JPH10163970A - 空間情報伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エラー発生の多い状況でも高い実質通信速度
が確保できる空間情報伝送装置を提供する。 【解決手段】 送信データは、インターフェース部１１
からエラー判定用コード発生部１２と一時送信データ保
存部１３に送られる。コード発生部１２は、送信データ
をブロック分割し、ブロックごとに誤り判定用コードを
付加してＥ／Ｏ変換部１６と発光部１７を介して空間に
伝送する。受光部１９で受信された信号は、Ｏ／Ｅ変換
部１８を介して、データ解読部２０に送られる。受信さ
れた信号がデータであれば、エラー判定部１５に転送さ
れ、誤りがなければデータを復元して、インターフェイ
ス部１１に転送する。誤りがあれば、再送要求信号をＥ
／Ｏ変換部１６を通じて相手側に送る。再送要求信号を
受信した相手側は、一時送信データ保存部１３から再送
信号を読み出して、再送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、データを光あるい
は電磁波により空間伝送する空間情報伝送装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】複数の局地データ通信網（ＬＡＮ）を接
続する方法としては、光ファイバケーブルや公衆回線、
専用回線を利用する方法がある。

【０００３】しかし、光ファイバは敷設費用が高いほ
か、公道、水路などを横切る場合は設置許可が必要とな
るなど、新規導入が困難である。一方、後者の場合は既
存の通信網を利用するため、比較的簡単に導入できる
が、十分な通信速度を確保しようとすると、通信費用が
高額になるという問題点があった。

【０００４】これに対して、信号を光・電磁波等（以下
光と呼ぶ。）に変換して空間中を伝送する空間情報伝送
装置を用いた場合には、伝送経路自体を設置する必要が
ないため、容易に設置でき、かつ、十分な通信速度を安
価なランニングコストで実現することが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、空間情報伝送
装置は光の散乱等により、伝送経路が長くなるほど伝搬
中に発生するエラーが多くなるほか、天候や空気中のチ
リなどによる信号の減衰やノイズの発生などの影響を受
けやすいという問題があった。

【０００６】例えば、光ファイバによる通信のエラー率
は一般に１×１０^-13以下であるが、空間伝送の場合は
１０ｋｍ程度の伝送距離の場合でエラー率は１×１０^-9
程度となり、雨天など天候の影響が大きい場合にはエラ
ー率は１×１０^-5〜１０^-3程度まで上昇する。

【０００７】このため、２つのＬＡＮの間を単純に空間
伝送装置を用いて接続した場合は、エラーが頻繁に発生
して再送処理が多くなり、この再送信号にＬＡＮ内部の
通信も占有されて、ＬＡＮ内部での通信速度も低下する
という問題があった。

【０００８】本発明は、エラー発生の多い状況でも高い
実質通信速度が確保できる空間情報伝送装置を提供する
ことを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光により空間
を介して情報を伝送する空間情報伝送装置において、
（１）接続された外部のネットワークとの間でビット化
された送受信データの転送を行うインターフェース部
と、（２）インターフェース部に転送された送信データ
を一定時間蓄積する一時送信データ保存部と、（３）送
信データを伝送時のエラー発生率に対応したビット長を
有するブロックに分割し、ブロックごとに誤り判定用コ
ードを付加して送信データ信号を生成するエラー判定用
コード発生部と、（４）送信データ信号の各ビット列情
報を順次送信光信号に変換するＥ／Ｏ変換部と、（５）
この送信光信号を外部ネットワークの伝送速度より高速
の伝送速度で空間に伝送する発光部と、（６）空間中を
伝送されてきたビット化された情報を有する光信号を受
信する受光部と、（７）受光部が受信した光信号を順次
電気信号に変換するＯ／Ｅ変換部と、（８）この電気信
号が再送要求信号か受信データ信号かを判定するデータ
解読部と、（９）受信データ信号中に含まれる誤り判定
用コードにより受信データ信号中の誤りの有無を判定
し、誤りがあればＥ／Ｏ変換部に再送要求信号を転送
し、誤りがなければ受信データ信号から受信データを復
元してインターフェース部に転送するエラー判定部と、
（１０）受信電気信号中の再送要求信号に応答して、一
時送信データ保存部に対し、再送を要求された送信デー
タブロックのエラー判定用コード発生部への転送を指示
する再送制御部と、を備えることを特徴とする。

【００１０】これにより、伝送データのエラー判定が伝
送器内部で処理される。また、送信データを一時保存す
る一時送信データ保存部を有するため、通信エラー時に
外部ネットワークからデータの再送を受ける必要がな
い。さらに、エラーの発生状況に応じて、データを送信
する際のブロックサイズを変更する機能を有している。

【００１１】また、テスト信号を空間伝送する手段と、
光信号及びテスト信号の伝送率を監視する手段と、光信
号の伝送率が予め設定した下限値を下回ると送受信デー
タの伝送経路を他の空間情報伝送装置あるいは光ファイ
バ若しくは信号線に切り替えると共に、切り替え後にテ
スト信号の伝送率が予め設定した上限値を上回ると送受
信データの伝送経路を再び空間伝送に切り替える切り替
え手段と、をさらに備えてもよい。これにより、データ
の伝送率に応じて伝送経路を自動的に切り替える機能を
有する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を用いて説明する。図１は本実施形態のブロック構成図
である。

【００１３】まず、本実施形態の基本構成を説明する。
ＬＡＮ１０等の外部ネットワークに接続されるインター
フェース部１１の送信データポート１１Ａに、互いに接
続されたエラー判定用コード発生部１２と一時送信デー
タ保存部１３が接続されている。さらに、エラー判定用
コード発生部１２はＥ／Ｏ変換部１６を介して、空間デ
ータ通信路１２０への送信用の発光部１７に接続され、
送信部を構成している。

【００１４】一方、受信用の受光部１９は、Ｏ／Ｅ変換
部１８を介して、データ解読部２０に接続されている。
さらに、データ解読部２０はエラー判定部１５と再送制
御部１４に接続され、エラー判定部１５がインターフェ
ース部１１の受信データポート１１Ｂに接続されて、受
信部を構成している。

【００１５】なお、エラー判定部１５はＥ／Ｏ変換部１
６に、再送制御部１４は一時送信データ保存部にもそれ
ぞれ接続され、再送を制御している。

【００１６】次に、本実施形態の動作を説明する。図２
に示すように２つのＬＡＮを本実施形態の空間情報伝送
装置を用いて接続した場合を考える。ここで、図３は、
本例において伝送されるデータのフォーマットの１例で
あり、図４はデータ送受信動作のフローチャートであ
る。

【００１７】図２に示す例では、ＬＡＮ−Ａ１００及び
ＬＡＮ−Ｂ１１０にはそれぞれサーバＡ１０１、サーバ
Ｂ１１１が設置され、それぞれに複数の端末１０２、１
１２が接続されている。このＬＡＮ−Ａ、Ｂ間を図１に
その構成を示した本実施形態の空間情報伝送装置１０
３、１１３により接続している。それぞれのＬＡＮ１０
０、１１０内の最大伝送速度は１０Ｍｂｐｓであり、空
間情報伝送装置Ａ１０３、Ｂ１１３間の空間データ通信
路１２０の最大伝送速度は１００Ｍｂｐｓである。この
伝送速度はあくまで１例であるが、空間データ通信路１
２０の伝送速度は外部ネットワークとの伝送速度よりも
高速にする必要がある。

【００１８】この空間情報伝送装置Ａ１０３、Ｂ１１３
内部の動作を図１〜図５を用いて説明する。ここで、図
２に示すＬＡＮ−Ａ１００からＬＡＮ−Ｂ１１０に対し
て、図３に示すフォーマットを有する送信データ２００
が送られるとする。送信データ２００は、ヘッダ部２０
１とデータ部２０２から構成されている。まず、ＬＡＮ
−Ａ１００から空間情報伝送装置Ａ１０３に送信データ
２００が転送される。

【００１９】送信データ２００を受け取った送信側の装
置Ａ１０３は図４に示すフローチャートに従って、送信
処理を行う。送信データ２００は、図１に示すようにイ
ンターフェース部１１を介して、エラー判定用コード発
生部１２及び一時送信データ保存部１３に送られる（Ｓ
１）。一時送信データ保存部１３では、再送要求に備え
て、送られてきた送信データ２００を一定時間保存する
（Ｓ２）。

【００２０】エラー判定用コード発生部１２は送信デー
タ２００をブロックに分割して（以下パケットと呼
ぶ。）、送信データ２００に基づいたエラー判定用コー
ド２１２を作成し（Ｓ３）、このコード２１２と独自の
ヘッダ情報２１１を送信データのパケットに付加して送
信データ２１０を生成する（Ｓ４）。エラー判定コード
には、パリティ・チェックやＣＲＣ（Cyclic Redundanc
y Check）等の様々な誤り検出方法を用いることが可能
である。ヘッダ情報２１１は任意であり、必ずしも含む
必要はないが、本装置を複数接続する場合には、送信−
受信先を特定するための情報を含むことが好ましい。

【００２１】分割する際のブロックごとのサイズ、すな
わちビット長は、例えば、後述する再送の発生率を再送
制御部１４で監視することにより、伝送エラーの発生率
を監視して最適なビット長を設定する。つまり、伝送の
エラー率が高いときには、パケットのビット長を短くし
て、パケットサイズを小さくし、伝送のエラー率が低い
ときには、パケットのビット長を長くして、パケットサ
イズを大きくする。後に詳述する再送処理はパケット単
位で行われるため、同じエラー発生率でもパケット長が
短いほど、再送するデータ量が少なくなり、効率的な伝
送ができる。一方、伝送されるパケットに付加されるヘ
ッダ情報２１１とエラー判定用コード２１２のサイズは
パケットサイズに依存せず、一定である。したがって、
伝送される信号であるパケット全体２１０に占めるデー
タ部２０２の占める割合は、パケットサイズが大きいほ
ど大きい。したがって、エラーが少なく再送も少ない場
合には、パケットサイズを大きくして一つのパケットで
より多くのデータを送るほうが効率的になる。

【００２２】こうして生成された送信パケット２１０
は、Ｅ／Ｏ変換部１６に送られ、各ビットごとに電気信
号から光信号へ変換されて（Ｓ５）、発光部１７から空
間データ通信路１２０に送られる（Ｓ６）。

【００２３】続いて、受信側の動作を説明する。受信側
の装置Ｂ１１３は、図５に示すフローチャートに従っ
て、受信処理を行う。図１に示すように、空間データ通
信路１２０を伝送されてきた光信号は、受光部１９によ
って受信され（Ｓ１１）、Ｏ／Ｅ変換部１８で電気信号
に変換された後（Ｓ１２）、データ解読部２０に送られ
る。データ解読部２０では、送られてきた光信号が相手
側からの再送要求信号であるか、データ信号であるかを
チェックする（Ｓ１３）。再送要求信号である場合は受
信した信号を再送制御部１４に転送し（Ｓ１４）、デー
タ信号である場合はエラー判定部１５に受信したパケッ
ト２１０を転送する（Ｓ１５）。

【００２４】エラー判定部１５では、受信パケット２１
０中のエラー判定用コード２１２により、データ部２０
２内にエラーが発生していないかをチェックする（Ｓ１
６）。エラーが発生していると判断した場合は、そのパ
ケットの再送を相手側、すなわち、装置Ａ１０３、に要
求する（Ｓ１７〜Ｓ１９、詳細は後述する。）。エラー
が発生していないと判断した場合は、ヘッダ部２１１と
エラー判定用コード２１２を削除して、もとのデータ２
００に復元した上で（Ｓ２０）、インターフェース部１
１を介して外部のＬＡＮ−Ｂ１１０に転送する（Ｓ２
１）。

【００２５】次に、再送要求動作について説明する。図
２に示す受信側の装置Ｂ１１３は、図１に示すエラー判
定部１５で受信データにエラーがあると判定すると、図
５のフローチャートに示すように再送要求データを作成
して（Ｓ１７）、Ｅ／Ｏ変換部１６に送る（Ｓ１８）。
この再送要求データの形式はいかなる形式でも良いが、
データ信号ではなく再送要求信号であること、再送を要
求するデータブロック、送信先、送信元を特定するため
のデータを含む形式であることが好ましい。Ｅ／Ｏ変換
部１６は、この信号を光信号に変換して、発光部１７か
ら空間データ通信路１２０に送出する（Ｓ１９）。この
再送信号を受信した装置Ａ１０３は、上述した受信側の
動作に基づいて受信信号を処理し（Ｓ１１〜Ｓ１３）、
データ解読部２０から再送制御部１４にこの再送要求信
号を転送する（Ｓ１４）。再送要求信号を受信した再送
制御部１４は、一時送信データ保存部１３に対して指定
されたブロックをエラー判定用コード発生部１２に転送
するよう指示する（Ｓ２２、Ｓ２３）。エラー判定用コ
ード発生部１２は、図４のフローチャートに示すように
送られてきた再送データを通常の送信データと同様に処
理して（Ｓ３、Ｓ４）、Ｅ／Ｏ変換部１６、発光部１７
を介して相手側の装置Ｂ１１３に再送する（Ｓ５、Ｓ
６）。

【００２６】例えば、サーバＡ１０１からサーバＢ１１
１へ１０Ｍｂｉｔｓのデータを転送する場合、全経路上
の遅延を無視して、エラーが全くない場合を考えると、
伝送は約１秒間で終了する。しかし、空間データ通信路
でエラーが発生して、再送が必要になる場合に、単純に
サーバＡ１０１からサーバＢ１０２へ全データを再送す
ると、さらに再送に１秒以上かかり、見かけの通信速度
は半分（５Ｍｂｐｓ）以下に低下する。

【００２７】本実施形態では、上述したように、再送に
は一時送信データ保存部１３に保存したデータを利用す
るため、外部のＬＡＮとの通信は必要なく、再送速度は
主として空間データ通信路１２０の通信速度に依存す
る。空間データ通信路１２０は外部のネットワークとの
転送速度よりも高速であるため、０．１秒で全データの
再送が終了する。この時の見かけの通信速度は９Ｍｂｐ
ｓとなり、転送速度の低下を抑えることができる。さら
に、データをパケット化していることにより、エラーの
起こったパケットだけを再送すればすむため、再送時間
はさらに短くなり、効率的な伝送が可能となる。また、
上述の伝送速度の差のために、空間データ通信路１２０
では、データは時間的に圧縮して伝送される。したがっ
て、パケットの送信は連続して行われず、パルス的に行
われる。このパケットと次のパケットの送信の間の隙間
を利用して先のパケットの再送処理を行うことが可能と
なる。これにより、エラーによる再送処理を行った場合
でも、見かけの通信速度をほとんど低下させることなく
送信することが可能となる。

【００２８】またパケットのサイズを可変する機能を備
えているため、さらに、効率的な伝送が可能である。例
えば、天候などの要因でエラー発生率が１×１０^-4程度
まで悪化した場合を考える。エラー発生はデータ中に平
均して起こると仮定すると、１０ｋｂｉｔ以上の長さの
パケットでは、１個のパケットに必ず１個以上のエラー
が含まれることになり、再送を繰り返しても常にエラー
が発生して伝送不能になってしまう。これに対して、パ
ケットの長さを短くして、例えば２５６ｂｉｔ長のパケ
ットを用いると、エラーが含まれるパケットは、送信さ
れた内の４０個に１個の割合となるので、再送により増
大する通信量は、約２．６％に抑えることができる。

【００２９】また、図６に示すように空間データ通信路
を直列で接続して、中継装置Ａに接続された端末Ａから
中継装置Ｃに接続された端末Ｂにデータを転送する場
合、従来の装置では、エラーの発生率は中継装置Ａ−Ｂ
間と中継装置Ｂ−Ｃ間のそれぞれで発生するエラー率を
累積したものとなり、それぞれのエラー率が１×１０^-9
だとすると、約２×１０^-9程度になる。そして、連結す
る中継装置が増えれば増えるほどエラー率は累積して上
昇する。したがって、再送が増加して、みかけの通信速
度は低下してしまう。しかし、本実施形態の装置を用い
た場合には、それぞれの中継装置でエラーを訂正して送
信できるため、通信路全体でのエラーの発生をみかけ上
０に抑えることができる。また、上述した理由により、
見かけの通信速度の低下を抑えることができる。

【００３０】次に、本実施形態の他の応用例としてデー
タ転送路の切り替え機能を追加した実施形態について説
明する。伝送路切り替え機能は図１に係る実施形態に図
７に示す切り替え機能を付け加えたものである。切り替
え機能の具体的な構成は、図７に示すように他の空間情
報伝送装置などによる他の伝送路２１と、受信データの
伝送率を監視する切り替え判定部２２と、テスト信号を
発生するテストデータ発生部２３とからなる。他の伝送
路２１はインターフェース部１１に接続され、切り替え
判定部２２はエラー判定部１５とインターフェース部１
１の間に接続される。テストデータ発生部２３は、切り
替え判定部２２とエラー判定用コード発生部１２の間に
接続される。

【００３１】続いて、本切り替え機能の動作を説明す
る。切り替え判定部２２では、エラー判定部１５から送
られてくる受信データの受信状況から伝送率を算出して
監視する。図８は、切り替え判定部２２で監視される伝
送率の例を示す。降雨などの天候的な要因によって伝送
エラーが頻繁に生じると、データの再送が頻繁に繰り返
されるため、伝送率は図８に示すように低下する。伝送
率が予め定められた下限値ｒ０を下回ると（図８に示す
時刻ｔ１の時点）、インターフェイス部１１に切り替え
信号を送り、データの伝送路を空間データ通信路１２０
から他の伝送路２１に切り替える。切り替え後、テスト
データ発生部２３で発生したテスト信号を上述したデー
タ信号と同様の手法により空間データ通信路１２０を介
して伝送し、その伝送率を切り替え判定部２２により監
視する。

【００３２】伝送路切り替え後は、再びテスト信号の伝
送率が下限値ｒ０を上回っても、切り替えられた状態は
維持され、データは他の伝送路２１を介して伝送され
る。その後、テスト信号の伝送率が予め定められた上限
値ｒ１を超えたなら（図８に示す時刻ｔ２の時点）、デ
ータの伝送路を再び、他の伝送路２１から空間データ通
信路１２０に切り替える。伝送率がこの上限値ｒ１、下
限値ｒ０の間を超えて頻繁に振動するような場合には、
上述の切り替えを繰り返す。

【００３３】設定する下限値ｒ０、上限値ｒ１と他の伝
送路２１の伝送率ｒ２をｒ０＜ｒ１＜ｒ２の関係にすれ
ば、切り替えにより、最低でもｒ０を超える伝送率を確
保することができる。設定する上限、下限値は他の伝送
路の速度及びランニングコスト等を考慮して決めるのが
好ましい。

【００３４】これにより、安定した伝送率を確保し、高
速通信とランニングコストの低減を両立させることがで
きる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内部に送信データの一時保存部を有し、エラー訂正コー
ドを含んだパケット送信を行うこととしているので、伝
送時のエラー発生率が高くなっても、高速の伝送速度を
有する伝送装置間だけで再送処理を行うことができるた
め、外部のネットワークに影響を与えることがなく、高
速の伝送速度が確保でき、効率的で低コストの伝送手段
が実現できる。また、エラー発生率に応じてパケットサ
イズを可変することにより、常に効率的な伝送を行うこ
とができる。

【００３６】さらに、伝送速度に応じて伝送経路を自動
的に切り替える機能を付け加えれば、雨天などで空間伝
送のエラー率が高くなる場合でも、常に高速で効率的な
伝送経路を使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態に係るブロック構成図であ
る。

【図２】図１に係る実施形態の使用例を示す図である。

【図３】図２に係る実施例で使用されるデータの形式を
示す図である。

【図４】図１に係る実施形態の送信処理のフローチャー
トである。

【図５】図１に係る実施形態の受信処理のフローチャー
トである。

【図６】図１に係る実施形態の他の使用例を示す図であ
る。

【図７】請求項２に係る切り替え機能のブロック構成図
である。

【図８】伝送率の変化例を示した図である。

【符号の説明】

１０…外部ネットワーク、１１…インターフェース部、
１１Ａ…送信データポート、１１Ｂ…受信データポー
ト、１２…エラー判定用コード発生部、１３…一時送信
データ保存部、１４…再送制御部、１５…エラー判定
部、１６…Ｅ／Ｏ変換部、１７…発光部、１８…Ｏ／Ｅ
変換部、１９…受光部、２０…データ解読部、２１…他
の伝送路、２２…切り替え判定部、２３…テストデータ
発生部、１００…ＬＡＮ−Ａ、１０１…サーバＡ、１０
２…Ａの端末、１０３…空間情報伝送装置Ａ、１１０…
ＬＡＮ−Ｂ、１１１…サーバＢ、１１２…Ｂの端末、１
１３…空間情報伝送装置Ｂ、１２０…空間データ通信
路、２００…サーバから転送されるデータのフォーマッ
ト、２０１…ヘッダ部、２０２…データ部、２１０…パ
ケットデータのフォーマット、２１１…ヘッダ部、２１
２…エラー判定用コード

フロントページの続き (72)発明者 黒野 剛弘 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長が電磁波領域又は光領域にある光に
   より空間を介して情報を伝送する空間情報伝送装置にお
   いて、 接続された外部のネットワークとの間でビット化された
   送受信データの転送を行うインターフェース部と、 前記インターフェース部に転送された前記送信データを
   一定時間蓄積する一時送信データ保存部と、 前記送信データを、伝送時のエラー発生率に対応したビ
   ット長を有するブロックに分割して、前記ブロックごと
   に誤り判定用コードを付加して送信データ信号を生成す
   るエラー判定用コード発生部と、 前記送信データ信号の各ビット列情報を順次送信光信号
   に変換するＥ／Ｏ変換部と、 前記送信光信号を前記外部ネットワークの伝送速度より
   高速の伝送速度で空間に伝送する発光部と、 空間中を伝送されてきたビット化された情報を有する光
   信号を受信する受光部と、 前記受光部が受信した前記光信号を順次電気信号に変換
   するＯ／Ｅ変換部と、 前記受信電気信号が再送要求信号か受信データ信号かを
   判定するデータ解読部と、 前記受信データ信号中に含まれる誤り判定用コードによ
   り前記受信データ信号中の誤りの有無を判定し、誤りが
   あれば前記Ｅ／Ｏ変換部に再送要求信号を転送し、誤り
   がなければ前記受信データ信号から受信データを復元し
   て前記インターフェイス部に転送するエラー判定部と、 前記受信電気信号中の前記再送要求信号に応答して、前
   記一時送信データ保存部に対し、再送を要求された送信
   データブロックの前記エラー判定用コード発生部への転
   送を指示する再送制御部と、 を備える空間情報伝送装置。
2. 【請求項２】 請求項１の空間情報伝送装置において、
   テスト信号を空間伝送する手段と、前記光信号及び前記
   テスト信号の空間伝送率を監視する手段と、前記光信号
   の前記空間伝送率が予め設定した下限値を下回ると前記
   送受信データの伝送経路を他の空間情報伝送装置あるい
   は光ファイバ若しくは信号線に切り替えると共に、前記
   切り替え後に前記テスト信号の前記空間伝送率が予め設
   定した上限値を上回ると前記送受信データの伝送経路を
   再び空間伝送に切り替える切り替え手段と、をさらに備
   えていることを特徴とする空間情報伝送装置。