JP4493581B2 - 中継ノードおよび伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、所定のノードから定周期で送られてくる伝送フレームを順次後段へ中継送信する中継ノードおよびこれを含む伝送システムに関する。

伝送ループ内に複数のノードを設け、その中の特定の１つのノード（以下、境界ノードと呼ぶ。）から伝送フレームを定周期で後段に送信し、他のノード（以下、中継ノードと呼ぶ。）は前段から受信した伝送フレームを後段へ中継するように動作する伝送システムがある（たとえば、特許文献１参照。）。この伝送システムでは、境界ノードが送信した伝送フレームが伝送ループ内を一巡する間に該伝送フレームに必要な情報を乗せたり、該伝送フレームから情報を読み出したりすることで、各ノード間での情報交換が行なわれる。

図９は、伝送ループ内に１つの境界ノード１０１と３つの中継ノード１０２〜１０４とを備えた伝送システムにおける伝送フレームの送受信タイミングの一例を示している。境界ノード１０１が時刻Ｔ１に伝送フレームＦａを後段に送信すると、第１中継ノード１０２はその直後に伝送フレームＦａを受信し、所定の中継遅延時間ｄを経て伝送フレームＦａを後段に中継送信する。

その後、伝送フレームＦａは第２中継ノード１０３、第３中継ノード１０４と順に中継されて伝送ループを一巡し、境界ノード１０１に時刻Ｔ２に戻ってくる。境界ノード１０１は、伝送フレームＦａを送信してから所定の送信周期ｐが経過した時（時刻Ｔ４）に次の伝送フレームＦｂを後段へ送信する。したがって、伝送ループ内では送信周期ｐの定周期で伝送フレームが巡回する。

このように伝送フレームを定周期で巡回させる伝送システムは、各ノードで伝送フレームの定周期による受信の途絶えを監視すれば、定周期の受信が途絶えた時点で直ちにシステム内の障害発生を検出することができるので、たとえば、鉄道列車の運行制御などのように、高い安全性の要求される分野で使用される。

さらに、各中継ノードで伝送フレームの受信間隔を監視し、定周期での受信が途絶えた場合に、その中継ノードで伝送フレームを作成して後段へ定周期で送信する動作（バックアップ送信と呼ぶ。）を実行する伝送システムもある。バックアップ送信を実行することで、伝送ループの途中で回線断などの障害が生じた場合でも、障害箇所の下流側における定周期送信を確保し、ノード間で情報交換したり、障害の発生情報を伝送フレームに乗せて他のノードに通知したりすることが可能になる。

図９の例では、境界ノード１０１と第１中継ノード１０２との間で時刻Ｔ３に断線が発生し、断線後の時刻Ｔ４に境界ノード１０１が送信した伝送フレームＦｂは第１中継ノード１０２に到達していない。このため、第１中継ノード１０２は、前回の伝送フレームＦａを送信した時点から送信周期ｐが経過したとき、伝送フレームＦｃを作成して後段にバックアップ送信している。

特許第３１１５５３０号

定周期の管理や定周期での受信の途絶えを監視するための時間管理は、通常、発振器のクロックパルスを計数して行なわれる。しかし、発振器の発振周波数は、精度上、ばらつきが生じるので、各ノードで個別の発振器を使用する非同期クロックの伝送方式では、各ノードでそれぞれ規定数のクロックパルスを計数して求めた送信周期の実時間がノード毎に相違してしまう。

従来は、このような送信周期の誤差の影響でバックアップ送信が誤って実行されないようにするために、誤差の最悪値よりも大きい中継遅延時間を各中継ノードに設定し、送信周期の誤差を中継遅延時間の中で吸収させていた。伝送ループを１周する間に生じ得る送信周期の誤差の最悪値は、伝送ループ内の中継ノードの数に応じて累積的に増加するので、中継ノードが増えるほど、必要な中継遅延時間も長くなってしまう。

たとえば、伝送ループ内にＮ個のノードがある場合には、１つのノードで生じ得る変動の最悪値をＤ秒とすると、伝送ループを一周する間に最大で（Ｄ×Ｎ）秒の中継遅延が生じる。各ノードに該中継遅延時間（Ｄ×Ｎ）を一律に設定すると、伝送ループ全体では（Ｄ×Ｎ）×Ｎ秒の遅延が生じ、ノード数が増えれば増えるほど伝送ループを１周するのに要する時間が級数的に長くなり、定周期ｐを短くすることができないという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、誤ったバックアップ送信を防止するために挿入される中継遅延時間を短縮することのできる中継ノードおよび伝送システムを提供することを目的としている。

上記の目的は、以下に示す各項の発明により達成される。

（１）所定のノードから定周期で送信されてくる伝送フレームを順次後段へ中継送信する中継ノードにおいて、
伝送フレームの受信周期に追従するように後段への伝送フレームの送信周期を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、伝送フレームの受信周期を自ノードのクロックで計測し、計測したクロック数が、前記定周期に対応する予定のクロック数を基準にした所定の標準誤差範囲内であって伝送フレームの受信周期の変動量が所定の基準量以下の場合は、送信周期を前記受信周期に一致させ、前記変動量が前記基準量を超える場合は、１回の変化量を前記基準量以下に制限して送信周期を前記受信周期に近づけ、前記計測したクロック数が前記標準誤差範囲外の場合は、前記標準誤差範囲を出ない範囲でかつ１回の変化量を前記基準量以下に制限して送信周期を前記受信周期に近づける
ことを特徴とする中継ノード。

上記発明によれば、制御手段は、伝送フレームの受信周期に追従するように後段への伝送フレームの送信周期を調整する。この際、送信周期と受信周期との差分が基準量以下のときは１回で送信周期を受信周期に一致させるが、差分が基準量より大きいときは少しずつ（基準量以下）送信周期を受信周期に近づけるように制御する。送信周期を一度に大きく変化させると、その変化が後段の中継ノードの受信周期に影響を与え、連鎖的に送信周期の変動が大きくなってしまい伝送系が発散したり安定化し難くなったりするが、１回の変化を基準量以下に制限することで、系を大きく乱すことなく、送信周期を受信周期に一致させることができる。また、各中継ノードにおいて送信周期を受信周期に追従させて一致させるので、各中継ノードにおける送信周期が所定のノードの作り出す定周期と同期するようになり、伝送ループ内に多数の中継ノードを設けても、発振器の精度などに依存した送信周期の誤差が累積しなくなり、中継遅延時間を短縮することができる。

また上記発明によれば、送信周期が所定の標準誤差範囲内にあるときは、受信周期への追従は送信周期が標準誤差範囲を出ない範囲に制限される。たとえば、発振器の精度と定周期の長さとから送信周期に生じ得る最大誤差が求まるので、これに対応した標準誤差範囲を予め定めておけば、受信周期が何らかの障害で一時的に乱れた場合に、送信周期が精度上の誤差範囲を超えてまで受信周期に追従しないようにすることができる。

（２）さらに前記制御手段は、受信周期が前記標準誤差範囲とその外側の所定範囲とを含む許容範囲から外れたときは、前記他の条件に優先させて、今回の受信時刻を基準に次の送信を開始する
ことを特徴とする（１）に記載の中継ノード。

上記発明によれば、受信周期が標準誤差範囲の外側の所定範囲を含む許容範囲を超えるほど大きく変動したときは、変動後の受信周期に送信周期を一気に合わせている。伝送系に想定を超える大きな変動が何らかの要因で生じた場合に対応することができる。

（３）所定のノードから定周期で送信されてくる伝送フレームを順次後段へ中継送信する中継ノードにおいて、
伝送フレームを受信する受信手段と、
次の伝送フレームを後段へ中継送信する送信開始時刻を設定する制御手段と、
前記制御手段が設定した送信開始時刻に伝送フレームを後段へ中継送信する送信手段と、
送信基準位置が記憶される記憶手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前回の送信開始時刻から前記定周期に対応する予定のクロック数を自ノードのクロックで計数した時刻を次の中継送信の送信開始予定時刻とすると共に、前回の送信開始時刻から伝送フレームを受信するまでの時間を前記自ノードのクロックによって計測し、
前記伝送フレームを受信した時刻を前記送信開始予定時刻に対する時間軸上の相対位置で表わした受信位置を求め、該受信位置と前記記憶手段に記憶されている送信基準位置との差分を算出し、
前記受信位置が所定の標準誤差範囲内であって前記差分が基準量以下のときは前記受信位置を新たな送信基準位置として前記記憶手段に記憶すると共に、前記送信開始予定時刻に対して前記新たな送信基準位置が相対的に示す時刻に所定の基本遅延時間を加えた時刻を次の中継送信の送信開始時刻に設定し、
前記受信位置が所定の標準誤差範囲内であって前記差分が基準量を超えるときは、前記基準量を変位の限度量として、前記記憶手段に記憶されている送信基準位置を前記受信位置に近づけた位置を求め、この位置を新たな送信基準位置として前記記憶手段に記憶すると共に、前記送信開始予定時刻に対して前記新たな送信基準位置が相対的に示す時刻に前記基本遅延時間を加えた時刻を次の中継送信の送信開始時刻に設定し、
前記受信位置が前記標準誤差範囲外の場合は、前記標準誤差範囲を出ない範囲でかつ前記基準量を変位の限度量として、前記記憶手段に記憶されている送信基準位置を前記受信位置に近づけた位置を求め、この位置を新たな送信基準位置として前記記憶手段に記憶すると共に、前記送信開始予定時刻に対して前記新たな送信基準位置が相対的に示す時刻に前記基本遅延時間を加えた時刻を次の中継送信の送信開始時刻に設定する
ことを特徴とする中継ノード。

上記発明によれば、次の中継送信の送信開始予定時刻を求め、伝送フレームの受信時刻や後段への実際の送信開始時刻を、送信開始予定時刻を基準とした相対的な位置で管理する。すなわち、受信周期は受信位置として、送信周期は送信基準位置として表わされるので、受信位置と送信基準位置との差分により送信周期と受信周期の差分が表わされる。

この差分が基準量以下なら、最新の受信位置を次の送信基準位置に設定して記憶する。これにより、次の送信開始時刻は最新の受信時刻から基本遅延時間後に設定されることとなり、結果的に次の送信周期が最新の受信周期と一致するように調整される。差分が基準量以上の場合は、前回の送信時の送信基準位置を、基準量を変位の限度として今回の受信位置に向けて近づけた位置を求め、該位置を新たな送信基準位置に設定する。これにより、１回の調整における送信周期の変化が基準量以下に制限され、系の安定が維持される。

また上記発明によれば、前回の送信基準位置が所定の標準誤差範囲内にあるときは、該標準誤差範囲を出ない範囲で新たな送信基準位置が設定される。各中継ノードの送信周期は所定のノードが作り出す定周期と一致するように制御されるので、定周期が既知であれば、各中継ノードにおいて目標とする送信周期を設定することができる。そこで、この目標の送信周期に対応する送信基準位置を中心として、発振器の精度と定周期の長さとから求まる最大誤差を考慮して標準誤差範囲（調整許可範囲）を設定すれば、受信周期が何らかの障害で一時的に乱れた場合に、送信基準位置が該標準範囲を超えてまで受信周期（受信位置）に追従しないようにすることができる。

（４）さらに前記制御手段は、今回受信した伝送フレームの受信位置が前記標準誤差範囲とその外側の所定範囲とを含む許容範囲から外れたときは、今回の受信位置を送信基準位置として次の送信開始時刻を設定すると共に、前記標準誤差範囲内の所定の基準位置を新たな送信基準位置として前記記憶手段に記憶する
ことを特徴とする（３）に記載の中継ノード。

上記発明によれば、受信位置が標準誤差範囲の外側の所定範囲を含む許容範囲を超えるほど大きく変動したときは、変動後の受信位置を送信基準位置として次の送信開始時刻を決定すると共に、標準誤差範囲内の所定の基準位置（たとえば、標準範囲の中心位置）を新たな送信基準位置として記憶手段に記憶する。記憶手段に記憶する送信基準位置を所定の基準位置にすることで、それまでの送信周期との関係を断ち切り、今回の受信位置に基づいた新たな送信周期が作り出される。

（５）伝送ループ内に、定周期で伝送フレームを送信する１つの境界ノードと請求項１乃至４のいずれか１つの中継ノードを１つ以上備えた
ことを特徴とする伝送システム。

本発明に係わる中継ノードおよび伝送システムによれば、中継ノードにおける後段への伝送フレームの送信周期を伝送フレームの受信周期に追従するように制御するので、各中継ノードでの送信周期が所定のノードの作り出す定周期と同期（一致）するようになり、多数の中継ノードを設けても発振器の精度などに依存した送信周期のずれが累積しなくなり、必要な中継遅延時間を短くすることができる。また、中継遅延時間が短くなれば所定のノードが作り出す定周期を短くすることができ、情報伝達のリアルタイム性を高めることができる。さらに、特に高精度でなくても、標準的な精度の発振器の使用で、所定のノードが作り出す定周期と同期した定周期での中継送信を実現することができる。

また、受信周期が基準量を超えて変動した場合でも、１回当たりの送信周期の調整量を基準量以下に制限したので、大幅な調整量によって系の乱れを助長したり系を発散させたりすることがなくなり、安定な伝送状態へ収束させることができる。

さらに、送信周期が所定の標準誤差範囲内にある場合に、該標準誤差範囲を出ない範囲で送信周期を調整するもので、受信周期に必要以上に追従することが防止される。

また、受信周期が標準誤差範囲とその外側の所定範囲とを含む許容範囲から外れるほど大きく変化した場合には、他の条件に優先して、次の送信周期を受信周期に一致させるものでは、伝送系に想定を超える大きな変動が何らかの要因で生じた場合に、該変動に即座に対応して、変動後の状態での安定化を図ることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係わる伝送システム１０のシステム構成の一例を示している。伝送システム１０は、伝送ループ内に１つの境界ノード１１と１つ以上の中継ノード１２とを直列に接続して備えている。伝送システム１０は、伝送ループ内で伝送フレームを一方向に循環させるように動作する。隣り合うノード１１、１２同士を接続する伝送路１３には光ファイバケーブルを使用している。伝送路１３はメタルケーブルなど他の種類のものでもよい。

境界ノード１１は伝送フレームを作成して定周期で後段に送信し、中継ノード１２は受信した伝送フレームを、わずかに中継遅延させた後、受信周期に追従した送信周期で後段へ中継送信するようになっている。図中の矢印ｍは、該矢印ｍの付されたノードが伝送フレームの発ノードであることを示している。

図２は、ノード１１、１２の概略構成を示している。境界ノード１１と中継ノード１２とは同一の回路構成をなしており、設定により境界ノード１１として動作するか中継ノード１２として動作するかを切り換えるようになっている。

ノード１１、１２は、受信部３１と、受信制御部３２と、中継バッファ３３と、送信部３４と、送信制御部３５と、対ホストＩ／Ｆ３６と、発振器３７とを備えている。受信制御部３２や送信制御部３５は高速動作を要求されるため、ソフトウェア処理ではなく必要な機能をハードウェア回路が果たすように構成されている。発振器３７は、当該ノードにおける動作の基準となるクロックパルスを発生する。

受信部３１は、伝送路１３から到達する伝送フレームを受信する。受信制御部３２は、受信に係わる各種の制御を行なう。

受信制御部３２は、受信監視部３２ａと、送信基準位置設定部３２ｂと、記憶部３２ｃとを有している。中継ノード１２は、図９で説明したバックアップ送信の実行機能を備えており、受信監視部３２ａは、バックアップ送信を行なうか否かを判断するために、伝送フレームの受信間隔を監視する。また、伝送フレームの受信時刻を次の中継送信の送信開始予定時刻に対する時間軸上の相対的な位置で表した受信位置を求める機能を果たす。送信基準位置設定部３２ｂは、次の送信開始時刻の基準となる送信基準位置を設定する機能を果たす。送信基準位置は送信開始予定時刻に対する時間軸上の相対的な位置で表わされる。記憶部３２ｃは送信基準位置設定部３２ｂが設定した送信基準位置を記憶する。受信位置、送信基準位置についての詳細は後述する。

中継バッファ３３は、受信部３１で受信した伝送フレーム内のデータを一時記憶するバッファメモリである。

送信制御部３５は、伝送フレームの後段への送信に係わる制御を行なう。送信制御部３５は、送信周期管理部３５ａとフレーム作成部３５ｂとの機能を備えている。該ノードが境界ノード１１として動作するときは、送信周期管理部３５ａは、伝送フレームの定周期送信を管理する機能を果たす。詳細には、発振器３７が出力するクロックパルスを計数し、定周期に相当する規定のクロック数毎に伝送フレームを送信する。

中継ノード１２として動作するときは、受信制御部３２の設定した送信基準位置が示す時刻に所定の基本遅延時間を加えた時刻を送信開始時刻として求め、該時刻が到来したとき送信部３４に伝送フレームの送信を開始させる機能を果たす。なお、送信開始予定時刻は、今回の送信開始時刻に定周期に相当する時間を加えた時刻として求められる。フレーム作成部３５ｂは、中継バッファ３３に記憶されているデータを乗せた所定フォーマットの伝送フレームを作成する機能を果たす。

送信部３４は、送信制御部３５が作成した伝送フレームを後段へ送信する機能を果たす。対ホストＩ／Ｆ３６は、図示省略のホスト・コンピュータと当該ノードとの間でデータや制御情報のやり取りを行なうための入出力回路である。対ホストＩ／Ｆ３６は、受信した伝送フレーム内のデータをホスト・コンピュータに送信したり、伝送フレームに乗せて送信すべきデータをホスト・コンピュータから受信したりする機能を果たす。

次に、中継ノード１２における送信周期の制御動作について説明する。

図３は、送信開始予定時刻に対する時間軸上の相対位置で表した位置座標を示している。各ノードにおける時間管理はそのノードの発振器３７が出力するクロックパルス（ｃｐ）の計数値で管理される。ここでは、境界ノード１１が作り出す定周期は、Ｍｃｐ（Ｍは任意の正整数で、たとえば２５万ｃｐ）に相当し、発振器３７の精度の関係で最大±Ｅｃｐ（Ｅは任意の正整数で、たとえば５０ｃｐ）の誤差が生じるものとする。送信開始予定時刻Ｔｓは、最新の送信開始時刻ＴｘからＭｃｐ後になる。

送信開始予定時刻Ｔｓの手前の６４０ｃｐ分の期間は、送信周期を調整する際の許容範囲Ｐｋになっている。ここでは、許容範囲Ｐｋを６４ｃｐ毎の１０区分（第０区分から第９区分）に等分し、送信開始予定時刻Ｔｓの３２０ｃｐ手前の位置（第４区分と第５区分との境界位置）をセンター位置Ｓに設定してある。センター位置Ｓの±１区分（第４区分と第５区分）は標準範囲Ｐｈに設定してある。標準範囲Ｐｈは、発振器３７の精度によって生じ得る誤差範囲に対応している。

ここでは、定周期に相当するＭｃｐ中に生じる誤差の最大クロック数であるＥｃｐより大きくかつ２のＮ乗（Ｎは任意の正整数）の中で最小のものを基準値とし、センター位置Ｓ±基準値の範囲を標準範囲Ｐｈに設定してある。また許容範囲Ｐｋは基準値の１０倍に設定してある。本例では、発振器３７による誤差が５０ｃｐなので、基準値を２の６乗である６４ｃｐにしてある。２のＮ乗を用いるのはデジタル処理の便宜上であり、基準値は、２のＮ乗の値に限定されず、誤差Ｅの値またはこれにある程度余裕を加えた値を採用してもよい。

基本遅延時間Ｐｄは５区分に相当する３２０ｃｐに設定してある。送信周期管理部３５ａは、設定された送信基準位置Ｂに基本遅延時間Ｐｄ（３２０ｃｐ）を加えた時刻を送信開始時刻Ｔｘとし、該時刻Ｔｘに次の伝送フレームの送信動作を開始する。図３の例では、第４区分の略中間に送信基準位置Ｂがあり、ここから基本遅延時間Ｐｄ後が次の送信開始時刻になっている。

伝送フレームの受信時刻についても、送信開始予定時刻Ｔｓを基準にした時間軸上の相対位置としての受信位置で表している。センター位置Ｓに対して送信開始予定時刻Ｔｓ側へのずれは遅れ方向の偏差（−）、センター位置Ｓに対して送信開始予定時刻Ｔｓと反対方向へのずれは進み方向の偏差（＋）となる。偏差は、定周期に相当するＭｃｐに対する差分を表わしている。送信基準位置Ｂの調整は１ｃｐ単位で行ない、１回の調整量の最大６４ｃｐ（基準量以下）に制限してある。

次に送信周期の制御（送信基準位置の調整）について説明する。図４、図５は、許容範囲Ｐｋを拡大図示している。図中の白三角は受信位置Ｒを、黒三角は記憶部３２ｃに記憶されている前回の送信基準位置ｂを、下向き矢印は新たな送信基準位置Ｂをそれぞれ示している。

中継ノード１２は、伝送フレームの受信毎に、その受信位置Ｒを求めると共に、該受信位置Ｒと記憶部３２ｃに記憶されている前回の送信基準位置ｂとの差分を求める。そして、これらに基づいて以下の判断により次の送信基準位置Ｂを決定する。

（１）受信位置Ｒが標準範囲Ｐｈ（第４区分または第５区分）にあり（図４（ａ）参照）、受信位置Ｒと前回の送信基準位置ｂとの差分が±６４ｃｐ（基準量）以下の場合は、今回の受信位置Ｒを新たな送信基準位置Ｂとして記憶部３２ｃに記憶する。

（２）受信位置Ｒが標準範囲Ｐｈにあり（図４（ｂ）（ｃ）参照）、受信位置Ｒと前回の送信基準位置ｂとの差分が±６４ｃｐを超えている場合は、記憶部３２ｃから読み出した送信基準位置ｂを６４ｃｐだけ今回の受信位置Ｒに近づけた位置を求め、該位置を新たな送信基準位置Ｂとして記憶部３２ｃに記憶する。

（３）受信位置Ｒが第０区分から第３区分の範囲にあり（図４（ｄ）参照）、記憶部３２ｃから読み出した送信基準位置ｂが第４区分にあるときは、第４区分と第３区分との境界位置（第４区分の左端）を新たな送信基準位置Ｂとして記憶部３２ｃに記憶する。

（４）受信位置Ｒが第０区分から第３区分の範囲にあり（図４（ｅ）参照）、記憶部３２ｃから読み出した送信基準位置ｂが第５区分にあるときは、前回の送信基準位置ｂを６４ｃｐだけ受信位置Ｒに近づけた位置を求め、該位置を新たな送信基準位置Ｂとして記憶部３２ｃに記憶する。

（５）受信位置Ｒが第６区分から第９区分の範囲にあり（図５（ａ）参照）、記憶部３２ｃから読み出した送信基準位置ｂが第５区分にあるときは、第５区分と第６区分との境界位置（第５区分の右端）を新たな送信基準位置Ｂとして記憶部３２ｃに記憶する。

（６）受信位置Ｒが第６区分から第９区分の範囲にあり（図５（ｂ）参照）、記憶部３２ｃから読み出した送信基準位置ｂが第４区分にあるときは、前回の送信基準位置ｂを６４ｃｐだけ受信位置Ｒに近づけた位置を求め、該位置を新たな送信基準位置Ｂとして記憶部３２ｃに記憶する。

（７）受信位置Ｒが許容範囲Ｐｋを外れているときは（図５（ｃ）参照）、伝送フレームを後段へ現時点で送信中か否かを調べ、送信中でなければ、今回の受信位置Ｒから基本遅延時間Ｐｄ後を送信開始時刻Ｔｘにして次の伝送フレームの送信を開始する。記憶部３２ｃにはセンター位置Ｓを新たな送信基準位置Ｂとして記憶する。送信中の場合は、送信終了後から基本遅延時間Ｐｄ後を送信開始時刻Ｔｘにして次の伝送フレームの送信を開始する。また、記憶部３２ｃにはセンター位置Ｓを新たな送信基準位置Ｂとして記憶する。

上記（７）を除く動作においては、１回の調整量を６４ｃｐ（基準量）以下に制限して、前回の送信基準位置ｂを受信位置Ｒに追従させている。受信位置Ｒへ追従させるための１回の調整量が大き過ぎると、その変化が後段の中継ノード１２の受信周期に影響を与えて系の変動が大きくなってしまうが、１回の調整量を基準量以下に制限することで、系を大きく乱すことなく、送信周期を受信周期に一致させることができる。

また、上記（３）〜（６）の動作においては、記憶部３２ｃに記憶されている前回の送信基準位置ｂが標準範囲Ｐｈにあるときは、送信基準位置の調整量を基準量以下に制限し、かつ、新たな送信基準位置Ｂが標準範囲Ｐｈを出ないように制限している。先に説明したように、標準範囲Ｐｈは、発振器３７の精度と定周期Ｍｃｐとから求まる最大誤差を考慮して設定してあるので、標準範囲Ｐｈから外れた受信位置Ｒへの変動は何らかの異常によって生じていると想定される。そこで、前回の送信基準位置ｂが標準範囲Ｐｈ内にある状態において次の受信位置Ｒ（受信周期）が標準範囲Ｐｈを外れるほど大きく変動した場合は、送信基準位置の調整を標準範囲Ｐｈから出ない範囲で行なうように制限している。

上記（７）の動作は、受信位置Ｒが許容範囲Ｐｋを超えるほど大きく変動した場合の動作であり、この場合には、変動後の受信位置Ｒに送信周期を１回で合わせている。たとえば、伝送システム１０の電源を投入したときや境界ノード１１が交換された場合などにおいては、境界ノード１１が作り出す定周期自体の周期や位相が切り替わるので、受信位置Ｒが大きく変動する。また、このようなケースでは、境界ノード１１が作り出す定周期自体が別のものに切り替わっているので、前回までの受信状態における定周期に追従させても仕方がない。そこで、受信位置Ｒが許容範囲Ｐｋを超えるほど大きく変動したときは、変動後の受信位置Ｒに送信周期を一気に合わせると共に、センター位置Ｓを新たな送信基準位置Ｂとして記憶部３２ｃに記憶することで、新たな受信周期への追従を開始させている。

なお、送信開始予定時刻Ｔｓになっても受信がないときは、バックアップ送信を開始するようになっている。

図６は、中継ノード１２の送信周期が受信周期に同期して安定している状態の一例を示している。同図の例において、ｎ回目の受信における受信位置Ｒ(n)はセンター位置Ｓから偏差＋２０ｃｐの位置にあり、前回の送信基準位置ｂ(n)も＋２０ｃｐになっている。受信位置Ｒ(n)と前回の送信基準位置ｂ(n)とが一致し（基準量である６４ｃｐ以下）かつ受信位置Ｒ(n)が標準範囲Ｐｈ内にあるので、新たな送信基準位置Ｂ(n)は受信位置Ｒ(n)と同じ＋２０ｃｐに設定されて記憶部３２ｃに記憶されている。

ｎ＋１回目の受信においても、受信位置Ｒ(n+1)はセンター位置Ｓから偏差＋２０ｃｐで、前回の送信基準位置ｂ(n+1)は＋２０ｃｐなので、新たな送信基準位置Ｂ(n+1)も＋２０ｃｐに設定される。このような安定状態では、受信位置Ｒがそのまま新たな送信基準位置Ｂに設定されるので、送信周期と受信周期とが一致し、各伝送フレームは受信から基本遅延時間Ｐｄ後に後段へ送信される。

各ノードは個々の発振器３７を使用し、かつ発振器３７の精度により発振周波数には僅かの誤差がある。このため、境界ノード１１が自ノードの発振器３７を使用して作り出したＭｃｐの定周期は、図６に例示した中継ノード１２においてはＭｃｐ＋２０ｃｐの受信周期として観測されている。そして、中継ノード１２は観測した受信周期（Ｍｃｐ＋２０ｃｐ）に送信周期を追従させるので、実時間として中継ノード１２からの送信周期が境界ノード１１の作り出した定周期と同期（一致）するようになる。このため、高精度の発振器３７を使用しなくても、中継ノード１２は、境界ノード１１の作り出した定周期に完全に同期した送信周期で伝送フレームを後段へ中継送信することができる。

また、各中継ノード１２の送信周期が境界ノード１１の作り出す定周期と一致するようになるので、伝送ループ内に多数の中継ノード１２を設けても発振器３７の精度に依存した送信周期のずれが累積しなくなり、中継遅延時間（基本遅延時間Ｐｄ）を短く設定することができる。その結果、伝送ループ内で伝送フレームを短い定周期で巡回させることができ、各ノード１１、１２間での情報交換の即時性を高めることができる。

図７は、受信周期の小さい乱れに送信周期が追従している様子の一例を示している。同図の例は、受信周期がＭｃｐ＋２０ｃｐからＭｃｐ＋３０ｃｐに一旦変動した後、再びＭｃｐ＋２０ｃｐに戻った状態を示している。

ｎ回目の受信では、受信位置Ｒ(n)＝前回の送信基準位置ｂ(n)＝センター位置Ｓ＋２０ｃｐになっており、受信周期Ｒ(n-1)が前回から変動していないことがわかる。また新たな送信基準位置Ｂ(n)は受信位置Ｒ(n)と同じ＋２０ｃｐに設定されている。

ｎ＋１回目の受信では、受信位置Ｒ(n+1)は＋３０ｃｐになり、前回の送信基準位置ｂ(n+1)から１０ｃｐ増加している。受信位置Ｒ(n+1)と前回の送信基準位置ｂ(n+1)との差分は基準量（６４ｃｐ）以下でありかつ今回の受信位置Ｒ(n+1)が標準範囲Ｐｈ内にあるので、新たな送信基準位置Ｂ(n+1)は受信位置Ｒ(n+1)と同じ＋３０ｃｐに設定される。その結果、送信周期(n)は変動後の受信周期(n)に追従してＭｃｐ＋３０ｃｐになっている。

ｎ＋２回目の受信では、受信位置Ｒ(n+2)は＋２０ｃｐに戻り、前回の送信基準位置ｂ(n+2)から１０ｃｐ減少している。受信位置Ｒ(n+2)と前回の送信基準位置ｂ(n+2)との差分は基準量以下でありかつ今回の受信位置Ｒ(n+2)が標準範囲Ｐｈ内にあるので、新たな送信基準位置Ｂ(n+2)は受信位置Ｒ(n+2)と同じ＋２０ｃｐに設定され、送信周期(n+1)は変動後の受信周期(n+1)に追従したＭｃｐ＋２０ｃｐに戻っている。

図８は、受信周期の変動が基準量を超えた場合の送信周期の調整状態の一例を示している。ｎ回目の受信では、受信位置Ｒ(n)＝前回の送信基準位置ｂ(n)＝センター位置Ｓ＋２０ｃｐになっており、受信周期Ｒ(n-1)はＭｃｐ＋２０ｃｐのまま前回から変動していない。また新たな送信基準位置Ｂ(n)は受信位置Ｒ(n)と同じ＋２０ｃｐに設定されている。

ｎ＋１回目の受信では、受信位置Ｒ(n+1)がセンター位置Ｓ−６０ｃｐに変化したため、前回の送信基準位置ｂ(n+1)のセンター位置Ｓ＋２０ｃｐからの差分（８０ｃｐ）が基準量である６４ｃｐを超えている。そこで、調整量を６４ｃｐに制限し、前回の送信基準位置ｂ(n+1)である＋２０ｃｐから受信位置Ｒ(n+1)である−６０ｃｐに向けて６４ｃｐだけ近づけた位置（-４４ｃｐ）を新たな送信基準位置Ｂ(n+1)に設定している。

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に例示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

たとえば、受信位置や送信基準位置は、送信開始予定時刻を基準とした相対位置で表わしてもよいし、センター位置に対する偏差で表わしてもよい。また、受信周期の監視や送信周期の管理方法は、実施の形態に示した受信位置や送信基準位置を使用する方法に限定されない。受信間隔におけるクロックパルスの計数値や、前回送信時からのクロックパルスの計数値などで受信周期や送信周期やこれらの差分を管理してもよい。

また、許容範囲Ｐｋや標準範囲Ｐｈの大きさは実施の形態で例示したものに限定されず、発振器３７の精度や定周期の長さ、伝送系の特性などに応じて適宜に設定すればよい。

実施の形態では、送信開始予定時刻Ｔｓとセンター位置Ｓとの差分が基本遅延時間Ｐｄと一致（いずれも５区分）するように設定したが、これらが相違するように設定してもかまわない。

また、伝送システム１０は必ずしも伝送ループを構成するものに限定されず、始端・終端を有する伝送路に適用してもよい。

境界ノード１１や中継ノード１２の回路構成は図２に示したものに限定されず、たとえば、受信制御部３２と送信制御部３５とを１つの制御部として構成したものでもよい。また、伝送フレームのデータ構成は限定されない。

本発明の実施の形態に係わる伝送システムのシステム構成を例示した説明図である。 本発明の実施の形態に係わる伝送システムで使用するノードの概略構成を示すブロック図である。 送信開始予定時刻に対する時間軸上の相対位置で表した位置座標を示す説明図である。 受信位置と前回送信基準位置と新たに設定される送信基準位置との位置関係を示す説明図である。 受信位置と前回送信基準位置と新たに設定される送信基準位置との位置関係を示す説明図である。 中継ノードの送信周期が受信周期に同期して安定している状態の一例を示すタイミング図である。 受信周期の小さい乱れに送信周期が追従している様子の一例を示すタイミング図である。 受信周期の変動が基準量を超えた場合の送信周期の調整状態の一例を示すタイミング図である。 伝送ループ内の各ノードにおける伝送フレームの送受信タイミングを示す説明図である。

符号の説明

Ｔｘ…送信開始時刻
Ｔｓ…送信開始予定時刻
Ｂ…新たな送信基準位置
ｂ…前回の送信基準位置
Ｒ…受信位置
Ｐｄ…基本遅延時間
Ｐｈ…標準範囲
Ｐｋ…許容範囲
１０…伝送システム
１１…境界ノード
１２…中継ノード
１３…伝送路（光ファイバケーブル）
３１…受信部
３２…受信制御部
３２ａ…受信監視部
３２ｂ…送信基準位置設定部
３２ｃ…記憶部
３３…中継バッファ
３４…送信部
３５…送信制御部
３５ａ…送信周期管理部
３５ｂ…フレーム作成部
３６…対ホストＩ／Ｆ
３７…発振器

Claims (5)

1. 所定のノードから定周期で送信されてくる伝送フレームを順次後段へ中継送信する中継ノードにおいて、
   伝送フレームの受信周期に追従するように後段への伝送フレームの送信周期を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、伝送フレームの受信周期を自ノードのクロックで計測し、計測したクロック数が、前記定周期に対応する予定のクロック数を基準にした所定の標準誤差範囲内であって伝送フレームの受信周期の変動量が所定の基準量以下の場合は、送信周期を前記受信周期に一致させ、前記変動量が前記基準量を超える場合は、１回の変化量を前記基準量以下に制限して送信周期を前記受信周期に近づけ、前記計測したクロック数が前記標準誤差範囲外の場合は、前記標準誤差範囲を出ない範囲でかつ１回の変化量を前記基準量以下に制限して送信周期を前記受信周期に近づける
   ことを特徴とする中継ノード。
2. さらに前記制御手段は、受信周期が前記標準誤差範囲とその外側の所定範囲とを含む許容範囲から外れたときは、前記他の条件に優先させて、今回の受信時刻を基準に次の送信を開始する
   ことを特徴とする請求項１に記載の中継ノード。
3. 所定のノードから定周期で送信されてくる伝送フレームを順次後段へ中継送信する中継ノードにおいて、
   伝送フレームを受信する受信手段と、
   次の伝送フレームを後段へ中継送信する送信開始時刻を設定する制御手段と、
   前記制御手段が設定した送信開始時刻に伝送フレームを後段へ中継送信する送信手段と、
   送信基準位置が記憶される記憶手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前回の送信開始時刻から前記定周期に対応する予定のクロック数を自ノードのクロックで計数した時刻を次の中継送信の送信開始予定時刻とすると共に、前回の送信開始時刻から伝送フレームを受信するまでの時間を前記自ノードのクロックによって計測し、
   前記伝送フレームを受信した時刻を前記送信開始予定時刻に対する時間軸上の相対位置で表わした受信位置を求め、該受信位置と前記記憶手段に記憶されている送信基準位置との差分を算出し、
   前記受信位置が所定の標準誤差範囲内であって前記差分が基準量以下のときは前記受信位置を新たな送信基準位置として前記記憶手段に記憶すると共に、前記送信開始予定時刻に対して前記新たな送信基準位置が相対的に示す時刻に所定の基本遅延時間を加えた時刻を次の中継送信の送信開始時刻に設定し、
   前記受信位置が所定の標準誤差範囲内であって前記差分が基準量を超えるときは、前記基準量を変位の限度量として、前記記憶手段に記憶されている送信基準位置を前記受信位置に近づけた位置を求め、この位置を新たな送信基準位置として前記記憶手段に記憶すると共に、前記送信開始予定時刻に対して前記新たな送信基準位置が相対的に示す時刻に前記基本遅延時間を加えた時刻を次の中継送信の送信開始時刻に設定し、
   前記受信位置が前記標準誤差範囲外の場合は、前記標準誤差範囲を出ない範囲でかつ前記基準量を変位の限度量として、前記記憶手段に記憶されている送信基準位置を前記受信位置に近づけた位置を求め、この位置を新たな送信基準位置として前記記憶手段に記憶すると共に、前記送信開始予定時刻に対して前記新たな送信基準位置が相対的に示す時刻に前記基本遅延時間を加えた時刻を次の中継送信の送信開始時刻に設定する
   ことを特徴とする中継ノード。
4. さらに前記制御手段は、今回受信した伝送フレームの受信位置が前記標準誤差範囲とその外側の所定範囲とを含む許容範囲から外れたときは、今回の受信位置を送信基準位置として次の送信開始時刻を設定すると共に、前記標準誤差範囲内の所定の基準位置を新たな送信基準位置として前記記憶手段に記憶する
   ことを特徴とする請求項３に記載の中継ノード。
5. 伝送ループ内に、定周期で伝送フレームを送信する１つの境界ノードと請求項１乃至４のいずれか１つの中継ノードを１つ以上備えた
   ことを特徴とする伝送システム。

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