JPH09500507A

JPH09500507A - マルチチャネル伝送リング用のアクセス制御システム

Info

Publication number: JPH09500507A
Application number: JP7511211A
Authority: JP
Inventors: アス、ハルメン、アール．ファン; シントラー、ハンス、アール．
Original assignee: インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1997-01-14
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: US5764392A; DE69329834D1; DE69329834T2; EP0724797B1; EP0724797A1; JP2970685B2; WO1995011555A1

Abstract

(57)【要約】チャネルに対するアクセスが１つのノードによって独占的に制御され、そのノードがそのチャネルに接続された唯一のデータ受信ノードである、マルチチャネル・データ伝送リング用のアクセス制御システムのためのノードが開示される。そのノードは、受信ノードとして前記ノードを有する他の接続ノードがデータを転送するスロットを生成する手段と、すべての接続ノードによるチャネルへの均等なアクセスを実施する手段とを備えることを特徴とする。本発明の別の実施形態は、受信ノードのバッファの混雑を防ぐ手段を有する。本発明は、特に、波長多重（ＷＤＭ）光リング用に設計されている。

Description

【発明の詳細な説明】マルチチャネル伝送リング用のアクセス制御システム本発明は、マルチチャネル・デジタル・データ伝送リング用のアクセス制御システム、特に、ユーザまたはノードをデータ受信ユーザまたはノードとしてそれそれのチャネルに排他的に割り当てる波長多重化機構を備えた光リング用のアクセス制御システムに関する。本発明は、詳細には、ここに記載するアクセス制御システムに適用可能なノードに関する。［発明の背景］本発明の技術分野は、マルチチャネル・リング・トポロジを有するデジタル・データ伝送用の通信ネットワークに関する。関係するネットワークは、ローカル・エリア・ネットワークはＬＡＮ、メトロポリタン・エリア・ネットワークはＭＡＮ、そしてある範囲で広域ネットワークはＷＡＮの略称で知られている。通信ネットワークでは、複数のユーザまたはノードが、少なくとも１つの伝送媒体によって相互接続されている。リング・トポロジでは、すべてのノード間接続が、円を構成し、それを介してデータが送信ノードから受信ノードに渡される。リングは、より線対、同軸ケーブル、光ファイバなどの伝送媒体を利用して実現される。マルチチャネル・リングを確立するためには、いくつかの周知の技術を利用することができる。最も簡単な手法は、いくつかの平行ケーブルまたはファイバを使ってリングのユーザを相互接続することである。もう１つの手法では、多重化技法を利用する。多重化技術においては、たとえば、伝送媒体の使用可能な帯域を１人のユーザが独占的にアクセスできる小部分に分割することによって、共通の物理接続がユーザ間で共用される。これらの小部分は、周波数の小部分（周波数分割多重化すなわちＦＤＭ）、あるいはタイム・スロットと呼ばれる全帯域のうちの小部分（時分割多重化すなわちＴＤＭ）である。全帯域のうちの小部分は、物理的な「実」チャネルと対照的に、論理チャネルとも呼ばれる。電気信号の伝送では、周波数多重化方式は周波数分割多重化として知られているが、光ネットワークでは、波長多重化（ＷＤＭ）という用語が好まれる。ＷＤＭリングは、欧州特許出願第ＥＰ−Ａ−０５２０４９２号明細書に記載されている。この出願から知られるデータ伝送システムでは、各ノードに他のノードと異なる波長が割り当てられており、したがって、前記波長のデータを検出したときは、このデータをデータ処理のために受け取るが、他の波長のデータは通過させる。そのノードが他のノードのうちの１つにデータを送信するときは、その宛先ノードに割り当てられた波長を有するデータを生成する。したがって、すべての波長は、宛先ノードのアドレスの意味をもつ。さらに、リング上のすべてのノードに、各波長ごとに少なくとも１つのタイム・スロットが割り当てられる。したがって、データ転送は、厳密に事前に調整されまたは同期される。固定した事前調整によって、チャネルに伝送されるデータの衝突は有効に防ぐことができるが、送信ユーザが他のノードに割り当てられた空のタイム・スロットを利用することができないため、チャネルのスループットは悪化する。ＥＰ−Ａ−０５２０４９２号明細書の方法や、ネットワーク内の複数のユーザの関与を可能にするその他の方法は、一般に、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルとして知られる。ＭＡＣプロトコルは、ネットワークに対するユーザのアクセスを制御し、送信ユーザまたは発呼ユーザからのデータを受信ユーザに導き、データの損失を防ぐなどの働きをする。そのようなプロトコルの主な役割は、すべてのユーザまたはノードが所定の基準によって接続ネットワークに公平にアクセスできるように保証することである。この基準には、一定のノードに対する優先順位の指定、ネットワークの頻用ユーザと偶発ユーザのバランス、およびネットワークの最大スループットを超えるアクセス負荷の管理が含まれる。ＭＡＣにおける手法（静的ＦＤＭまたはＴＤＭ）は、伝送容量の一部分を一定のユーザに割り当てることである。しかしながら、静的割当ては、パフォーマンスが悪いことが知られている。そのため、多くの研究は、動的に帯域を割り振る方法に集中してきた。当技術分野では２つの媒体アクセス方式が優位であり、そのうちの１つは、ランダム・アクセスの搬送波検出多重アクセス（ＣＳＭＡ）型プロトコルに基づくもので、他方の方式は、アクセス制御トークン・パッシング型のプロトコルを特徴とするものである。さらに、スロット型伝送構造は、たとえば、予約ベースのＭＡＣプロトコル、すなわち、フレーム指向ＬＡＮとセル指向非同期転送モード（ＡＴＭ）データ伝送の任意の組合せを支援する巡回予約多重アクセス（ＣＲＭＡ）プロトコルから知られている。バス・トポロジ用のＣＲＭＡプロトコルは、たとえば、Ｍ．Ｍ．ナッセヒー（Nassehi）、Eighth Annual EFOC/LAN Conference、Munich、1990年 6月、論文5.3.4、pp.246〜251に記載されている。ＣＲＭＡでは、１つのノード、すなわちヘッドエンドまたはスケジューラが、開始／終了デリミタの対または文字ヘッダ・シーケンスによって識別される連続したスロットを発行する。ネットワークの送信ノードは、データ・セルまたはフレームを、データのソースと宛先を示す２つのアドレス・ラベルと共に前記スロット中に転送する。ＣＲＭＡプロトコルは、ネットワークの最初のノードがスロットを独占的に占有しないように予約ベースの公正な手法を含んでいる。本発明の目的は、様々なチャネルに分割されたスロット型伝送媒体への多数のユーザまたはノードのアクセスを制御し、各ノードが受信ノードとして１つのチャネルに割り当てられるようにする手段を提供することである。より具体的には、本発明は、公正さ、データ・フロー、および混雑の制御を確実にする多重アクセス制御手段を提供する。本発明の特定の目的は、波長多重を利用した光リング用のそのような手段を提供することである。本発明の上記その他の目的は、本発明の以下の説明から明らかになるであろう。［発明の概要］本発明によれば、ここに説明するデジタル・データ伝送システムにおけるノードは、他のノードに割り当てられたチャネルにデータを伝送する第１の手段と、他のノードが前記ノードに伝送すべきデータをそこに非同期的に挿入することができ、送信ノードによって設定されるビジー／空き状況を示す少なくとも１つのビットを有する、スロットを生成する第２の手段と、伝送すべきデータ量が前記チャネルの容量を超える場合は、前記チャネル上で伝送すべきデータを有するすべてのノードに、前記スロットへの均衡のとれたアクセスを提供する第３の公平制御手段とを備える。したがって、チャネルを制御するノードは、送信ノードが前記ノードに指定されたデータをその中に挿入するスロットを提供する。前述のように、スロットは、開始／終了デリミタの対、または文字ヘッダ・シーケンスによって識別される。欧州特許ＥＰ−Ａ−０５２０４９２号明細書に記載されているような、予め割り当てられたスロット内での厳密に同期されたデータ伝送だけが可能な、異なるノードによって制御されるチャネルに分割された伝送媒体用の既知のアクセス方式と対照的に、本発明による送信ノードは、チャネルの容量を超えない限り、任意の空通過スロット中にそのデータを伝送することができる。スロットの状況は、ビジー／空ビットを適切にセットすることによって示される。送信ノードは、ビジー／空ビットをセットし、それにより他の送信ノードが占有スロットにアクセスしないようにする。非同期アクセスは一般に、ある送信ノードに割り当てられたタイム・スロットを別のノードが使用できない厳密に同期されたデータ伝送よりも効率良くチャネルの容量を利用する。伝送すべきデータ量がチャネルの容量を超えても、生成されたスロットに対するアクセス機会が送信ノード間で不均衡にならないように、各チャネル制御ノードは、好ましくはポーリング・スロット（予約コマンド）を定期的に生成する手段を含む、公正制御手段を備える。連続した２つの予約コマンドの時間間隔、または２つの予約コマンドの合間に生成されたスロットの数が予約サイクルとして定義される。予約コマンドには２つの目的がある。第一は、すぐ後の予約サイクルの公正しきい値（ＴＨ）を、現在そのチャネルに同調しているノード、すなわちチャネル制御宛先ノードにデータを伝送しようとしているノードに通知する。第二に、予約コマンドは、当該のチャネル上で伝送すべきデータ量を示す値（ＱＬ）を、そのチャネルに同調された各ノードから収集する。ＱＬの値は、次の予約コマンドのしきい値（ＴＨ）を決定するために利用される。需要がチャネルの容量を超えない場合、しきい値は、ノードが必要な数の空通過スロットに自由にアクセスできることを示す数、たとえば０にセットされる。しかし、合計需要がチャネルの容量を超える場合は、各スロット内で別のビット、すなわち予約ビットをセットすることにより、次のサイクル中に生成されるスロットが予約済みとマークされる。さらに、各ノードは、送信ノードとして、チャネル制御ノードが受け取ったしきい値（ＴＨ）にしたがって、別のノードに伝送できるデータ量を決定する手段を備える。本発明のもう１つの好ましい実施形態では、ノードは媒体から受け取ったデータを記憶することができるバッファを備える。受信先のバッファがオーバーフローしないように、フロー制御手段が、バッファが満たされた程度を監視して、それに応じて空きスロットの生成を抑える。また、空きスロットの生成を抑える信号は、その容量がひどく圧迫される別の回路からトリガされることもある。本発明の利点は、伝送媒体上のフロー制御が、生成されるスロットの一部分を単にビジーとマークし、それにより送信ノードのアクセスを防ぐことによって達成できることである。フロー制御に加えて、またはその代わりに、ノードは、混雑制御手段を備えることが好ましい。この混雑制御手段も、前記バッファ手段が占有されている度合に依存し、チャネルを中間記憶機構として使用する。伝送媒体を中間記憶機構として利用する１つの方法は、本発明によれば、チャネル制御ノードに、すべてのノードにそのチャネル上での伝送を中止させる特定のスロット（混雑コマンド）を発生させることである。満杯の着信スロットは、伝送媒体に戻される。光伝送媒体の場合には、スロットは、光／電気変換前に、混雑制御機構によって制御されるスイッチによって、またはスロット生成プログラムを利用することによってリングに戻され、光／電気変換後に受信スロットが再構成され、それらのスロットが、新しく生成されたスロットに適用されるのと同じ手段によってリングに送り戻される。多くのアプリケーション、たとえば音声伝送や映像伝送のような実時間アプリケーションにおいて、接続ノードの様々な機能に従って伝送媒体へのアクセスを制御するためには、特定の優先方式が必要である。たとえば、音声伝送においては、ノードは、伝送する会話の歪みまたは中断を防ぐために保証された帯域を必要とする。保証スロットに対する需要を動的に割り振るために、すなわち実際の必要に応じるために、ノードは、ポーリング・スロット（優先コマンドまたは保証コマンド）を定期的に生成して、そのチャネル上で伝送される優先帯域または保証帯域のスロットに対する需要をそのチャネルに同調された他の各ノードから収集する、優先アクセス制御手段または保証帯域制御手段を備える。要求された優先スロットまたは保証スロットの数とそのチャネルの容量に応じて、スロット生成プログラムは、特別なビットで優先スロットまたは保証スロットとマークされたスロットを作成する。両方のタイプのスロットが要求される場合は、優先スロットよりも前に保証スロットを生成することが好ましい。ノードは、バッシング用スロットを監視し、最初の空き優先スロットまたは保証スロットにそのデータを入れる。チャネル上のデータ・トラフィックが大きい期間では、ほとんどの生成スロットはどれも、本発明にしたがって、優先スロット、保証スロット、または予約済みスロットとしてマークされ、報告された需要と当該のスロットの生成の間に１周分の遅延が生じることは避けられないため、ノードは、ＱＬが低下し、さらには、最新のポーリングで要求されたスロットの到着時に伝送すべきデータがないこともある。それにもかかわらず高いスループットを維持するためには、すべての光伝送媒体の場合に、生成されたスロットが、予約の効果を取り消し、空スロットを他のノードが使用できるように開放するために、少なくとももう１つのビット（リリース・ビット）を有することが好ましい。リリース・ビットは、データ送信ノードによってセットされる。伝送媒体が電気的定義域に即ち変換される場合は、送信ノードは、予約などを示すビットを消去するだけでよい。スロットへのビットまたはデータの書込みを同期させるためには、それらのデータがスクランブルまたはブロック符号化されていると仮定して各チャネル上で伝送されるデータからブロックを抽出するか、あるいは共通クロック・チャネルによって、クロックを提供しなければならない。共通クロック・チャネルは、クロック信号を生成する手段を備える１つの（マスタ）ノードによって制御される。伝送システムの冗長性を高めるために、クロック・チャネルを制御するいくつかのノードを備えることもできる。共通クロック・チャネルの利点は、伝送データの特定の符号化やスクランブリングが必要なく、さらにノードが別のチャネルに同調されているときでも同期されたままになることである。基準として共通クロック・チャネルを使用して、ビット、バイト、またはスロット同期手段をノードに設けることもできる。同期が正確ならば、実時間接続であるノードのために正確な空きスロットの繰り返しが必要とされる場合、データをそのチャネルに伝送するノードのうちの１つだけに予約されたスロットを固定した時間間隔でノードに生成させることによって、ネットワークにいわゆる等時スロットを設けることができる。本発明は、光ファイバが伝送用の大きな帯域を提供するとき、特に、波長多重（ＷＤＭ）によっていくつかのチャネルに分割された光伝送媒体を有するデータ伝送システムに適している。［図面の説明］本発明を、次の図面を参照して以下詳細に説明する。第１Ａ図いくつかのノードを備えた光リングを示す図である。第１Ｂ図ＷＤＭを利用する第１Ａ図のリングの開ループとしての様々なチャネルを概略的に示す図である。第２図本発明によるノードのヘッドエンド部分と送信部分を示す図である。第３図ノード内の公正しきい値を決定する手段を示す図である。第４図ノードのクロック抽出回路を示す図である。第５図空間分割多重化を利用して様々なチャネルを作成するときの、本発明によるノードの構成要素を示す図である。［発明の詳細な説明］基本的なネットワーク構造を第１Ａ図および第１Ｂ図に示す。第１Ａ図は、ＡないしＦと名付けられたいくつかのノード２を備えた単一の光ファイバ１によって実現された光リングに基づくデータ伝送システムを示す。第１Ａ図は、本発明の特定の物理的実施形態を示し、第１Ｂ図は、本発明の基本的な概念をより抽象的かつ概略的に説明したリングのマルチチャネル構造を示す。伝送媒体、すなわちここで説明する実施形態の光ファイバ１は、波長多重（ＷＤＭ）によって、第１Ｂ図に示した複数のチャネル１１〜１７に分割される。各ノードは、その割り当てられたチャネル上で伝送されるデータの唯一の宛先である。各チャネルは、１つのノードだけに独占的に割り当てられるが、１つのノードが複数のチャネルを制御することもできる。ここで説明する例では、ノード２のうちのＡと名付けた１つのノード、すなわちマスタ・ノードが、２つのチャネル１、１２を駆動し、その一方（１１）が、以下で説明するように、リングのすべてのノードに共通のクロック信号を提供し、ネットワークを管理するために使用される。同時に、そのノードは、そのチャネルのヘッドエンドとして機能している。したがって、ノードは、空きスロット１８を生成し、ファイバ１上を一周した後、すなわち伝送システムの他のノード２を通過した後で、再びこれらのスロットを吸収する。データ・フローの向きを矢印１９で示す。光リングの場合には、ヘッドエンドが光データ信号を電気信号に変換する唯一の点なので、本発明は、ノードＡないしＦでそれぞれ始まって終わるすべての光開ループを確立する。各ノードは、それに割り当てられたチャネルを制御するヘッドエンド部分と、データを他のチャネルに通信するための送信部分を含む。ノードのこの両方の部分について、第２図を参照して概略的に説明する。単一ファイバのリングの場合には、そのノードに割り当てられた波長チャネルの完全な光信号が取り出され、電気的に再生された信号がヘッドエンド部分２１（破線で囲んだ）から戻される。２つのカプラ２１１、２１２の間では、それそれの波長が抑制される。光カプラは当業者には容易に入手可能であり本発明には関係しないので、具体的なタイプについて説明は行わない。伝送システムの動作中は、ノードに割り当てられた波長は一定のままである。この割り当ては、同調可能なカプラ２１１を利用することにより、初期設定または再構成の手順中に変更することができる。同調可能なカプラは、たとえば、選択された少なくとも１つの波長チャネルをそのノードを通過するすべてのＷＤＭチャネルから分離し、かつ光ファイバー１上の選択された波長チャネルの信号を抑制することのできる、同調可能な超音波光フィルタによって十分に実施することができる。好ましい実施形態では、カプラの後に、光信号を電気信号に変換する手段２１３、たとえば、フォト・ダイオードまたはフォト・ダイオード・アレイと、その後に、着信データの速度が接続ノードによってデータが吸収される速度を一時的に超える場合に受信データを記憶してデータ損失を防ぐ受信バッファ２１４が続いている。スロットはすべてヘッドエンドによって受信されるので、新しいスロットを生成するためのスロット生成機構２１５が提供される。電気的に生成されたスロットは、電気／光変換器２１６によって光信号に変換される。同調可能な電気／光変換器２１６を実施するためには、それそれ波長が異なる同調可能なレーザ・ダイオードまたはレーザ・ダイオード・アレイを使用する。カプラ２１２は、スロットを光ファイバ１中に送る。他のチャネルまたは波長に割り当てられたすべてのデータは、変換なしでヘッドエンドを通過することに十分に注意されたい。ヘッドエンド２１のスロット生成機構２１５に影響を与える制御手段２１７、２１８、２１９について詳しく説明する前に、ノードの送信部分２２について説明する。ノードの送信部分２２は、広帯域カプラ２２１と、送信を行う波長を選択するための同調可能な波長フィルタ２２２と、前記チャネルの通過スロットの状況を検出し、通過スロットの適切な位置すなわちスロットのペイロード・フィールドにデータが正確に書き込まれるようにするためにデータ伝送を空きスロットに同期させる手段２２４に接続された光／電気変換器２２３とを有する。チャネル上で空きスロットがすぐに利用できない場合にデータを記憶するために、送信部分２２はさらに送信バッファ２２５を備える。制御機構２２４から受け取った信号に応じて、レジスタ２２６に記憶された待ち行列の長さ（ＱＬ）、または送信バッファ２２５に記憶されたデータのどちらかが、様々な波長の同調可能なレーザ・ダイオードまたはレーザ・ダイオード・アレイを備えた同調可能な電気／光変換器２２７を介して送信される。光信号は、カプラ２２８によってリング１に結合される。ヘッドエンド部分２１の光ファイバ１内の受信カプラ２１１と送信カプラ２１２の間の遅延線２０によって、制御経路における電気的または光学的処理遅延が補償され、それにより、制御手段２２４によって検出されたスロットの正確な位置への書き込みが可能になる。前述のように、各ノードのヘッドエンド部分が、前記ノードを宛先とし他のすべてのノードがデータ信号を与えることのできるスロット、すなわちペイロードを生成することによって、そのチャネル上でのデータ・フローを排他的に制御することが本発明の重要な態様である。各ヘッドエンドは、スロット生成の他にも、そのチャネルへのアクセスを制御する手段２１７、２１８、２１９を含むことが好ましい。公正制御機構２１７は、チャネルに同調されたすべてのノードが、チャネルのスループットを等しく共用できるように保証する。フロー制御機構２１８は、受信側が送られたすべてのデータを常に受け入れることができるようにデータ・フローを調節する。混雑制御機構２１９は、受信バッファが満杯になったためにデータ・ユニットが失われるのを防ぐ。ここで説明する本発明の例では、４ビットを使ってスロットの状況を示すことによってこれらの制御を達成する。ビジー・ビットは、データ伝送のためにノードがスロットにアクセスできないことを示す。予約ビットは、公正制御に関連してスロットを予約済みとしてマークするために使用される。保証ビットは、優先予約を示すためにセットされる。このビットは、さらに、帯域が保証されたスロットを識別するために前述の予約ビットと一緒に使用することもできる。保証帯域は、対話式の音声および映像伝送や、リモート・プロセス制御などの実時間アプリケーションで必要とされる。４番目のビット、すなわちリリース・ビットは、他の３つのビットのいずれかによる予約が取り消されたこと、すなわちそのスロットにどのノードもアクセスできることを示す。リリース・ビットは、過剰需要の期間後にスロットに対する需要が減少する過渡段階、すなわち、送信ノードが必要としない予約スロットまたは保証スロットをリング上の他のノードが利用できるようになる段階で重要になる。公正制御、フロー制御、および混雑制御には、ビジー・ビットと予約ビットだけが必要なことは明らかである。他の２つのビットは、特定の高度な目的のために利用すると有利である。次に、公正制御機構について詳しく説明する。公正制御の目的は、バスまたはリング・トポロジ内のノードの位置による影響を少なくすることである。公正制御機構がない場合は、当該チャネルのヘッドエンド・ノードの「下流」側にある最初のノードは、これに続くすべてのノードのデータ伝送をチャネルのヘッドエンドがそのデータの伝送中有効に阻止するによって、生成されたどのスロットにも自由にアクセスすることができる。公正制御を確立するために、チャネルのヘッドエンドは、特別なスロット、すなわち予約コマンドを定期的に発行する。この期間は、予約サイクルと呼ばれる。伝送媒体上で同時に約百未満のスロットしか搬送しない短いリングは別として、予約サイクルは、一周の遅延よりもタイム・スロット数個分大きい。予約コマンドは、チャネルに現在同調されている各ノードから、そのチャネル上で送信を待機しているデータの量、すなわち待ち行列長さ（ＱＬ）を収集する。さらに、予約コマンドへのエントリは、送信ノードを示すアドレスによって識別しなければならない。あるノードがその待ち行列長を指定するのが始めてかどうかを通知するためには、追加のフラグがあればよい。ヘッドエンドは予約コマンドを発行する前に、すべての空エントリをゼロでマークし、前の予約コマンドによって使用されたすべてのエントリを１でマークする。始めてエントリを作成するノードは、ゼロのマークがついた予約コマンド中の最初の位置を検出し、その位置を記憶する。さらに、この位置にＱＬの現行値が書き込まれる。ノードは、チャンネル上での伝送を終了するまで、予約コマンド内のマークがついた位置を使用し続ける。予約サイクル中に、入り待ち行列長で表される必要スロットの合計が、伝送容量を超える場合は、ノードのヘッドエンド部分２１の公正制御機構２１７が、公正しきい値（ＴＨ）を決定する。しきい値を数マイクロ秒以内で決定する手段は、たとえば、”Apparatus for Determining the Optimal Value of a Control P arameter and Use of the Apparatus”と題する欧州特許出願第９３８１０２１５．９号明細書に記載されている。前記出願に記載された方法は、基本的には、各ノードごとに需要ＱＬを、独立変数としてスロットの数を使用した区分的線形関数として処理するものである。しきい値の決定を速くするには、ＱＬの値自体ではなくこれらの関数の第２導関数を加え合せる。関数の構造が単純なため、第２導関数は位置ゼロ（スロット）では＋１、位置ＱＬ（スロット）では−１、その他の位置ではゼロである。次の予約サイクルのしきい値を決定するために、まず、各ノードは、今受け取った予約コマンドに対する需要を書き込んだ後で、現行の予約サイタル中にノードがすでにデータを送信したことを考慮に入れて送信ノードの実際の需要を決定する手段を有する。すでに伝送されたデータの量は、前のサイクルで各ノードから報告されたデータ量ＱＬ（旧）と等しいか、または前のしきい値ＴＨと等しく、したがって、この量が、現行の予約コマンドから収集された各ノードの需要から差し引かれる。第二に、この差は、当該のチャネルに関する各ノードの実際の需要を表すので、第３図に示すように、アドレス線３１を介してゲート・アレイＧＡおよびランダム・アクセス・メモリＲＡＭに順次供給される。第２導関数を加えると、回路全体中のゲート・アレイＧＡＲＡＭとインクリメンタ／デクリメンタ３３だけが活動状態になる。ゼロの値と計算されたスロットの実際の需要数が、各ノードごとに、アドレス線３１を介して、ゲート・アレイＧＡとランダム・アクセス・メモリＲＡＭに順次印加される。ここに説明する例では、各関数の傾きが１だけ変化するので、第２導関数の入力は、インタリメンタ／デタリメンタ３３の助けによって行われる。アドレス０のＲＡＭ内の記憶位置の内容は１ずつ増分され、アドレスＱＬの他の記憶位置の値は、要求エントリに関して１ずつ減分される。この合計プロセスの間、ゲート・アレイＧＡは、エントリが作成されたすべてのアドレスを追跡する。したがって、すべてのノードからの入力を記憶した後、所望のサイクル長のすぐ上と下のサイクル長の値が、対応するしきい値と共に計算される。ゲート・アレイは、ストローブされると、値が入力されたすべてのアドレスを連続して出力する。連続したアドレスの差が、減算回路３４によって求められる。ゲート・アレイからの出力はまた、ＲＡＭをアドレス指定するために使用される。ＲＡＭは、アドレス指定された記憶位置に記憶された第２導関数の合計を出力する。この合計は、要求されたスロットの合計Ｓの傾きの差に対応する。傾きの差は、加算器３６とレジスタ３７によって積分され、その結果、Ｓの第１導関数Ｓ^*が得られる。第２の積分を行うため、これらの傾きの値Ｓ^*は、次の回路３８で、減算器３４からの値と乗算される。この演算の結果、合計Ｓの線分の上側と下側の端の２つの連続した値の差が得られる。これらすべての差の値を、別の加算器３９とレジスタ３１０を利用して加えることにより、関数Ｓ自体のすべての値が連続して得られる。計算されたサイクル長の値が、レジスタ３１２に記憶された所望のサイクル長の基準値を超えると、ロード・パルスによって、所望の値のすぐ上とすぐ下のサイクル長が、レジスタ３１４および３１３に記憶された対応するしきい値と一緒にレジスタ３１６および３１５に記憶される。この時点で、２つのしきい値の一方を、または２つの値の間で線形補間法によって求めた値を選択することもできる。連鎖中で乗算器が最も遅い素子であり、乗算器の乗算時間は５０ナノ秒未満なので、しきい値は、１マイクロ秒以下で容易に誘導することができる（活動ノードが１６個であると仮定する）。しきい値は、次の予約サイクル中にノードが利用できるスロットの最大数を与える。そのしきい値は、次の予約コマンドと一緒に各ノードに同報通信される。予約サイクルにおける対応するスロット数は、予約ビットを「１」にセットすることによりヘッドエンドを予約済みとマークする。ゼロ以外のしきい値が与えられると、すべての送信ノードが、前記の値を記憶し、その現行の待ち行列長（ＱＬ）を予約コマンド中に書き込む。ノードは、しきい値か、前の予約コマンドに書き込まれたＱＬ値のどちらか少ない方まで、空の予約スロットにアクセスすることができる。このため、予約コマンド中で指定されたＱＬの値が、そのノードによって記憶される。送信部分の次の構成要素は、予約コマンドを処理するために使用される。新しい予約コマンドに書き込まれたＱＬ値は、２つのパイプライン型レジスタのうち最初のレジスタに記憶され、前の予約コマンドに書き込まれた旧ＱＬ値は第２のレジスタ中に押し込まれる。比較器が、旧ＱＬ値を、新しい予約コマンドから受け取った新しいＴＨ値と比較し、マルチプレクサを、ＱＬ（旧）とＴＨのどちらかの最小値をカウンタに記憶するように制御する。このカウンタは、現行の予約サイクル内でノードによって伝送されるスロットの数を追跡し、記憶された値がゼロまで減分されたとき送信を終了する。たとえば、当該のチャネル上で、需要がそれそれＱＬ＝１０、５、１２、３の４つのノードが活動状態であると仮定すると、予約コマンドは、所定の基準値、たとえば２５を超える合計３０個の需要を収集する。ヘッドエンドは、しきい値９を決定し、それが次の予約サイクル２６のサイクル長になる。発行された予約コマンドは、次に、しきい値９を、そのチャネルへのノードのデータ伝送を調節する制御手段２２４に報告する。したがって、それらのノードは、それそれ次の予約サイクルの９、５、９、および３個のスロットを使用する。ＴＨ９をノードに同報通信する予約コマンドは、同時に次のサイクルのノードのＱＬ＝２２、７、２０および１５の需要を収集する。ヘッドエンドは、現行サイクル中に伝送されたスロットを減算することによって、次のサイクルでのノードの実際の需要を決定する。したがって、残りの需要は、４つノードについてそれそれ２２−９、７−５、２０−９および１５−３になり、合計３８になる。したがって、次のサイクルは、しきい値８と、ノードの残りの需要に従って２６スロットのサイクル長で始まる。ノードが全部の予約スロットを利用しない場合は、その間予約されていないスロットに伝送することができたので、制御機構２１４は、未使用スロットのリリース・ビット位置に「１」を送り、他のノードがこれらのスロットでデータを伝送できるようにする。しきい値の決定は、ノードの累積需要が容量の基準値を超えなくなるまで、繰り返される。このケースでは、ＴＨが特別の値に、たとえばアクセス制限が次のサイクルで取り消されることを示す０にセットされる。予約されたアクセス期間と空のアクセス期間との間で頻繁に変化しないように、容量基準をシステムの１００％の容量よりも低い値に定義することが好ましい。データ・フローを制御するために、ヘッドエンド２１は、生成されたスロットの一定の小部分を、空ではなくビジーとマークすることができる。第２図に示したように、フロー制御手段２１８は、受信バッファ２１４の内容を監視する。この内容が臨界値に達すると、スロット生成機構２１５は、空のスロットの生成を抑制する。他の宛先へのデータ伝送は異なるチャネルで行われるので、この抑制により、それらの伝送が妨害されることはない。フロー制御機構２１８は、たとえば受信ノードが、現在混雑しているネットワークへのアクセス・ポイント、たとえばブリッジやルータであるときは、バッファ２１４からではなく、別の回路からも入力信号を受け取ることができる。混雑制御機構２１９は、ヘッドエンド中の受信バッファ２１４のオーバーフローによるデータの損失を防ぐ。混雑制御は、スロット生成機構２１５に、特別なスロット、すなわち混雑コマンドを発行させる。他のノードが混雑コマンドを検出すると、混雑コマンドがヘッドエンドによってゴーアヘッド・コマンドにされるまで、他のノードが、それ以上データを送信しなくなる。混雑コマンドは、ビジー・スロットが到着し受信バッファが満杯のときにヘッドエンドから発行される。ビジー・スロットとそれに続くすべてのスロットは、光／電気変換器２１３の後は、バッファ２１４に切り換えられず、スロット生成機構２１５に向け直され、受け取ったスロットのデータを新しく生成されたスロットに入れる。これにより、スロットは中継され、光ファイバ１で形成されたループをもう１周する。他のすべてのスロットは、混雑コマンドがヘッドエンドに戻るまで、その間に空になったバッファの容量とは関係なくその後に続く。混雑コマンドが戻り、受信バッファが十分に空になると、混雑コマンドはゴーアヘッド・コマンドに変換され、再循環したビジー・スロットが受け取られる。そうでない場合は、再循環したビジー・スロットが再び強制的にリングを通過させられる。スロットは、正しい順序のままである。データ伝送の同期のために、システムは、マスタ・ノードによって制御される共通クロック・チャネルを備えることが好ましい。ＷＤＭ光リングの場合には、すべてのノードのクッロク・チャネルとして特定の波長λ₀が指定される。共通クロック・チャネルは、第４図に示したようなビット、ワード、およびスロットの同期と、実時間アプリケーション用のたとえば１２５マイクロ秒などのタイミング・フレームとを提供する。さらに、共通クロック・チャネルは、ネットワーク管理用のサービス・チャネルとして使用することもできる。クロックの抽出を容易にするために、たとえば、符号化二相コード体系を使用することができる。符号化二相クロック信号を搬送するクロック・チャネル１１から、前記信号の一部分がカプラ４２を介して取り出され、光／電気変換器４３によって電気信号に変換される。ビット・クロックは、位相ロック・ループ４４を利用して検出される。直並列変換器４５が、そのビット・ストリームを８ビット幅のフォーマットに変換し、ＣＲＣ（巡回冗長検査）チェッカ４６がスロットの境界を追跡する。ＣＲＣチェッカは、カウンタ４７を定期的にリセットするためにも使用される。リセットされない場合は、直並列変換器４５にビット位置をスキップさせる桁上げ出力が生成される。このプロセスが、バイト境界が見つかるまで繰り返される。したがって、ビット・クロック、ワード・クロック、およびスロット境界クロック信号を抽出して、リングへのデータ伝送に利用することができる。共通クロック・チャネルによって、スクランブラ／デスクランブラも符号化／復号化ハードウェアも必要でなくなるため、ノードの受信器と送信器が簡略になる。さらに、すべての伝送チャネルが、まったく同じに同期され、これにより、すべての送信機が、再同期なしに別のチャネルに同調することができる。異なる波長の信号は異なる速度で伝播するため、波長を変更するとき位相修正が必要なだけである。マスタ・ノードとクロック・チャネルは、波長チャネルをシステムのノードに割り振るため、すなわちネットワークの初期設定時またはネットワークの再構成を実行する際に、ノードのヘッドエンドを一定の波長に同調させるために使用される。さらに、マスタ・ノードは、その他のネットワーク管理タスクを実行することができる。たとえば、各ノードのヘッドエンド部分の同調可能な装置に制御信号を送ることによって、伝送システム全体を再構成する際に、あるノードに割り当てられた波長を変更することができる。４つの状況ビット、すなわち、ビジー、リリース、予約、および保証ビットには、ヘッドエンド部分でしかビットを消去（または空白に）できないようにする特定の書込みパターンが適用される。ここで説明する例では、ヘッドエンドは、５つの異なるタイプのスロットを生成し、状況ビットがどれも（「１」に）セットされない場合は、そのスロットは空スロットである。予約ビットの位置が「１」のときは、空の予約スロットであることを示し、それに加えて保証ビットの位置が「１」ならば、空の保証スロットであることを示す。保証ビットの位置だけが「１」にセットされると、空の優先スロットであることを示す。ビジーおよび保証ビット位置を「１」にすることによって、等時チャネル・スロットを定義することができる。これらのビットが、それらのスロットを生成するヘッドエンドによってセットされるのに対し、送信ノードは、ビジー・ビットをセットすることによって、使用中のスロットをビジーとマークする。さらに、ノードは、リリース・ビットを「１」にセットすることにより使用されていない予約スロット、保証スロット、または優先スロットを開放して、任意のノードに使用できるようにすることができる。これらの空の開放されたスロットは、ビジー・ビットをセットすることによってビジーとマークされる。ここに説明する方式では、ビットはセットされるだけで削除はされないので（受信ノードにおける以外）、伝送媒体からの特定波長のチャネル上の光信号を消去することが光信号を加えることよりも困難な光信号処理において利益を与える。第５図は、平行な光ファイバ５１を有するケーブルによって多重チャネルが実現される本発明のもう１つの例を示す。この例では、ヘッドエンド部分は、ネットワークを再構成する場合に手動でまたは電子的に操作される光スイッチ５６を含む。送信部分では、同調可能なフィルタおよび送信用レーザが、電子多重化手段５４、５５によって制御される検出器５２およびレーザ・アレイ５３で置き換えられている。これらの変更を実施することによって、本発明の媒体アクセス制御方式は、基本的に変わらない。

【手続補正書】【提出日】１９９６年４月１９日【補正内容】請求の範囲１．複数のノードと、前記ノードを接続する複数のチャネル（１１〜１７）に分割可能な伝送媒体（１）とを備えたデジタル・データ伝送システムにおけるノード（２）であって、前記ノードがそれそれ、データ受信ノードとして前記チャネル（１１〜１７）のうちの少なくとも１つに排他的に割り当てられ、前記ノード（２）が、他のノードに割り当てられたチャネルにデータを伝送するための結合手段（２２）を有し、前記ノード（２）に伝送すべきデータをその中に非同期に挿入することができるスロット（１８）を生成し、生成されたスロットを予約済みとしてマークすることができるスロット生成手段（２１５）と、伝送すべきデータの量を決定し、かつ前記スロット生成手段（２１５）に生成されたスロットを予約済みとマークさせることによって、前記チャネル上で伝送すべきデータを有するすべてのノード（２）に対して前記スロット（１８）への均衡のとれたアクセスを提供するように、前記スロット生成手段（２１５）を制御する公正制御手段（２１７）と、予約済みのスロットを検出し、予約済みのスロットに伝送しないように前記結合手段（２２）を制御する伝送制御手段（２２４）とを含むことを特徴とするノード（２）。２．公正制御手段（２１７）が、そのチャネルのしきい値（ＴＨ）を他のノード（２）に同報通信し、前記チャネルに同調された他のノード（２）のそれぞれから前記チャネル上での伝送を待っているデータ量を示す値（ＱＬ）を収集するポーリング・スロット（予約コマンド）を定期的に生成するようにスロット生成手段（２１５）を制御する第１の手段と、次の予約コマンドのしきい値（ＴＨ）を決定する第２の手段（３０）とを備え、伝送制御手段（２２４）が、前記ポーリング・スロット（予約コマンド）中で前記他のノードから伝送された前記しきい値（ＴＨ）に従って、別のノードに伝送すべきデータの量を決定する手段を備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のノード。３．伝送媒体（１）から受け取ったデータを記憶するバッファ手段（２１４）と、前記バッファ手段（２１４）が占有されている程度に応じてスロット生成手段（２１５）を制御するフロー制御手段（２１８）とを備える、請求の範囲第１項に記載のノード。４．受信データを記憶するバッファ手段（２１４）と、前記バッファ手段（２１４）が占有されている程度に応じてスロット生成手段（２１５）を制御し、チャネルを中間記憶機構として使用する混雑制御手段（２１９）とを備える、請求の範囲第１項に記載のノード。５．受信データを記憶するバッファ手段（２１４）と、前記バッファ手段（２１４）が占有されている程度に応じてスロット生成手段（２１５）を制御し、チャネルを中間記憶機構として使用する混雑制御手段（２１９）とを備え、前記混雑制御手段（２１９）か、すべてのノードにそのチャネル上での伝送を中止させるスロット（混雑コマンド）を生成するようにスロット生成手段（２１５）を制御する手段と、受信したスロット（１８）を伝送媒体（１）に中継して戻す手段とを備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のノード。６．そのチャネルに同調された他の各ノードからそのチャネル・ノード上で伝送すべき優先または保証帯域スロットに対する需要を収集する、ポーリング・スロットを定期的に生成するようにスロット生成手段（２１５）を制御し、要求された優先または保証スロットの数およびそのチャネルの容量に応じて、優先または保証状況とマークされたスロットを生成する、優先アクセス制御手段または保証帯域制御手段を備える、請求の範囲第１項に記載のノード。７．伝送制御手段（２２４）が、予約済みスロツトを開放済みとマークする手段を備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のノード。８．１つの（クロック）チャネル（１１）上でクロック信号を生成する手段を備える、請求の範囲第１項に記載のノード。９．基準として共通クロック・チャネル（１１）を利用する、ビット同期（４４）、バイド同期（４５）、またはスロット同期（４６）の手段を備える、請求の範囲第１項に記載のノード。１０．いくつかのチャネル（１１〜１７）に分割された伝送媒体（１）によって相互接続された、請求の範囲第１項ないし第９項のうちの１つまたは複数の項に記載の複数のノードを備える、伝送システム。１１．伝送媒体（１）が、波長分割（ＷＤＭ）によっていくつかのチャネル（１１〜１７）に分割された光伝送媒体を備える、請求の範囲第１０項に記載の伝送システム。

Claims

【特許請求の範囲】１．複数のノードと、前記ノードを接続する複数のチャネル（１１〜１７）に分割可能な伝送媒体（１）とを備えたデジタル・データ伝送システムにおけるノード（２）であって、前記ノードがそれそれ、データ受信ノードとして前記チャネル（１１〜１７）のうちの少なくとも１つに排他的に割り当てられ、前記ノード（２）が、他のノードに割り当てられたチャネルにデータを伝送するための結合手段（２２）を有し、前記ノード（２）に伝送すべきデータをその中に非同期に挿入することができるスロット（１８）を生成し、生成されたスロットを予約済みとしてマークすることができるスロット生成手段（２１５）と、伝送すべきデータの量を決定し、かつ前記スロット生成手段（２１５）に生成されたスロットを予約済みとマークさせることによって、前記チャネル上で伝送すべきデータを有するすべてのノード（２）に対して前記スロット（１８）への均衡のとれたアクセスを提供するように、前記スロット生成手段（２１５）を制御する公正制御手段（２１７）と、予約済みのスロットを検出し、予約済みのスロットに伝送しないように前記結合手段（２２）を制御する伝送制御手段（２２４）とを含むノード（２）。２．公正制御手段（２１７）が、そのチャネルのしきい値（ＴＨ）を他のノード（２）に同報通信し、前記チャネルに同調された他のノード（２）のそれぞれから前記チャネル上での伝送を待っているデータ量を示す値（ＱＬ）を収集するポーリング・スロット（予約コマンド）を定期的に生成するようにスロット生成手段（２１５）を制御する第１の手段と、次の予約コマンドのしきい値（ＴＨ）を決定する第２の手段（３０）とを備え、伝送制御手段（２２４）が、前記ポーリング・スロット（予約コマンド）中で前記他のノードから伝送された前記しきい値（ＴＨ）に従って、別のノードに伝送すべきデータの量を決定する手段を備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のノード。３．伝送媒体（１）から受け取ったデータを記憶するバッファ手段（２１４）と、前記バッフア手段（２１４）が占有されている程度に応じてスロット生成手段（２１５）を制御するフロー制御手段（２１８）とを備える、請求の範囲第１項に記載のノード。４．受信データを記憶するバッフア手段（２１４）と、前記バッファ手段（２１４）が占有されている程度に応じてスロット生成手段（２１５）を制御し、チャネルを中間記憶機構として使用する混雑制御手段（２１９）とを備える、請求の範囲第１項に記載のノード。５．受信データを記憶するバッフア手段（２１４）と、前記バッファ手段（２１４）が占有されている程度に応じてスロット生成手段（２１５）を制御し、チャネルを中間記憶機構として使用する混雑制御手段（２１９）とを備え、前記混雑制御手段（２１９）が、すべてのノードにそのチャネル上での伝送を中止させるスロット（混雑コマンド）を生成するようにスロット生成手段（２１５）を制御する手段と、受信したスロット（１８）を伝送媒体（１）に中継して戻す手段とを備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のノード。６．そのチャネルに同調された他の各ノードからそのチャネル・ノード上で伝送すべき優先または保証帯域スロットに対する需要を収集する、ポーリング・スロットを定期的に生成するようにスロット生成手段（２１５）を制御し、要求された優先または保証スロットの数およびそのチャネルの容量に応じて、優先または保証状況とマークされたスロットを生成する、優先アクセス制御手段または保証帯域制御手段を備える、請求の範囲第１項に記載のノード。７．伝送制御手段（２２４）が、予約済みスロットを開放済みとマークする手段を備えることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のノード。８．１つの（クロック）チャネル（１１）上でクロック信号を生成する手段を備える、請求の範囲第１項に記載のノード。９．基準として共通クロック・チャネル（１１）を利用する、ビット同期（４４）、バイド同期（４５）、またはスロット同期（４６）の手段を備える、請求の範囲第１項に記載のノード。１０．請求の範囲第１項ないし第９項のうちの１つまたは複数の項に記載のノードを備えるコンピュータ・システムに挿入されるカード。１１．請求の範囲第１項ないし第９項のうちの１つまたは複数の項に記載の複数のノードを備える伝送システム。１２．波長分割（ＷＤＭ）によっていくつかのチャネル（１１〜１７）に分割された光伝送媒体（１）を備える、請求の範囲第１項ないし第９項のうちの１つまたは複数の項に記載のノードを備える伝送システム。