なデータ信号とを時間的に多重して長距離伝送することが必要なデータ伝送システム等の用途に適用できる。

本発明の第１の実施形態に係るデータ伝送システムの構成を示すブロック図 図１のデータ伝送方法の動作を説明するためのフローチャート 図１の待ち時間設定部１４ａが行う具体例を説明するためのデータ信号タイミングを示す図 本発明の第２の実施形態に係るデータ伝送システムの全体概略を示すブロック図 図４のデータ伝送システムの構成を示すブロック図 ＩＥＥＥ１３９４規格のデータ伝送方法における横軸を時間ｔとしたデータ信号タイミングを示す図 従来のデータ伝送方法の動作を説明するためのフローチャート

符号の説明

１、１０…データ伝送装置
１１…送受信部
１２…遅延時間検出部
１３…無信号期間検出部
１４…待ち時間設定部
１５…比較部
１６…データ入出力部
１７…記憶部
１８…帯域検出部
１９…機器指定部
２…伝送路

Claims (4)

1. 他の装置との間で、伝送路を介して周期的な伝送が要求される周期データ信号と単発的に発生する非同期な単発データ信号とを時間多重してデータ送受信するデータ伝送装置であって、
   前記伝送路を介して、他の装置との間で前記周期データ信号および前記単発データ信号を送受信する送受信部と、
   他の装置との間でデータ信号を送受信する際に必要な伝送遅延時間を検出する遅延時間検出部と、
   前記周期データ信号を送受信するための帯域を検出する帯域検出部と、
   前記伝送路を伝送するデータ信号における無信号期間を検出する無信号期間検出部と、
   前記無信号期間に対してデータ伝送を開始するまでの待ち時間を、前記遅延時間検出部で検出した伝送遅延時間以上で、かつ前記帯域検出部で検出した帯域を確保するように設定する待ち時間設定部と、
   前記待ち時間設定部で設定された待ち時間より前記無信号期間が長いとき、前記送受信部からのデータ伝送を開始する比較部とを備え、
   前記伝送路には、所定の周期で発生する同期信号の間で前記周期データ信号および前記単発データ信号が一定サイクル単位で伝送され、
   前記待ち時間設定部は、前記周期をＴ、前記同期信号の伝送帯域をＴ１、前記帯域検出部で検出した前記周期データ信号を送受信するための帯域をＴ２、および前記単発データ信号を送受信するための帯域をＴ３としたとき、前記無信号期間に対して前記単発データ信号の伝送を開始するまでの待ち時間Ｔ４を、
   Ｔ４≦｛Ｔ−（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）｝／２
   で設定することによって、前記帯域検出部で検出した帯域を確保するように当該待ち時間Ｔ４を設定することを特徴とする、データ伝送装置。
2. 前記帯域検出部で検出する前記周期データ信号を送受信するための帯域は、ＩＥＥＥ１３９４規格におけるアイソクロナス転送の帯域であり、
   前記単発データ信号を送受信するための帯域は、ＩＥＥＥ１３９４規格におけるアシンクロナス転送の帯域であり、
   前記同期信号の伝送帯域は、ＩＥＥＥ１３９４規格におけるサイクルスタートパケットの伝送帯域であることを特徴とする、請求項１に記載のデータ伝送装置。
3. 複数の装置間で、伝送路を介して周期的な伝送が要求される周期データ信号と単発的に発生する非同期な単発データ信号とを時間多重してデータ送受信するデータ伝送方法であって、
   複数の装置間でそれぞれデータ信号を送受信する際に必要な伝送遅延時間を検出する遅延時間検出ステップと、
   少なくとも１つの装置が前記周期データ信号を送受信するための帯域を検出する帯域検出ステップと、
   前記伝送路を伝送するデータ信号における無信号期間を検出する無信号期間検出ステップと、
   前記無信号期間に対してデータ伝送を開始するまでの待ち時間を、前記遅延時間検出ステップで検出した伝送遅延時間以上で、かつ前記帯域検出ステップで検出した帯域を確保するように設定する待ち時間設定ステップと、
   前記待ち時間設定ステップで設定された待ち時間より前記無信号期間が長いとき、少なくとも１つの装置がデータ伝送を開始する伝送開始ステップとを含み、
   前記伝送路には、所定の周期で発生する同期信号の間で前記周期データ信号および前記単発データ信号が一定サイクル単位で伝送され、
   前記待ち時間設定ステップは、前記周期をＴ、前記同期信号の伝送帯域をＴ１、前記帯域検出ステップで検出した前記周期データ信号を送受信するための帯域をＴ２、および前記単発データ信号を送受信するための帯域をＴ３としたとき、前記無信号期間に対して前記単発データ信号の伝送を開始するまでの待ち時間Ｔ４を、
   Ｔ４≦｛Ｔ−（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）｝／２
   で設定することによって、前記帯域検出ステップで検出した帯域を確保するように当該待ち時間Ｔ４を設定することを特徴とする、データ伝送方法。
4. 前記帯域検出ステップで検出する前記周期データ信号を送受信するための帯域は、ＩＥＥＥ１３９４規格におけるアイソクロナス転送の帯域であり、
   前記単発データ信号を送受信するための帯域は、ＩＥＥＥ１３９４規格におけるアシンクロナス転送の帯域であり、
   前記同期信号の伝送帯域は、ＩＥＥＥ１３９４規格におけるサイクルスタートパケットの伝送帯域であることを特徴とする、請求項３に記載のデータ伝送方法。

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