JPH01114135A - デジタル音声用のリング型ローカルエリアネットワーク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ノードにおけるステージ五ン間で同じ長さの
パケットとしてデジタル音声信号を通すための多ノード
リングを含むローカルエリアネットワークに係り、航空
機において例えばオペレータと無線受信器及び送信器と
の間でデジタル音声を通信するのに特に有用である。

従来の技術 パイロットのようなオペレータが多数のチャンネルを同
時に聴くことがしばしば必要であると共に、このような
同時のチャンネル受信によって混乱が生じないように確
保することが必要とされる。

発明の構成 これは、本発明によれば、同じ長さのパケットとしてデ
ジタル音声信号を通すための多ノードリングを含むロー
カルエリアネットワークにおいて、上記ノードの少なく
とも１つは、全ての送信ノードから受け取ったパケット
をサンプルフォーマット化メモリに供給するように接続
され、このサンプルフォーマット化メモリは、１つのサ
ンプルエポック中に得た全てのパケットを一緒に記憶し
、各パケットは種々の送信ノードからの音声信号を表わ
しており、上記サンプルフォーマツ１へ化メモリは、上
記記憶されたパケットを多チャンネル出力を経て加算手
段に並列に供給して和の音声出力を発生し、そして更に
、対応する元の音声信号によりなされる出力への作用の
レベルを制御するように各チャンネルの利得を個々に調
整する手段を具備したことを特徴とするローカルエリア
ネットワークによって達成される。各ノードが入ってく
る信号の加算に対してそれ自身の時間フレームを画成で
きるようにすることにより、ノードはこれらの信号を同
時に処理することができ、全制御システムが全てのノー
ドの時間フレームに対して開始及び終了点を定める（動
的なスロット割当てプロトコルをもつリング型ネットワ
ークにおいて必要とされる）ことが不要となる。

上記サンプルフォーマット化メモリは、第１サンプルエ
ポツクのパケットが多チャンネル出力に与えられる前に
所定数のサンプルエポックの周期にわたり上記パケット
のアレイを堆積するのが便利である。

実施例 本発明を良く理解するために、添付図面を参照して好ま
しい実施例を詳細に説明する。

航空機の通信制御システムのための逆回転リング型ロー
カルエリアネットワークは、小さなパケットのデジタル
音声信号及び制御データの開方をノードからノードへと
送信する。第４図に示す例では、ノードの数が４であり
、これらは２つの′　リングＡ、　Ｂ　（通常は、リン
グＡのみが接続される）によって相互接続されている。

４つのノードＰ、Ｑ、Ｒ及びＳは、各々、第１図に示さ
れた形式のものであり、縦の破線より右側の部分はノー
ド付近のリングの部分を構成し、そしてその左側の部分
はイのノードのリングにアクセスする手段を表わしてい
る。

ノード間の直列データ転送は、多ノードの光ファイバ２
によって行なわれ、この光ファイバは、９閣のＳＭＡコ
ネクタによって終端接続されている。一対の電気−光学
コンバータ３は、ノードにおいて光ファイバ２とのイン
ターフェイスを構成し、例えば、８５０ｎｍ、１３００
ｎｍ又は１５５０ｎｍの光波長で動作する。リングのビ
ットレートは、２０メガビット／秒であり、その裕度は
±５キロビット／秒であり、ノード間で直列データ転送
を行なうための送信コード化方法は、「マンチェスタ■
バイフェーズ」に合致する。

同じ長さで且つ個数がアクティブなノード１の数に等し
いパケットがリングに循環される。実際に、各パケット
は１つのスロットを占有し、次のパケットからスロット
間ギャップだけ分離される。各スロットは、２８Ｘ８ビ
ツトバイトの空間、即ち、２２４ビツトを占有する。

各ノードは、２つのシフトレジスタを備え、その各々は
長さが正確に１パケット分であり、受信レジスタＲＸ及
び送信レジスタＴＸとして働く。

レジスタＲＸは、ワイヤ１００及びスイッチ１７によっ
てレジスタＴＸをバイパスし、従って、データは、受信
レジスタＲＸ又は送信レジスタＴＸのいずれかから選択
的にクロックされる。シフトレジスタＲＸ及びＴＸの左
側の第１図の部分によって表わされたパケット組立／分
解部分１３（第３図及び第６図）は、必要に応じて、受
信レジスタからデータを読み取ると共に、リングに送信
するために成るフォーマットでデータを送信レジスタに
書き込む。

パケットのフォーマットは次の通りである。

各パケットの２８バイトは、ヘッダメツセージとして知
られている４バイトのオーバーヘッドと、デジタル音声
又は制御データのいずれかのフォーマットである２４バ
イトの情報とに分割される。

第１のオーバーヘッドバイトは、パケットの同期をとる
ために割り当てられ、同期検出器３６によって読み取ら
れる。第２のオーバーヘッドバイトは制御フィールドを
形成し、その８ビツトは、モニタピッＩ−，いっばい状
態／空状態ビット、データ／音声ビット、送信／受信Ｐ
ＴＴビット、オーバーライドビット及びパリティビット
を備えており、その機能については以下で述べるが、こ
れらビットは対応する論理ユニット２８ないし３２及び
３５によって検出される。４つのオーバーヘッドバイト
の第３は、発信ノード、即ち、パケットがリングに送り
出されたところのノードのアドレスを指示する２進コー
ドを含んでおり、これは、アドレスデコーダ３３によっ
て検出される。オーバーヘッドバイトの第４は、特殊な
アドレスを含んでいるが、その目的は本発明を理解する
上で重要ではない。

又、パケット組立／分解部分１３は、送信レジスタＴＸ
のオーバーヘッドバイトをセットするための対応するユ
ニット１９ないし２４及び２６を備えている。

音声パケット及びデータパケットは、データ音声ビット
のセツティングによって区別される。

いずれの形式のパケットの情報部分も情報リーダ３４に
よって読み取られ、対応する情報書き込みユニット２５
によって送信レジスタへ書き込まれる。音声パケットの
情報部分は、１９２ビツトのデジタルコード音声を含み
、これは２ミリ秒以下の経過時間に対応する。データパ
ケットの情報フィールドは、ネットワークの対応するノ
ードにおいて無線及び暗号子を選択、制御及び同調した
り。

内蔵されたテスト情報（ＢＩＴＩ）をダウンロードした
り、或いはダメージを受けたリングの再構成を行なって
モニタノードの再割当てを行なったりする機能を果たし
、これらの機能は以下で詳細に説明する。

データバスは、受信レジスタＲＸから送信読み取り装置
３４へ情報バイトを搬送しそして２つのスイッチ３９．
４ｏと制御インターフェイス４２とによって情報書き込
みユニット２５へ送り込む。パケット組立／分解部分１
３から外部の装置、例えば、パイロットのヘッドホンへ
情報を読み出すことが必要とされる場合には、情報がバ
スを経て出力ＦＩＦＯレジスタ４１へ送られる。外部の
装置からリングへ情報を送信することが必要とされる場
合には、これがラッチ４３からスイッチ４０を経て情報
書き込みユニット２５へ送られる。

媒体アクセス方法及び始動手順について以下に説明する
。ノード１に関連した装置がオフに切り換えられたとき
には、電気ワイヤ４がそのノードの他の電気装置を遮断
し、電気スイッチ５が閉じられる。次いで、リング上の
データが実質上遅延を招くことなく光学−電気コンバー
タ３間で転送される。装置がオンに切り換えられたとき
には、ギャップセンサ１４（第１図及び第２図）がビッ
トレート検出器６に応答して、パケット間のギャップを
探索する。パケット間ギャップが見つかると、その信号
が制御インターフェイス４２に送られ、該インターフェ
イスは、電気スイッチ５を開くと共に電気装置の他部分
を動作状態にもっていくことにより分路を遮断する。第
２図を参照すれば、インアクティブな状態からアクティ
ブな状態へのこの変化は、ワイヤ４がリングＡに接続さ
れた位置から、受信及び送信レジスタがリングＡに接続
された図示された位置までスイッチ１５及び１６を移動
することによって概略的に示される。

送信レジスタＴＸからのパケットの送信は、これがスロ
ット間ギャップに延びるように制御される。これにより
、リングに既に存在するデータの破壊が回避されろ。同
様に、電源のオフ切り換えに対ｒ７ても、スロット間ギ
ャップ中にスイッチングプロセスが反転される。

送信及び受信レジスタのクロック動作について説明する
。数個のノードから画側以上のノードまでのうちの何等
かの個数のノードを有していて高いビットレートで動作
するリングにおいては、クロック動作を行なうのに特別
の注意が必要である。本発明の好ましい態様においては
、受信クロックがデータロックされ、即ち、データをタ
イミングを合わせて受信レジスタＲＸに入れるためのク
ロックが入ってくるデータ流から復帰される。

これは、従来の技術を用いてクロック復帰ユニツ１〜３
７によって行なわれる。然し乍ら、送信クロックは自走
式であり、従って、周波数が若干具なるクロック間に生
じるジッタが回避される。ノード内にデータが集塊する
ことによって若干のデータが失われるのを回避するため
に、送信レジスタＴＸからのデータの送信は、パケット
位置カウンタ３８によって発生される１−リガ信号によ
って開始され、このパケット位置カウンタは、パケット
の所定ピッ１−が受信レジスタＲＸに到達するのを監視
する。従って、送信クロック発生器１８は、受信したパ
ケット内の固定点によってトリガされる。これが第３図
に示されており、この場合、受信及び送信クロック発生
器各々３７及び１８のエラーΔＦ１及びΔＦ２は互いに
等しくなく、発生されるクロックは受信されるクロック
と独立している。

リングの通常の動作について以下に説明する。

全てのパケットは、順次クロックでタイミングをとられ
て受信レジスタＲＸに入れられる。いっばい／空状態ビ
ットは、対応するユニット２９によって監視される。パ
ケットがいっばいで、ある場合には、発信アドレスが、
アドレスデコーダ３３により、制御インターフェイス４
２から発生されたノードのアドレスと比較される。次い
で、アドレスデコーダ３３は、パケットが同じノードか
ら発信されたか、ノードが通信しようとするアドレスか
ら発信されたか、或いは無視されるべきノードから発信
されたかに基づいて、各々ｒそれ自身」、「希望」又は
「無視」という３つの出力のうちの１つを発生する。パ
ケットが「いっばい」であって、アドレスデコーダ３３
の出力が「無視」又は「希望」である場合には、スイッ
チ１７が受信レジスタＲＸの出力をワイヤ１００を経て
リングに接続し、従って、リング内の中継器（遅延を伴
う）として働いて、パケットを無変更の状態で（おそら
く、以下で述べるモニタビットを除いて）再送信する。

アドレスデコーダの出力が「無視」される場合には、情
報がレジスタから読み取られないが、その出力が「希望
」される場合には、情報読み取りユニット３４によって
情報が読み取られ、ＦＩＦＯユニット４１に送られる。

パケットが「いっばい」の状態であるが、アドレスデコ
ーダ３３の出力が「それ自身」である場合には、スイッ
チ１７が送信レジスタＴＸをリングに接続し、受信レジ
スタＲＸに記憶されたパケットが放棄され、次の入りパ
ケットによってオーバーライドされる。送信レジスタＴ
Ｘは、新たな「いっばい」パケット又は「ダミー」パケ
ットのいずれかを送信し、いっばい／空状態ビットは、
リングの次のノードにおいて後で破壊するように「空」
にセットされる。「それ自身」のパケットを破壊する目
的は、パケットがリングに沿って２回以上送信されるの
を防止することである。

「空」であると分かったパケットは、「それ自身」のパ
ケットと同様に処理され、即ち、新たな「いっばい」の
パケット、又は送信を待機しているパケットがない場合
には「空」のダミーパケットが送信レジスタＴＸによっ
て送信される０元の「空」パケットは受信レジスタＲＸ
において放棄される。

何等かの仕方でそれらのソースアドレスがダメージを受
け、従って、それらの発信ノードによって否認されてい
るパケットがリングに堆積するのを防ぐために、ダメー
ジを受けたパケットが監視される。これは、リング上の
ノードの１つをモニタノードとして指定することによっ
て行なわれる。全てのノードはモニタノードとなること
ができ、モニタノードは始動されるリング上の最初のノ
ードとして指定される。然し乍、ら、とのノードに欠陥
が生じた場合には、モニタノード機能を再指定するため
に再スタート手順が設けられている。

モニタモード制御器２７はモニタ機能を制御し、即ち、
その入力は、受信レジスタＲＸのモニタビットに関連し
たモニタ読み取り／書き込みユニット２８から取り出さ
れる。モニタモード制御器は、いずれかのレジスタＲＸ
又はＴＸのモニタビット及び送信レジスタＴＸのいっば
い／空状態ビットをセットすることができる。

第１図に示されたノード１がモニタノードであると仮定
すれば、モニタモード制御器２７は、いずれかのレジス
タから送られる全てのパケットのモニタビットがセット
されるように確保する。

モニタノードに到達するパケットのモニタビットがセッ
トされていると分かり、従って、その発信ノードによっ
て除去され損なったことを指示している場合には、いっ
ばい／空状態ビットを「空」にセットすることによりそ
のパケットを破壊しなければならない。パケットは、リ
ングの次のノードの受信レジスタにおいてオーバーライ
１−される。

ノードに関連した制御パネル上のスイッチによって必要
とされるＰＴＴ及びオーバーライド機能は、例えば、オ
ペレータが必要とする特定の設備に基づいて、特定ノー
ド間でパケットを通信する仕方を変更する゛。内蔵のテ
スト情報（ＢＩＴＩ）は、リングネットワークからデー
タパケットを介して必要とされたときにノードからリン
グネットワークに送信されねばならない。

第４図及び第５図を参照し、リングネットワークの二重
の冗長度について説明する。通常の動作においては、逆
回転リングＡ、Ｂの一方のみが使用される。然し乍ら、
ノードに欠陥が生じた場合又はノード間のリングの一部
分に欠陥が生じた場合には、リングを動的に再構成する
ための手段が設けられている。第５図を参照すれば、各
リングＡ、Ｂは１図示されたノードの領域において、光
フアイバ部分Ａ１、Ａ２；Ｂ１．Ｂ２を相互接続する（
第１図の光学−電気コンバータ３を経て）電気ワイヤ４
Ａ、４Ｂを有している。これらのワイヤ接続は、第１図
のスイッチ５に各々対応するスイッチ５Ａ、５Ｂにより
、ノード制御ユニット５ｏからの信号により動作される
ネットワークユニット５１の制御のもとで切断される。

受信レジスタＲＸは、制御ユニット５０により制御され
る二重スイッチＳＲにより、スイッチ５Ｂのファイバ部
分Ｂｌ側でワイヤ４Ｂに接続されるか又はスイッチ５Ａ
のファイバ部分Ａ２側でワイヤ４Ａに接続されるかのい
ずれかである。これに対応して、送信レジスタＴＸは、
制御ユニット５０によって制御される二重スイッチＳＴ
により、スイッチ５Ｂのファイバ部分Ｂ２側でワイヤ４
Ｂに接続されるか又はスイッチ５Ａのファイバ部分Ａｌ
側でワイヤ４Ａに接続されるかのいずれかである。通常
の動作においては、第１図に示すように、リングＡのみ
が使用され、リングＢは冗長である。この構成では、ス
イッチＳＴ及びＳＲが第５図に示すように両抵抗をリン
グＡのワイヤ４Ａに接続する。

各ノードの制御ユニット５０は、これが受け取るパケッ
トの「ループバック」制御ビットの状態をチエツクし、
リングＡからリングＢに「ループバック」するために（
又はリングＢからパケットを受け取った場合にはそれと
反対に）それ自身を再構成することが別のノードによっ
て要求されているかどうか判断する。ループバックが要
求される場合には、スイッチＳＴが切り換えられて、送
信レジスタＴＸがファイバ部分Ｂ２側の他のリング（図
示された例では、リングＢ）に接続される。これにより
、ファイバ部分Ａ２からレジスタＲＸ及びＴＸを経てフ
ァイバ部分Ｂ２にループバックが生じるようにされる。

第４図に示されたように、４つのノードＰ。

Ｑ、Ｒ及びＳより成るネットワークにおいてノードＰと
Ｑとの間に欠陥が生じた場合に、ループバックが生じる
６ 欠陥は、ノードＰ及びＱにループバックを有するように
ループを図示されたように再構成することによって矯正
される。これは次のように行なわれる。ノードＱは、ノ
ードＰからの信号を検出しないか又はノードＰからの誤
ったデータの一定流を検出し、従って、リングＡではな
くてリングＢからデータを受け取るようにそれ自身のル
ープバックスイッチを選択し、再構成パケット（「ルー
プバック」ビットが適当にセットされた）をノードＲに
送信し、そしてノードＲからの応答を短時間待機する。

ノードＲはこの再構成パケットをノードＳに中継し、ノ
ードＳは対応するパケットをノードＰに中継する。従っ
て、この手順は、ノードＰが応答欠陥を検出するまでリ
ングをめぐって続けられ、応答欠陥が検出されると、ノ
ードＰの制御ユ隼、ット５０が適当なループバックスイ
ッチを切り換えて、その送信レジスタをリングＢに接続
する。このプロセスは、１ミリ秒より長くはか＼らない
。

再構成プロセスの結果として、光フアイバリンクの欠陥
ではなくてノードに欠陥を生じたことが分かった場合に
は、そのノードがネットワークから永久的に切り離され
、即ち、バイパスされ（例えば、スイッチ５Ａ、５Ｂを
閉じることによって）そしてループバックスイッチがそ
れらの元の位置にリセットされる。このプロセスは、５
ミリ秒より長くはかへらない。

パイロットのようなオペレータは多数のチャンネルを同
時に聴くことがしばしば必要とされる。

もちろん、このような同時のチャンネル受信が混乱を生
じないように確保することが重要である。

ネットワークのスロット割当ては動的な性質を有するも
のであるから、開始及び終了点を明確に定めた主フレー
ム構造体では実用的ではない。むしろ、各ノードは、そ
れ自身のサンプル、即ち、それ自身のサンプルエポック
間のインターバルを用いてそれ自身のフレーム周期を発
生する。これが第７図に示されており、ここでは、オペ
レータのノードによって送られたパケットが波形７−１
のパルスとして示されておりそして選択されたチャンネ
ル、即ち選択されたノードから受け取られたパケットが
３つの別々の波形７−２．７−３及び７−４の対応パル
スとして表わされている。従って、受信ノードは、それ
自身のサンプルエポック内に現われるネットワークから
の全てのパケットが同時に生じたものと仮定する。第７
図に示すように、隣接する破線対間に現われる３つのパ
ケットの各グループは、同時に生じたものと仮定する。

例えば、各音声パケットが１つのサンプルを含んでいる
と仮定すれば、１２ＫＨｚのサンプルレートの場合、各
ノードは８３μ秒ごとにパケットを発生する。

第６図を参照すれば、パケット組立／分解部分１３から
受け取られたサンプルは、１つのサンプルエポックの周
期にわたってサンプルフォーマット化ユニット４４に記
憶される。サンプルフォーマット化ユニット４４は、各
入力チャンネルごとに１つの出力チャンネルを含む並列
出力を備えており、各出力チャンネルは、ユニット４６
−１．４６−２．４６−３、等々において、利得係数記
憶装置４５から得られた利得係数で利得調整される。利
得調整された出力は加算ユニット４７において加算され
、そのデジタル出力は、デジタル／アナログコンバータ
４８においてアナログの音声信号に変換される。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明によるリングの１つのノードを示すブ
ロック図、 第２図は、第１図のノードの一部分の簡単化されたブロ
ック図であり、リングをアクセスする仕方及び始動手順
を示す図、 第３図は、第１図のノードの一部分の簡単化されたブロ
ック図であって、ノードの受信及び送信レジスタにクロ
ックでタイミングをとってデータを入れたり出したりす
る仕方を示す図、第４図は、本発明による４つのノード
を有する二重冗長度の逆回転リングを示す図、第５図は
、第４図のリングの各ノードに組み込まれたスイッチン
グシステムを示す図、第６図は、リングのノードの１つ
に設けられた装置で、リングの多数のノードから音声信
号を多数同時にチャンネル受信するための装置を示すブ
ロック図、そして 第７図は、第６図の装置の動作を示す波形図である。 １・・・アクティブなノード ２・・・光ファイバ ３・・・光学−電気コンバータ ５・・・電子スイッチ ６・・・ビットレート検出器 ＴＸ・・・送信レジスタ ＲＸ・・・受信レジスタ １３・・・パケット組立／分解部分 １４・・・ギャップセンサ １７・・・スイッチ ２５・・・情報書き込みユニット ３４・・・情報読み取り装置 ３６・・・同期検出器 ３７・・・クロック復帰ユニット ３８・・・パケット位置カウンタ ３９．４０・・・スイッチ ４１・・・ＦＩＦＯレジスタ ４２・・・制御インターフェイス ４３・・・ラッチ 昏 特許庁長官　　吉　１）文　毅　　殿 １、事件の表示　　　昭和６３年特許願第１８２７５２
号３、補正をする者 事件との関係　　出願人 名　称　　ジ−イージー　マルコニ　リミテッド４、代
理人 ５、補正命令の日付　　　昭和６３年１０月２５日６、
補正の対象　　　　　全図面 ７、補正の内容

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）同じ長さのパケットとしてデジタル音声信号を通
   すための多ノードリング（２）を含むローカルエリアネ
   ットワークにおいて、上記ノードの少なくとも１つは、
   全ての送信ノードから受け取ったパケットをサンプルフ
   ォーマット化メモリ（４４）に供給するように接続され
   、このサンプルフォーマット化メモリは、１つのサンプ
   ルエポック中に得た全てのパケットを一緒に記憶し、各
   パケットは種々の送信ノードからの音声信号を表わして
   おり、上記サンプルフォーマット化メモリは、上記記憶
   されたパケットを多チャンネル出力を経て加算手段（４
   ７）に並列に供給して和の音声出力を発生し、そして更
   に、対応する元の音声信号によりなされる出力への作用
   のレベルを制御するように各チャンネルの利得を個々に
   調整する手段（４６）を具備したことを特徴とするロー
   カルエリアネットワーク。
2. （２）上記サンプルフォーマット化メモリ（４４）は、
   サンプルエポックのパケットが多チャンネル出力に与え
   られる前に所定数のサンプルエポックの周期にわたり上
   記パケットのアレイを堆積する請求項１に記載のローカ
   ルエリアネットワーク。
3. （３）上記所定数は、上記周期が約２ミリ秒となるよう
   なものである請求項２に記載のローカルエリアネットワ
   ーク。
4. （４）デジタル音声をパケットの状態でリングに送信す
   るための音声装置を少なくとも１つのノードに更に備え
   ている請求項１に記載のローカルエリアネットワーク。
5. （５）上記音声装置は無線装置であり、上記和の音声出
   力は、オペレータのヘッドホンに供給される請求項４に
   記載のローカルエリアネットワーク。
6. （６）各チャンネルの利得を個々に調整する上記手段は
   、上記チャンネルに対する所定の利得係数の記憶手段（
   ４５）を備えている請求項１に記載のローカルエリアネ
   ットワーク。
7. （７）上記パケットは、デジタル音声及びデジタル制御
   信号を一緒に搬送するものである請求項１に記載のロー
   カルエリアネットワーク。