JPH0744559B2 - 多ノードローカル・エリア・ネットワーク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ローカル・エリア・ネットワーク（LAN）に
関し、特に統計的競合回路網制御方式を採用するオプテ
ィカルファイバLANによく適合する階層構造星型回路網
アーキテクチャに関するものである。

（従来の技術） オプティカルファイバLANは金属製伝送線路（例えば対
撚り線または同軸ケーブル）を有するLANに比べて確か
に技術的に優れている。その理由としては、幅の狭いケ
ーブルに適合していること、厄介な大地ループ電流から
解放されていること、電磁的な干渉から実質的に免かれ
ること、電子的盗聴に対してより安全であること等の点
があげられる。それにもかかわらず、オプティカルファ
イバLANは商業的に普及するのが遅れているが、少なく
ともその理由の一部は、低損失のオプティカルファイバ
タップの開発に問題があったことによると思われる。オ
プティカルファイバを用いて従来の線型LANのトポロジ
ーに対して商業的に魅力的な応用を行なうには、大抵の
場合、この低損失のタップを必要とする。進められてい
る研究開発から適当なタップが生まれるかもしれない
が、オプティカルファイバ技術の現状を見ると、現時点
では別のトポロジーが必要とされる。実際オプティカル
ファイバ技術は将来の広帯域で高速のLANを約束するも
のと認識されてきたが、現在の潜在市場で支配的な中位
のデータ速度（例えば3Mbps〜10Mbps）の回路網に対す
る魅力は限られている。

他方、オプティカルファイバLAN用に、階層構造星型ア
ーキテクチャが提案されている。例えば、Husain AとCo
ok,S.Dによる「ローカル・エリア・ネットワーク用オプ
ティカルファイバアーキテクチャ」（Technical Contri
bution誌、Honeywell Technology Center編1982年10月
発行）を参照されたい。星型配置は低損失型オプティカ
ルファイバタップを必要としないから、一般的にオプテ
ィカルファイバLAN向きである。更に、LANはホストを追
加したり、現在のホストの配置換えを行なうために、必
要に応じて拡張したり、再構築されたりするので、階層
構造星型アーキテクチャが本質的にモジュール方式であ
る点で有利であると認識されている。

しかし、階層構造星型LANアーキテクチャの意義はまだ
完全に理解されていないように思われる。このアーキテ
クチャに関して重要であるが見過ごされてきた利点は、
LANのコストを下げるのに利用することができるという
ことである。この点は必要なケーブルの量が減るだけで
なく、回路網の初期敷設およびその後の回路網の拡張又
は変更に伴う費用の軽減されるのである。

統計的に競合制御は、LANにアクセスする要求が競合す
る場合における好ましい解決法である。これはいわゆる
CSMA/CD（衝突検出手段を有する搬送波検出複数アクセ
ス）回路網において広く認められている。典型的に、CS
MA/CDのような統計的競合制御プロセスでは、回路網上
の各端末装置またはホストには競合方式に基づき共有す
る回路網設備にアクセスする権利が平等に与えられる。
そして、２台以上のホストが回路網を制御しようとして
競合するときに「衝突」が起こると、これらのホストを
リセットして、後で無作為に選ばれた時間に再試行させ
ることにより「衝突」を解決する。米国特許第4,063、2
20号明細書（1977年12月13日発行）には基本的な統計的
競合回路網制御プロセスが詳細に記載されている。ま
た、特開昭58-99046号公報には、その制御プロセスを能
動的星型構造オプティカルファイバLANに有効で、且つ
効率的に応用することが記載されている。

（発明の要約） 本発明によれば、階層構造星型LANは、回路網の最下層
にあるホスト端末装置間を中継する通信リンクの階層を
提供するためのＮチャネルの星型中継器を有する。あら
かじめ定められた距離内にあるホスト同志を集めてミニ
LANを構成するのが便利である。ミニLANはＭポートの能
動的星型クラスタ制御装置の制御下で作動する。しか
し、もっと離れて配置されているホスト間の通信は、適
当に高い信号対雑音比を保つために一回以上中継され
る。必要ならば適当な信号タイミングを保つために時間
的に再調整される。中継器は非冗長データと状態信号と
（以後これらを「情報」と呼ぶ）を回路網のすべてのレ
ベルに選択的に伝搬する。また冗長情報の循環（すなわ
ち、戻りエコー）を防止する。エコー制御を簡単に行な
うために中継器を分散させるのが好ましい。そして、各
中継器チャネルはノード・バイ・ノード方式で冗長決定
を行なうために２台の半中継器を持つようにする。クス
タ制御装置または中継器に必要なポートもしくはチャネ
ルの数はそれぞれ、これらからサービスを受けるホスト
または回路網接続点の数によって決定される。これら
は、LANを拡張または再構築するため必要に応じおおよ
そ自由に増減することができる。

階層構造星型回路網アーキテクチャはオプティカルファ
イバLANに特に向いている。例えば、現在のオプティカ
ルファイバタップ技術を用いれば、線型回路網よりもは
るかに多数のホストを収容することができるであろう。
しかしこのアーキテクチャはオプティカルファイバに限
定されるのではない。更に、回路網へのアクセス要求に
競合があるときの解決法として、統計的競合制御を用い
るのが有利であるが、本発明はこれ以外にも広い特徴を
有する。

（実施例） 以下本発明の一実施例についてかなり詳細に説明する
が、本発明をこの実施例に限定するつもりはない。特許
請求の範囲の項に記載してある技術的思想の範囲内の変
形物、代替物および均等物はすべて含むつもりである。
以下の説明の中で大体の構成を示すために見出しを用い
ているが、これらは一般的な話題の大要を表わすにすぎ
ないのであって、限定的な意味は持たせてない。

I.アーキテクチャの概要 第１図を参照すると、複数個のホスト端末装置11a〜11
j、12a〜12j間の通信を助ける階層構造星型アーキテク
チャを有するローカル・エリア・ネットワークすなわち
LANが示されている。図示する如く、ホスト端末装置11a
〜11j、12a〜12j（以下、単にホストという）は、各々
がLANを経由してデータを送受信するためトランシーバ1
3a〜13j、14a〜14jをそれぞれ有している。

通常、階層構造星型LANでは、使用者社会の成長や変化
の要求に適合するように、必要に応じて比較的容易に拡
張したり再構築したりすることができる。しかし、本発
明によれば、更にアーキテクチャに柔軟性を持たせるこ
とができる。これは、本発明において隣接しているホス
ト11a〜11j,12a〜12jをそれぞれネットワーク化するＭ
ポートクラスタ制御装置15a〜15jと、クラスタ制御装置
15a〜15jを結合する１台以上のＮチャネル分散型中継器
とがあるからである。この中継器がない場合には、クラ
スタ制御装置15a〜15jは、それぞれホスト11a〜11j、12
a〜12jに対して、独立の能動的星型ミニLAN16a〜16jを
有効に構成する。中継器があると、クラスタ制御装置15
a〜15jを結合してネットワーク化し、ミニLAN16a〜16j
を合併させて、図示のように、拡張した階層構造星型LA
Nを作る。

本発明の重要な特徴の１つとして、分散型中継器（詳細
は後述する）は、双方向性の通信リンクを提供し、この
通信リンクが、拡張されたLANすなわち多ノードLANのノ
ード間で、非冗長性データと制御信号（すなわち「情
報」）を選択的に送信する。本書で用いる「ノード」と
はネットワークの２個以上のブランチに共通な１つの接
続点をいう。例えば、ミニLAN16a〜16jの各々は「単一
のLAN」であり、第１図の階層型の星型LANは「多ノード
LAN」である。かかる定義により、ネットワークの同じ
レベルの２つのノードでも、違うレベルの２つのノード
でも、一方のノードにある半中継器を他方のノードにあ
る別の半中継器に接続することによって、リンクされ得
るのであり、これにより、設計者には回路構成上の大き
な自由度が与えられる。これにより、LANを小さいもの
から順次大きく成長させるのを促進する。たとえば、１
個または２個以上の単一ノードミニLAN16a〜16jから、
中継器を含むクラスタ制御装置15a〜15j、中継器を含む
制御装置18及び中央制御装置19に示されるような複数個
の相互に接続された包括的な回路網へとLANを順次大き
くできる。

図示した実施例では、LANをいくつかのホスト11a〜11j,
12a〜12jのデータ伝送の要求に割り当てるのに統計的競
合回路網制御方式を採用している。換言すれば、ホスト
11a〜11j,12a〜12jが１つ１つデータ伝送の要求を満足
させるために必要なとき、LANの制御の対して競争する
が、二台以上のホストが制御を争うようなときはいつで
もリセットされるようになっている。これにより、争い
を解決して、競合するホストが後でデータ伝送の仕事を
やり終えることが可能になる。この目的のため、「衝
突」を検出して信号を発生する手段（後述）を各ネット
ワークノード部分となる装置15a〜15j,18,19に分配配置
してある。その結果、もしLANが拡張されたりあるいは
再構築されても、回路網の制御論理を変更する必要がな
い。

統計的競合回路網制御方式を実行するには、衝突のため
に伝送されないデータをすべて保存するため多かれ少な
かれ通常の装置（図示せず）を、各ホスト11a〜11j,…,
12a〜12jに設ける。競合衝突が解決された後にこれらの
データを再生して再送するためである。典型的には、ホ
スト11a〜11j,12a〜12jは、例えば標準CSMA/CDプロトコ
ルにしたがってデータを集めて固定長又は可変長の伝送
用パケットをつくる装置（図示せず）を含む、従って、
容認された規則を守るため、LANの直径（すなわち最長
のデータ径路）は、任意のホストからの信号の往復走行
時間が単一パケットの最短許容時間（すなわち「最少許
容パケット時間」）より短くなるように制限され、これ
により、LAN中で生じた衝突にたまたま関係したすべて
のホストが、１つの最少の許容パケット時間内に確実に
リセットされるための時間的余裕が得られる。このこと
により、たとえ衝突が生じたことがLANのノード部分
と、なる装置15a〜15j,18,19の任意の１つで最初に検出
されても、そして、ホスト11a〜11j,12a〜12jのうち任
意の二台以上により伝送の競合を行っている場合でも、
ホスト11a〜11j,12a〜12jは伝送されなかったデータを
保存しておくことが可能になる。

オプティカルファイバケーブルは同軸ケーブルのような
通常の金属伝送媒体よりも帯域幅から明らかに広いとい
う特徴があるので、LANにとって好ましい伝送媒体であ
る。オプティカルファイバケーブルは周波数応答性にす
ぐれているから、衝突信号は比較的速く伝搬されて検出
される。したがってホスト10a〜10j,12a〜12jは、衝突
の発生に対して比較的迅速に応答することができる。そ
の結果、オプティカルファイバLANは金属の伝送線路を
利用したものよりも大きい直径を持ちかつ又は短い最短
許容パケット時間で作動することができる。

最長伝送距離が100メートル程度のいう制限が、最低層
すなわち最初の層のケーブル21a〜21j,22a〜22jに対し
て決められているならば、階層構造星型アーキテクチャ
は特にオプティカルファイバLANに好適であるというこ
とが判った（図示の如くケーブル21a〜21j,22a〜22j
は、ホストトランシーバ13a〜13j,14a〜14j、及びクラ
スタ制御装置15a〜15jをそれぞれリンクするオプティカ
ルファイバケーブルである）。このような仕様に設定す
ることは、LANを形成するのに要求されるケーブル長を
多少とも最短にすることと矛盾しないばかりでなく、多
数のリンクがある最下層のネットワークで、比較的安価
なオプティカルファイバと、付随する光源および検出器
を用いることも矛盾しない。LANの上層部にあるケーブ
ル23a〜23jと24a〜24jにも同様な伝送距離の制限がある
であろうが、その仕様が要求する中継器の増設費用の方
が、ケーブルや個々の部品のコストを節約することより
も重要である。実際にも、従来の宅内電話配線回路網に
対する配線規則に従ってLANをレイアウトするのが最も
経済的である。このようにするのは、LANが、実際に記
憶装置と配線とを電話回線と共有する場合に、コスト面
から見て特に魅力がある。

II.LANのノード A.クラスタ制御装置 第２図を参照すると、クラスタ制御装置15aのようなク
ラスタ制御装置は、２重にバックプレーン（プリント回
路基板等を収容するボックスの背面側の回路部分）に形
成されたデータバス31と、同様に２重にバックプレーン
に形成された状態バス32と、ホスト11a〜11j（第１図）
との間でデータ転送を行なう制御ユニット33a〜33jとを
含んでいる。実際には、データバス31の受信部分31rと
送信部分31x間にデータを再生するためのパケット再生
器31tを接続してもよい。このパケット再生器31tがある
とデータ流れに遅延を生ずるかもしれないので、状態バ
ス32の受信部分32rと送信部分32xとの間に状態拡張器32
dを接続してもよい。こうすることにより、バス部分32x
上のデータ状態信号の後縁がバス部分31xを通る再生デ
ータ流れの終わりと時間的に確実に同期するようにな
る。このことからデータバス31と状態バス32を２重にす
ることに意味があることが理解されよう。逆に、もしデ
ータ再生過程が不要であることが判明したならば、パケ
ット再生器31tと状態拡張器32dは省略すべきである。そ
の結果、クラスタ制御装置15aのすべての故障の原因と
なりうるもので残っているのは電源（図示せず）の中断
のみである。信頼度の高い冗長度のある電源が利用可能
であるから、データ再生過程を省略する危険性は注意深
く評価すべきである。特にこの種の危険性が比較的低く
なりがちな、クラスタ制御装置15aとネットワークの他
の下層ノードとにおいてあてはまる。

ホスト11a〜11jから生じたすべてのデータ及び／または
ホスト11a〜11jに送られるすべてのデータはデータバス
31を経由して転送される。この目的のために、制御ユニ
ット33a〜33jはそれぞれホスト11a〜11jから生じたいか
なるデータにも無条件でアクセスする権利をデータバス
31に与えるだけでなく，状態バス32を経由して送られた
ネットワーク制御信号に応答して、データバス31からそ
れぞれホスト11a〜11jへと流れるデータの流れを制御す
る。したがって、クラスタ制御装置15aはもっと一般的
には、Ｍ台のホスト11a〜11jにアクセス制御権を与える
Ｍ台のポート33a〜33jを有すると言ってもよい。ここで
Ｍ＝1,2,…,mであり、ｍは１台の制御装置が扱うことの
できるホストの実用的な最大限度数である。本発明を開
示する目的のために、制御装置15aは任意の数のホスト1
1a〜11jを扱うことができると仮定してもよいが、通常
実用的には限度がある。例えば、実用的な限度は所定の
通信プロトコルがホスト11a〜11jの身分確認用に割当て
るアドレス空間の大きさにより、またはデータバス31お
よび／または状態バス32の最大許容ローディング能力に
より決定される。

ミニLAN16aに統計的競合回路網制御手順を与えるため
に、制御ユニット33a〜33jはそれぞれトランシーバ13a
〜13jの出力を常に監視して、ホスト11a〜11jがデータ
を送信中であるか否かを判断する。本実施例において
は、トタンシーバ13a〜13jはそれぞれホスト11a〜11jか
ら送信されるデータがないときには、比較的低周波数の
アイドル信号を送信するようになっているが、この確認
的なアイドル信号を必須とするわけではない。実際、確
認的なアイドル信号があろうがなかろうが、制御ユニッ
ト33a〜33jはそれぞれトランシーバ13a〜13jから受信し
た信号に応答して内部の２進制御信号（「アイドル」ま
たは「データ」）を発生し、これらの制御信号を用いる
ことによって、（１）ホスト11a〜11jから送信されるデ
ータをデータバス31に送ること、及び、（２）適当なネ
ットワーク制御信号（「アイドル」、「データ」または
「衝突」）を状態バス32上に保持すること、の制御を行
なう。

更に詳述すると、制御ユニット33a〜33jによりつくられ
る内部制御信号は、「ローカル状態信号」であり、これ
は状態バス32上に現われる信号がネットワーク制御信号
であるか、または、「グローバル状態信号」であるかを
ひとまとめにして決定する。こうすることにより、
（ｉ）もし、すべてのローカル状態信号がアドレスレベ
ルにあれば、グローバル「アイドル」状態という信号が
出され、（ii）もし、１個のローカル状態信号のみがデ
ータレベルにあれば、グローバル「データ」状態という
信号が出され、（iii）もし、２個以上のローカル状態
信号がデータレベルにあれば、グローバル「衝突」状態
という信号が出される。換言すれば、グローバル状態信
号は次の規則にしたがってローカル状態信号と論理的な
関係がある。ローカル状態 グローバル状態 全てアイドル アイドル データ１個、他は データ 全てアイドル データ２個以上 衝突 ミニLAN16aは、望むならば前述したクラスタ制御装置15
aの排他的制御の下に独立に作動させてもよいけれど
も、第１図に示すように容易に拡張LANすなわち多ノー
ドLANの中に組込まれる。これにより、ホスト11a〜11j
は相互に通信することができるだけでなく、他の離れた
ホスト12a〜12jとも通信することができるようになる。
ミニLAN16aと違って、拡張LANは、複数個のノード15a〜
15j,18,19を含み、これらは共同でネットワーク制御の
責任を負う。

前述の如く、拡張LANの階層構造星型アーキテクチャを
採用することにより、ネットワーク設計者はコスト低減
および／または性能改善を考慮することが可能になる。
このことは、クラスタ制御装置15a〜15jを相互に接続す
るのに、群制御装置18や中央制御装置19のような高階層
のノードを１階層以上用いるときに、実現される。しか
しながら、このような本発明により考えられるすべての
拡張ネットワークにこのような高階層のノードが要求さ
れるわけではない。従って、本発明によりネットワーク
設計の柔軟性が得られる点を再び強調すると、各クラス
タ制御装置15a〜15jは第２図に示すような半中継器35a
を含み、クラスタ制御15a〜15jのうち任意の２台の半中
継器を相互接続すると、高階層部のノードの仲介を必要
とせずに、２個のノードを有する拡張LANを構成するこ
とができる。

B.高階層部のノード 第３図に示すように、群制御装置18のようなネットワー
クの高階層ノード部分は、各々、バックプレーンの２重
のデータバス41と、バックプレーンの２重の状態バス42
と、半中継器43a〜43kとを有する。前述の如く、データ
の再生のため、パケット再生器41tをデータバス41の受
信部分41rと送信部分41x間に接続してもよい。更にデー
タ状態信号を再生されたデータ流れと同期させるため
に、状態拡張器42dを状態バス42の受信部分42rと送信部
分42xとの間に接続してもよい。しかし、説明を簡単に
するために一般的にはデータバス41と状態バス42とを同
一のものとして扱うことにする。

第１図を参照すると、群制御装置18は中間階層部のノー
ドであることがわかる。したがってこれに含まれる「上
向きの」半中継器43k（第３図）は中央制御装置19の中
にある半中継器（図示せず）に24kで接続される（第１
図）。その結果、群制御装置のデータバス41と中央制御
装置のデータバス（図示せず）間に双方向性の中継器に
よるリンクが作られる。群制御装置18の他の半中継器43
a〜43jは、LANの同じ階層または低い階層のノードの中
にある半中継器に接続されている。更に詳しく述べる
と、第１図に示した階層構造LANの配置にするには、半
中継器43a〜43jを、それぞれ、クラスタ制御装置15a〜1
5j内の半中継器に接続する。たとえば、各クラスタ制御
装置のデータバス31（第２図）と群制御装置のデータバ
ス41（第３図）との間に双方向性の中継器間リンクが形
成される。これは、半中継器35a（第２図）は23a（第１
図）の地点で半中継器43a（第３図）に接続されている
からである。中央制御装置19は群制御装置18に似ている
が、「上向きの」半中継器43kに相当するものを持って
いない。なぜならば中央制御装置19は、LANの同じ階層
又はより高い階層のノードに対して中継しないからであ
る。従って、高い階層のノード部分となる19と18はクラ
スタ制御装置（15a〜15j内）の半中継器35a等と接続さ
れて、Ｎチャネルの分散型中継器を形成する。ここでＮ
＝1,2,…、ｎであり、ｎは１ノード当りの最大許容チャ
ネル数の実用的な限度数である。このような分散型中継
器の各チャネルはリンクされた一対の半中継器から成
る。

代表的な半中継器については後で詳しく説明するが、ネ
ットワークの観点から、半中継器35a（第２図）と43a
（第３図）の機能的な相互作用について簡単に考えてお
くことが適切である。なぜならば、これらはいわゆる分
散型中継器チャネルの一例だからである。一般的には、
中継器チャネル（以下「分散型中継器」と言う）はLAN
の一方のノードから他方のノードへ、データと制御信号
とを一方向に転送するための双方向リンクを提供する。
データまたは衝突信号はすべてのノード間で一方向に転
送される。なぜなら、冗長な情報の伝送により、発振に
よってネットワークが大きく故障するかもしれないから
である（ここで、「発振」とはネットワークのノード間
を情報が多かれ少なかれ連続的に行きつ戻りつ転送され
ることをいう）。このために、半中継器35aと43aはエコ
ー抑制論理手段（後述）を含み、冗長な情報が循環する
のを防止する。図示した実施例では、重要な基本的なネ
ットワーク制御信号は衝突信号であり、これは衝突が検
出される時はいつでも、データの代わりに伝播される。
しかしこれは、もし「戻りエコー」が抑制されなかった
ならば、ネットワークの突発的な事故を引き起こすかも
しれないネットワーク抑制信号の一例にすぎない。分散
型中継器を使用する利点で重要なのはこのようなエラー
抑制を行うのに、比較的明快な論理を半中継器35aと43a
で採用することができるということである。

III.サブシステム トランシーバ13a〜13j、14a〜14j（第１図）と制御ユニ
ット33a〜33j（第２図）と、半中継器35a（第２図）及
び半中継器43a〜43j（第３図）とは、どんな複雑さを持
つLANを構成するにせよ、殆どの場合に基本的なサブシ
ステムとなる。これらは比較的明快は階層構造アーキテ
クチャに関して図示して説明したが、これらはまた複合
階層構造星型ネットワーク配置に適用することもでき
る。この複合ネットワークは１個以上の複合ノード（図
示せず）を有することにより、各種のホストに対して異
なる階層レベルを与えることになろう。例えば、混成ノ
ードは、数台の制御ユニット33a〜33jと数台の半中継器
43a〜43jとを含むことになろう。こうすることによりこ
の混成ノードは、あるホスト群に対するいわゆるクラス
タ制御装置として、また他のホスト群に対するより高階
層のノードとしての機能を果すことになる。更に、本発
明のアーキテクチャは前述の如くオプティカルファイバ
通信リンクを使用するのに適しているが、オプティカル
ファイバ通信リンクにも金属通信リンクにも使用するこ
とができよう。実際、配置によっては（特にすべての通
信リンクがおよそ100メートルから200メートルより短い
距離に限定されている場合）、ネットワークをすべて金
属の伝送媒体（特に、シールドされた対撚り線）で結ぶ
方が明らかにコスト的に有利である。この種の金属の伝
送媒体は直流伝送特性が劣るために、衝突信号のやり方
を少し変えなければならないであろうが、このような実
行上の変更は当業者にとっては日常的に行ないうるとこ
ろである。

ここで、本発明の理解のために、CSMA/CDアクセス制御
を有する10MbpsベースバンドのオプティカルファイバLA
Nに関して、トランシーバ13a、制御ユニット33a、半中
継器43aを代表として説明することにする。説明を簡単
にするために、すべてのデータはマンチェスタ符号のよ
うな自己ロック符号にしたがって10Mbpsのビット速度で
位相符号化されている（手段は図示せず）こととし、更
に符号化されたデータは、LANを経由して伝送される前
にパケットの形にされる（手段は図示せず）ものとす
る。これらの仮定は、標準イーサネットパケット方式と
も矛盾しない。このパケット形式では、各パケットの前
に固定長のプリアンブルがあり、各パケットは次の順序
で連続する５個のフィールドから成る。すなわち、固定
長の行先アドレス、固定長のソースアドレス、固定長の
タイプフィールド、最短と最長とが定められている可変
長のデータフィールド及び固定長のフレーム検査シーケ
ンスである。このパケット形式は周知であるから詳細に
は説明しないが、許容パケット時間の最短と最長とが決
められるという点に注意されたい。

A.トランシーバ 第４図を参照して、トランシーバ13aは送信チャネル51
と受信チャネル52とを有し、これらによりホスト11a
（第１図）がLANを経由してデータを送受信できる。ト
ランシーバ13aと制御ユニット33a間で双方向通信を行な
うために、光リンク21a（第１図）は一対のオプティカ
ルファイバケーブル210aと210bとから成り、これらは、
トランシーバ13aの送信チャネル51と受信チャネル52と
を、制御ユニット33a（第６図）の受信チャネル53と送
信チャネル54とに、それぞれ、接続している。標準CSMA
/CDアクセス制御規則に従い、ホスト11aはLANがアイド
ル状態であると判断するまで送信を遅らせるだけでな
く、もしLANのどこかのノードで「衝突」が検出された
ならば、送信開始後短時間だけリセットされることにな
る。固有の伝搬遅延があるために、送信開始時にLANが
アイドル状態であるように見えても、衝突は起こり得
る。

図示の如く、トランシーバ13aの送信チャネル51は、ホ
スト11aで作られたパケットを送信し、パケットがない
ときにはアイドル信号を送る。このため、トランシーバ
13aのマルチプレクサ55は搬送波検出器59の制御下にあ
って、光駆動回路58にアイドル信号発生器56または受信
器57のいずれかを選択的に接続する役目を果す。動作的
には、受信器57がホスト11aのデータ出力ポートに出力
される信号を検出器してフィルタにかける。一方、搬送
波検出器59は受信器57の出力を監視してマルチプレクサ
55を選択的に切替えるための制御信号を供給する。その
結果ホスト11aが送信中か否かによりそれぞれデータパ
ケットまたはアイドル信号が光駆動回路58に加えられ
る。ホスト11aが定められたビット速度（10Mbps）で送
信するならば、搬送波検出器59は受信器57の出力のディ
ジタル信号遷移のくり返し速度を監視して、マルチプレ
クサ55に供給するための適当な信号をつくる。勿論、光
駆動回路58は入力した電器信号を対応する光信号に変換
する。この光信号はオプティカルファイバ210aを経由し
て制御ユニット33aに送られる。

制御ユニット33aは、オプティカルファイバ210bを経由
してトランシーバ13の受信チャネル52に、パケット、ア
イドル信号または衝突信号を送る。光受信器61はこれら
の光信号を対応する電器信号に変換して、それらをロー
カル状態検出器62の入力と通常閉じているゲート63の入
力とに加える。もしパケットを受信中であれば、ローカ
ル状態検出器62がゲート63を開いて、駆動回路64がパケ
ットをホスト11aのデータ入力ポートに加える。もし衝
突信号を受信中であれば、状態検出器62がもう一つの通
常閉じているゲート65を開くことにより、衝突信号が駆
動回路67を経由してホスト11aの制御ポートにリセット
信号として加えられる。もしアイドル信号を受信中であ
れば、ゲート63と65は共に閉じたままなので、LANは少
なくとも条件付きでパケットの送信に利用できるという
ことがホスト11aに知らされる。勿論、LANが「条件付き
で利用可能」であるときはいつでも、ホスト11aは自由
にパケットを送信することができる。しかし、もし、衝
突が起これば、その後、ホスト11aはリセットされるこ
とになろう。

第5A図〜第5C図に示すように、パケットとそのプリアン
ブル（両者を合わせて「パケット」又は「データパケッ
ト」と呼ぶ）はアイドル信号や衝突信号とは明らかにビ
ット速度の差がある。例えば、図示した例では、パケッ
ト（第5A図）は10Mbpsで送信されるが、アイドル信号
（第5B図）と衝突信号（第5C図）はわずか2.5Mbps程度
で送られるにすぎない。同様な方法がアイドル信号と衝
突信号とを区別するのに利用できるが、衝突信号が必要
なときには、アイドル信号を単に反転させる方がコスト
的に効率が良い。従って、アイドル信号はデューティ比
を比較的高くするか、又は第5B図に示すように比較的低
くする。これにより相補的な衝突信号（第5C図）とはデ
ューティ比が明らかに異なるので、両信号を容易に識別
することができる。

B.制御ユニット 第６図において、制御ユニット33aの受信チャネル53
は、トランシーバ13a（第４図）からパケットをクラス
タ制御装置のデータバス31に転送して、クラスタ制御装
置の状態バス32から送られてくるグローバル状態信号
（アイドル信号、データまたは衝突信号）がホスト11a
から伝送中か否かを正確に示すのを助ける役割りを担
う。これらの機能を実行するために、受信チャネル53の
光受信器71はトランシーバ13aから受信した光信号を対
応する電器信号に変換して、この信号を通常閉じている
ゲート72とローカル状態検出器73とに加える。ローカル
状態検出器73は、受信中であるのがパケットかアイドル
信号であるかを判断して、２進の制御信号（「データ」
または「アイドル」）を発生する。そしてパケットが受
信中のときのみ（すなわちローカル状態検出器73から
「データ」レベルの制御信号が供給されるのに応答し
て）、ゲート72が開かれて駆動回路75が働く。データバ
ス駆動回路74はゲート72に接続されており、入力される
パケットを制御ユニット33aのデータバス31に送る役目
をする。他方、状態バス駆動回路75は切替え可能な定電
流源であって、状態バス32に加えられる電流レベルを所
定の量だけ増減する。これはトランシーバ13aからパケ
ットを受信する度に、その始めと終りにそれぞれ同期し
て行なわれる。

実際には、パケット長タイマ76を設けて、トランシーバ
13aから到来する異常に長いパケットを終結せしめるよ
うにしてあり、これにより動作不良が起きた場合にホス
ト11aがいつまでもLANの制御をし続けることを防止でき
る。図示した実施例にこの種の無効保護機構を与えるた
めに、タイマ76をローカル状態検出器73の出力と駆動回
路74、75の制御入力との間に接続してある。更に、タイ
マ76の時間切れ期間は最長許容パケット時間よりも幾分
長めに設定されるので、もしローカル状態検出器74から
発する制御信号が、所定の時間を超過しても、「デー
タ」レベルのままであったならば、タイマ76が無効信号
を供給して駆動回路74、75を作動不能にする。

制御ユニット33aの送信チャネル54の役目はパケット、
アイドル信号または衝突信号をトランシーバ13aに送信
することである。更に詳しく述べると、衝突が検出され
たときにはデータバス31上にパケットがあると否とにか
かわりなしに、衝突信号がトランシーバ13aに送られ
る。逆に衝突がない場合には、データバス31上にパケッ
トがあるか否かにより、パケットまたはアイドル信号が
トランシーバ13aに送られる。かかる規則により作動さ
せるため、送信チャネル54のマルチプレクサ81は反転作
動モードと非反転作動モードとを有し、グローバル状態
検出器85の制御下で受信器82またはアイドル信号発生器
83を選択して光駆動回路84に接続する。

グローバル状態検出器85が、３状態の制御信号（「アイ
ドル」、「データ」または「衝突」）をマルチプレクサ
／インバータ81に供給できるように、状態バス32を特性
インピーダンスで終端する（図示せず）。その結果、状
態バス32上では、状態バス駆動回路75と、他の制御ユニ
ット33b〜33jの状態バス駆動回路と半中継器35a（第２
図）状態バス駆動回路とにより供給される電流が効率よ
く加算される。グローバル状態検出器85は状態バス32に
加えられた電流レベルを監視して、（ｉ）どこからも何
のデータも制御ユニット33aが受信していない場合、グ
ローバル「アイドル」状態信号を供給し、（ii）データ
を１カ所のみから受信中である場合、グローバル「デー
タ」状態信号を供給し、（iii）データを２カ所以上か
ら受信中である場合、グローバル「衝突」状態信号を供
給する。グローバル状態検出器85により供給されるグロ
ーバル状態信号は、制御ユニット33a〜33jと半中継器35
aからのローカル状態信号と下表の関係を有する。ローカル状態 グローバル状態 すべてアイドル アイドル １ケ所データ、他は すべてアイドル データ ２ケ所以上データ 衝突 グローバル状態検出器85からグローバルアイドル状態信
号が供給されると、マルチプレクサ／インバータ81は非
反転モードで作動し、アイドル信号発生器83が光駆動回
路84と結合され、アイドル信号がトランシーバ13aに送
信される。もしグローバル状態検出器85からグローバル
衝突信号が発せられると、このときもアイドル信号発生
器83は光駆動回路84と結合されるが、この状態信号のと
きはマルチプレクサ／インバータ81は反転モードで作動
するので、衝突信号すなわち反転したアイドル信号がト
ランシーバ13aに送られる。しかし、グローバル状態検
出器85がグローバルデータ状態信号を発していれば、マ
ルチプレクサ／インバータ81は受信器82を光駆動回路84
と結合して、非反転モードで作動する。データバス31上
に現われるデータはトランシーバ13aに転送される。

自己テストタイマ88が、ローカル状態検出器73とマルチ
プレクサ／インバータ81間に付加的に設けられる。その
結果、トランシーバ13aはホスト11aから各データパケッ
トが送信された後制御ユニット33aから比較的短いバー
ストの衝突信号を受信することになる。ローカル状態検
出器73から発せられる状態信号が「データ」状態レベル
から「アイドル」状態レベルに変わると、タイマ88はあ
らかじめ定められた遅延時間の間休止し、それからトリ
ガされてマルチプレクサ・インバータ81に擬似グローバ
ル衝突状態信号を供給する。すると衝突信号（すなわち
アイドル信号の反転したもの）がアイドル信号発生器83
から光駆動回路84に供給されて、更にトランシーバ13a
へと送られる。この衝突信号のバーストには制限があ
る。その理由は、タイマ88はトリガ後あらかじめ定めら
れた短い時間経過すると時間切れになるからである。し
かしこのバーストによりホスト11aは衝突検出機能の信
頼性を日常的に検査することが可能になるので、すばや
く故障を発見して修復することが可能になる。

C.半中継器 第７図に示すように、半中継器43aは多くの点において
制御ユニット33aと似ているが、いくつかの重要な違い
がある。重要な違いの一つは、半中継器43aは冗長デー
タとネットワーク制御信号の循環を抑制する手段を含む
ことである。半中継器43aには制御ユニット33aに含まれ
るパケット長タイマ76と自己テストタイマ88とがないの
も違いの一つである。なぜならば、これらはホストと制
御ユニット間の機能的な相互作用に関するものである。

動作的に、半中継器35a（第２図）はアイドル信号、デ
ータパケット、又は衝突信号を半中継器43aに送る。こ
れらの信号は光の形式でオプティカルファイバリンク23
a（第１図）を経由して半中継器43aに送られる。入力信
号を処理するために、半中継器43aの受信チャネル91は
光受信器92、ローカル状態検出器93、ゲート94、データ
バス駆動回路95および状態バス駆動回路96とから成る。
これらの要素は一般的に制御ユニット33aの対応する要
素と同様な働きをするが、次の２点において異なる。
（１）ローカル状態検出器93は受信中の信号がアイドル
信号か、データパケットか、または衝突信号かを示す３
状態のローカル制御信号を発生する。（２）状態バス駆
動回路96は、ローカルデータ状態信号に応答して動作可
能状態になって所定の電流を状態バス42に供給するだけ
でなく、ローカル衝突状態信号にも応答して間欠的に所
定の電流を増して状態バス42に供給する働らきも行な
う。典型的には、ローカル衝突状態信号に応答して状態
バス駆動回路96に供給される電流は、ローカルデータ状
態信号に応答して供給される電流の約２倍に設定され
る。その結果、後述するグローバル状態検出機能の上方
スレッショルドは、グローバルデータ状態の条件とグロ
ーバル衝突状態の条件とを信頼度高く識別するように、
明確に設定することができるようになる。

半中継器43aの送信チャンネル101は、半中継器35a（第
２図）にアイドル信号、データパケットまたは衝突信号
を送信する。どの信号を送信するかは、ローカル状態検
出器93により供給されるローカル状態信号と、グローバ
ル状態検出器102により供給されるグローバル状態信号
とによって決まる。このため、論理的マルチプレクサ／
インバータ103は、上記状態信号の制御下でアイドル信
号発生器105または受信器106を光駆動回路107に選択的
に結合する。その結果、（ｉ）もしローカルとグローバ
ルの両状態信号が共に「アイドル」、「データ」または
「衝突」レベルであるならば、アイドル信号がアイドル
信号発生器105から光駆動回路107に転送される。（ii）
グローバル「衝突」状態信号がローカル「アイドル」ま
たは「データ」状態信号と同時に供給されたならば、マ
ルチプレクサ／インバータ103が反転モードで作動し、
衝突信号（すなわちアイドル信号が反転した信号）がア
イドル信号発生器105から光駆動回路107に転送される。
（iii）グローバル「データ」状態信号がローカル「ア
イドル」信号と同時に供給された場合、データパケット
が、データバス41（第３図）から、受信器106とマルチ
プレクサ／インバータ103とを経由して、光駆動回路107
に転送される。以上をまとめると、半中継器35aに送信
される信号は、それぞれローカル状態検出器93とグロー
バル状態検出器102とにより供給されるローカル状態信
号とグローバルの状態信号とが次の表に従う論理的関係
にあることになる。ローカル状態 グローバル状態 送信信号 アイドル アイドル アイドル データ データ アイドル 衝突 衝突 アイドル アイドル 衝突 衝突 データ 衝突 衝突 アイドル データ データ グローバル状態検出器85（第６図）と同じように、グロ
ーバル状態検出器102は、状態バス42（第３図）に加え
られた電流レベルを監視して、３つの状態の制御信号
（「アイドル」、「データ」、又は「衝突」）を、論理
的マルチプレクサ／インバータ103に供給する。しか
し、冗長な情報の循環を防ぐのに必要なエコー抑制を行
なうために、もしローカルとグローバルの状態検出器93
と102によりそれぞれ供給されるローカルとグローバル
状態信号が、共に同時に、「データ」レベルまたは「衝
突」レベルにあるならば、マルチプレクサ／インバータ
103はデータ信号または衝突信号の代わりにアイドル信
号を半中継器35a（第２図）に送信するように働らく。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、使用者社会の成
長や変化による要求を満たすためLANを秩序を保ちなが
ら経済的に拡張したり変えたりすることが容易にでき
る、という新規にして、有用性の高い階層構造星型アー
キテクチャが提供される。また本発明によれば、ホスト
端末装置群は相互に独立にネットワークを構成すること
ができるのみならず１台以上のＮチャンネルの分散型中
継器を用いて、それらを併合して拡張した複数ノードル
LANを構成することも可能である。また、中継器の機能
は、チャンネル・バイ・チャンネル方式に基づいて対に
なっている半中継器によって有効に遂行される。さら
に、本発明においては、その半中継器は拡張されたネッ
トワークのあるノードから他のノードへ一方向に情報を
転送するための双方向性通信リンクを提供し、この半中
継器によれば、戻りエコーが抑制されて、ネットワーク
の望ましくない発振が防止されることになる。さらに、
本発明によれば、統計的競合回路網制御を採用したオプ
ティカルファイバLANをきわめて有利に構成することが
できるのみならず本発明の方式はこれのみにとどまらず
さらにもっと広範囲にわたって活用されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構築された比較的簡単な階層構
造星型LANのブロック図である。 第２図は本発明による階層構造LANに拡張アクセスする
ための半中継器モジュールを有するクラスタ制御装置の
基本的なブロック図である。 第３図は本発明による階層構造LANの中間層すなわち群
レベルの制御装置の基本的なブロック図である。 第４図は第１図のLANに適するトランシーバの詳細なブ
ロック図である。 第5A図〜第5C図は夫々典型的な符号化データ、アイドル
信号、衝突信号を示すタイミング図であり、これらの信
号は統計的競合制御を行なうLANの種々の作動条件の下
に第４図のトランシーバに受信される。 第６図は第２図に示したクラスタ制御装置に適する制御
ユニットモジュールの詳細なブロック図である。 第７図は第１図の中央制御装置と、第２図のクラスタ制
御装置と、第３図の群レベルの制御装置に適する半中継
器モジュールの詳細なブロック図である。 符号の説明 11a〜11j、12a〜12j……ホスト端末装置 13a〜13j、14a〜14j……トランシーバ 15a〜15j……クラスタ制御装置 16a〜16j……ミニLAN 18……群制御装置 19……中央制御装置 21a〜21j、22a〜22j……ケーブル 23a〜23j……ケーブル 31……データバス 32……状態バス 33a〜33j……制御ユニット 35a……半中継器 51……トランシーバの受信チャネル 52……トランシーバの送信チャネル 53……制御ユニットの受信チャネル 54……制御ユニットの送信チャネル 91……半中継器の受信チャネル 93……ローカル状態検出器 101……半中継器の送信チャネル 102……グローバル状態検出器 106……アイドル信号発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド ブイ．シユミツト アメリカ合衆国カリフオルニア州ポートラ バレー，コーテ マデラ ロード 242 (56)参考文献 特開 昭56−76656（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−117841（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数台のホスト端末装置を用いて回路網を
   構成する多ノードローカル・エリア・ネットワークにお
   いて、 少なくとも２個のＭポートの星型ノード（15a〜15j）
   と、 前記端末装置の第１のセット（11a〜11j）を前記Ｍポー
   トノードの第１のもの（15a）に、及び前記端末装置の
   第２のセット（12a〜12j）を前記Ｍポートノードの第２
   のもの（15j）に、それぞれ接続する双方向性のトラン
   シーバ（13a〜13j:14a〜14j）と、 少なくとも１台のＮチャネル分散型中継器（35a,43a）
   とを含み、 前記分散型中継器の各チャネルは、前記ネットワークの
   異なるノード（15a,18）にそれぞれ配置された一対の半
   中継器（35a,43a）と、該半中継器を相互に接続する双
   方向性の通信リンク（23a）とを含み、 前記各半中継器（35a,43a）は、前記双方向性通信リン
   クを介して該半中継器に受取られる受信信号を論理的に
   分類するローカル状態検出器（93）と、該半中継器に受
   取られる送信信号を、該半中継器が配置されたノードか
   ら送信できるように、論理的に分類するグローバル状態
   検出器（103）と、前記ローカル状態検出器（93）と前
   記グローバル状態検出器（103）とが前記受信信号と前
   記送信信号とを同じであると分類するとき前記半中継器
   からアイドル信号を送信させる制御論理手段（103,10
   5）とを有し、 前記中継器チャネルの各々は一対のネットワークノード
   を双方向性に結合して、それらの間でデータを一方向性
   に転送すること、 を特徴とする多ノードローカル・エリア・ネットワー
   ク。