JPH0414338A - 同期データ転送方式 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明はデータ転送方式に係り、特にＬＡＮシステムを
経由して互いに離れた複数地点に散在する装置間で一定
周期転送が必要な音声データ等のデータ転送を容易に行
ない得るようにした同期データ転送方式に関する。

（従来の技術） 一般に、電話やマイク、スピーカ等の収容、公衆網との
接続を可能とするＬＡＮシステムでは、伝送路アクセス
の方式として、同期形時分割伝送路制御（以下、ＴＤＭ
Ａと称する）方式が用いられている。この同期形ＴＤＭ
Ａ方式では、中央同期局により基本クロックに同期して
一定周期で情報フレームが生成される。各情報フレーム
は、フレームの開始を示すＳＹＮ同期信号によって区別
され、バイトデータを構成単位とする複数のスロットで
構成される。

一方、電話等の音声データの転送が可能なＬＡＮシステ
ムでは、各情報フレームは音声のＰＣＭデータ化周期８
ＫＨｚを収容できるために、１　／　８　Ｋ　Ｈｚ　、
すなわち１２５μＳｅＣの周期で生成される。よって、
１バイトデータのスロットは、６４Ｋｂｐｓの伝送速度
を有する転送チャネルに相当する。そして、ＬＡＮ応用
システムが必要とするチャネル数と各伝送速度または必
要帯域、実現するハードウェアの規模により、スロット
数とスロットを構成するバイト数が選択される。この種
のＬＡＮシステムに接続される各機器は、伝送要求発生
時に中央同期局に要求して空きスロットを割り付けても
らい、以後そのスロットまたはチャネルを用いてデータ
転送を行なう。第４図は、かかる同期型ＴＤＭＡ方式に
おけるスロット割付けの様子を示す図である。

この場合、音声のＰＣＭ化は、公衆網やＬＡＮ応用シス
テム等の外部基本クロックに同期したＬＡＮ基本クロッ
クが用いられるため、送信端と受信端機器によるデータ
転送の同期化を容易に達成することが可能となる。しか
し、この同期形ＴＤＭＡ方式によるＬＡＮシステムは、
実現上複雑かつ高価であることから、大規模なシステム
に主に適用されている。

一方、ＬＡＮシステムの利便性の拡大に伴なう、異機種
、異メーカの機器接続の要求によって、ＬＡＮシステム
の基準化が進展してきており、高速のＬＡＮシステムを
比較的容易かつ安価に構築することが可能となっている
。そして、この高速広帯域性を有するＬＡＮシステムと
しては、例えば１００　Ｍ　ｂ　ｐ　ｓの伝送速度を有
する米国ＡＮＳＩのＦＤＤＩがある。このＦＤＤＩは、
リング状の・形態をとるトークンパッシング方式ＬＡＮ
システムの一つである。

トークンパッシング方式は、トークンと呼ばれる送信権
が順々にシステム中の各ノード間で受は渡され、同一時
刻では複数のノードが送信することが防止される。そし
て、トークンを受は渡されたノードでは、予め設定され
た時間内でデータを送信することができる。従って、決
定論的伝送路アクセスが可能となるため、リアルタイム
性を要求されるプロセス制御システム用のＬＡＮシステ
ムとして、トークンパッシング方式が多く採用されてい
る。また、このトークンパッシング方式によるＬＡＮシ
ステムには、ネットワーク形態として、リング状のもの
やバス状のもの、あるいはスター状のものがあるが、い
ずれも前述したように送信権委譲の方法がトークンとい
う特別なフレムを用いることと、伝送権委譲にともない
伝送路上に空き時間が発生する非同期ＴＤＭＡ方式が共
通である。第５図は、この非同期形ＴＤＭＡ方式による
伝送路上のフレーム関係を示す図である。

ところで、最近では、ＦＤＤＩのようにＬＡＮシステム
の有する高帯域性を利用して、リアルタイムに音声デー
タ、映像データを転送する要求があるが、非同期形ＴＤ
ＭＡ方式によるトークンパッシング方式を基本としてい
るため、特に音声データの転送では周期的にデータ伝送
することは可能となるが、音声帯域を収容するための１
２５μＳｅＣの倍数を単位とするシステム基準時間毎の
定周期伝送に対する時刻誤差の累積が発生する。

そこで、近年では、このようなシステム基準時間毎の定
周期伝送に対する時刻誤差の累積を回避するために、特
定ノードを主局とし、この主局が周期的に定時刻に一致
してデータ伝送を行なう方式が提案されている。例えば
、バス型ＬＡＮシステムに対しては“特開昭６３−３１
８８４２号（信号同期方式）”がある。すなわち、この
方式は、各ノードでのデータフレーム送信時間の変動に
応じて、主局ではトークン受信する時間が変動すること
から、主局では同期データフレームの送信に先立って、
送信すべき定時刻との時間差に応じて決まるデータ長を
有するダミーデータフレームを送信することにより、主
局から送信される同期データフレームの送信開始時間を
定時刻となるように追従制御して時間誤差の累積をなく
する方式である。そして、かかる方式による送信時刻調
整手段を付加することによって、比較的簡単かつ安価に
時間累積誤差を改善することが可能となる。

しかしながら、主局から送信される同期データフレーム
は時間累積誤差なく伝送することが可能となり、各ノー
ドで定周期に受信が可能となるが、一方各周期内ではあ
るノードでのデータフレーム送信時間の変動によって他
のノードのデータ送信時刻が変動し、よってそのフレー
ムを受信するノードのデータ受信時刻も変動することに
なる。すなわち、ＬＡＮシステムに接続された全ての処
理装置が時間同期してデータ処理するような応用や、互
いに離れた複数地点のプロセスデータ（例えば、電圧、
電流等の瞬時値）を同時かつ同一位相でサンプリングす
るような応用にとっては有効であるが、非同期形ＴＤＭ
Ａ方式が提供するスロット位置が各ノードで一定時間周
期となる、従って、電話等の収容にとって必要なデータ
同期が容易となる特性は実現されていない。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来では、前述した送信時刻調整手段を有
するトークンパッシング方式を用いた非同期形ＴＤＭＡ
方式のＬＡＮシステムにより、例えば送信端と受信端が
スピーカとマイク対や電話対でやりとりされる音声デー
タ転送のように、送信端および受信端の双方において一
定周期で連続に発生するデータを取り残さずに送出する
、また取り残さずに受は取り処理することを必要とする
同期データ転送を行なう場合に、送信端のデータ送信時
刻の変動、およびその結果生じる受信端におけるデータ
受信時刻の変動によって、同期データの送信端、受信端
でオーバーフローやアンダフローが発生するという問題
があった。

本発明の目的は、送信端のデータ送信時刻の変動および
それによって生じる受信端でのデータ受信時刻の変動に
よる同期データの送信端、受信端でのオーバーフローや
アンダーフローを解消し、ＦＤＤＩ規格に準じた各ノー
ド機器をネットワークに収容できると共に、電話等の定
周期で連続的に発生するデータをＬＡＮシステム経由で
データ転送することができ、しかも比較的安価かつ小型
にハードウェアを構成することが可能な同期データ転送
方式を提供する。

〔発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、特定ノードを
主局とし、当該主局から送信される同期データフレーム
の送信開始時間を定時刻に一致するように追従制御して
定周期伝送における時間誤差の累積をなくする送信時刻
調整手段を備え、伝送路アクセス方式としてトークンパ
ッシング方式を用いた非同期形時分割伝送路制御方式の
ＬＡＮシステムにおけるデータ転送方式において、各定
周期内においてＬＡＮシステムを構成するノードのデー
タフレーム送信タイミングの変動分に相当するメモリ容
量を有するＦＩＦＯ（先入力先出力）メモリを送信端お
よび受信端にそれぞれ備え、送信端でのデータを送信端
側のＦＩＦＯメモリに送信端で必要な一定周期で連続的
に入力すると共に、各定周期時間に相当する容量のデー
タを送信端側のＦＩＦＯメモリがらノードがデータフレ
ーム送信完了を検出したタイミングで読み出し、次の定
周期内に伝送される送信データフレームのデータ格納部
分のほぼ半分に相当する領域に各定周期毎に交互に送信
端側のＦＩＦＯメモリがら読み出した容量のデータを上
書きするようにして２定周期毎に同一データを伝送する
ようにし、受信側のノードでは、受信完了を検出すると
受信したデータフレームのデータ格納部分がら順々に受
信端側のＦＩＦＯメモリの容量相当分のデータを読み出
して受信端側のＦＩＦＯメモリへ格納すると共に、受信
端側のＦＩＦＯメモリから受信端で必要な一定周期で連
続的にデータを出力するようにしている。

（作　用） 従って、本発明の同期データ転送方式においては、ＬＡ
Ｎシステムに接続された送信端において一定周期で連続
に発生するデータを取り残さずに入力し、ＬＡＮシステ
ムを経由して送出、受信し、ＬＡＮシステムに接続され
た受信端において取り残さずに送信端と同一の一定周期
で連続して出力することができる。

（実施例） まず、本発明の考え方について説明する。

前述した送信時刻調整手段を備えたＬＡＮシステムにお
いては、主局から送信される同期データフレームは、時
間誤差累積なく各ノードにて一定周期（ＬＡＮ伝送周期
に相当し、以後では“ＴＯ”と記する）で定まる時刻（
すなわち、ＴＯＸ整数±Δｊ、Δｊは送信時刻調整手段
によるｊ周期での変動分）毎に受信される。各周期内で
は、ノードの送信タイミングと、他のノードからのデー
タフレーム受信タイミングとが変動することになる。

この変動分は、周期ＴＯ内で各ノードに許す非定常分デ
ータフレームの総和時間の最大値（各ノドでの送信また
は受信タイミングの変動値の最大値の絶対値を示し、以
後では“α　と記する）に等しい。ここで、非定常分の
データフレームとは、ＬＡＮシステムを応用してプロセ
ス制御を行なうような場合に、制御装置間で定周期にデ
ータ交換されるセンサデータ、操作データ等の定常的に
発生するデータ伝送要求以外に突発的な要因により発生
するデータ伝送要求に対応するデータフレムであり、全
ての要求を許すと１０時間内に伝送すべき定常データの
伝送が遅延されることになり、制御精度に影響を及ぼす
。そのため、通常はこの非定常データフレームの伝送可
能な時間を制御することを行なう。

送信端では、周期Ｔ１でデータを生成し、また受信端で
は、周期Ｔ１でデータを処理することが必要となる。そ
こで、本発明では、最大３×（ＴＯ／ＴＩ）のメモリ容
量を有するＦＩＦＯメモリを送信端に備えて、周期ＴＩ
毎に生成されるデータを格納すると共に、ノードでのデ
ータフレーム送信完了を検出した時点で、（ＴＯ／ＴＩ
）に相当するデータを読み出すと共に、次の周期ＴＯ用
の送信データフレームを準備する。この送信データフレ
ームのデータ格納部分は、２×（ＴＯ／Ｔｌ）のデータ
長を有し、送信端では、ＦＩＦＯメモリから読み出した
データを先頭から順番に（Ｔｏ／ＴＩ）個分ずつ各ＴＯ
周期毎に書き換える。そして、２ｘ　（ＴＯ／ＴＩ）個
分だけ書き換えると、再び先頭から書き換えを行なう。

従って、各Ｔｏ周期内で伝送されるデータフレームには
、２ＸＴＯ周期に渡って生成されたデータを格納し、各
ＴＯ周期毎半分ずつのデータを更新すると共に、各デー
タを２×１０周期間にわたり伝送する。

一方、受信端では、前述のデータフレームの受信完了を
検出すると、データ格納部分の先頭から各ＴＯ周期毎に
、最低（ＴＯ／ＴＩ）＋β（たたし、βは（α／Ｔ１）
以上で受信処理にかかるオーバーヘッド余裕を見込む最
大値）個分のデータを読み出し、最大２ｘ（ＴＯ／ＴＩ
）の容量を有するＦＩＦＯメモリに格納する。また、デ
ータ格納部分を読み出す場合には、２ｘ　（Ｔｏ／ＴＩ
）個分だけ読み出したら、再び先頭から読み出しを行な
う。そして、ＦＩＦＯメそりに格納したブタは、周期Ｔ
１毎に読み出してデータ処理する。

なお、上述のＦＩＦＯメそりにおいて、ＦＩＦＯメモリ
のシフト時間、ＦＩＦＯメモリへの書き込み、読み出し
時間は、周期Ｔ１に比べて十分に速いものとする。また
、最初のデータ伝送時に、ＦＩＦＯメモリへのデータ格
納を制御して２ｘ（Ｔｏ／ＴＩ）個分のデータが送信さ
れるようにする。

以下、上記のような考え方に基づく本発明の一実施例に
ついて、図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、本発明による同期データ転送方式を実現する
だめの送信ノード側および受信ノード側のハードウェア
構成例を示すブロックである。なお、第１図では、送信
側および受信側の各ノードに一対のマイク１、スピーカ
２があり、２つのノード間でこれらマイク１およびスピ
ーカ２を用いて人が会話をする場合を想定した構成とし
ている。。

また、以後の説明では、送信側ノードのハードウェア要
素については添え字Ｓを付し、また受信側ノードのハー
ドウェア要素については添え字ｒを付して区別すること
にする。

第１図において、マイク１からの音声アナログ信号を、
信号線３１ｓを介してコーデック３ｓに入力し、８ＫＨ
ｚ毎にサンプリングして連続する８ビツトのＰＣＭコー
ド列データに変換するようにしている。そして、このＰ
ＣＭコード列データをＬＡＮシステム経由で伝送し、相
手側ノードのコーデック３ｒに８ＫＨｚ毎に渡し、コー
デック３ｒにより音声アナログ信号として再生し、信号
線３１ｒによりスピーカ２を動作させて、遠隔地の人の
声を聞くことができるようにしている。すなわち、送信
側コーデック３Ｓの出力信号、換言すると送信ＦＩＦＯ
メモリ４の入力信号４１ｓが連続定周期信号であり、受
信側コーデック３ｒの入力信号、換言すると受信ＦＩＦ
Ｏメモリ５の出力信号５１ｒが送信側と同じ連続定周期
信号を再現する必要のある信号データの転送に対して、
第１図の構成をとることができることを特に述べておく
。

一方、ノードは、前述した送信ＦＩＦＯメモリ４と、受
信ＦＩＦＯメモリ５と、トークンパッシング方式による
非同期形ＴＤＭＡ方式のＬＡＮシステムの一つである前
述したＦＤＤＩ送受信制御回路７と、前述した定周期伝
送を実現する定周期伝送制御回路８と、光トランシーバ
９と、ＦＤＤＩ送受信制御回路７からのデータ受信また
はデータ送信完了割り込み信号７１により、本発明のデ
ータ転送を制御するマイクロプロセッサ回路（ＲＡＭ／
ＲＯＭを備えている）ＰＵＩＯと、送受信バッファメモ
リ１１とから構成している。

また、音声データの場合には、ＰＣＭ化周期８ＫＨｚを
、ＦＤＤＩ送受信制御回路７から信号線７２によりコー
デック３に供給するようにしている。さらに、ＦＤＤＩ
送受信制御回路７からのタイミング信号７３により、定
周期伝送に必要な送信タイミング信号８１を定周期伝送
制御回路８から発生するようにしている。

次に、以上の構成における同期データ転送方式の動作に
ついて述べる。

まず、送信開始時点において、送信ＦＩＦＯメモリ４Ｓ
には第２図に示すように、２ｘ　（ＴＯ／ＴＩ）以上の
ＰＣＭデータが格納されている。

マイクロプロセッサ回路ＰＵＩＯｓでは、送信ＦＩＦＯ
メモリ４Ｓから第２図で示す送信データ１．２を読み出
して、第３図のフォーマット例で示される送信データフ
レームを作成する。送信ＦＩＦＯメモリ４Ｓでは、引き
続いて送信データ３．４．・・・・・・と、連続定周期
でＰＣＭデータ列を格納し続ける。また、ＦＤＤＩ送受
信制御回路７ｓでは、トークンを受信して送信を開始す
る。

送信データフレームの送信データフィールドには、送信
データ１，２が含まれている。マイクロプロセッサ回路
ＰＵＩＯｓでは、データ送信完了を検出すると、送信Ｆ
ＩＦＯメモリ４Ｓから送信データ３を読み出し、次回送
信のためのデータフレームとして、送信データ３．２を
含むデータフレームを送受信バッファメモリ１１Ｓ内に
作成する。

ＦＤＤＩ送受信制御回路７Ｓでは、再びトークンを受信
すると、受信データ３．２を含むデータフレームを、Ｆ
ＤＤＩ送受信制御回路７Ｓにより送受信バッファメモリ
ＩＩｓから読み出して送信する。以後、送信側では、上
述したと同様の手順により、自局の送信完了を検出する
と、送信ＦＩＦＯメモリ４Ｓから４，５．・・・・・・
と送信データを読み出し、送信データフレームを作成し
て送信する。

一方、受信側では、データフレームの受信を割り込み信
号７１ｒにより検出したマイクロプロセッサ回路ＰＵ１
０ｒでは、受信データフレームのデータフィールドから
１．２ｆの送信データを読み出し、受信ＦＩＦＯメモリ
５ｒに格納する。同様に、データフレームの受信完了検
出毎に受信したデータフレームのデータフィールドより
、２　Ｓ　＋　　３　ｆ　＋　・・・・・・と受信デー
タを読み出し、受信ＦＩＦＯメモリ５ｒに転送する。ま
た、コーデック３ｒでは、ＦＤＤＩ送受信制御回路７ｒ
からの８ＫＨｚクロツク毎に、受信ＦＩＦＯメモリ５ｒ
からＰＣＭコード列データを読み出す。

なお、以上の動作において、送信データフレームを作成
する時点では、送信ＦＩＦＯメモリ４Ｓ内には常にＴＯ
／７１個以上のＰＣＭコードデータが格納されている。

また、受信側ＦＩＦＯメモリ５ｒ内に受信データを書き
込む時点では、常に受信ＦＩＦＯメモリ５ｒ内にはＰＣ
Ｍコード列データが格納されている。ただし、前記した
ようにＦＩＦＯメモリのシフト時間、ＦＩＦＯメモリへ
の書き込み、読み出し時間は、周期Ｔ１に比べて速い必
要がある。

なお、第２図において、１〜８の番号は、前述の定周期
ＴＯと送受信端で入出力される一定周期Ｔ１とにより決
まるデータ長（ＴＯ／ＴＩ）の同期データを示し、番号
順に送信端で入力され受信端に転送される。３のデータ
フレーム送出では、連続する番号を持つ同期データが組
で送信されることを示す。２１は送信端ＦＩＦＯメモリ
の入力データ、および４２は受信端ＦＩＦＯメモリの出
力デ〜り４２、矢印は周期Ｔ１毎に連続的に入力または
出力されることを示している。また、同期データを示す
番号に続くｆまたはＳは、長さ（ＴＯ／ＴＩ）のデータ
ブロック中のデータを読み出し、受信端のＦＩＦＯメモ
リへ書き込む際に２度に分けて書き込むような場合に、
先に書き込む部分と続いて書き込む部分とを分離してそ
れぞれｆおよびＳで示している。

上述したように、本実施例の同期データ転送方式では、
標準のＬＡＮシステムとして市販されているＦＤＤＩ用
ＬＳＩや伝送管理リフトを活用できるため、電話やマイ
ク、スピーカ等の収容、公衆網との接続を可能とするＬ
ＡＮシステムとして実現上複雑、高価であることから大
規模なシステムに主に適用されていた同期形ＴＤＭＡ方
式によるＬＡＮシステムを用いなくても、比較的安価か
つ小型に汎用のＬＳＩを用いてハードウェアを構成する
ことが可能となる。さらに、送信端のデータ送信時刻の
変動およびそれによって生じる受信端でのデータ受信時
刻の変動による同期データの送信端、受信端でのオーバ
ーフローやアンダーフローを解消しつつ、ＦＤＤＩ規格
に準じて製造された各ノード機器をネットワークに収容
することが可能となると共に、非同期形ＴＤＭＡ方式の
ＬＡＮシステムでしか収容ができなかった電話等の定周
期で連続的に発生するデータをＬＡＮシステム経由でデ
ータ転送することが可能となる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、次
のようにしても同様に実施できるものである。

（ａ）例えば、非同期形ＴＤＭＡのトークンパッシング
方式相当を基本として同期データフレームの定周期伝送
手段を備えたＬＡＮシステムに対して、本発明の同期デ
ータ転送方式を広く一般的に適用することが可能である
。

（ｂ）また、ネットワークの構成としても、リング状、
バス状、スター状のいずれの形態に制限されることはな
い。

（Ｃ）さらに、伝送路としても、同軸ケーブルや光ケー
ブル、空間伝送、これらの混在等のいずれに制限される
ことはない。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、送信端のデータ送
信時刻の変動およびそれによって生しる受信端でのデー
タ受信時刻の変動による同期データの送信端、受信端で
のオーバーフローやアンダーフローを解消し、ＦＤＤＩ
規格に準じた各ノード機器をネットワークに収容できる
と共に、電話等の定周期で連続的に発生するデータをＬ
ＡＮシステム経由でデータ転送することができ、しかも
比較的安価かつ小型にハードウェアを構成することが可
能な同期データ転送方式が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による同期データ転送方式を実現するた
めのハードウェアの一実施例を示すブロック図、第２図
は同実施例における同期データ転送方式のタイミング例
を示す図、第３図は同同期データ転送方式におけるデー
タフレーム中のデータ格納部分の構成例を示す図、第４
図は同期形ＴＤＭＡ方式のスロット割当例を示す図、第
５図は非同期形ＴＤＭＡ方式の伝送路上のフレーム関係
を示す図である。 １・・・マイク、２・・・スピーカ、３・・・コーデッ
ク、４・・・送信ＦＩＦＯメモリ、５・・・受信ＦＩＦ
Ｏメモリ、７・・・ＦＤＤＩ送受信制御回路、８・・・
定周期伝送制御回路、９・・・光トランシーバ、１０・
・・マイクロプロセッサ回路ＰＵ、１１・・・送受信バ
ッフ７メモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 特定ノードを主局とし、当該主局から送信される同期デ
   ータフレームの送信開始時間を定時刻に一致するように
   追従制御して定周期伝送における時間誤差の累積をなく
   する送信時刻調整手段を備え、伝送路アクセス方式とし
   てトークンパッシング方式を用いた非同期形時分割伝送
   路制御方式のＬＡＮシステムにおけるデータ転送方式に
   おいて、 前記各定周期内において前記ＬＡＮシステムを構成する
   ノードのデータフレーム送信タイミングの変動分に相当
   するメモリ容量を有するＦＩＦＯメモリを送信端および
   受信端にそれぞれ備え、前記送信端でのデータを前記送
   信端側の ＦＩＦＯメモリに送信端で必要な一定周期で連続的に入
   力すると共に、前記各定周期時間に相当する容量のデー
   タを前記送信端側のＦＩＦＯメモリからノードがデータ
   フレーム送信完了を検出したタイミングで読み出し、 次の定周期内に伝送される送信データフレームのデータ
   格納部分のほぼ半分に相当する領域に前記各定周期毎に
   交互に前記送信端側のＦＩＦＯメモリから読み出した容
   量のデータを上書きするようにして２定周期毎に同一デ
   ータを伝送するようにし、 受信側のノードでは、受信完了を検出すると受信したデ
   ータフレームのデータ格納部分から順々に前記受信端側
   のＦＩＦＯメモリの容量相当分のデータを読み出して前
   記受信端側のＦＩＦＯメモリへ格納すると共に、前記受
   信端側のＦＩＦＯメモリから前記受信端で必要な一定周
   期で連続的にデータを出力するようにした ことを特徴とする同期データ転送方式。