JPH02177640A - リング形ローカルエリアネットワークの媒体アクセスにおける優先制御方式 - 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、一つの伝送媒体を用いて複数のノードが互い
に通信を行うことを可能にするローカルエリアネットワ
ーク（ＬＡＮ）における媒体アクセス制御方式に関する
ものであり、更に詳しくは、大きな伝達遅延を許容でき
ない情報（音声や動画など）と比較的大きな伝達遅延を
許容できる情報（データなど）とを混在させて通信する
場合に、前者を後者に優先させて媒体アクセスを行う優
先制御方式に関するものである。

〔従来の技術〕

従来ローカルエリアネットワークは、コンピュータ相互
間およびコンピュータと端末間のデータ通信に使用され
ることが多かった。従って、通信すべき情報としてはデ
ータのみを考えれば良く、通信に伴う伝達遅延に対して
はさほど厳しい条件は課せられなかった。とは言え、デ
ータの通信であっても伝達遅延は小さいほどサービス性
は増すから、遅延の低減に関しては多くの研究と提案が
なされてきた。

しかし、近年、ＬＡＮのマルチメディア化が要求される
ようになってきた。マルチメディア化とは、従来から扱
ってきたコンビューク間のデータのみならず、音声や動
画もひとつのＬＡＮで伝達し、あらゆるメディアの通信
に対応しようとすることである。ＬＡＮのマルチメディ
ア化に伴って新たに生ずる問題は、音声や動画のように
即時性を要求する情報をいかに小さい遅延時間で運ぶか
という問題である。音声や画像のような即時性を要求す
る情報は、遅れて通信相手に到着しても意味をなさない
から、厳しい遅延特性が要求される。

一方、データに関しては、伝達遅延が小さい方が好まし
いが、即時性という点では音声１画像より要求は小さい
。以上のことを考えると、即時性を要求する情報と、即
時性を要求しない情報では、ＬＡＮの中での取り扱いに
差が生してしかるべきである。即ち、前者を後者に優先
させて取り扱う必然性がある。これを優先制御と言って
、マルチメディア化されたＬＡＮでは必要不可欠な機能
となりつつある。

優先制御の代表的な例としてＯｒｗｅｌｌ　ｒｉｎｇに
おける例を説明する（参考文献：　　Ｒ，Ｍ、Ｆａｌｃ
ｏｎｅｒ　ａｎｄＪ、Ｌ、Ａｄａｍｓ、　”Ｏｒｗｅｌ
ｌ：　ａ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｆｏｒ　ａｎ　ｉｎｔｅ
ｇｒａｔｅｄｓｅｒｖｉｃｅｓ　　１ｏｃａｌ　　ｎｅ
ｔｗｏｒｋ″、Ｂｒ、Ｔｅｌｅｃｏｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌ
。

Ｊ、、　　ｖｏｌ、　　３．　　ｎｏ、　　４．　　Ｏ
ｃｔ、　　１９８５）　　。

第４図は、Ｏｒｗｅｌｌ　ｒｉｎｇの物理的構成を示す
図であって１は伝達ノード、２は伝送媒体である。

１および２は図のように接続されていて、リングを構成
する。リング上には、整数個の時間的スロット（以下タ
イムスロットと言う）が存在し、矢印の方向に巡回して
いる。

動作は次のとおりである。送信すべき情報を有するノー
ドは、上流から空きタイムスロットが送られてくるのを
待っている。空きタイムスロットを補足すると、タイム
スロットの中に、宛先アドレス、送信元アドレスおよび
送信すべき情報を挿入して、次のノードに伝達する。す
べてのノードは、上流から送られてきたタイムスロット
を監視している。もし送られてきたタイムスロットの宛
先アドレスが自らのアドレスと一致していれば、そのタ
イムスロット情報は自ノード宛のものと理解して、情報
を取り込む。そして、当該タイムスロットは空き状態に
して、次のノードに伝達する。

このようにして、タイムスロットを用いた通信が成立す
る。Ｏｒｗｅｌｌ　ｒｉｎｇにおける媒体アクセス方式
は、基本的には　Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ　ｒｉｎｇに代表
されるスロットリング方式である。ただ、Ｃａｍｂｒｉ
ｄｇｅｒｉｎｇ　　では、タイムスロットに情報をのせ
て送出したノードが、リングを一巡して帰ってきた当該
タイムスロットを空きに戻すのに対し、Ｏｒｗｅｌｌｒ
ｉｎｇでは、タイムスロットの情報を受は取ったノード
が、当該タイムスロットを空き状態に戻す点が異なって
いる。

次に、Ｏｒｗｅｌｌ　ｒｉｎｇにおける媒体アクセス優
先制御を説明する。各ノードにはローカルブロック上限
値が割り当てられている。ローカルブロック上限値は２
種あって、高優先ローカルブロック上限値と低優先ロー
カルブロック上限値がある。高優先ローカルブロック上
限値ＤＨ＋（＝はノード番号を示す）と低優先ローカル
ブロック上限値ＤＬ、とは、ＤＨ，＞ＤＬ□の関係があ
る。又各ノードは高優先と低優先のローカルブロックカ
ウンタを有している。

高優先（又は低優先）の情報を有するノードは、空きス
ロットを利用して情報を伝達することができるが、１ブ
ロツクを送るたびに高優先（又は低優先）のローカルブ
ロックカウンタを増加していく。そして、高優先のカウ
ンタ値がＤＨ，に、低優先のカウンタ値がＤＬ、に達す
ると、そのノードはポーズ状態になり送信を停止する。

全ノードがポーズ状態になると、全ノードにリセットが
かかって、カウンタはＯになり送信を再開することがで
きる。全ノードがポーズ状態にならなくても、全ノード
がポーズ状態又はアイドル状態（ローカルブロックカウ
ンタは上限値に満たないが、送信すべき情報がない状態
）のいずれかになれば同様にリセットがかかる。

全ノードがポーズ状態又はアイドル状態になったか否か
は、試行スロットでしらべることかできる。試行スロッ
トでは、試行ビット＝１．空塞表示＝空、宛先アドレス
＝自アドレスである。アイドル又はポーズ状態にあるノ
ードは、空きスロットが来るたびに試行ビットを１にす
る。試行スロットは、空きであるために、他のノードは
、送信すべき情報があれば使用することができる。もし
、試行スロットが、空きの状態で戻ってきたとすると、
試行スロットを送出したノードは他のすべてのノードが
アイドルか又はポーズ状態であると判断する。そして、
リセットビットを送出して、すべてのノードにリセット
を通知する。

トラヒックが比較的緩やかな場合は、アイドル状態のノ
ードが多いため、頻繁にリセットがかかる。従って、送
信すべき情報は優先度の高低にかかわらず、スムーズに
送出することができる。しかし、トラヒックが混んでく
ると、リセット間隔ＤＬｉ）のブロックが通信し終えな
いとリセットがかからない（Ｎはノード数）。

このとき、低優先情報は全体の情報に対して約であるの
で、優先の情報の割合は、極めて小さいと言える。すな
わち、高優先の情報は低優先の情報に対して優先的に取
り扱われる。以上がＯｒｗｅｌｌｒｉｎｇにおける優先
制御の概略である。

〔発明が解決しようとする課題］ 従来の叶ｗｅｌｌ　ｒｉｎｇにおける優先制御の問題点
は次のとおりである。

■　ふたつの優先順位しか設けられない。

■　ノードの動作が複雑である。

第１の問題点は、ＤＨｚ）ＤＬｔ　と設定するが故の問
題点である。今仮に、３つの優先順位に対応すべく、新
たに中間の優先度を設けて、そのローカルブロック上限
値ＤＭｉ　としてＤＨｚ＞ＤＭｔ）ＤＬｉのように設定
したとする。このようにすれば　ＤＨ，は　Ｄ　Ｍ　ｒ
に対して優先し、ＤＭｌはＤＬ、に対して優先するので
、３つの優先順位が達成できる。しかし、それぞれのブ
ロックの大きさが問題である。ｌブロックを１タイムス
ロツトで構成したとすると、仮に、ＤＬ、をｌブロック
すなわち１タイムスロツトとしてもＤＨは少なくとも１
００ブロツク（すなわち１００タイムスＮタイムスロツ
トとなる。すなわち、１００　　Ｎタイムスロットが巡
回するまでリセットされないことになり、非常に長い時
間がかかる。

第２の問題について説明する。従来のＯｒｗｅｌｌｒｉ
ｎｇの状態遷移図を第５図に示した。この図かられかる
ように、状態と動作および判断が複雑に交錯している。

このような複雑さによる問題は、ひとつにはハードウェ
ア／ソフトウェアの重装備につながることである。その
結果、経済性が失われるばかりでなく、処理に伴う遅延
も大きくなる。

問題のふたつめは、誤動作又は故障時の影響である。例
えば、ローカルブロックカウンタが故障すると、際限な
くスロットを送出してリセットがかからない状態が発生
する。ひとつのノードの故ｌｌがネットワーク全体に影
響を及ぼす可能性があるという問題がある。

本発明の目的は、任意の数の優先順位を設けて効率的に
優先制御が出来、しかもノードの構成。

動作が簡単であるようなリング形ローカルエリアネット
ワークの媒体アクセスにおける優先制御方式を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の問題を解決するために、本発明では、最高優先順
位の送信情報を有するノードは、前置ノードから送られ
てきたタイムスロットが空き状態であれば、直ちにその
タイムスロットに宛先アドレス、送信元アドレスおよび
送信すべき情報を挿入して送信することができるが、最
高優先順位でない送信情報を有するノードは、前置ノー
ドから送られてきたタイムスロットが空き状態であり、
かつそのタイムスロットが他のノードによって予約され
ていない場合か、又は他のノードによって予約されてい
ても自ノードが送信すべき情報に比べて低優先の情報を
送信するための予約である場合に限り、そのタイムスロ
ットを予約し、そのタイムスロットがリングを一周して
帰来したときに、自ノードが予約した状態のままであれ
ば、そのタイムスロットを使用することができるように
した。

〔作用〕

本発明は、次のように動作させることができる。

従来技術と同様に、複数のノードとそれらを接続する伝
送媒体から成るリング形ネットワークの上を、固定長の
タイムスロットが周回している。ノードは、リング上の
任意の場所に位置していて、前置ノードから送られてく
るタイムスロットを監視するとともに、タイムスロット
の中の情報を中継したり、取り込んだり、又タイムスロ
ットの中に情報を挿入したりすることによって、ノード
相互間の通信を行う。

優先順位の高い情報は、優先順位の低い情報よりも早く
伝達される必要がある。このために、各ノードは、第１
図に示すような状態遷移に従う。

なお、第１図において、空きスロワｌ−（Ａ）は情報が
書き込まれていないスロット（他のノードによって予約
がされているスロットも含む）であり、空きスロット（
Ｂ）は情報が書き込まれていないスロットであって、か
つ予約がされていないか、又は予約がされていても自ノ
ードが送信すべき情報に比べて低優先の情報を送信する
ための予約である場合のスロットである。

ヱ±上土共皿 送信すべき情報を全くもたない状態である。この状態で
は、ノードは上流から送られてきたタイムスロットを下
流に向けて単に中継するのみである。アイドル状態にお
いて送信すべき情報が発生すると、ノードはアクティブ
状態へと遷移する。

ヱ又文工１上式腹 送信すべき情報を有し、かつその情報が最高優先順位の
情報である状態でる。アクティブ１状態では、ノードは
、上流から送られてきたタイムスロットが空きであれば
、そのタイムスロットを利用して宛先アドレス、送信元
アドレスと共に送信情報を送出することができる。送出
後も送信情報を有する場合は、再びアクティブ１状態に
戻り、送信情報がなくなった場合はアイドル状態に戻る
。

ヱ又ｉ土グ又吠聾 送信すべき情報を有し、かつその情報が最高優先順位で
ない場合の状態である。この場合は、空きタイムスロッ
トを捕捉したとしても直ちにそれを利用して送信するこ
とはできない。

アクティブ２の状態のノードは、まず次の条件を満たす
スロットを見つける必要がある。すなわち、予約がされ
ていないか、又は予約がされていても、自分が送信すべ
き情報の優先順位に比べて低優先の情報を送信するため
の予約がされている空きタイムスロットである。予約が
されているか否か、またどの優先順位の情報を送るため
の予約であるかを知るには、タイムスロットの予約フィ
ールドを見ればよい。予約がされていない空きタイムス
ロットを見つけたら、予約フィールドに自分が送信すべ
き情報の優先順位を記載して下流に送出する。もし、自
分が送信すべき情報の優先順位に比べて低優先の情報を
送信するための予約がされている空きタイムスロットを
見つけたら、予約フィールドを書き変えることによって
そのタイムスロットを予約して、下流に送出する。

タイムスロットを予約したら、そのタイムスロットがリ
ングを一巡して帰来するのを待つ。予約したタイムスロ
ットか否かを判断するために、リング上に存在するタイ
ムスロット数を把握しておくのも有効であるが、より正
確に判断するために、タイムスロットに番号を付し、予
約したタイムスロットの番号を記録することが有効であ
る。さらに、空きタイムスロットの送信元フィールドに
自分のアドレスを記載することが有効である。

予約したタイムスロットが、他のノードによって使用さ
れたり優先的に予約されたりすることなく帰来した場合
には、そのタイムスロットを使うことができる。すなわ
ち、宛先アドレス、送信元アドレスと共に送信すべき情
報を挿入して、通信に使うことができる。

逆に、予約したタイムスロットが、高優先順位の情報を
もつノードによって使用されたり、予約されたりした状
態で帰来した場合は、そのタイムスロットを使用するこ
とを断念しなければならない。そして、又新たに前述の
方法によって予約を行わなければならない。

アクティブ２の状態から、上記の手続きによって情報を
送出し終えたらアイドル状態に戻る。

以上が本発明における優先制御方式の動作概略である。

従来技術との構成の差異を述べれば予約フィールドを設
けた点であり、効果の差異を述べれば、複数の優先順位
を設けることができ名こと、構成が簡単であるので、処
理速度が早い、経済的、故障に強いこと、を挙げること
ができる。

〔実施例〕

第２図は、本発明に用いるタイムスロットのフレームフ
ォーマットを示す説明図である。ＲＥは予約フィールド
、ＤＡは宛先アドレスフィールド、ＳＡは送信元アドレ
スフィールド、ＩＮＦＯは情報フィールドである。ＲＥ
は数ビツト用意すれば十分である。

次に第３図にて、優先制御の実施例を説明する。

まず第３図（０）を詳しく説明する。Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄはノードを示している。４つのノードは伝送媒体（記
載していない）で結ばれて論理的なリングを構成してい
る。リング上には、第２図で示したタイムスロットが４
つ存在している。それぞれ＃１、＃２．＃３．＃４と番
号をつける。そして、矢印の方向に周回している。

ノードＡは、優先順位３の情報を２個保有している。同
様にＢ、Ｃ，Ｄはそれぞれ優先順位３゜１．２の情報を
、それぞれ３個、２個、２個保有している。優先順位３
が最高優先順位であり、２゜ｌに対して優先的に送信さ
れるものとする。又優先順位２の情報は、■の情報に対
して優先的に送信されるものとする。

以下第３図（１）　、　（２）　、・・・・・・と順次
説明していくが、（１）　、　（２）　、　（３）・・
・・・・と変わることは時間の経過すなわち、ｌタイム
スロット分の経過を示している。

第３図（１）について述べる。

Ａはタイムスロット＃１を捕捉する。＃１は空きであり
、かつＡのもつ情報は最高優先順位だから、直ちに＃ｌ
を使用して送信する。Ａのもつ情報のうちのひとつが■
と表わされているのは、送信されたことを示す。このと
きＲＥ−３，ＤＡ＝任意、５Ａ＝Ａ、ＩＮＦＯ＝記載で
ある。

Ｂの情報は、最高優先順位だから、Ｂは直ちに空きタイ
ムスロット＃４を捕捉して送信する。

Ｃの情報は優先順位が１だから、直ちにタイムスロット
＃３を使用することができない、そこで、＃３のタイム
スロットにおいてＲＥ＝１，５Ａ−Ｃとして予約を行う
。Ｃのもつ情報のうちのひとつに、黒マークが付いてお
りその横に＃３と記されているのは、＃３のタイムスロ
ットに対して優先順位１の情報の送信を予約したことを
示している。

ＤのノードもＣと同様に＃２のタイムスロットを予約し
ている。

第３図（２）について述べる。

Ａのノードには、＃２のタイムスロットが到着した。＃
２はＤが予約していたが、ＲＥ＝２であるので、Ａによ
って使用される。＃２はＲＥ＝３゜ＤＡ＝任意、５Ａ＝
Ａ、ＩＮＦＯ＝記載となる。

Ｂのノードには、使用ずみのタイムスロット＃ｌが到着
する。Ｂは送信できない。

Ｃのノードには、使用ずみのタイムスロット＃４が到着
する。Ｃは、送信、予約を行うことができない。

Ｄのノードには、Ｃが予約したタイムスロット＃３が到
着した。Ｄの情報は優先順位が２であり、＃３の予約さ
れたＲＥはｌであるので、Ｄは、予約を書き替えること
ができる。Ｄは＃３を予約する。

第３図（３）について述べる。

へのノードには、＃３が到着する。Ａは、送信情報は既
に送出済であるので、＃３を単に中継する。

Ｂのノードには、＃２が到着する。＃２は既にＡによっ
て使用中であるので、単に中継するのみである。

Ｃのノードには、＃１が到着する。＃ｌは既にＡによっ
て使用中であるので、単に中継するのみである。

Ｄのノードには、＃４が到着する。＃４もＢによって使
用中であるので中継するのみである。

第３図（４）について述べる。

Ａ、Ｃ，Ｄのノードには、既に使用されたタイムスロッ
トが到着するので、中継する。Ｂには、＃３が到着する
。＃３はＲＥ＝２の予約であるので、Ｂはそのタイムス
ロットを使用できる。

第３図（５）について述べる。

Ａには、自分の送出したタイムスロット＃ｌが帰来する
。Ａは、それを解放する。

Ｂも同様である。ＡＢの情報領域が空白になっているの
は、通信完了を示している。

Ｃには使用中の＃３が到着する。＃３は、Ｃが予約した
にも拘らず使用中であるので、予約が失敗したことを認
識する。

Ｄには使用中の＃２が到着する。＃４はＤが予約したに
も拘らず使用中であるので、予約が失敗したことを認識
する。

第３図（６）について述べる。

Ａは、＃２を解放する。Ａは通信をすべて完了したので
以降中継動作のみとなる。

Ｂは、＃１が空きであったので使用する。

Ｃは、＃４が空きで、誰も予約していないので予約する
。ＲＥ＝１゜ Ｄは、予約した＃３が使用中で帰ってきたので、予約失
敗を認識する。

第３図（７）について述べる。

Ｂは、中継動作。

Ｃは、中継動作 りは、＃４のタイムスロット（ＲＥ＝１，５Ａ＝Ｃ）を
ＲＥ＝２，５Ａ＝Ｄと変更して予約。

第３図（８）について述べる。

Ｂは、＃３を解放。

Ｃは、＃２を予約（ＲＥ＝１，５Ａ＝Ｃ）Ｄは、中継動
作 第３図（９）について述べる。

Ｂは、中継動作。

Ｃは、中継動作。

Ｄは、＃２　（ＲＥ＝１，５Ａ＝Ｃ）を、ＲＥ＝２．５
Ａ＝Ｄとして予約。

第３図（ｌＯ）について述べる。

Ｂは、＃１を解放、゛以降、中継動作のみ。

Ｃは、＃４の予約が失敗だったことを認識。

Ｄは、中継動作。

第３図（１１）について述べる。

Ｃは、＃１を予約。Ｒ巳＝１，５Ａ＝Ｃ。

Ｄは、予約していた＃４を使用して送信。ＲＥ＝２．　
５Ａ＝Ｄ。

第３図（１２）について述べる。

Ｃは、＃２の予約が失敗に終ったことを認識。

Ｄは、中継動作。

第３図（１３）について述べる。

Ｃは、＃３を予約。ＲＥ＝ｌ、５Ａ＝Ｃ。

Ｄは、予約していた＃２を使用して送信。Ｒ巳＝２，５
Ａ＝Ｄ。

第３図（１４）について述べる。

Ｃ，Ｄ共に中継動作。

第３図（１５）について述べる。

Ｃは予約していた＃ｌを使用して送信。ＲＥ＝１．５Ａ
＝Ｃ Ｄは中継動作。

第５図（１６）について述べる。

Ｃ，Ｄ共に中継動作。

第５図（１７）について述べる。

Ｃは予約していた＃３を使用して送信。

Ｄは、＃２を解放。

第５図（１８）について述べる。

Ｃは中継動作。

この後、３タイムスロツトを経過した時点で、Ｃは、＃
３を解放して、すべての通信が完了する。

以上説明した優先制御方式の効果を数値的に調べる。Ａ
は、当初優先順位３（最高）の情報を２個有していて、
６タイムスロツト目で通信を完了した。Ｂは、当初優先
順位３の情報を３個有していて、１０タイムスロツト目
で通信を完了した。

Ｃは、優先順位１（最低）の情報を２個有していて、２
１タイムスロツト目で通信を完了した。Ｄは優先順位２
の情報を２個有していて、１７タイムスロツト目で通信
を完了した。以上をまとめると、下表のようになる。

第１表 第３図の説明では、情報の個数がごくわずかであり、第
１表の数値に、厳密さはないものの、優先順位の高低に
よる通信完了までの平均的タイムスロット数の大小には
意味がある。すなわち、高優先の情報は、少いタイムス
ロット数で通信を完了し、低優先の情報は、多いタイム
スロットを要する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、次のような効果
を期待することができる。すなわら■効率的に優先制御
を行うことができる、■任意の数の優先順位を設けるこ
とができる、■ノードの構成・動作が簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による場合のノードにおける情報送信の
際の状態遷移図、第２図は本発明で用いるタイムスロッ
トフォーマットを示す説明図、第３図は本発明による優
先制御メカニズムの概念を示す説明図、第４図は従来の
Ｏｒｗｅｌｌ　ｒｉｎｇの物理的構成を示す構成図、第
５図は従来の０ｒｖｅｌｌ　ｒｉｎｇのノードにおける
情報通信の際の状態遷移図、である。 符号の説明 ｌ・・・ノード ２・・・伝送媒体 第　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数のノードとそれらをリング状に接続する伝送媒
   体から成るリング形ネットワークの上を、固定長のタイ
   ムスロットが周回し、タイムスロットを転送単位として
   上記ノード相互間で情報を伝達する通信システムにおい
   て、 各タイムスロットは、少なくとも、予約フィールド、宛
   先アドレスフィールド、送信元アドレスフィールド、お
   よび情報フィールドを備え、最高優先順位の送信情報を
   有するノードは、前置ノードから送られてきたタイムス
   ロットが空き状態であれば、そのタイムスロットに宛先
   アドレス、送信元アドレスおよび送信すべき情報を挿入
   して送信し、最高優先順位でない送信情報を有するノー
   ドは、前置ノードから送られてきたタイムスロットが空
   き状態であり、かつそのタイムスロットが他のノードに
   よって予約されていない場合か、又は他のノードによっ
   て予約されていても自ノードが送信すべき情報に比べて
   低優先の情報を送信するための予約である場合に限り、
   該空きタイムスロットの予約フィールドに自ノードが送
   信しようとする情報の優先順位を記載することによって
   、そのタイムスロットを予約し、そのタイムスロットが
   リングを一周して帰来したときに、自ノードが予約した
   状態のままであれば、そのタイムスロットに宛先アドレ
   ス、送信元アドレスおよび送信すべき情報を挿入して送
   信し、 前記複数のノードは、すべてのタイムスロットを監視し
   て自ノード宛の情報があれば、それを取り込んで受信す
   ることを特徴とするリング形ローカルエリアネットワー
   クの媒体アクセスにおける優先制御方式。