JPH03167934A - ランダムアクセス方式のｌａｎ - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ランダムアクセス方式のＬＡＮに関するもの
であり、例えばインテリジェントビル、ビル群、工場構
内などの情報通信ネットワークに利用されるものである
。

［従来の技術］ ＬＡＮのアクセス方式は、一定のアルゴリズムで１つの
ステーションのみが送信権を取得する制御アクセス方式
と、２つ以上の端末が同時にデータを送信しデータの衝
突が起こり得るランダムアクセス方式に大別される。制
御アクセス方式には、トークンバッシングリング方式（
ＩＥＥＥ８０２．５規格）やトークンバッシングバス方
式（ＩＥＥＥ８０２．４規格）等がある．一方、ランダ
ムアクセス方式としては、米国のゼロックス社、ＤＥＣ
社及びインテル社が開発したＥ　ｔｈｅｒｎｅｔを始め
、■ＥＥＥ８０２．３規格として標準化されているＣＳ
　ＭＡ／　Ｃ　Ｄ　（Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｓｅｎｓｅ　Ｍ
ｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓｗｉｔｈ　Ｃｏｌｌｉｓ
ｉｏｎ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）が代表的であり、これら
はＡＴ＆Ｔ社のＵＮＩＸ系のＯＳを伸田するエンジニア
リングワークステーション（Ｅ　Ｗ　Ｓ　）やマイクロ
ソフト社のＭＳ−ＤＯＳを使用するパーソナルコンピュ
ータ（Ｐ　Ｃ　）などで使用されている。

ＣＳＭＡ／ＣＤ方式は、単一の伝送媒体に接続されてい
る複数のステーションがそれぞれ対等で、各ステーショ
ンのアクセスをコントロールするセンター装置を持たな
い。各ステーションは他のステーションが送信中である
かどうかを伝送媒体上のキャリアの有無で判断し、キャ
リアが無い場合にＭＡＣフレーム（媒体アクセス制御フ
レーム）を送信するが、複数のステーションがほぼ同時
にＭＡＣフレームを送信し衝突することが避けられない
．そこで、各ステーションは自己の送信するデータと受
信したデータとを比較し、データが相違する場合には、
衝突が発生したと判断し、ジャム信号を送信して他のス
テーションに衝突を知らせ、衝突したそれぞれのステー
ション毎に乱数を用いて異なるバックオフタイムを算出
し、バックオフタイムの終了を待って再送信を試行する
．試行回数が所定回数を超過すると、送信を打ち切る。

ＬＡＮの性能を評価する場合、スルーブット、平均待ち
時間、チャンネル使用効率などのトラヒック特性による
のが一般的である。これらのパラメータの定義は、解析
・シミュレーションのモデルにより異なるが、例えば、
スルーブットを「単位時間に伝送できる情報のビット数
（実効スルーブット）」もしくは「単位時間に成功した
パケットのビット数の総和を媒体の伝送速度で正規化し
た値」とし、平均待ち時間を「送信要求してから送信を
開始するまでの時間」とし、平均遅延時間を「送信要求
から送信を終了するまでの時間を正味のパケット送信時
間で正規化した値」とし、チャンネル使用効率を「送信
要求してから送信が完了するまでの時間に対して実際に
パケットを送信している時間の割合」とする例がある．
そして、リトルの公式により、待ち状態のパケットのビ
ット数の総和の平均値＝スループット×平均待ち時間、
という関係がある。

第８図（ａ）　，　（ｂ）は、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式のス
ループノトを横軸に取り、平均遅延時間を縦軸に取って
グラフに現したスループットー平均遅延特性である．伝
送媒体の長さは２Ｋａｍ、ステーション数は５０、平均
パケット長は１０００ビットである．また、伝送媒体の
伝送速度は、第８図（ａ）ではＩＭ　ｂ　／　ｓであり
、第８図（ｂ）では１０Ｍｂ／ｓである．伝送媒体の伝
送速度が１０Ｍｂ／ｓの場合、スループットが０．６で
平均遅延時間が１００倍以上となるのに対して、伝送媒
体の伝送速度がＩＭｂ／ｓの場合、スループットが０．
９で平均遅延時間が１００倍以上となる．したがって、
１０Ｍｂ／ｓの伝送媒体に比べると、ＩＭｂ／ｓの伝送
媒体の方が、同一の遅延時間に対するスループットが高
くなる．そこで、１　０　Ｍ　ｂ／　ｓの伝送媒体が１
本よりもＩＭｂ／ｓの伝送媒体が１０本の方がスルーブ
ットは高く、同一伝送量の待ち時間を短くできる．しか
し、ランダムアクセス方式の特徴を生かすために複数の
伝送媒体を総てのステーションに配線し、各ステーショ
ンを同時に複数の伝送媒体に接続すると、複数の伝送媒
体へのアクセス・送信制御及び複数の伝送媒体からの並
列的な受信制御を行うことが単一の伝送媒体を用いる場
合に比べて複雑となり、コストアップの，要因となる。

なお、同一のデータ量を伝送するためには、パケット長
を長くして、送信パケット数を少なくする方が衝突回数
が少なくなり、スループットが高い時の平均待ち時間が
短くなるが、極端に長いと、送信受信の一対のステーシ
ョンが伝送媒体を独占し、他のステーションが使えない
ので、ステーション数の制約が多くなる． ＩＥＥＥの８０２委員会（ＬＡＮの標準化を推進するた
めに１９８０年２月に発足した機関）が発表したベル研
究所の論文によると、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式で１００台の
端末が５００ビットのバゲットをランダムに送信しよう
とすると、第７図（ｂ）に示すように、伝送媒体の伝送
速度が１０Ｍｂ／ｓであっても衝突のために実際の伝送
速度は２Ｍｂ／Ｓに満たず、伝送媒体の伝送速度を２０
Ｍｂ／ｓにしても実際の伝送速度は２Ｍｂ／ｓに満たな
い。

そして、２０００ビットのパケットでは、第７図（ａ）
に示すように、伝送媒体の伝送速度が１０Ｍｂ／Ｓのと
き、実際の伝送速度は５Ｍｂ／ｓ程度で、媒体の伝送速
度が２０Ｍｂ／ｓのとき、実際の伝送速度は６Ｍｂ／ｓ
程度で、媒体の伝送速度を増しても実際の伝送速度は飽
和する。また、伝送速度が遅い方がパケットの伝送時間
が長くなって、相対的に伝送媒体の伝送速度に対して実
際の伝送速度の比率が高くなる。すなわち、ＣＳＭＡ／
ＣＤ方式は、第７図（ａ）　，　（ｂ）に併記したＩＥ
ＥＥ８０２．４規格（トークン・バス方式）やＩＥＥＥ
８０２．５規格（トークン・リング方式）に比べると、
伝送媒体の伝送速度が比較的遅い場合に有利となる方式
であることが分かる。また、負荷が大きな場合には待ち
時間が増大する． このようなＣ　Ｓ　ＭＡ／Ｃ　Ｄ方式を改良した従来技
術の代表例を以下に列挙する． まず、確認応答優先のＣ　Ｓ　Ｍ　Ａ　／　Ｃ　Ｄ　（
ＡｃｋｎｏｗＩｅｃｌｇｉｎｇ　Ｅ　ｔｈｅｒｎｅｔ）
では、データを受信したステーションは、受信完了後、
伝送媒体の空きを検出すると直ちに受信確認パケット（
ＡＣＫパケット）を返信し、その他のステーションは、
伝送媒体の空きを検出した後、所定の待ち時間を経てか
らデータの送信を開始する。これにより、受信確認パケ
ットに対する衝突を回避することができ、その分だけス
ループットが増大し、待ち時間が短くなる。この方式で
は、送信側のステーションは確認応答を受信するまで送
信データをバツファに保留しなければならない。

次に、再衝突回避型ＣＳＭＡ／ＣＤでは、衝突後の再送
信の順位をステーションの位置に基づいて決めている．
この方式では、衝突したステーションは互いに衝突を回
避するように動作するが、他のステーションの送信によ
る再衝突を避けることはできない． 次に、Ｎ　ｅｔｗｏｒｋ　Ｓ　ｙｓｔｅｍｓ社のＨ　ｙ
ｐｅｒ　Ｃ　ｈａｎｎｅの衝突回避型ＣＳＭＡ／ＣＤで
は、各ステーションに優先順位を割り当て、伝送媒体に
空きが生じてから送信を開始するまでの待ち時間を優先
度が高いステーションでは短く設定することにより優先
度が高いステーションについてのみ遅延時間を短くして
いる。

また、優先機能付きＣＳＭＡ／ＣＤでは、優先度の高い
ステーションが送信するバゲットのブリアンプル（デー
タの先頭に付与される同期信号）を長くし、各ステーシ
ョンはブリアンプル送信後に衝突を検知したときには送
信を打ち切るようにしている。これにより、衝突が生じ
てもプリアンプルが長い方のパケットが優先的に伝送さ
れることになり、優先度が高いステーションについての
み遅延時間を短くすることができる． このように優先順位を各ステーションに割り当てる方式
では、すべてのステーションについての遅延時間を短く
することはできない． ［発明が解決しようとする課題コ 本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、媒体の伝送速度が速く、スル
ープットが高いときに、平均待ち時間が長くなり、実際
の伝送速度が速くならないという従来のランダムアクセ
ス方式のＬＡＮの問題点を解決することにある。

［課題を解決するための千段コ 本発明では、ＬＡＮのノードが１個のマスター及び複数
個（Ｘ個）のステーションから成り、各ステーションを
グループ毎の発生トラヒック量がほぼ同じになるように
Ｎグループに分けている。そして、ＬＡＮコントローラ
が、１台のマスターコントローラ及び複数台のステーシ
ョンコントローラから或り、マスターコントローラが周
期的に同期制御パケットを送信し、この同期制御パケッ
トの送信周期をユニット・フレームとし、この同期制御
パケットの送信期間を同期制御スロットとしている．そ
して、第１図に示すように、ユニット・フレームから同
期制御スロットを差し引いた残りの期間を非同期転送ス
ロットとし、非同期転送スロットをＮ個に分割して、各
コントローラがＮ個の非同期転送スロットの中の１スロ
ットのみで送信するように各コントローラの送信権をグ
ループ単位にＮスロットのいずれがに割り当てるもので
ある。

［作用〕 伝送媒体の伝送速度が１０Ｍｂ／ｓのとき、１０００ビ
ットのパケットの伝送時間は、１０’／１０’＝　１　
０−’ｓｅｃ＝　１　０　０μｓｅｃである．これに対
して通常のステーションで使用される１６ビットＣＰＵ
の処理速度がＩＭＩＰＳ程度であるとすると、受信され
たパケットに対して１０００インストラクションのプロ
セスを実行するために１　＠ｓｅｃの時間が掛かること
になる。現在のＵＮＩＸ系のＥＷＳで、割込の応答時間
は１０ｍｓｅｃ程度と言われているが、ソフトウェアを
Ｃなどの高級言語で記述されたプロセスでは、通信処理
のために、パケットを連続的に伝送することができず、
１台のステーションに関しては、実際のパケットの送信
時間に比べて長い無信号状態が生じると考えられる． したがって、実際のパケット送信時間を自局の非同期転
送スロットに合わせ、無信号状態の時間を他局の非同期
転送スロットに当てることにより、衝突の発生確率を小
さくすることができる．このためには、すべてのステー
ションの時計が合っている必要があるが、マスターコン
トローラからの同期制御パケットを定期的に一斉同報パ
ゲットとして伝送することにより、各ステーションが同
期制御パケットを受け取った時間を同期制御スロットと
してフレーム同期を取り、非同期転送スロットの時間を
合わせることができる． ここで、最大長のパケット送信時間を１として、無信号
時間をＮとすると、（１＋Ｎ）Ｘ最大長のパケット送信
時間をフレームユニットとして、フレームユニットを（
１＋Ｎ）スロットに分け、１スロットを同期制御スロッ
トに割り当て、各ステーションをＮ個のグループに分け
て、各グループに１スロットを割り当てることにより、
衝突の確率を１／Ｎに低減できる．すなわち、各ステー
ションをできるだけ発生トラヒック量が等しくなるよう
にＮグループに分けて、それぞれのステーションのグル
ープに割り当てることにより、グループ内のステーショ
ンとしか衝突する可能性が無いようにすることができる
．このことは、ＬＡＮのステーション数が１／Ｎになっ
たのと同等で、元々各ステーションが持っている無信号
状態の時間に他のステーションの信号が伝送できるよう
にフレーム同期を取ったので、ステーションの伝送処理
を妨げることはない。これにより、本発明にあっては、
第６図のシミュレーション結果に示すように、従来の一
般的なＣＳＭＡ／ＣＤ方式に比べてスルーブットー遅延
時間特性が大幅に改善される。

［実施例］ 第１図は本発明におけるスロット割り当ての一例を示し
ている。同図では非同期転送スロットをＡ〜■の９個に
分割しているので、Ｎ＝９に相当する．したがって、Ｌ
ＡＮのステーションの数が１／９になったのと同等で、
ステーションの総数が９９台の場合、ステーションを１
０台づつの９グループに分け、グループ毎に非同期転送
スロットを割り当てる． 第２図は本発明を適用したネットワークの構成例を示す
．同図では、各ステーションがＡ〜Ｉのいずれかの非同
期転送スロットに割り当てられていることを示しており
、１／Ｎ台のステーションを接続するＬＡＮと同程度の
スループットー遅延特性が得られる．図中、１はマスタ
ーコントローラ、２はトランシーバ、３は伝送媒体、４
はマルチポートリピータＨＵＢ、５は伝送媒体、６はス
テーションコントローラである。

第３図は本発明に用いるマスターコントローラ１及びス
テーションコントローラ６の内部構成の一例を示してい
る．マスターコントローラ１のマスタークロック発生回
路１１がＬＡＮシステムの標準時計となり、フレーム同
期制御回路１２がフレーム・ユニットの周期で、定期的
に同期制御スロットに同期制御パケットを一斉同報で送
信するように指令し、フレーム編集回路１３がＭＡＣフ
レームフォーマット（第５図参照）に従って、同期制御
パケットを編集し、リンク制御回路１４がアクセス制御
フロー（第４図参照）に従って、自局の同期制御スロッ
トに同期制御パケットを送信する．伝送路符号化・復号
化回路１５は、送信データをマンチェスタ符号のような
伝送路符号に変換すると共に、受信された伝送路符号を
受信データに変換する。送信・受信・衝突検出回路１６
は、伝送媒体３に物理信号（光信号や電気信号等）を送
信したり、伝送媒体３から物理信号を受信したり、伝送
媒体３での信号の衝突を検出したりする。

ステーションコントローラ６も、同様の送信・受信・衝
突検出回路６１と、伝送路符号化・復号化回路６２を備
えており、一斉同報の同期制御パケットを受信すると、
フレーム同期制御回路６６の制御下で、フレーム同期タ
イミング回路６７のクロツクを同期制御スロットに同期
させる．データ送信時には、フレーム編集回路６４がＭ
ＡＣフレームフォーマット（第５図参照〉に従って、非
同期転送バゲットを編集し、フレーム同期送信制御回路
６５の制御下で、自局に割り当てられた非同期転送スロ
ットにパケットを送信するように制御する。リンク制御
回路６３はアクセス制御フロー（第４図参照）に従って
、自局の属するグループの非同期転送スロットに非同期
転送パケットを送信する． マスターコントローラ１は、ＬＡＮのネットワーク管理
コンソール７のＬ　Ａ　Ｎインターフェースポードとし
て接続されている。ネットワーク管理コンソール７には
、上位プロトロル制御部７１、各ステーションのグルー
プ割当管理部７２、構戒管理・障害管理・セキュリティ
管理を行うネットワーク管理部７３及びトラヒック計測
などを行う統計処理部７４が含まれている。また、表示
及び操作を可能とするために、コンソールインターフェ
ース部７５とコンソール部７６を備えている。

ステーションコントローラ６は、ＰＣ，ＥＷＳなどのス
テーションコンソール８のＬＡＮインターフェースポー
ドとして接続されている。ステーションコンソール８は
、上位プロトコル制御部８１、コンソールインターフェ
ース部８２、コンソール部８３を備えており、ステーシ
ョンコントローラ６にデータを入出力する． 第４図は本発明で使用するアクセス制御フローを示して
いる。フレーム送信に際しては、フレーム編集回路６４
が第５図に示すＭＡＣフォーマットに従ってフレーム組
み立てを行う（ステップの）．そして、リンク制御回路
６３は自局の非同期転送スロットか否かを判定し、自局
の非同期転送スロットでなければ待機する．ただし、マ
スターコントローラｌの場合には、自局の同期制御スロ
ットか否かを判定し、自局の同期制御スロットでなけれ
ば待機する（ステップ■）．自局の非同期転送スロット
であれば、送信延期中か否がを判定する（ステップ■）
。送信延期中であれば、ステップ■からステップ■に戻
る．送信延期中でなければ、フレーム編集回路６４で編
集された非同期転送パケットをフレーム同期送信制御回
路６５の制御下で、自局の非同期転送スロットで送信開
始する（ステップ■）．そして、送信が完了するまで、
送信・受信・衝突検出回路６１により衝突検出を続ける
（ステップ■及び■）．衝突が検出されることなく、送
信が完了すれば、正常にフレーム送信を終了する．一方
、送信が完了する前に、衝突が検出されれば、ジャム送
信を行い、衝突が発生したことを他のステーションに知
らせる（ステップ■）．そして、試行回数を１回カウン
トアップする（ステップ■）．試行回数が所定回数を超
えていれば、衝突回数超過として送信を打ち切る（ステ
ップ■）。

試行回数が所定回数以下であれば、乱数によりバックオ
フタイムを算出する（ステップ［相］）．そして、バッ
クオフタイムをタイマーにセットして、このタイマーを
スタートさせ、ステップ■に戻るくステップ０）。この
タイマーがタイムアップするまでは、ステップ■で送信
延期中と判定される。

第５図は本発明に用いるＭＡＣフレームフォーマットを
示している。このフォーマットについては、ＩＥＥＥ８
０２．３規格と同じであるので、説明は省略する。

［発明の効果］ 本発明にあっては、ランダムアクセス方式のＬＡＮにお
いて、各ステーションをＮグループに分け、ＬＡＮシス
テム全体の非同期転送スロットのタイミングを同期させ
たので、ステーションの数が１／Ｎになったのと同じ程
度に衝突確率が低くなり、スルーブットが向上し、待ち
時間が短くなり、送信状態のステーションの実効的な数
を増大させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスロット割り当ての構戒例を示す図、
第２図は本発明の一実施例の全体構成図、第３図は本発
明に用いるマスターコントローラ及びステーションコン
トローラの構戒を示すブロック図、第４図は本発明に用
いるステーションコントローラの制御フローを示す流れ
図、第５図は本発明に用いるフレームフ才一マットを示
す図、第６図は本発明の特性を示す図、第７図及び第８
図は従来例の特性を示す図である． １はマスターコントローラ、６はステーションコントロ
ーラである．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ランダムアクセス方式のＬＡＮにおいて、ＬＡＮ
   コントローラが１台のマスターコントローラと複数台の
   ステーションコントローラから成り、マスターコントロ
   ーラがＬＡＮシステム全体のタイミングを制御し、ステ
   ーションコントローラがマスターコントローラに同期し
   たタイミングで動作し、伝送される信号フォーマットが
   マスターコントローラからの同期制御スロット、及び各
   コントローラからのＮ個の異なった非同期転送スロット
   から成るフレーム・ユニットで構成され、各コントロー
   ラがＮ個の非同期転送スロットの中の１スロットのみで
   送信するように各コントローラをＮグループに分割し、
   送信権をＮ個の非同期転送スロットのいずれかに割り当
   てることを特徴とするランダムアクセス方式のＬＡＮ。