JPH06169495A - 時間多重型の２個以上の通信ネットワークを同期させる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 時間多重型の個別の通信ネットワークＢ１−
Ｂ６から成る複合ネットワークを形成するために、２個
以上の個別の通信ネットワークを同期させる方法と装置
とを提供する。 【構成】 個別の通信ネットワークでは節点Ｎ１−Ｎ５
を経由してタイムフレームが周期的に送信される。タイ
ムフレームはデータ送信用のタイムスロットを含んでい
る。複合ネットワーク内の１個の節点が、個別の通信ネ
ットワークの伝送速度を決める上位マスター節点Ｎ１と
しての役割を割り当てられる。上位マスター節点から送
られる各タイムフレームに固定アイドルパターンを加
え、それに次のタイムフレームの開始を指示するための
固定トリガパターンを続ける。個別のネットワークにお
いて１個の節点が、そのネットワークを同期させるマス
ター節点の役を割り当てられる。マスター節点Ｎ２−Ｎ
５がトリガリングパターンを受信すると、このマスター
節点が新しいタイムフレームの送信を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は時間多重型の個別の通信
ネットワークから成る複合ネットワークを形成するため
に、２個以上の個別の通信ネットワークを同期させる方
法と装置とに関するものである。該個別の通信ネットワ
ークでは節点を経由してタイムフレームが周期的に送信
される。該タイムフレームはデータ伝送用のタイムスロ
ットを含んでいる。

【０００２】

【従来の技術】多次元的配置を有する非常に高速のネッ
トワーク、すなわちいくつかの個別の通信ネットワーク
からなるネットワークにおいて、全体の同期をとること
は難しい。フレーム繰返し周波数は全ネットワークにわ
たり同じでなければならないが、個々の通信ネットワー
クは異なるクロックとデータ速度で作動することができ
る。データ伝送速度がギガビット／秒という速さになる
と、もしある節点が２個の通信ネットワーク間のデータ
を接続していて、一方のネットワークから供給されるデ
ータの速度が他方のネットワークから出力されるデータ
の速度より速ければ、その節点に蓄積されるデータ量が
高速で増えてしまう。その結果、このような節点ではバ
ッファ問題が起きることになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、多次
元配置を有する非常に高速のネットワークにおける前述
の欠点を除去することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はこの目的を十分
達成することができるものであって、異なるネットワー
ク間の位相同期の必要性を除去している。本発明によれ
ば、複合ネットワークに共通な固定アイドルパターン
と、固定トリガリングパターンとを形成することと、節
点から送られる各タイムフレームに該アイドルパターン
を加えて、それに次のタイムフレームの送信開始を指示
する手段として該トリガリングパターンと続けること
と、によって、個々の通信ネットワークの伝送速度を決
める方法と装置とが提供される。

【０００５】本発明による装置の特徴は、複合ネットワ
ークの１個の節点が、個別の通信ネットワークの伝送速
度を決める上位マスター節点としての役割を与えられ、
該節点は、複合ネットワークに共通な固定アイドルパタ
ーンと、固定トリガリングパターンとを形成する手段
と、前記上位マスター節点から送られる各タイムフレー
ムに前記アイドルパターンを加えて、それに次のタイム
フレームの開始を指示する前記トリガリングパターンを
続ける手段と、を含むことと、前記各個別のネットワー
クにおいて１個の節点が、そのネットワークの伝送を同
期させるマスター節点としての役割を与えられ、該マス
ター節点は、トリガリングパターンを受信すると、その
マスター節点から新しいタイムフレームの送信を開始す
る手段を含むこと、とである。

【０００６】このように、複合ネットワークの１個の節
点が上位マスター節点としての役を割り当てられて、個
別の通信ネットワークの伝送速度を決める。このことを
達成するために、節点から送られる各タイムフレームに
固定アイドルパターンを加えて、それに次のタイムフレ
ームの開始を指示するための固定トリガパターンを続け
る。個々の通信ネットワークにおいてマスター節点がト
リガリングパターンを受信すると、マスター節点は新し
いタイムフレームの送信を開始する。マスター節点はそ
の通信ネットワークのデータ伝送を同期させる役を担
う。

【０００７】個々の通信ネットワークにおいて位相同
期、すなわちビット同期を維持するために、最初の節点
がマスターとして選ばれる。マスター節点は、データま
たはクロックパターンを送り続ける。第２の節点がデー
タまたはクロックパターンを受信すると、そのＰＬＬ
（位相ロックループ）がマスターのクロックにロックさ
れる。第２の節点がバス上の他の節点にデータを送信す
る際、そのクロックはマスタークロックにロックされて
いる。同様に、他の節点は自分のＰＬＬを上流のＰＬＬ
にロックする。

【０００８】上位マスター節点は複合ネットワーク全体
の伝送速度を決定する。各々の個別のネットワークはこ
の速度にロックされてタイムフレームを送り出す。この
ことを実行するのに、上位マスター節点はトリガリング
パターンにより各フレームを開始する。このパターンは
ネットワーク内の下流にあるすべての他の節点によって
認識されて、先方に送られる。もしある節点が別のネッ
トワークにおけるマスターであれば、その節点がそのネ
ットワークにおける新しいフレームを開始する。マスタ
ーがフレームの送信を停止すると、新しいフレームの送
信を開始する前に新しいトリガリングパターンを受信す
る迄待つ。

【０００９】

【実施例】次に本発明を図面を参照しながら説明する。
図１に示す複合ネットワークは時間多重型の個別の通信
ネットワークから構成されている。これらの通信ネット
ワークは例えば６個のバスＢ１−Ｂ６と５個の節点Ｎ１
−Ｎ５とを含んでいる。節点Ｎ２−Ｎ５はそれぞれ各バ
スＢ３−Ｂ６の始点である。節点Ｎ１からバスＢ１とＢ
２が始まっている。節点Ｎ３とＮ５はバスＢ１上に、節
点Ｎ２はバスＢ２上に、節点Ｎ４はバスＢ４上に設けら
れている。

【００１０】節点Ｎ２−Ｎ５の各々はバスの始点である
から、そのバスのフレーム同期を制御するマスター節点
としての役が与えられている。節点Ｎ１はすべてのバス
の始点であるから、これらのバスのマスター節点の同期
を制御する上位マスター節点としての役が与えられてい
る。図示してないけれども回路網にはマスター節点以外
の節点ももちろん含まれる。

【００１１】データ伝送は図２に示すように、タイムフ
レームに分割されて行われる。全サイクル時間はフレー
ムの始まりから順に、固定トリガリングパターンＴＭ、
タイムスロット（図示せず）形式のデータＤ、および固
定アイドルパターンＴＯＭを含む。

【００１２】アイドルパターンＴＯＭは上位マスター節
点のコンピュータ内に記憶されており、この節点に含ま
れているタイムスロットカウンタが計数し終ったとき、
コンピュータによりタイムフレームに加えられる。この
ことは当業者には簡単にできることだが、例えばアイド
ルパターンを得る余分のタイムスロットをタイムフレー
ムに割り当てることにより実現される。次のタイムフレ
ームの開始時に、新しい固定トリガリングパターンＴＭ
がアイドルパターンに加えられる。

【００１３】このように各フレームはトリガリングパタ
ーンＴＭから始まる。このパターンはＢ１−Ｂ６のよう
なバスを支配するマスター節点によりつくられて、分配
される。下流の節点はパターンを検出し、新しいフレー
ム毎に自分の論理を同期化する。異なるバス同士でデー
タ伝送時間が違ってもかまわないが、合計サイクル時間
は同じでなければならない。

【００１４】上位マスター節点がトリガリングパターン
ＴＭからフレームを開始する。このパターンがあるマス
ター節点、すなわち節点Ｎ２−Ｎ５のうちのひとつ、に
達すると、この節点は新しいタイムフレームが始まった
ことを知る。するとマスター節点は下流にトリガパター
ンを送ることによって、自分のバス、すなわちバスＢ３
−Ｂ６のうちのひとつ、のフレームを開始する。マスタ
ーが相互に「スリップ」し始めることなく同期を得るた
めに、各サイクルはアイドルパターンにより終る。

【００１５】アイドルパターンを設けることによって、
部分ネットワークＢ１−Ｂ６の間でクロック同期が完全
でなくとも、サイクル同期を得ることが可能になる。例
え複数のマスター節点が同じ速度で作動しなくとも、そ
の差はアイドルパターンにより吸収される。もしあるマ
スター節点が非常に速ければ、トリガリングパターンを
受信する迄待って、それから自分のバスに送信すること
ができる。他方、もしある節点のクロックが遅ければ、
送信が開始されるということを知らせるトリガリングパ
ターンを受信する迄、自分の送信を完了するのに必要な
アイドル時間を勝手に持つことができる。マスター節点
から送られる空き時間は同じ長さではないであろう。し
たがって、上位マスター節点が加えるアイドルパターン
は、すべてのマスター節点がトリガパターンを受信する
前に自分の送信を終えることができるように、充分長く
なければならない。

【００１６】図２では、１個の上位マスター節点と２個
のマスター節点１、２から発せられるフレームが比較し
てある。上位マスター節点により加えられるアイドルパ
ターンＴＯＭ１の長さは、２個のマスター節点の空き時
間ＴＯＭ２とＴＯＭ３の間にある。マスター節点１の空
き時間ＴＯＭ２が１番長いのは、これが最も高速だから
である。他方、マスター節点２の空き時間ＴＯＭ３が１
番短いのは、これが最も遅いからである。一例として、
上位マスター節点により加えられるアイドルパターンの
時間ｔ_TOM は次式のように設定することができる。

【００１７】

【数１】ｔ_TOM ＝２×△ｆ／ｆ×Ｔ ここで△ｆ／ｆ＝発振器の精度 Ｔ＝１／フレームくり返し周波数

【００１８】マスター節点が送信を始める前に短い伝搬
遅延があるだろうが、この遅延はネットワークを通じて
一定であるから同期には影響しない。図３には、図２に
おけるマスターの伝搬遅延の一例を示す。

【００１９】本発明による方法はＭＡＣプロトコルＰＴ
Ｍ（ガウフィン、ハーカンソン、パーソン、「ＰＴＭ方
式のマルチギガビットネットワーク構成、第１回マルチ
Ｇワークショップ、ストックホルム、１１月１日、１９
９０年）に適用することができる。これはギガビットネ
ットワークに接続するための高速プロトコルである。図
４に示すように、このネットワークはダブルファイババ
スで結ばれている。ＰＴＭとはプログラマブル時間多重
を意味する。

【００２０】帯域幅は長さＴのタイムフレームに分割さ
れる。各サイクルはＮ個のタイムスロットに分割され、
各タイムスロットは１個のｎビットフレームを送信する
のに使われる。例えば、Ｔ＝１２５μｓ、Ｎ＝２０４
８、ｎ＝６４ビットである。

【００２１】ＭＡＣプロトコルの主な特徴は、静的スロ
ットと呼ばれる少数のタイムスロットが節点間の制御チ
ャネルとして使われることである。動的スロットと呼ば
れるすべての他のスロットは帯域幅が自由であって、節
点に動的に割り当てられる。始めから動的スロットはす
べての節点に平等に配分されるが、各バス毎の配分は異
なる。

【００２２】ＰＴＭネットワークのもうひとつの重要な
特徴は、各節点を１、２、または３組のダブルファイバ
バスに接続することができること、あるダブルバス上の
タイムスロットの内容を別のダブルバス上のタイムスロ
ットに接続することができることである。

【００２３】多くの個体で構成されるこのネットワーク
の最も興味深い特徴のひとつは、ＬＡＮ（ローカルエリ
アネットワーク）、ＭＡＮ（メディアエリアネットワー
ク）、およびＭＡＮ（ワイドエリアネットワーク）間の
差がなくなることである。将来通信会社により非常に速
いネットワークのファイバが壁アダプタ付きのダークフ
ァイバとして供給されるが、この壁アダプタに自分の機
器を接続することができる。

【００２４】ＰＴＭネットワークにおけるフレーム同期
は次のようにして得られる。同じバス上の各節点はＰＬ
Ｌを使用して全体の同期がとられる。異なるバスの同期
には、本発明に従って前述のアイドルパターンが用いら
れる。アイドルパターンとＰＬＬを用いたシステムで
は、非常に正確なクロック信号は節点に必要でない。２
００ｐｐｍの誤差をもつ水晶を使うことができる。

【００２５】サイクルスリップを避けるために、アイド
ルパターンの長さはネットワーク中の最も遅いバスと最
も速いバスのサイクル時間の差よりも長くなければなら
ない。サイクル時間の最大の差はここでは２×２００ｐ
ｐｍ＝４００ｐｐｍである。Ｔ＝１２５μｓというサイ
クル時間からアイドルタイムは５０ｎｓとなる。これを
ビット（１ビット＝０．９２５ｎｓ）に換算すれば、ア
イドルパターンの最短長さは５４ビットとなる。１タイ
ムフレーム中のデータの合計数は約１３０，０００であ
る。これからオーバヘッドは千分の１より短くなる。

【００２６】ＰＬＬはクロック信号を安定に保つための
信号を受信しなければならない。そのために、アイドル
パターンはビットシーケンスとしてつくられる。タイム
スロットカウンタによりフレームがいつ終るかがわかる
から、アイドリングを示すのにビットシーケンスを用い
るのは問題ない。

【００２７】新しいフレームを始めることができる前
に、トリガリングパターンに関してふたつのことが要求
される。第１に、それがトリガリングパターンの問題で
あることは疑いがない。第２に、節点のカウンタはトリ
ガリングパターンが到達する前に、フレームの終りを指
示していなければならないということである。アイドル
パターンは、最も遅いバスがそのフレームを終了するこ
とができることを保証するだけの長さを持たなければな
らない。

【００２８】図５は図４のネットワークにおける受信節
点の構成を示す一例である。入力ファイバ２上にはデー
タかあるいはクロックパターンが送られる。前述のよう
にして、受信データはタイムフレームに分割される。こ
れにはトリガリングパターン、データおよびアイドルパ
ターンが含まれる。

【００２９】データまたはクロックパターンは受信節点
の受信器４を経由して、位相ロック回路６に供給され
る。この回路６は節点のＰＬＬをマスター節点のクロッ
クにロックする。このことにより受信節点のクロック
は、ネットワークにおける他の節点にデータを送信する
際マスタークロックにロックされるであろう。

【００３０】データは更にデータマルチプレクサ８に送
られる。データマルチプレクサ８は入力データを１６ビ
ットのパケットに分割すると、それをトリガリングパタ
ーン比較器１０に送る。比較器１０には固定トリガリン
グパターンが記憶されていて、入ってきたタイムフレー
ムのトリガリングパターンと比較、照合が行われる。ト
リガリングパターンはアイドルパターンに続いて最初の
１６ビットパケットの中に含まれている。トリガリング
パターンの検出を開始するための条件は、節点のＰＬＬ
により制御されるカウンタから得られ、その周期はタイ
ムフレームのサイクル時間からアイドルパターンの長さ
を引いた値に概ね等しい。

【００３１】カウンタ１２は計数し終えると、矢印１４
で示すように比較器１０に対して、トリガリングパター
ンをさがし始めるようにという信号を与える。トリガリ
ングパターンが検出されると直ちに、矢印１６で示すよ
うにリセット信号が比較器１０からカウンタ１２に送ら
れ、新しい計数サイクルが開始される。同時に矢印１８
で示すように、いわゆるＤＴＭ（分布時間多重）機器へ
６４ビットパケット形式のデータの送信が開始される。
基本的にこれはデータを１台もしくは数台の受信機器に
接続するための制御情報を有するスイッチである。受信
機器としては例えば、コンピュータのインタフェイス、
同じネットワークまたは別のネットワークに設けられて
いる節点などなどがある。

【００３２】図１、４、５に示したネットワーク、バ
ス、節点およびブロックの設計やそれらの働らきはもち
ろん、前述のことに関してもっと詳細なことが当業者に
とって自明のことであるから、ここではこれ以上説明し
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】いくつかの通信ネットワークにより構成される
ネットワークの小さい一部分を示す図。

【図２】本発明による複合ネットワーク内で見られる３
個のタイムフレームシーケンスを比較したものであり、
それぞれ上位マスター節点と、速い部分ネットワークに
おけるマスター節点と、遅い部分ネットワークにおける
マスター節点におけるタイムフレームシーケンスを示す
図。

【図３】図２と同様な図であって、タイムフレームシー
ケンスの伝搬遅延の作用を示す図。

【図４】本発明を用いることができる実際的なネットワ
ークの配置を示す図。

【図５】図４に示したネットワークに含まれる受信マス
ター節点の一例のブロック図。

【符号の説明】

Ｎ１〜Ｎ５ 節点 Ｂ１〜Ｂ６ バス ＴＭ トリガリングパターン Ｄ データ ＴＯＭ アイドルパターン ２ ダブルファイバ ４ 受信器 ６ 位相ロック回路 ８ データマルチプレクサ １０ トリガリングパターン比較器 １２ カウンタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラルス ハーカンソン スウェーデン国タービィ，エスカデルベー ゲン 18 (72)発明者 ペル リンドグレン スウェーデン国ストックホルム，ビルゲル ヤールスガタン 101

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時間多重型の個別の通信ネットワークか
   ら成る複合ネットワークを形成するために、２個以上の
   個別の通信ネットワークを同期させる方法であって、該
   個別の通信ネットワークでは節点を経由してタイムフレ
   ームが周期的に送信され、該タイムフレームはデータ送
   信用のタイムスロットを含むものであって、該同期方法
   において、 複合ネットワークに共通な固定アイドルパターンと、固
   定トリガリングパターンとを形成することと、 節点から送られる各タイムフレームに該アイドルパター
   ンを加え、それに次のタイムフレームの開始を指示する
   手段として、該トリガリングパターンを続けることと、 によって個別の通信ネットワークの伝送速度を決めるこ
   とを特徴とする、通信ネットワークの同期方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、 複合ネットワーク内の１個の節点に、個別の通信ネット
   ワークの伝送速度を決める上位マスター節点としての役
   割を割り当て、前記上位マスター節点から送り出される
   各タイムフレームに、前記固定アイドルパターンを加
   え、それに前記固定トリガリングパターンを続けること
   と、 前記各々の個別のネットワークにおいて１個の節点に、
   そのネットワークのデータ伝送を同期させるマスター節
   点としての役割を割り当てることと、 前記マスター節点のうちのひとつで前記トリガパターン
   が受信されると、そのマスター節点から新しいタイムフ
   レームの送信が開始されることと、を特徴とする、通信
   ネットワークの同期方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の方法において、
   前記アイドルパターンの長さは、最も速い通信ネットワ
   ークと最も遅い通信ネックのサイクル時間間の差よりも
   実質的に大きくすることを特徴とする、通信ネットワー
   クの同期方法。
4. 【請求項４】 請求項１−３記載の方法において、カウ
   ンタによって前記固定アイドルパターンの付加を制御す
   ることを特徴とする、通信ネットワークの同期方法。
5. 【請求項５】 時間多重型の個別の通信ネットワークか
   ら成る複合ネットワークを形成するために、２個以上の
   個別の通信ネットワークを同期させる装置であって、該
   個別の通信ネットワークでは節点（Ｎ１−Ｎ５）を経由
   してタイムフレームが周期的に伝送され、該タイムフレ
   ームはデータ伝送用のタイムスロットを含むものであっ
   て、該同期装置において、 複合ネットワークの１個の節点（Ｎ１）が、個別の通信
   ネットワーク（Ｂ１−Ｂ６）の伝送速度を決める上位マ
   スター節点としての役割が与えられ、該節点は、 複合ネットワークに共通な固定アイドルパターン（ＴＯ
   Ｍ）と、固定トリガリングパターン（ＴＭ）とを形成す
   る手段と、 前記上位マスター節点から送られる各タイムフレームに
   前記アイドルパターンを加え、それに次のタイムフレー
   ムの開始を指示するための前記トリガリングパターン
   （ＴＭ）を続ける手段とを含むことと、 前記各個別のネットワークにおいて１個の節点が、その
   ネットワークの伝送を同期させるマスター節点としての
   役割を割り当てられ、該マスター節点は、トリガリング
   パターンを受信すると、そのマスター節点から新しいタ
   イムフレームの送信を開始する手段を含むことと、を特
   徴とする、通信ネットワークの同期装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の装置において、マスター
   節点から新しいタイムフレームの送信を開始するための
   手段は、 その周期がタイムフレームの周期マイナスアイドルパタ
   ーンの長さに概ね等しいカウンタ（１２）と、 固定トリガリングパターンを記憶する手段と、それを入
   ってきたタイムフレームのトリガパターンと比較して照
   合する手段とを有するトリガリングパターン比較器（１
   ０）と、を含み、該カウンタは比較器と接続されてい
   て、計数し終えると、入力したトリガリングパターンの
   検出を始めよという信号を比較器に送信することを特徴
   とする、通信ネットワークの同期装置。