JPH0779347B2

JPH0779347B2 - 時分割多重通信方式

Info

Publication number: JPH0779347B2
Application number: JP2243558A
Authority: JP
Inventors: 和義小澤
Original assignee: 株式会社シーエーティブイ基盤技術研究所
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1995-08-23
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: JPH04122144A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、例えば各加入者宅に配置された複数の端末機
器を端末制御装置を介し中央装置と接続してなる通信シ
ステムに適用される時分割多重通信方式に関する。

（従来の技術）各加入者宅に配置された電話機等の複数の端末機器を、
センタに配置された交換機に接続してネットワークを構
成する場合、各端末機器と交換機とをそれぞれ直線的に
配線接続することは多大な労力を要し、またその設備経
費が多大に掛かる。

そこで、例えば第３図に示すように、各加入者宅毎に端
末制御装置１を設け、これらの端末制御装置１と交換機
２に接続された中央装置３とを、上り用の第１の伝送路
４と下り用の第２の伝送路５とを有する信号ケーブル６
を介して接続し、時分割多重方式により通信を行うよう
にする。そして、各加入者宅内の複数の端末機器７と端
末制御装置１との間を例えば宅内バス８で接続すること
によって、端末装置７を端末制御装置１を介して中央装
置３と接続することが考えられている。

このようなシステム構成においては、第１の伝送路４及
び第２の伝送路５を複数の端末制御装置１が共有できる
ため、基幹となる中央装置３と端末制御装置１との間の
信号ケーブル６の布設工事が容易となる。

また、一方において、このような通信システムは、近年
各地域で構築が盛んなCATV網に適用が可能である。即
ち、上記第１及び第２の伝送路4,5としてCATV網に使用
される周波数多重されたケーブル回線の所定の周波数チ
ャネルを用いるのである。これにより、このような通信
システムが既存のテレビ放送サービスと１つのネットワ
ークを共有することができることになる。ただし、CATV
網は、双方向通信が可能であることが前提となる。

ところで、このような通信システムでは、各端末制御装
置１は、伝送路上の異なる位置にそれぞれ接続される。
このため、各端末制御装置１と中央装置３との間の伝送
路長が各端末制御装置１毎に異なる。この結果、各端末
制御装置１と中央装置３との間で伝送される信号の伝送
遅延時間に差異を生じる。それ故、伝送遅延時間の差異
を考慮することなく信号伝送を行う場合には、信号伝送
が時分割多重方式で行われていることから、各端末制御
装置１が中央装置３へ向けて送出するタイムスロット信
号の間隔を十分にあけておかなければ第１の伝送路４上
でタイムスロット信号が互いに衝突するという不具合が
発生する。一方、こうした衝突を避けるため、タイムス
ロット信号の間隔を十分にあけた場合には、同一伝送路
上で同時に伝送できるタイムスロット信号の数が減少
し、通信効率が低下するという問題を生じる。

こうした課題を解決するため、特開昭61−145995号公報
に記載された発明では、以下に示す方式を提唱してい
る。即ち、中央装置３と端末制御装置１との間の往復伝
播遅延時間を専用タイムスロットを用いて計測する。そ
して、この計測結果に基づいて端末制御装置１が伝送路
にタイムスロット信号を送出するタイミングを制御する
のである。これにより、タイムスロット信号の間隔は最
小化し、同一の伝送路上で同時に伝送できるタイムスロ
ット信号の数は最大化すると同時に、伝送遅延時間の差
に起因するタイムスロット信号どうしの衝突は防止され
る。

また、このような方式を改良した発明として、中央装置
３により往復伝播遅延時間を計測する方式が特開昭62−
241451号公報にて提案されている。

しかしながら、これらの方式では、往復伝播遅延時間を
計測する場合に、端末制御装置１が送出する専用タイム
スロット（以下、RSPと呼ぶ。また、中央装置３が送出
する専用タイムスロットをASGと呼ぶ。）において確実
に受信するためには、中央装置３から最も遠くに配置さ
れた端末制御装置１との間の往復伝播遅延時間に相当す
る長さの制御用ウィンドウを常に設ける必要がある。こ
のため、中央装置３と端末制御装置１との間の距離が大
きくなれば、それに従い中央装置３がフレーム中に設け
る制御用ウィンドウの長さが長くなる。その結果、１フ
レーム中に設けられる通信用タイムスロットの数が減少
し通信効果が低下するという不具合を生じる。

そこで、特開昭62−241451号公報では、トラヒックに応
じて制御用ウィンドウの長さを可変とする方式が提唱さ
れている。この方式では、通常時には第４図に示すよう
に、中央装置３から最も遠くに配置された端末制御装置
１との間の最大往復伝播遅延時間分の長さの制御ウィン
ドウが上り信号上に設けられている。そして、トラヒッ
クが増加し、通常時のフレーム中に設けられた通信用タ
イムスロットの数では足りなくなった場合には、端末制
御装置１は、通信用タイムスロットばかりでなく、RSP
の送出タイミングも同時に制御する。即ち、全ての端末
制御装置１は、RSPが中央装置３に対し予め定めた一定
のタイミングで到達するように、RSPの送出タイミング
を制御することで、第５図に示すように、制御用ウィン
ドウの長さを最小化し、通信用タイムスロットの数を最
大化することが可能となる。

しかしながら、この方式では、以下に示す２つの不都合
を生じる。尚、ここで以下の説明のため、上述した全て
の端末制御装置１がRSPの送出タイミングを制御する状
態を高トラヒックモードと呼び、通常時を低トラヒック
モードと呼ぶこととする。

第１に、高トラヒックモード時には、往復伝播遅延時間
計測の終了していない端末制御装置１は、送出タイミン
グ制御ができないため、信号を送出できない。

第２に、高トラヒックモードから低トラヒックモードに
戻るためには、低トラヒックモードでは使用しない通信
用タイムスロットが全て解放されることが条件となる。
このため、トラヒックが減少しても、低トラヒックモー
ドで使用しない通信用タイムスロットを使用する呼が１
つでも残っていれば、低トラヒックモードへは戻れな
い。

そこで、通信中のタイムスロット信号の位置を低トラヒ
ックモード時に使用するタイムスロットに移動すること
でこのような不都合を回避することが考えられるが、そ
のためには中央装置３と端末制御装置１の間にまた新た
なプロトコルが必要となり、システムが複雑化するとい
う問題が生じる。

（発明が解決しようとする課題）このように、特開昭62−241451号公報にて提唱されてい
る方式では、低トラヒックモードと高トラヒックモード
とを設け、状況に応じて各モードを使用することで、制
御用ウィンドウの有効利用を図ることができる。しか
し、高トラヒックモード時に往復伝播遅延計測の終了し
ていない端末制御装置１が通信できないという問題や低
トラヒックモードから高トラヒックモードへの移行が困
難であるという問題があった。

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、前述した時分割多重通信方式の
利点を生かしつつ、制御用ウィンドウの実用的な有効利
用を図り、通信効率の高い時分割多重通信方式を提供す
ることにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、複数の端末制御装置から中央装置へ信号を伝
送する第１の伝送路と、中央装置から複数の端末制御装
置へ信号を伝送する第２の伝送路からなるCATV網の上
で、第１の伝送路を介して複数の端末制御装置から中央
装置へ時分割で信号伝送を行うとともに、第２の伝送路
を介して前記中央装置から前記複数の端末制御装置へ時
分割で信号伝送を行うに際し、制御用ウィンドウ期間中
に下りおよび上りの制御用タイムスロット信号を伝送す
ることによって、前記第１及び第２の伝送路上での信号
伝送の遅延時間を計測し、この計測結果に基づき前記各
端末制御装置からの上り通信用タイムスロット信号の送
出タイミングを制御してなる時分割多重通信方式におい
て、前記上り制御用タイムスロットに信号を送出する端
末は、前記上り通信用タイムスロット信号の送出タイミ
ングの制御が確立している場合には、前記上り制御用タ
イムスロット信号の送出タイミングを、該上り通信用タ
イムスロット信号の送出タイミングと同様に制御すると
ともに、上り制御用タイムスロットの長さを制御用ウィ
ンドウ期間長を越えない範囲内で長くすることによっ
て、中央装置と端末制御装置との間の通信の暗号化のた
めの情報を端末制御装置からセンタ装置へ伝送するもの
である。

（作用）本発明では、信号の送出タイミングの制御が確立した端
末制御装置が送出する制御用タイムスロット信号のデー
タ長を長くすることによって、端末制御装置と中央装置
との間で多量の制御情報を通信することが可能となる。
更に、制御用タイムスロット信号のデータ長を長くした
際にも、基準タイミングからのずれを計測することによ
り、遅延制御の微調整が可能である。また、他の端末制
御装置による往復伝播遅延時間の計測は妨げられること
はない。即ち、制御用タイムスロット信号は、各端末制
御装置毎に独立に制御されるため、計測を行う必要があ
る端末制御装置の制御用タイムスロット信号のデータ長
を短くすればよいからである。

（実施例）以下、図面を参照して本発明方式の実施例につき説明す
る。

本方式が適用される通信システムは、第３図に示したよ
うに、交換機２に接続された中央装置３と各加入者宅内
に配置された複数の端末制御装置１とを、上り用の第１
の伝送路４と下り用の第２の伝送路５とを有する単一の
信号ケーブル６により接続して構成される。

尚、本方式をツリー状に構成される例えば双方向CATV網
に適用する場合には、CATV網に使用される周波数多重さ
れたケーブル回線の所定の周波数チャネルを、第１及び
第２の伝送路4,5として使用すればよい。

さて、端末制御装置１は、例えばISDNのＩインタフェー
スを持ち、各加入者宅内の宅内バス８を介して端末装置
７と接続される。

また、中央装置３と各端末制御装置１との間で行われる
データの通信は、第４図に示したフレーム構成中の通信
用タイムスロットを用いて時分割多重方式によって行わ
れる。

尚、中央装置３と端末制御装置１との間の通信に用いら
れる通信用タイムスロットの割当ては、例えば呼の発生
時に初めて割当てるデマンドアサイン方式を用いる。こ
れらの呼制御は、例えば、交換機２側で処理され、端末
制御装置１との間で呼制御情報をやりとりするために、
ASG/RSPまたは通信用タイムスロットのうちのいくつか
が呼制御専用に割当てられる。

そして、まず各端末制御装置１の通信用タイムスロット
の送出タイミングを制御するために、特開昭62−241451
号公報にて示されるように、ASG及びRSPを用いた中央装
置３と端末制御装置１との間の往復伝播遅延時間の計測
を行う。即ち、中央装置３は、第４図に示したように、
所定のアドレスを有するASGを含むフレームを第２の伝
送路５により各端末制御装置１に送出する。このフレー
ムを受信した端末制御装置１のうち前記アドレスに該当
する端末制御装置１は、該アドレスを有するRSPを含む
フレームを第１の伝送路４により中央装置３に送出す
る。このフレームを受信した中央装置３は、ASG送信タ
イミングとRSP受信タイミングとの差異を検出すること
で、端末制御装置１の行う通信用タイムスロットの送出
タイミングを決定する。そして、このタイミングに関す
るデータを端末制御装置１に知らせる。これにより、端
末制御装置１の行う通信用タイムスロットの送出タイミ
ング制御が確立される。

このとき、端末制御装置１は、RSPの送出タイミングも
同様に制御するとともに、第１図に示すようにRSPの長
さを制御用ウィンドウ長と同一の長さとする。また、中
央装置３も同様にASGの長さを長大化し制御用ウィンド
ウ長と同一の長さとする。

そして、ASG及びRSPの長くなった部分を中央装置３と端
末制御装置１との間での制御データの通信に用いる。
尚、RSPの長さを最大化した場合にも、基準タイミング
からのずれを計測することにより、遅延制御の微調整が
可能である。また、RSPの長さは端末制御装置１毎に制
御するため、他の端末制御装置１による往復伝播遅延時
間の計測に影響を与えることはない。

従って、本実施例では、中央装置３と端末制御装置１と
の間で、他の端末制御装置１による往復伝播遅延時間の
計測を妨げることなく、制御データの通信を効率よく行
うことができる。

ところで、双方向CATV網を利用して本方式による通信シ
ステムを構築する場合には、中央装置３から各加入者宅
内の端末制御装置１に信号を伝送する下り用の第２電送
路５は、放送型の特徴を持っているため、スター型の加
入者網と比較すると盗聴されやすいという欠点がある。
このため、中央装置３と各端末制御装置１との間で通信
されるデータの暗号化を行うことが考えられる。この暗
号化は、例えば中央装置３と各端末制御装置１にH/Wに
よるスクランブル／デスクランブル回路を設け、中央装
置３と端末制御装置１が例えば64ビット長の鍵データを
共有し、中央装置３がその鍵データを鍵としてスクラン
ブル回路によって通信データの暗号化を行い、端末制御
装置１がその鍵データを鍵としてデスクランブル回路に
よって暗号化され送られてきた通信データの復合化をす
ることによって実現される。尚、このとき、鍵データを
知らなければ、他の端末制御装置１では復号化ができな
い。

ところが、上述した鍵データはデータ長が非常に長いの
で、中央装置３と各端末制御装置１の間での鍵データの
交換のために、大きな通信領域が必要とされる。

そこで、上述の如くASG及びRSPの長くなった部分をこの
ような鍵データの交換のための通信領域として利用す
る。

以下、その適用例を第２図に示すフローチャートに基づ
き説明する。尚、この例では、鍵データの共有は、ディ
フィーヘルマン（DH）型公開鍵配送法を用いる。

まず第１に、中央装置３及び端末制御装置１は、それぞ
れ独自に512ビット長の秘密鍵データＸA,XBを例えばラ
ンダムに生成する（ステップa,a′）。

中央装置３及び端末制御装置１は、それぞれ予めシステ
ムで定められている512ビット長の素数ｐ及びｐの原始
根αをもとにして、ＹA＝α^XA mod p ＹB＝α^XB mod p の式により公開鍵データＹA,YBを計算する（ステップb,
b′）。

そして、中央装置３と端末制御装置１との間で、ASG及
びRSPのデータ長を長くした領域を用いて、512ビット長
の公開鍵データＹA,YBを交換する（ステップc,c′）。

この後、中央装置３及び端末制御装置１は、それぞれ交
換された公開鍵データＹB,YAからＫ＝ＹB^XA mod p Ｋ＝ＹA^XB mod p の式によって共有鍵データを計算する（ステップd,
d′）。

以上の手順で共有された共有鍵データＫを用いて、中央
装置３及び端末制御装置１は、暗号化及び複号化を行
う。

また、ASGとRSPによる通信は定期的に（例えば数秒毎
に）行われるため、上記鍵交換を頻繁に、例えば数秒毎
に行うことによって、更に暗号強度を強めることもでき
る。

尚、本発明は、上述した実施例に限定されるものではな
い。

例えば、ASG及びRSPのデータ長を長くした領域を用いて
通信される制御データは、鍵共有のための公開鍵データ
の交換に限らず、端末制御装置１の様々な状態を表すデ
ータを伝える場合や呼接続制御のための情報を送る場合
にも使用できる。また、鍵共有の方法もDH法に限られ
ず、例えばRSA法を用いることもできる。また、鍵変更
のためのデータ交換やCATV網における他のサービスの制
御情報の交換等にも利用することができる。

更に、本発明方式はCATV網とは異なる他の通信網にも適
用できるし、独立に通信網を構築し本発明方式を適用さ
せても勿論構わない。しかもその場合、網の形態はツリ
ー状でなく他の形状であっても勿論よい。

［発明の効果］以上説明したように本発明の時分割多重通信方式によれ
ば、基幹となる中央装置と端末制御装置との間の信号ケ
ーブルの布設工事が容易であり、しかも通信効率が非常
によい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るフレームの特徴的構成
を示す図、第２図は本発明方式を鍵データ交換に適用し
た例を説明するためのフローチャート、第３図は本発明
方式が適用される通信システムの構成を示す図、第４図
は信号伝送の遅延時間を計測する際に使用されるフレー
ムの構成を示す図、第５図は従来のフレームの特徴的構
成を示す図である。１……端末制御装置、２……交換機、３……中央装置、
４……第１の伝送路、５……第２の伝送路、６……信号
ケーブル、７……端末装置、８……宅内バス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の端末制御装置から中央装置へ信号を
伝送する第１の伝送路と、中央装置から複数の端末制御
装置へ信号を伝送する第２の伝送路からなるCATV網の上
で、第１の伝送路を介して複数の端末制御装置から中央装置
へ時分割で信号伝送を行うとともに、第２の伝送路を介
して前記中央装置から前記複数の端末制御装置へ時分割
で信号伝送を行うに際し、制御用ウィンドウ期間中に下
りおよび上りの制御用タイムスロット信号を伝送するこ
とによって、前記第１及び第２の伝送路上での信号伝送の遅延時間を
計測し、この計測結果に基づき前記各端末制御装置から
の上り通信用タイムスロット信号の送出タイミングを制
御してなる時分割多重通信方式において、前記上り制御用タイムスロットに信号を送出する端末
は、前記上り通信用タイムスロット信号の送出タイミン
グの制御が確立している場合には、前記上り制御用タイ
ムスロット信号の送出タイミングを、該上り通信用タイ
ムスロット信号の送出タイミングと同様に制御するとと
もに、上り制御用タイムスロットの長さを制御用ウィンドウ期
間長を越えない範囲内で長くすることによって、中央装
置と端末制御装置との間の通信の暗号化のための情報を
端末制御装置からセンタ装置へ伝送することを特徴とする時分割多重通信方式。