JPH0738644B2 - 蓄積型星状網 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発意名は、最大伝搬遅延を保証した蓄積型星状網に関
する。

「従来の技術」 従来の星状網の一例を第６図を参照して説明する。

従来の星状網は図のように、集中局１に、送信線20およ
び受信線21を介して複数の端末局2A〜2Mが接続された構
成のものであった（特開昭58−99046号）。

ここで、端末局2Aからデータパケットが送出されると、
そのデータパケットは送信線20を通り集中局１に送られ
る。集中局１はこのデータパケットを受信すると、これ
を全端末局2A〜2Mへ受信線21を介して送信（ブロードキ
ャスト）する。各端末局2A〜2Mは、受信したデータパケ
ットが自局宛のものかどうかを判断し、自局宛のもので
あればそのデータパケットを受信する。

各端末局2A〜2Mは、常に受信線21から受信される信号を
監視し、その受信線に何らかのデータパケットが伝送さ
れている間は、自局からの送信ができない構成となって
いる。そこで、何らかの送信要求を受けた端末局は、受
信線上のデータパケットの伝送終了を待って、データパ
ケットの送信を開始することになる。

ところが、複数の端末局に対して送信要求があった場
合、データパケットの送信が同時に開始されるため、デ
ータパケットの衝突が発生する。集中局では二つ以上の
端末局が同時に信号を送出した時、その衝突を検出する
装置をもち、衝突したことを全端末局に知らせる。送信
中の端末局は集中局より衝突したことを知らされるとデ
ータパケットの送出を停止する。そして、再送信アルゴ
リズムなどの再送出のための処理を行う。このようすを
第６図に示す。

まず、端末局のうちＡ局がＡ局送信線を通じてデータパ
ケットを集中局に送出する。図中これをＡ局送信パケッ
トと表示した。集中局はこれを受けて、Ａ局、Ｂ局およ
びＣ局に対してそのデータパケットを一斉同報する。こ
の例では、受信線長がＡ局、Ｂ局、Ｃ局の順に長くなっ
ており、信号伝播時間の差から、集中局からＣ局にデー
タパケットが伝達されるのが最も遅くなっている。図中
これらはＡ〜Ｃ局受信パケットと表示してある。

ここで、次のタイミングでＢ局からデータパケットの送
出を行い、その送出が終了しない間にＣ局がデータパケ
ットの送出を開始すると、集中局において図のハッチン
グ部分でパケット衝突を検知する。集中局がこの衝突し
た信号をそのままあるいは衝突検出信号に変換して、そ
れをすべての端末局に送ると、Ｂ局とＣ局が衝突発生を
認識し、パケットの再送準備を行う。この星状網では、
Ｂ局は比較的短時間でデータパケットの再送出を行い、
これは集中局からのまま一斉同報される。次にＣ局がデ
ータパケットの送出を開始したところ、Ａ局が続いてデ
ータパケットの送出を行い、集中局に近いＡ局のデータ
パケットが集中局に先に到着し、その後Ｃ局のデータパ
ケットが集中局に到着してパケットの衝突が検出され
る。そこで、Ａ局はその後データパケットの再送出を行
って、これがそのまま全端末局へ一斉同報される。

従来一般に、こういった方法でデータパケットの衝突処
理が行われていた。

このような衝突が発生した場合に、集中局１（第５図）
が各データパケットを消滅させることなくすべて受信す
ることができるように、本発明者等は、集中局１内に各
端末局から送出されたデータパケットを一時格納する受
信メモリを設け、これらのデータパケットを順に読み出
す（ポーリングする）方式の蓄積型星状網を開発した
（特願昭61−226570号）。この場合、端末局のデータパ
ケットの送信時から、集中局によりそのデータパケット
がブロードキャストされて、これを端末局が受信するま
で、一定の時間遅れが生じる。この遅れを伝搬遅延と呼
ぶことにする。

最大伝搬遅延を保証した蓄積型星状網においては、端末
局から送出されたパケットの最大伝搬遅延を一定時間以
下に保証するために、同時に集中局内に蓄積されるデー
タパケットの量を制限している。こうすることにより、
各局からパケットが一時期に集中しても、集中局のすべ
ての受信メモリからデータパケットをブロードキャスト
し終わる時間は一定時間以内となる。従って各端末局か
ら集中局に送出されたデータパケットは一定時間内にブ
ロードキャストされ、これが、システムの最大伝搬遅延
となるわけである。

しかし、このようなシステムにおいては、最大伝搬遅延
を保証しなくてもよい端末も存在する。最大伝搬遅延を
仮に10msecとすると、音声の伝送速度は64kbps（毎秒64
キロビット）であるから、音声を扱う端末局では、10ms
ecに80バイト、パケットのオーバーヘッドを含めると10
0バイト程度のパケットを送出する必要がある。従っ
て、音声１チャンネルを有する端末局に対しては、集中
局の端末局インターフェイスの受信メモリは100バイト
必要である。一方、例えばイーサネットシステム（ゼロ
ックス社製のデータ通信網）では、最大パケット長が15
00バイトとなっており、実際、こうしたコンピュータ間
通信においては、この程度のパケット長は、どうしても
必要とされている。

従って、こうしたパケットを送出するデータグラム端末
局に対しては、集中局の端末局インターフェイスの受信
メモリは1500バイト程度必要である。

［発明が解決しようとする問題点」 さて、第５図と第６図に示したような従来の星状網で
は、次のような問題があった。

（１）回線が混み合ってくると信号が衝突する確率が大
きくなり、それにより遅延時間にばらつきが生ずるた
め、会話形の音声通信のように実時間上での送受信関係
が重視される実時間伝送には不適当となる。

（２）衝突により回線上に無駄な無効信号が流れるた
め、実際の物理的伝送容量より低い伝送容量しか保証さ
れない。

（３）システム長があまり長いと、集中局から短距離に
ある端末局と、集中局から離れた距離にある端末局とか
ら集中局にデータパケットが到達するまでの時間差が大
きくなり、集中局においてパケット衝突を検出できない
おそれがある。従って衝突検出ができるような最大シス
テム長を規定しなければならない。

最大伝搬遅延を保証した蓄積型星状網はこのデータパケ
ットの衝突を回避しているものの、新たな問題がある。
すなわち、このシステムの伝送速度を10Mbpsとすると、
音声端末局は125局接続できるのに対し、イーサネット
タイプのデータグラム端末局は８局しか接続できないこ
とになる。この原因はデータグラム端末局に対しても音
程端末局と同一の最大伝搬遅延を保証しているところに
ある。こうしたデータグラム端末局の特性としては、 コネクションを確立せずにデータ転送ができる。

デェーティファクターがきわめて小さい。

最小長パケットと最大長パケットの送出確率が高い。

最大伝搬遅延を保証しなくてもよい。

といったことがあげられ、必ずしも音声端末局等と同等
に取り扱う必要はない。

本発明は以上の点に着目してなされたもので、伝搬遅延
時間を保証し、通信線を効率良く使用することができる
蓄積型星状網を提供することを目的とするものである。

「問題点を解決するための手段」 本発明の蓄積型星状網は、複数の端末局と、これらの端
末局と双方向性の通信線を介して接続された集中局とか
らなり、上記各端末局は、フレームヘッダと複数のスロ
ットからなるフレームを生成し、自局が使用するスロッ
トに所定の情報を入れる一方、少なくとも上記フレーム
ヘッダと自局が使用するスロットとの間にあるスロット
に、所定のダミーデータを挿入して上記集中局に送出
し、上記集中局では、各端末局から送出されたフレーム
の論理和をとって同報フレームを生成し、上記すべての
端末局に対しこの同報フレームを一斉同報することを特
徴とするものである。

「作用」 以上のように本発明の蓄積型星状網においては、各端末
局は、フレーム中で自局が使用するスロットをあらかじ
め認識しており、送信すべき情報をそのスロットに入れ
て集中局に送信する。フレームは、フレームヘッダに複
数のスロットが連結された構成とされており、各端末局
から同時に集中局に向けて送出されるフレームについ
て、２以上の端末局が同一のスロットを使用することが
ない。

従って、各端末局が、フレームヘッダと自己の使用する
スロットの間にダミーデータを挿入しておき、さらに例
えば、集中局においてそのスロットの後にも適当にダミ
ーデータを付加し、各端末局から送出されたフレームの
論理和をとると、フレームヘッダに各端末局から送出さ
れたスロットが連結された同報フレームを得ることがで
きる。この同報フレームを各端末局に対して一斉同報す
れば、集中局における信号処理にほとんど時間を要しな
いため、いわゆる実時間伝送が実現される。また、信号
の衝突等が発生することもない。

「実施例」 （ブロックの構成） 第１図は、本発明の蓄積型星状網の実施例を示すブロッ
ク図である。

本発明の蓄積型星状網は、集中局１に複数の端末局2A〜
2Mが送信線20および受信線21からなる双方向性の通信線
を介して接続され、この集中局１は、次のようなブロッ
ク構成とされている。

この集中局１には、各端末局2A〜2Mから送出された信号
を一時記憶する受信メモリ32が、それぞれの送信線20に
接続されている。そして、このほかに、フレーム発生回
路50と、これを制御する制御回路51と、デリミタ発生回
路52、論理和回路40および送信回路60が設けられてい
る。また、集中局１の受信メモリ32のサイズは次式によ
り求められる。

（受信メモリのサイズ）＞ （最大往復伝搬時間）×（伝送速度） この式で、最大往復伝搬時間とは、集中局１と、集中局
から最も遠い端末局との間を信号が伝搬する時間（秒）
をいい、伝送速度とは、１秒間に伝送できる信号のビッ
ト数をいう。

これにより全端末局が同時に信号を送出しても衝突は起
きない。受信メモリはデータが空のときはエンプティ信
号51bをオン、データが入っているときはエンプティ信
号51bをオフにする機能をもっており、例えば先入れ先
出しメモリ（FIFO）により構成される。

フレーム発生回路50は、ある指定された周期で制御回路
51にトリガをかける回路である。これにより、この集中
局１から各端末局に向けて一斉同報される同報フレーム
の発生タイミングが決定される。

制御回路51は、各受信メモリ32に対して、その中に格納
されたフレームを読み出すためのリード信号51aを出力
する回路である。デリミタ発生回路52は、フレームヘッ
ダを生成してデータバス45に出力する回路である。論理
和回路40は、各受信メモリ32の出力するフレームの論理
和をとってデータバス45に向けて出力する回路である。
送信回路60は、データバス45から受け入れたフレームを
受信線21を介して各端末局へ向けて一斉同報する回路で
ある。

（回路動作） 以上の構成の蓄積型星状網は、次のように動作する。

各端末局2A〜2Mから送出されたフレームは受信メモリ32
に入る。各受信メモリ32ではフレームヘッダを検出した
ら、それ以降のデータを取り込んでゆく。データを取り
込んだ受信メモリ32はエンプティ信号51bをオフにす
る。

一方、フレーム発生回路50は、周期的に制御回路51にト
リガをかける。制御回路51は、このトリガを合図に、エ
ンプティ信号51bがオフになっている受信メモリ32に対
してリード信号51aを出力し、フレームの読み出しを開
始する。制御回路51は、すべての受信メモリ32のエンプ
ティ信号51bがオンになるまで、リード信号51aをエンプ
ティ信号オフの受信メモリ32に送出し続ける。またデリ
ミタ発生回路52に起動をかけ、フレームヘッダを発生さ
せる。

受信メモリ32は、制御回路51からのリード信号51aがく
るたびに入力データの先頭から論理和回路40にデータを
送出し、送出し終わるとエンプティ信号51bをオンにす
る。論理和回路40は、入力された信号の論理和をとり、
データバス45を通じて送信回路60に渡す。送信回路60
は、デリミタ発生回路52から発生するフレームヘッダの
後に、論理和回路40から出力されるデータをつなげて、
各送信線21に一斉同報する。

ここで、各端末局2A〜2Mのフレーム送出のタイミング
は、集中局１からのフレームヘッダを受信してから次式
で求まる時間Ｔ後とする。

Ｔ＝（フレーム周期）−（最大往復伝搬遅延時間） これによって、各端末局2A〜2Mから同期的に送出された
フレームは、常にほぼ同時に集中局１の受信メモリ32に
格納される。

そのフレームフォーマットを第２図に示す。先頭にフレ
ームであることを識別するフレームヘッダがある。続い
てスロット１〜Ｍが続く。Ｎの値は、スロット長（ビッ
ト）、フレームヘッダ（ビット）、フレーム周期
（秒）、網の伝送速度（ビット／秒）、最大往復伝搬遅
延時間（秒）から決まる。

Ｎ≦〔網の伝送速度×｛フレーム周期 −最大往復伝搬遅延時間｝−フレームヘッダ〕 ／〔スロット長〕 ここで、例えば端末局2A（Ａ局）は、もっぱらフレーム
100の第２番目の（スロット２）を使用するようにあら
かじめ定めておく。このとき、Ａ局が送出するフレーム
は第３図に示すように、フレームヘッダ101の後に、１
スロットおいて続くＡ局専用の（スロット２）にデータ
が入力される以外に、他のスロットにはすべてダミーデ
ータ102例えば“0"を挿入する。なお、このダミーデー
タ102とは、論理和をとったとき他のデータに影響を与
えない値のデータであることを意味する。

Ｂ局からＭ局についても、それぞれ同様にして、専用の
スロットにのみデータを入力する。

各端末局2A〜2Mの同期の取り方には次の二つの方法があ
る。

（１）集中局からのフレームヘッダを受信し、それによ
り自局のフレームカウンタをリセットする。

（２）集中局から一斉同報する信号により自局のクロッ
クをロックさせる。

これにより全局の同期はとれるので、一度フレーム送出
のタイミングが定まったら後はフレーム周期ごとにフレ
ームを送出すればよい。

すなわち、本発明の蓄積型星状網においては、第４図に
示すように、各端末局から送出されるフレームは伝送路
長の差を考慮しても、最大往復伝搬時間TD以内の時間差
で集中局に到達する。各端末局は自局に割り当てられた
専用のスロットのみに情報を入力している。集中局で各
局の信号の論理和をとると、これらのスロットが連結さ
れる。こうしてフレーム全体を生成し、フレームヘッダ
を付してそれを全局に周期的に一斉同報することによ
り、同期通信を実現する。

なお、各端末局から送出されるフレームは、少なくとも
フレームヘッダと自局に割り当てられたスロットの間に
ダミーデータが挿入されていればよい。論理和回路40等
で、各局の割り当てスロットの後に、自動的にダミーデ
ータを挿入するようにすればよいからである。

（スロットの割り当て方法） スロットの割り当て方法は次のように種々考えられる。

（１）あらかじめ固定的に割り当ててしまう方法。

これは、上記実施例で説明した方法である。この方法
は、各端末局の伝送容量があらかじめ定まっているとき
に有効である。この方法は簡単である。ある端末局には
（スロット１）と（スロット２）を割り当て、別の端末
局には（スロット11〜15）を割り当てるといったよう
に、端末局設置時に割り当てを行えばよい。割り当てス
ロット数は、端末局の伝送容量が大きくなれば多くな
る。すなわち、スロット数は一定で、伝送容量によって
端末局は２以上のスロットを専有することができる。

（２）ある定められたスロットを用いて、スロット管理
端末局に割り当てを要求する。この場合、例えば端末局
2Mをスロット管理端末局にする。そして、例えば（スロ
ット１）と（スロット２）を、スロット管理端末局にス
ロットの割り当てを要求するためだけのスロットとす
る。割り当てを要求したい端末局は（スロット１）に宛
先アドレス、発信元アドレス、要求スロット数等の情報
を入れ、そのスロットがはいったフレームを送出する。
他にだれも割り当てを要求する端末局がなかったら、そ
のスロットに入っている情報はスロット管理端末局2Mに
伝わる。他に割り当てを要求する端末局があったら、衝
突が発生しそのスロットに入っている情報はスロット管
理端末局2Mに伝わらない。それは受信フレームを監視し
ていれば各要求端末局でわかる。この場合は、それぞれ
の端末局で再送信動作に移る。割り当て要求の情報を受
け取ったスロット管理端末局2Mは、スロット管理テーブ
ルを見て、もしその要求スロット数分だけ空いていれ
ば、割り当て成功のフラグ、割り当てスロット番号、指
定された宛先アドレス、発信元アドレス等を（スロット
２）に入れフレームを送出する。指定された宛先アドレ
ス、発信元アドレスの双方の端末局から、割り当てられ
たスロットにのって受信確認情報がくれば、割り当てが
完了する。

（３）フレームを同期領域と非同期領域に分け、非同期
領域のパケットを用いて、スロット管理端末局に割り当
てを要求する。

この方法は次のようにする。例えばフレームの前半80％
を同期領域に割り当て、後半の20％を非同期領域に割り
当てるようにする。接続制御に関する通信は非同期領域
のパケットを用いて行う。この場合、集中局の構成は第
５図のようになる。

この実施例では、各端末局から送出されたフレームは始
めに識別回路31に入力し、そこから受信メモリ32または
非同期受信メモリ33にデータが振り分けられる構成とな
っている。識別回路31は、入力信号が同期フレームか非
同期パケットかを識別する回路である。

同期フレームが識別回路31に入力すると、これは受信メ
モリ32に送り込まれ、第１図の実施例で説明したと同様
にして送信回路60を経て各端末局2A〜2Mに一斉同報され
る。

非同期パケットが識別回路31に入力すると、これは非同
期受信メモリ33に送り込まれる。そして、同期フレーム
が一斉同報された後、フレームの後半の20％の空き時間
内でこの非同期パケットが読み出され、フレームの後半
に連結され送出される。第５図には、非同期受信メモリ
33が一つだけ設けられ、すべての端末局から送出された
非同期パケットがここに格納されることになる。この場
合、パケットの衝突が発生するとそのパケットは無効に
なる。そこで、この非同期受信メモリ33を各端末局ごと
に１つずつ設けて、そのメモリ容量を１パケット分格納
できる容量にする。これで、衝突なしにすべてのパケッ
トを集中局１が受信することができる。

ただし、この場合には、非同期領域で受信したすべての
パケットを一度に送出することができなくなる場合もあ
る。制御回路51は、各フレームの後半の、非同期領域に
入るたびに、非同期受信メモリをポーリングして、その
時間の範囲内で順にパケットを読み出す動作を行うこと
になる。

「発明の効果」 以上説明した本発明の蓄積型星状網によれば、信号伝搬
遅延時間の保証ができ、会話形の音声通信のように実時
間上での送受信関係が重視される実時間伝送が容易に実
現される。また集中局は、衝突の検出や衝突信号の送出
をしなくてもすむようになり、衝突のための無効信号が
回線上を流れることがなくなる。これにより物理容量近
くまで回線を効率的に使用することができる。さらに通
常、パケットの情報には、宛先アドレスなどのオーバー
ヘッドを入れなければならないが、本発明ではこのよう
なオーバーヘッドをつけずにすみ、この点からも効率が
向上する。

また、各端末局が自局の使用するスロットに情報を入れ
たフレーム全体を送出するということには、次の利点が
ある。

集中局が受信信号を読み取って、フレーム中における各
端末局の使用するスロットの位置を知り、それにより、
フレームを組み立てるといった処理は必要がない。つま
り集中局では単に各フレームの論理和をとるだけでよ
く、集中局の構成が簡単になる。なお、各端末局の送信
線では、元々フレーム全体以上の伝送容量で信号を送る
ことができないから、各端末局がそのつど無駄な情報
“0"を入れたフレーム全体を送出してもまったくシステ
ムの効率に影響はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蓄積型星状網の実施例を示すブロック
図、第２図はその端末局の送出するフレーム構成を示す
説明図、第３図は特定の端末局の送出するフレーム構成
を示す説明図、第４図は本発明の蓄積型星状網における
フレームの送受信状態の説明図、第５図は本発明の蓄積
型星状網の他の実施例を示すブロック図、第６図は従来
一般に知られている星状網のブロック図、第７図はその
通信状態の説明図である。 １……集中局、 2A〜2M……端末局、 20、21……通信線、 100……フレーム、 101……フレームヘッダ、 102……ダミーデータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の端末局と、これらの端末局と双方向
   性の通信線を介して接続された集中局とからなり、前記
   各端末局は、フレームヘッダと複数のスロットからなる
   フレームを生成し、自局が使用するスロットに所定の情
   報を入れる一方、少なくとも前記フレームヘッダと自局
   が使用するスロットとの間にあるスロットに、所定のダ
   ミーデータを挿入して前記集中局に送出し、前記集中局
   では、各端末局から送出されたフレームの論理和をとっ
   て同報フレームを生成し、前記すべての端末局に対しこ
   の同報フレームを一斉同報することを特徴とする蓄積型
   星状網。