JPH0669183B2 - 計算機のネットワ−ク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は信頼性の高いシステム運用と迅速なシステム保
全を図り得る計算機のネットワークに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近時、オフィス・オートメーション化の発展に伴って各
種の計算機ネットワークが開発されている。この種の計
算機ネットワークにおいて、複数の局間でデータをパケ
ット化して通信する場合、複数の局が同時にパケットを
送信して衝突が生じ、通信障害を招く虞れがある。そこ
で従来では１つの親局を設け、この親局の管理の下で他
の局（子局）が順にパケットを送信するようにしてい
る。ところが、親局を固定的に定めた場合、この親局は
常にネットワークに参加する必要があり、また親局が参
加しなければネットワークが稼動しないと云う不具合が
ある。

そこで、ネットワークを構成する複数の局にそれぞれ親
局として働き得る機能を持たせ、ネットワークに参加し
た局のうちの１つを親局として定めた上でシステムを運
用することが行われている。この親局の設定は、例えば
伝送路上にキャリアが存在しないとき、ネットワークに
参加した局がそれぞれ個別にフレームヘッダを送信し、
フレームヘッダの衝突が生じないときや、自局アドレス
のフレームヘッダのみが検出されるときに親局となる等
して行われる。また逆に、他局アドレスのフレームヘッ
ダや、衝突を検出した場合には、所定のバックオフを行
ったのちフレームヘッダ送信による親局設定の試行を繰
返したり、或いは子局となる等の操作が行われる。

ところが、このようなネットワークにおいて、その伝送
路にトラブル、例えば断線等があった場合、その断線の
発生した局ではキャリアを検出することがなく、また他
局アドレスのフレームヘッダを検出することがないの
で、自局が親局として設定されるまで、フレームヘッダ
の送信による親局設定の試行を繰返す。この為、正常な
部位のネットワーク上における通信が妨害される虞れが
あった。

このような不具合を避けるべく、ネットワークに特殊な
管理局を設けてネットワークの状態を監視し、伝送路の
障害に迅速に対処することが考えられているが、システ
ム構成の複雑化等を招く問題があった。また、このよう
にして管理局を設けても、その障害を該管理局しか知る
ことができないので、前述した不具合の解決にはならな
かった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、ネットワークを構成する複数の
局がそれぞれ自己伝送路の状態を監視し、不本意な親局
設定の試行を行うことのないようにした計算機のネット
ワークを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、ネットワークを構成する複数の局が、それぞ
れ自局から送信したパケットのタイムスロット期間内で
の戻りを監視し、その戻りがない場合には伝送路の障害
が発生したと判定して、親局設定の試行や、パケット送
信等を行わないようにしたものである。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、例えばキャリアが検出されな
いとして親局設定の試行を行う場合であっても、自局か
ら送信したパケット（フレームヘッダ）の戻りがないこ
とから、上記試行を速やかに中止するので、この伝送路
障害を生じた局からのパケットによって、ネットワーク
の正常部分における正常なパケット通信が妨害されるこ
とがない。また局にあっては、自らがその障害を検出し
て迅速に対策を講じることができる。従って、信頼性の
高いシステム運用と、迅速なシステム保全を簡易に図る
ことができ、実用上多大なる効果が奏せられる。しか
も、ネットワーク監視の為の特殊な管理局やモニタ局等
が不要であり、ネットワークの簡素化と制御体系の簡略
化を図り得る等の効果が奏せられる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明す
る。

本発明に係る計算機のネットワークは、伝送路を同軸ケ
ーブルを用いて構成する場合、第１図に示すように複数
の局1₁,1₂〜1nをバス２に接続してバス形とし、また伝
送路を光ファイバを用いて構成する場合には、第２図に
示すように複数の局1₁,1₂〜1nをスターカップラ３に接
続したスター形として構成される。これらの各局は、そ
れぞれ親局として働き得る機能を備え、或る１つの局が
親局となった場合には、残りの局はそれぞれ子局となる
ように、該親局と子局の機能を併せ持った構成を有す
る。

しかして、この種のネットワークにおいて、信頼性と実
時間性を備えることは非常に重要であり、次のようにし
て、その目的を達成している。

実時間性とは、送信パケットを有する局が、或る一定期
間以内に必ず送信権（伝送路使用権）を確保し得ること
を意味し、例えばプロセス制御分野等にあって、定期的
に複数の制御点におけるデータを収集する機能を実現す
るとき等において、必須の性能である。ちなみに従来に
あっては、トークン・パシング（Token Passing）等の
方式が知られているが、本実施例では、インプリシット
・トークン・パシング（Implicit Token Passing）と名
付けられる方式が採用される。

この方式は、Tokenを順に送り、このTokenを保持した局
がパケットの送信権を確保すると云うような従来方式と
は異なり、複数の局に予めパケット送信の順序を定めて
おき、前の局がパケット送信を完了したときに、次の局
では暗黙のうちにTokenが渡されたと判断して自己パケ
ットの送信動作を開始するようにしたものである。

このような方式の採用により、従来のトークン・パシン
グ方式で見られるように、トークンを送る相とデータを
送る相とにバスを交互に切換える必要がなくなるので、
たとえ信号伝送の基本クロックが高くなったとしても、
伝送路の使用効率が悪くなるようなことがなくなる。

またネットワークの信頼性については、大略的に伝送路
を受動素子のみで構成すること、およびネットワークを
構成する全ての局を同じ構造として均質化することによ
って達成している。即ち、伝送路を回転ケーブルや光フ
ァイバのみを用いて、第１図または第２図に示すように
バス形、スター形の構成としている。そして、この伝送
路にはリピータ等と称される再生装置（能動素子）は一
切用いないようにしている。そして、ネットワークを構
成する局に関しては、前述したように全ての局が親局と
なり得る機能を備え、そのうちの１つの局のみが選択的
に親局として働くようにしている。尚、親局は、親局と
しての機能と共に子局としての機能を同時に呈すること
は云うまでもない。

以上が、本発明に係る計算機のネットワークの基本的な
概要である。

第３図は本ネットワークにおけるフレーム構成を示すも
のである。ネットワークを構成する複数の局のうち、選
択的に定められた親局はフレームヘッダ（FH）と称され
るパケットを送信し、このフレームヘッダの送信完了を
検出して、複数の子局が予め定められた順序で、順に前
局のパケット送信の完了を検出してパケットを送信す
る。このパケットの種類は、後述するように上記フレー
ムヘッダを含めて４種類準備されている。１つのパケッ
トは、例えば第４図に示すように１バイトのヘッダ部、
１バイトのディスティネーション（通信先）アドレス
部、１バイトのソース（送信元：自局）アドレス部、１
バイトのデータタイプ部、そして０〜2042バイトのデー
タ部と、２バイトのCRCコード部とによって構成され
る。前記ヘッダ部は、その値が「０」であるとき、その
パケットが前記親局が発生するフレームヘッダ（FH）で
あることを示している。またヘッダ部の値が「１」であ
るときには代理パケット、「２」であるときにはデータ
パケット、「３」であるときにはダミーパケットである
ことを示している。

代理パケットは、前記子局が何らかの理由によってパケ
ット送信を行わないとき、例えば故障、保守、電源オフ
等によってネットワークに不参加状態にあるとき、この
子局に代って前記親局が代りに発生するパケットであ
る。またデータパケットは、子局が本来の形式に則って
送信データをパケット化して送信するものであり、この
場合データ部の長さはその送信データ量に応じて０〜20
42バイトの範囲で可変される。更にダミーパケットは、
ネットワークに参加している局が、その時点で送信デー
タを持たないとき、上記データパケットに代えて送信す
るものであり、この場合前記データ部は０バイトに設定
されて、その冗長が最小限に抑えられる。

また前記データタイプは、そのパケットが優先パケット
か、非優先パケットか等を区別するものであり、通信先
の局ではこのデータタイプと、現処理中の状態とを比較
して、通信パケットの取込みを制御する。尚、CRCコー
ドは、通信パケットのデータ誤り検出に用いられるもの
であることは云うまでもない。

第５図は、本ネットワークにおける各局の親局設定への
試行手順と、パケット送信の手順を概略的に示したもの
である。この図を参照して、本ネットワークの動作につ
き説明する。

先ず親局の設定手順について説明する。親局の設定が行
われるケースは、典形的な例として３種類ある。その１
つは、ネットワークを構成する複数の局が１つづつ電源
を投入し、順にネットワークに参加する場合、２つ目は
複数の局が同時に電源投入を行ってネットワークに参加
する場合、３つ目は親局が何らかの理由によってネット
ワークから離脱し、残った局の中から改めて親局を選ぶ
場合である。しかして、複数の局が順にネットワークに
参加する場合、ネットワークに参加した局はそれぞれ伝
送路上のキャリアを検出する。尚、このキャリア検出
は、第３図に示すスロット間隔よりも十分に長い時間に
亘って行われる。このとき、最初の局は、キャリアが検
出されないことからフレームヘッダを送信して親局設定
の試行を行うが、２番目以降に参加した局は、最初に参
加した局によるキャリアを検出するので、順に子局とな
る。前記最初にネットワークに参加した局は、フレーム
ヘッダの送信後、そのスロット期間内における上記フレ
ームヘッダの戻りを検出して、伝送路が正常であること
を確認したのち、フレームヘッダの伝送路上における衝
突が発生しないことを確認した上で親局となる。尚、上
記タイムスロット期間における自己パケットの戻りチェ
ックは、前述したように伝送路が受動素子で構成され、
送信パケットが必ず自局に折返してくることを利用して
行われるものである。仮りに、バス２まで、あるいはス
ターカップラ３までの伝送路上の送信側、または受信側
に断線が存在すると、当然のことながら自己パケットの
戻りがなくなる。この場合には、速やかに電源をオフす
る等し、その状況をオペレータに通知する等して復旧に
あたる。

ところで、前記２番目のケースとして、最初に複数の局
が同時にネットワークに参加した場合、これらの各局は
伝送路にキャリアが存在しないことから、それぞれフレ
ームヘッダを送信することになる。従って、これらの各
局からのフレームヘッダが伝送路上において衝突する。
前記衝突検出は、このようなフレームヘッダの衝突を検
出するもので、これによって各局は、自局以外に親局設
定の試行を行っている局が存在することを知る。しかし
て、この衝突検出時には、各局はそれぞれ所定のバック
オフ時間の経過の後、改めて前記キャリア検出からの手
順を繰返す。上記バックオフ時間は、各局毎にそれぞれ
定められた相互に異なる時間からなり、例えば、各局に
対して予め定められたパケットの送信順位（スロット番
号:N）に基づいて、 Ｎ×（一定時間） として設定されている。従って、前記各局は、そのスロ
ット番号に対応したバックオフ時間を経たのち、順に親
局設定の試行を行うことになるので、ここではタイムス
ロット番号の若い局が最初に親局設定の試行を行うこと
になる。そして、このときには他の局は、未だ親局設定
の試行を開始していないことから、上記タイムスロット
番号の若い局が親局となることになる。このようにし
て、１つの局が親局となり、この親局が発生するフレー
ムヘッダに従って、複数の局が順に前局のパケット送信
の完了を検出してパケットの送信を行うことになる。

また、上記の如くして設定された親局がネットワークか
ら離脱した場合、親局からのフレームヘッダがなくなる
ので、各局はパケットを送信しなくなる。これによって
伝送路上のキャリアが長時間に亘って無くなるので、子
局となっていた各局はそれぞれ親局の消滅を検知し、そ
れぞれ前述した所定のバックオフ時間を経過したのち
に、前述した親局設定の試行を行うことになる。この場
合にあっても、最もスロット番号の若い局が最初に親局
設定の試行を行うことになるので、上述した２番目の例
と同様に上記スロット番号の若い局が親局となり、他の
局は再び子局となる。

このようにして本ネットワークにあっては、ネットワー
クを構成する複数の局のうちのいずれかが、そのネット
ワークの状況に応じて親局となる。そして、この親局の
設定と同時にフレームヘッダを送信してネットワーク全
体を管理することになる。しかも、前述したように、伝
送路上にキャリアが存在しなくなった場合、各局が速や
かに親局設定の試行をそれぞれ行って親局を定めるの
で、親局の消滅期間を十分に短く抑えることができる。

ちなみに従来にあっては、１フレーム中に１個所しかな
いフレームヘッダの存在を検出した上で親局の不在を判
定しているので、親局の不在時点から１フレーム時間以
上の経過がなければその判定ができなかった。然し乍
ら、本ネットワークによれば、後述するように最大タイ
ムスロット間隔の経過だけで親局の不在を判定できるこ
とになるので、その効果は絶大である。

以上、親局の設定手順について設定した。しかして、こ
のようにして親局が設定されたのちには次のようにして
各局のパケット送信が行われる。親局がフレームヘッダ
を送信すると、ネットワークを構成する各局は、その通
信パケットのヘッダ部をチェックしており、フレームヘ
ッダであることを判別する。このフレームヘッダを検出
してスロットカウンタを初期化し、該カウンタをパケッ
ト送信によるキャリアを検出する都度インクリメントす
る。この場合、通信パケットのキャリアでスロットをカ
ウントするので、仮りに上記パケットにノイズが混入し
てエラーパケットとなったとしても、スロットのカウン
タ動作は正常に行われる。そして、このスロットカウン
ト値に基づいて自局のスロットを判定し、前局のパケッ
ト送信の完了（キャリアの一時消失）を検出してパケッ
トの送信を行う。このとき局は、自己局が送信データを
有するか否かに応じて、送信データを有する場合には前
記第４図に示す如きパケットを組立てて送信し、また送
信データが無いときには前記データ部が０バイトのダミ
ーパケットを組立てて送信している。尚、親局は、１つ
の局としてデータをパケット化して、その定められたス
ロットに送信すると共に、前記スロットカウンタが所定
値に達したとき、フレームヘッダパケットを構成して、
これを送信している。

尚、上記の如くして各局がパケットを送信する都度、こ
れらの各局は、自己パケットがそのスロット期間内に自
己に戻ってくるか否かを判定して、それぞれ伝送路の状
態を監視していることは云うまでもない。そして、自己
パケットの戻りがない場合は、伝送路の断線等の事故が
発生していると判定している。

ところで、ネットワークを構成する全ての局が該ネット
ワークに参加している場合、上述したように親局が発生
するフレームヘッダに従って上記各局が順にパケットを
送信するが、電源オフ等によってネットワークに不参加
の局が存在する場合、スロットの順番がその局になって
も、該局からパケットが送信されることはない。このよ
うな場合、該局に続く局がキャリア検出によるスロット
カウンタのインクリメントを行えないことから、パケッ
ト通信が中断する虞れがある。そこでこのような場合に
は、前記親局は、キャリアが一時的に消失するフレーム
間隔（アイドル期間）の検出を行い、一定期間以上のア
イドルが続く場合には、そのスロットの局がネットワー
クに不参加であると看做して、上記局に代って代理パケ
ットを送出している。このアイドル期間検出の時間は、
ネットワークにおける任意の局間における最大伝播遅延
時間に比して十分に長く設定される。これによって親局
が代理パケットを送信したのちに、伝播遅延の最も長い
局からのパケットが親局に到達してパケットの衝突が生
じると云うような不具合が未然に防がれている。

このようにしてアイドル期間の検出を行い、親局から代
理パケットを送信する場合に、前述したダミーパケット
がシステムに対して有効な役割りを果す。即ち、ダミー
パケットを用いない場合には、データパケットが送信さ
れないことから、その都度上記アイドル期間の検出を行
って代理パケットを送信する必要が生じる。この場合、
システム的には支障を招くことはないが、前述したよう
にアイドル期間検出はネットワークの最大伝播遅延時間
以上に亘って行われる。この為、パケット間隔が必然的
に長くなることが否めず、フレーム全体に占める割合が
大きくなる。このことはネットワーク効率の低下を意味
する。

この点、前述したダミーパケットを用いれば、送信デー
タが無い場合であってもパケット間隔が通常と変りな
く、従って局がネットワークに不参加の場合にだけ前記
アイドル期間検出を行って代理パケットを送信すれば良
いことになる。これ故、送信データが無くても、これに
よるネットワーク効率の低下を招くことがない。

しかして、上述の如く順に送信されるパケットは、各局
においてそれぞれチェックされている。このチェック
は、前記パケットのディスティネーションアドレスの識
別による、通信パケットが自局宛のものか否かの判定、
データタイプの識別による優先度の判定等からなる。そ
して、通信パケットが自局宛のものである場合、上記優
先度と自己の状態に応じて通信パケットの受信取込みが
行われる。また同時に各局は、通信パケットが代理パケ
ットであるか否かを識別しており、該通信パケットが代
理パケットである場合には、そのときのスロットカウン
タの値から、そのスロットに対応した局のネットワーク
不参加を検出している。この代理パケットの判定は、前
述したヘッダ部の情報に従って行われることは云うまで
もない。そして、ネットワーク不参加の情報は、その局
への送信データがある場合、そのデータパケット通信を
中止する等の制御情報として用いられる。従って、ネッ
トワーク不参加の局へ、パケット通信不成立の情報に従
って何度も同じデータを再送することがなくなり、通信
手順の大幅な簡略化を図ることが可能となる。

以上説明したように、本ネットワークによれば、ネット
ワークを構成する複数の局の中で親局を設定し、親局が
発生するフレームヘッダに従って各局が順にデータパケ
ット、或いはダミーパケットを送信し、且つ子局がネッ
トワーク不参加の場合は親局が代理パケットを送信す
る。そして、これらのパケット送信時には、各局がそれ
ぞれそのスロット期間内における自己パケットの戻りを
検出して、伝送路の異常をそれぞれ分散して管理し、ま
た代理パケットの検出を行って送信手順の簡略化を図っ
ている。更には、このようにして順に送信されるパケッ
トのパケット間隔の異常から親局の不在を速やかに検出
して親局設定を遅滞なく行うようにしている。

これ故、本ネットワークによれば、効率の良いシステム
運用を図り、そのネットワーク効率の向上を図ることが
可能となる。また各局がそれぞれ自己パケットの戻りを
検出して伝送路の異常を監視しているので、伝送路の異
常を有する局が例えばキャリアが検出されないと云う理
由だけからそのまま親局設定の試行を繰返して行い、正
常なネットワークの通信を妨害するような不具合がな
い。またこの異常検出によって、その回復措置を速やか
に講じることができるので、システム保全性が高い等の
効果が奏せられる。尚、自パケットのチェックについて
は、ソースアドレスのチェックや、CRCコードに基づく
誤り検出等によって行えばよく、その異常判定も、例え
ば連続３回の異常検出等として行えばよい。

また本システムは、スロット数を一定とするものではな
く、ネットワークを構成する複数の局にスロット番号を
割当て、これらのスロット番号に従って各局が動作する
ものであるので、任意の局数からなるネットワークを効
率良く構築することができ、また局数の変化にも十分に
対処し得る等の効果が奏せられる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えばネットワークを構成する局の数や、パケットの構成
等は仕様に応じて定めれば良い。また各局におけるパケ
ット送信手順も、第５図に示す例に限定されるものでは
ない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種
々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図および第２
図はそれぞれネットワークの基本構成を示す図、第３図
はフレームの構成を示す図、第４図はパケットの構成を
示す図、第５図は親局設定の試行手順とパケット送信の
手順を示す図である。 1₁,1₂〜1n……局、２……バス、３……スターカップ
ラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バス形またはスター形のネットワークを構
   成する複数の子局からなり、これらの各子局は伝送路上
   のキャリアの存在を監視してフレームヘッダを送出して
   親局設定をそれぞれ試行すると共に、この試行によって
   設定された１つの親局が発生するフレームヘッダに従っ
   て各子局がキャリアの存在の回数をカウントし、このカ
   ウント値と自局に割当てられた局番の値が等しくなった
   ときパケットを送信し、且つフレームヘッダの送信時に
   は送信フレームヘッダの戻りを監視して自局伝送路の断
   線をそれぞれ検出し、この断線検出時には前記親局設定
   の試行を中止してなり、前記１つの親局がネットワーク
   から離脱した場合、残りの子局はキャリアの非存在によ
   りこれを検知し親局設定を再試行することを特徴とする
   計算機のネットワーク。