JPH03504071A - 分布された待ち行列を短縮させるための方法 - Google Patents

分布された待ち行列を短縮させるための方法

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JPH03504071A
JPH03504071A JP2502298A JP50229890A JPH03504071A JP H03504071 A JPH03504071 A JP H03504071A JP 2502298 A JP2502298 A JP 2502298A JP 50229890 A JP50229890 A JP 50229890A JP H03504071 A JPH03504071 A JP H03504071A
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ラオ サテヤナラヤナ
ビーレル レト
ポッツ マルティン
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アスコム テック エージー
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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】 布された′、′−りを短 させるための 法この発明は、特許請求項前文記載の デジタル伝送ラインに接続された多数の節にまたがって分布されている待ち行列 を短縮させるための方法に関する。
IEEEコミュニケーションマガジン、第26巻、第4号(1988年4月)、 20〜28頁掲載のR,M、 Newman等による論文[rTheQPSX  MANJに、二つの非分岐並列バスを介して幾つかの部間でデジタルインフォメ ーションを伝送する装置が紹介されている。これらの節は相前後して配置されか つこの二つのバスにそれぞれ連結されている。そしてアドレスがラベルされたパ ケットが、これら二つのバスの何れについても一方向にのみ相次いで同一レート で送られる。
これらのパケットには、何れもそのヘッダパートに2組のビットセグメントが含 まれているが、これらのセグメントは、すべての節に分配される待ち行列を生成 させるのに必要なものである。これらのビットセグメントの一方は、「エンプテ ィ(がら)!(E)または「ビジィ(話中)!(B)であることを表すのに用い られる。また他方のビットセグメントは、了リクエストJ  (R)またはrノ ンリクエストJl  (N)であることを表すのに用いられる。そして各パケッ トが、これらのビットの値に応じてそれぞれ「エンプティパケットJ  (E) 、「インフォメーションパケット」 (B)、「リクエストパケット」 (R) 、「ノンリクエストパケット」 (N)に分類される。
分配された待ち行列によって、各節がほぼ任意の時間にバスにアクセスできるよ うになるが、このことは、短くかつ緊急なメツセージ(例えば警報等)を送信し なければならない場合に特に重要なことである。待ち行列は、バス上に大量の通 信量が発生したとき、連続的に動作するプロトコルを介して生成される。また、 待ち行列の部分的表現(イメージ)が各節ごとに見出される。次にこのプロトコ ルについて説明するニ ー各節において、リクエストパケット(R)が前進した場合にはエントリーが必 ずF I F O(First−In、First−Out :先入れ先出し) メモリーの中に読み込まれ、またエンプティパケット(E)が前メモリーから読 み出される。このような動作を通じ、FIFOメモリーによって各節の待ち行列 の前記のようなイメージが生成される。
−ある節が一方向にインフォメーションを送ろうとした場合、インフォメーショ ンの宛先にリクエスト信号が反対方向に送られる。
このことは、当該節が、受信した最初のノンリクエストパケット(N)をリクエ ストパケット(R)に変換してこれを送り出すことによって実行される。またこ の節では、後で認識され得るエントリーもFIFOメモリーの中に追加される。
−上記リクエストを送出すべきことを意味する固有のエントリーがFIFOから 読み出されると、そのインフォメーションを送信すべき資格が当該節に直ちに付 与される。そしてこの節は、そのインフォメーションを次に到着したエンプティ パケット(E)に書き込み、これをインフォメーションパケット(B)として送 り出すことによってこのことを実行する。そしてインフォメーションを送るべき 次のリクエストに応え得る態勢になる。
ここに説明したプロトコルは良好に動作し、しかもこれによって各動量でのアク セス要求もバランスされるようになる。しかしこのプロトコルでは、これを純粋 なリング構成システム(バスにヘッドが存在しない特殊ユニット)にまで拡大適 用させるのが不可能であると言う欠点が存在する。
この発明は、このような制限を解消させるとともに、幾つかの独立した待ち行列 が相隣接して存在することも許せるようにしながら、それぞれに分配された待ち 行列の長さとレンジ(バス沿いの距離)とを最小化させることを目的とする。
この課題の解は、無条件請求項に記載されている通りである。これ以外の条件付 請求項にはこれの具現方法が記載されている。
この解決法の利点は、この発明の目的に適ったものである。このことは、伝送ラ インが地勢学的にどのようなタイプ(ここでは特にリング構造)のものであって も、分散された待ち行列を生成させることが可能になることを意味するものであ る。しかも、分散された待ち行列に関係する節の平均個数が少なくなるので、ア クセスの平均遅れ時間も大幅に短縮されるようになる。
次にこの発明を、実施例に関する次の七つの図面を参照して更に詳細に説明する 。
図面の簡単な説明 第1図は、伝送ラインの第一の地勢学的配置図である。
第2図は、伝送ラインの第二の地勢学的配置図である。
第3図は、パケットのフォーマットを示した図である。
第4図は、ある節における行列作りの手順を示したものである。
第5図は、FIFOメモリーの第一のブロック線図である。
第6図は、FIFOメモリーの第二のブロック線図である。
第7図は、FIFOメモリーの第三の表現図である。
第1図に伝送ラインの第一の配置室10が示されているが、これには数個(例え ば8個)の節が設けられており、これが図中に12で示されている。そしてこれ らの節には2本のリング状バス14と16とがそれぞれ連結されている。バス1 4は時計回り方向に駆動され、またバス16は反時計回りに駆動される。各節は それぞれこれらのバス14と16とに、インフォメーションがバスの上を、また 各節を貫き、それぞれ通過するように接続されている。
第2図に、第1図とよく似た構成の伝送ラインの第二の配置室11が描かれてい るが、ここではインフォメーションが本質的にはバスに留まるが、各節12がこ こを通過するパケットからこの情報を読み取ったりパケットに書き込んだりでき るように、各節12がバス14と16とにそれぞれ接続されている点が第1図の 配置室とは異なっている。
アドレスがラベルされた各パケット21は、バス14と16の上を同一レートで 相次いで通過するが、これらのパケットの一つが第3図に示されている。このパ ケットは、ヘッダバート22とインフォメーションバート25とに分けられる。
インフォメーションパートはへラダパートの直後に続いてもよいが、若干時間を 置いて後続してもよい。ヘッダバート22には図中に23と24とで示されてい る二つのフィールド(何れも1ビット幅であることが望ましい)が含まれている が、これらは当該パケットのタイプを表示させるためのものである。そしてフィ ール゛ド23が、当該パケットが「エンプティパケットJ  (E)であるかあ るいは「インフォメーションパケットJ  (B)であるか、またフィールド2 4が、「リクエストパケットJ  (R)と「ノンリクエストパケット」 (N )の違いを、それぞれ表示することになる。
伝送ライン配置室10.11に関する最新技術の現状によれば、基本的には両バ ス14と16上でインフォメーションを送ることができるので、パケットのヘッ ダバート22のフィールド23(EかBか)がバス上の伝送方向の選定用として 使用され、これとは反対方向のバスに対しては、パケットl\ツダバート22の フィールド24(RかNか)が適用される。このような適用方法によれば、フィ ールド23と24が、両方向に対するそれぞれ独立したオペレーションに使用さ れるようになる。
第4図に、一方向の伝送ならびに1個の節に関する待ち行列Wの動作が示されて いる。この行列Wは、パケット21がバス14や16を通過するたびにステップ ・パイ・ステップに変化する。図の最上段に、1を先頭にしてこれら各ステップ の番号nが示されている。
また、2段目には事象XとYとが示されているが、これについては後述する。
3段目には、バス14における各ステップnそれぞれの期間中に問題となる節1 2に到着したり、そこから発信されるパケットのタイプ(RかNか)が示されて いる。また、中段には、当該節に対して分配された待ち行列のイメージWが示さ れている。このイメージは、前述したFIFO(先入れ先出し)メモリーに関係 し、新参の「自分のリクエスト」が採り上げられるまでには、その前にどれくら い多くのリクエストRが処理されなければならないかを示すものである。
そして最下段には、反対方向のバス16で節12に到着ならびにここから発信さ れるパケットのタイプ(EかBカリが示されている。
分配された待ち行列Wは、各節それぞれでのWのイメージと共に、後述する公知 のプロトコルとの関連の下に生成されたり、空(エンプティ)にされたりする。
次にこの動作を第4図を参照しながら説明するニ ステップ1:イメージWの中には現在3個のリクエストRが含まれている。そし てバス14上ではノンリクエストパケットNが到着するが、これは無変換のまま 更に前進される。またバス16上ではインフォメーションパケットBが到着する が、これも無変換のまま更に前進させられる。従ってイメージWに変化はない。
ステップ2:ここで節はインフォメーションをバス16に送り出そうとする。こ の事象が記号Xで表されている。バス14上ではノンリクエストパケットNが到 着するが、節は丁度インフォメーション(X)を送ろうとしているので、このノ ンリクエストパケットNがリクエストパケットRに変換されて送り出される。そ してこのインフォメーション送信リクエストが、当該節の待ち行列Wのイメージ Wの中に(そして当該行列Wそれ自体の中にも)リクエストrとして繰入れられ るので、これが後刻、リクエストとして認められ得るようになる。バス16上で はインフォメーションパケットBが到着するが、これは無変換のまま前進される 。
ケラトNとエンプティパケットEが到着する。しかしバス16上のパケットがエ ンプティEであるため、Rが1個エントリーされるたびにイメージWの長さが短 くなる。
ステップ5と6:バス14と16では、それぞれリクエストパケットRとインフ ォメーションパケットBが到着する。そしてバス14のパケットがリクエストで あるため、Rが1個エントリーされるたびにイメージWの長さが長(なり、再び 4リクエストの長さになる。
ステップ7tいし10:バス14と16では、それぞれノンリクエストパケット NとエンプティパケットEが到着する。しかしバス16上のパケットがエンプテ ィEであるため、イメージWの長さが1個分づつ短くなり、最後に零になる。
ステップ8で二自分のリクエストrが送り出されたが、これはエンプティパケッ トEでインフォメーションパケットRに変換された結果、この節がそのインフォ メーションを送り出すことができるようになったからである。
ステップ11:バス14と16では、それぞれリクエストパケットRとインフォ メーションパケットBが到着する。そしてバス14のパケットがリクエストパケ ットであるため、待ち行列イメージWの長さがR1個分の長さになる。
ステップ12ニバス14と16では、それぞれノンリクエストパケットNとエン ブティパケッ)−Eが到着する。しかしバス16上のパケットがエンプティEで あるため、待ち行列イメージWの長さが短くなって再び零になる。
以上の点に関しては、最新の技術方式で行われていることと変わりはない、しか しこれ以降のステップ13ないし18がこの発明の新規性に関する。
ステップ13:ここでは待ち行列Wがなく、そのイメージの長さが零である(す なわちFIFOメモリーほからである)。そしてバス14と16では、それぞれ ノンリクエストパケットNとエンプティパケットEが到着する。
ステップ14と15:FIFOメモリー30がからでありかつ13と14の両ス テップではバス16にエンプティパケットEしか到着せずしかもこれが無変換の まま更に前進して行ったため、バス14で到着した2個のリクエストパケットR がノンリクエストパケットNに変換されて送り出される。この事象が記号Zで表 されている。
ステップ16:ステップ15でバス16にインフォメーションパケットBが到着 しているので、このステップ16ではバス14で到着したリクエストパケットR は変換されない。そしてF4FOメモリー30にこのリクエストパケットRが加 算されるが、このメモリーは再びエンプティパケットEが到着すると同時にから にされ、そのままバス16に送り出される。
ステップ17:バス14と16では、それぞれノンリクエストパケットNとエン プティパケットEが到着する[FIFOメモリー30がからであり、またバス1 6でエンプティパケットEが到着するがこれが無変換のまま更に前進されるとい う事実に鑑み、次にバス16で到着するリクエストパケットRがノンリクエスト パケットNに変換可能であることに注目されたい] ステップ18ニステツプ15と同様 以上、この第4図の事例から、次のような一般的手順と条件とが導き出される: すなわち、FIFOメモリー30がからである何れの節12においても、一方向 (例えばバス16で)に伝送/前進されるそれぞれのエンプティパケットEのた めに他の方向への(例えばバス16で)1個のリクエストパケットRが変換され 、これがノンリクエストパケットNとして送り出されること。節12それ自体に よってからにされてエンプティパケットEとして送り出されたインフォメーショ ンパケットBは、到着したあとそのまま前進させられたエンプティパケットEと 同様な効果を持つこと。
リング状に形成された伝送装置10.11においては、最低1個の節12が、使 用済パケットをエンプティパケットEに変換する能力を持たなければならない。
しかし多くの節12、むしろすべての節がエンプティパケットEの発生源になり 得る能力を備えるようにすることが望ましい。このようにすれば、その概要を前 述したようなリクエストパケットRをキャンセルすること、すなわち各リクエス トパケットをノンリクエストパケットNに変換することにより、当該待ち行列の レンジ(バス沿いの距離)が縮小されるだけではなく、割当てられた行列Wも短 縮され得るようになる。しかも、出現するリクエストパケットRの個数も減少す る結果、当該節12が使用可能なエンプティパケットがリクエストパケットRと 出会うまでの平均タイムが短縮されるので、すべての節に対する平均アクセス遅 延時間も短縮されることになる。
既存の待ち行列Wを可及的短縮させる上記の方法は、FIFOメモリー30がか らになっている場合には、すべてのエンプティパケットEを隙間なく相次いで伝 送ないし前進させるために、リクエストパケットRをノンリクエストパケットN に変換させることが可能であると言う原理に基づいたものである。しかしこのよ うな制約は、本当は不必要なことである。実際では、あまり長(ない時間間隔T 1の間に伝送ないし前進される多数のエンプティパケットEのためには、これに 引き続く同一時間間隔Tヨの間に、これと同数のリクエストパケットRが確実に ノンリクエストパケットNに変換されさえすれば充分なのである。この時間間隔 Tの長さをパケット10個分(例えば)相当の長さに固定することも可能である 。しかしこの長さTは、当該節からバス16方向の隣接節までのパケット(例え ばエンプティパケットやインフォメーションパケット)のトラベルタイムの長さ と正確に一致するように、各節ごとに別々に設定した場合、最適な値になる。そ してこのような特殊状態は、節から節までの反応時間を最小にすることにより、 実現される。すなわち、このような最適化に対しては、各節それぞれに固有の時 間間隔Tを持たさせることが必要になり、これらの時間間隔をマニュアルまたは 自動的に(この方がペターである)設定しなけれはばらない。また、システム動 作中、エンプティパケットEとリクエストパケットRの出現頻度を多かれ少なか れ平均化させるため、各パケットが出現するたびにこの時間間隔T、とT2とを 交互に入れ替えてもよいであろう。
第5図に、割当てられた待ち行列WのイメージW用のFIFOメモリー30の第 一のブロック線図が描かれている。このメモリーは、アップ・ダウンカウンタ− 32、カウントダウンカウンタ−34、スイッチ38、ANDゲート39および これらに組み合わされたコントロール回路36を包括したユニットとして構成さ れている。スイッチ38がこの図のような状態にある場合、カウンター32には リクエストパケットRが通過するたびに1が加算され、エンプティパケットEが 通過するたびに1が減算される。そしてこのカウンターの最終値pが、割当てら れた待ち行列Wの当該部分のイメージWの長さを表すことになる。そして節12 が自分のリクエストrを生み出すや否や、そのときのカウンター値pがカウンタ ー値qとしてカウンター34の中に平行交差してコピーされる。そしてカウンタ ー32が0にリセットされるとともに、スイッチ38がカウントダウンカウンタ −34の側に切り換えられる。従ってこのカウントダウンカウンタ−34では、 エンプティパケットEが通過するたびにそのカウンター値qから1が引き去られ る一方、カウンター32ではリクエストパケットRが通過するたびにそのカウン ター値pに1が加算されることになる。そしてカウントダウンカウンタ−34の 値が0になるや否や(第4図に事象Yとして記されている)、節12は自分のリ クエストr(これについては後述する)をリクエストパケットRの形態で送り出 せるようになる。この自分のリクエストrは、前述したような様式で待ち行列W の中に繰り入れられる。カウントダウンカウンタ−34がから(すなわちカウン ター値がO)である間は、アウトプット端子50に信号fが現れる。またカウン ター32もからであれば、もう一つの信号gがANDゲート39を経由してアウ トプット端子51にも現れる。これらの信号fとgとに関しては、次に第6図を 参照して更に詳細に説明する。
第6図には、FIFOメモリー30の第二のブロック線図が描かれている。この メモリー30は、プロセッサ40、プログラムストア41および2組のカウンタ ーストア42と44で構成され、第5図のスイッチと全く同一の機能を果たすプ ログラムストア41内のプログラムに従って動作する。またこれと同様、カウン ターストア42.44がカウンター32.34に相当し、カウンター値pやqと 等価な値がこれらにストアされる。トリガー事象R,r、Eは、インプット端子 45経由でFIFOメモリー30にインプットされる。カウンター値qが0に等 しく、また同じ(pとqとが0に等しい限り、アウトプット端子46から信号f とgとがアウトプットされる。そして信号fが現れると、新参の自分のリクエス トが処理され得るようになる。また、到着したリクエストパケットRが、このア ウトプット信号gによってノンリクエストパケットNに変換され得るようになる 。第5図および第6図のFIFOメモリー30の代案においては、カウンターの 現在値がカウンター34またはカウンターストア44の中に並行交差してコピー されたとき、カウンター32またはカウンターストア42内のカウンター値pが 0にリセットされることはなく、それ以前と同様に加算や減算が続行される。
第7図に、FIFOメモリー30のもう一つの代案が示されているが、これは、 それぞれ数個の並列ビットで構成された例えば8個のストレージエレメントを備 えた実用FIFOメモリーの使用法を示したものである。これらのビットは、図 の左側の欄61のビットが、当該エレメントがからか、あるいは占領されている のかを示す(それぞれがOか1かで表現される)ためのものである。また右側の 欄62のビットは、当該エレメントがから(0)か、そうではないかを示すため のもので、もしからではない場合には、当該リクエストのタイプがRか、それと もrであるかを表す。このFIFOメモリー30は、発生したリクエストRやr によって記入され、かつアウトプット信号fとgとを生成する。
以上、ここに概要を述べたこれら三つの例以外にも実施態様があり得る。
リクエストパケットRを急速に処理可能にする方法に関し、ここでは2方向の伝 送ラインの一方についてのみその概要を説明したが、この方法を拡張すれば両方 向に同時にこれを適用可能であることば論を待たないことであり、実際に行われ ていることでもある。そのような場合には、各パケット21のフィールド23と 24とが、他とは無関係にそれぞれの伝送方向用として利用される。
基本的にこの方法は、相反する方向に走る2本の並列バス14゜16を備えた任 意の伝送装置に適用可能であるが、リング状に構成された伝送システムに特に適 している。
パケット21のへラダパート22内のフィールド23と24は、エンプティパケ ットEとインフォメーションパケットBとを区別するほか、リクエストパケット RとレンリクエストパケットNとの区別にも有用なものである。これらを区別す るには、各フィールドに何れも1ビット分の幅を持たせれば充分であるが、この ことは、冗長が要求されたり、あるいはその他の理由から、フィールド23およ び24を2ないしそれ以上のビット幅に拡張することを排除するものではない。
Fig、 2 Fig、  3 Rr Fig、 7 国際調査報告  斯/σ匍1(6)24国際調査報告

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.デジタル伝送ラインに接続された多数の節(12)にまたがって分布されて いる待ち行列(W)を短縮させるための方法であって、 一二つの非分岐並列バス(14,16)の一方(16)の上を隣接したエンプテ ィパケット(E)とインフォメーションパケット(B)とが一方向に走り、また これら二つのバスの中の他方(14)の上をリクエストパケット(R)とノンリ クエストパケット(N)とが他の方向に、かつ同一伝送レートで走る、−一か所 において、一方のバス(16)上にはエンプティパケット(E)が、また他方の バス(14)上にはノンリクエストパケット(N)が、それぞれ生成される、− 各節(12)が両方のバス(14,16)にそれぞれ接続されるとともに、それ ぞれの節(12)がインフォメーションパケット(B)を受信しかつ送信する、 −各節が、当該節に到着したりここから送り出されるリクエストパケット(R) ならびにエンプティパケット(E)から、当該節に分配された待ち行列(W)の 重要部分を表すダイナミックイメージ(W)をそれぞれに維持管理する、および −インフォメーションを送ろうとする節(12)は、何れも到着するノンリクエ ストパケット(N)を相次いでリクエストパケット(R)に変換して送信し、か つそれ自体のリクエスト(r)をそれ自体に分配された待ち行列のイメージ(W )の中に繰り入れるとともに、これの送り出しを認めることが信号されたら直ち にエンプティパケット(E)に当該インフォメーションを書き込み、かつそれに インフォメーションパケットとしてのマークを付した上でこれを送信する、 方法において、 ○少なくとも1個の節(12)においてエンプティパケット(E)とノンリクエ ストパケット(N)とが生成されること、および ○それ自体で生成したエンプティパケット(E)を持っているか、あるいは受信 したエンプティパケット(E)を送り出しかつそのことがそれ自体に分配された 待ち行列のイメージ(W)によって認定されている節(12)は、何れもこのよ うなすべてのエンプティパケット(E)のために、到着するリクエストパケット (R)をノンリクエストパケット(N)に変換した上、ノンリクエストパケット として送り出すこと、を特徴とする方法。
  2. 2.分配された待ち行列のイメージ(W)が、分配された待ち行列(W)がそこ には存在しないことを示している間は、該イメージ(W)が認可を信号すること を特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 3.分配された待ち行列のイメージ(W)が、FIFOメモリー(30)のカウ ンター値(p,q)によって代表されること、およびこれらのカウンター値(p ,q)が何れも零である間は、認可が信号されることを特徴とする請求項2記載 の方法。
  4. 4.このようなすべてのエンプティパケット(E)のために、何れの節(12) も、反対方向から到着するリクエストパケット(R)をノンリクエストバケット (N)に事後変換できることを特徴とする請求項1記載の方法。
  5. 5.このようなすべてのエンプティパケット(E)のために、何れの節(12) も、反対方向から到着するリクエストパケット(R〕を、その後に続く所定の時 間間隔(T)以内にノンリクエストパケット(N)に変換できることを特徴とす る請求項1記載の方法。
  6. 6.各節(12)に対する時間間隔(T)の長さが、『パケット(21)が当該 節からエンプティパケット(E)とインフォメーションパケット(B)の指向方 向隣接節まで移動するのに要する時間の長さ』に固定されることを特徴とする請 求項5記載の方法。
  7. 7.請求項1記載の方法において、 ○何れのパケット(E,B,R,N)も、ヘッダパート(22)とインフォメー ションパート(25)とを有すること、○ヘッダパート(22)内の二つのフィ ールド(23,24)が、エンプティパケット(E)とインフォメーションバケ ット(B)とを、あるいはリクエストパケット(R)とノンリクエストパケット (N)とを、それぞれ区別可能にする役割を分担すること、および ○何れのパケット(21)も、一方の伝送方向においてはエンプティパケット( E)やインフォメーションパケット(R)の役を果たし、かつこれと同時に他方 の伝送方向においてはリクエストパケット(R)やノンリクエストパケット(N )の役を果たすこと、 を特徴とする方法。
  8. 8.各バス(14,16)がリンク構造に接続されている伝送ラインに関する前 記各請求項記載の方法の使用において、何個かの節(12)にエンプティパケッ ト(E)ならびにノンリクエストパケット(N)とを生成させることを特徴とす る使用。
  9. 9.何れの節(12)にもエンプティパケット(E)ならびにノンリクエストパ ケット(N)とを生成させることを特徴とする請求項8記載の使用。
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