JPH1069448A

JPH1069448A - 決定性ネットワーク・プロトコル

Info

Publication number: JPH1069448A
Application number: JP8192512A
Authority: JP
Inventors: N Robiraado Michael; マイケル・エヌ・ロビラード; D Morrison Brian; ブライアン・ディー・モリソン
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1996-07-22
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】決定性ネットワーク・プロトコルを提供する
こと。【解決手段】本発明による決定性ネットワーク・プロ
トコルは、分散型の知能フォールト・トレラントなシス
テム（１０）において、双方向の、時間多重化された光
ファイバなどの通信媒体データ・バス（２１、２２、２
３）上で、臨界メッセージが簡潔に限度を有するレイテ
ンシを有し非臨界メッセージは臨界メッセージに影響し
ないように送られ得るように、臨界センサ、アクチュエ
ータ、及び計算要素を接続する。これは、時間スロット
配分プロトコルと競合に基づくプロトコルとの組合せで
あり、グローバルな同期情報が、同期ビーコンを介し
て、データ媒体上を送られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分散型知能（イン
テリジェント）システムの双方向バスでデータを送信及
び受信する装置及び方法に関し、更に詳しくは、競合
（コンテンション：ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ）プロトコル
と時間スロット配分プロトコルとの組合せを提供する決
定性（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ）ネットワーク・プ
ロトコルに関する。

【０００２】

【従来技術】双方向バス・アーキテクチャは、時間多重
化データ・チャンネルを介してネットワーク上で接続さ
れた送信機／受信機の複数の対から構成されている。双
方向バス・アーキテクチャの内部では、データ・チャン
ネルへの送信機のアクセスを規制するのに何らかの方法
が用いられる。データ・チャンネルへのアクセスの制御
は、単一又は冗長な中央バス仲裁装置（アービタ：ａｒ
ｂｉｔｅｒ）を介して、又は、分散型の態様で行われ、
ネットワークの各送信機のノードは、データ・チャンネ
ルの使用を仲裁（優先順位決定）する手段を有する。

【０００３】従来技術では、双方向バスへのアクセスを
制御するのに適した基本的なバス・アクセス・プロトコ
ルには、競合、時間スロット配分、コマンド／応答、及
びトークン通過の４つがある。これらのプロトコルは、
ハードウェア、ソフトウェア、又は両者の組合せにおい
て実現し得る。

【０００４】競合に基づくプロトコルによれば、データ
衝突が通常の事象として生じることが可能になる。デー
タは、ハードウェア又はソフトウェアが通常は時間経過
の優先された又はランダムなどちらかの周期の後で衝突
を検出した後で、再度送信される。このプロトコルは、
軽いネットワーク負荷の下では最も低い最小データ待ち
時間（レイテンシ：ｌａｔｅｎｃｙ）を与えるが、重い
ネットワーク負荷の下では、過剰な数の衝突及びネット
ワークのために崩壊し得る。

【０００５】時間スロット配分プロトコルは、ネットワ
ーク帯域幅を各ユーザに予め配分する。すべてのユーザ
に、その間にデータ・パケットを送信し得る一意的な時
間スロットが配分される。しかし、このプロトコルは、
軽いネットワーク負荷の下での大きな最小データ・レイ
テンシを被るが、重い負荷の下でも崩壊しない。このプ
ロトコルは、最大データ・レイテンシを保証するという
利点を与えるが、結果的には、データ・スループットが
減少する。

【０００６】コマンド応答プロトコルでは、個々のユー
ザにバス帯域幅を配分する中央仲裁装置の使用が必要に
なる。中央アービタは、ネットワークの各ノードに対す
るバス・インターフェース・ユニットの設計を単純化す
るが、ネットワークに対する故障の潜在的な中心点を与
えるという欠点を有する。

【０００７】トークン通過プロトコルは、時間スロット
配分プロトコルに類似する。データ・チャンネルへのア
クセスは、時間に基づく配分とは異なり、「トークン」
を通過させることによって制御される。この２つのプロ
トコルの特性は、非常に類似している。

【０００８】競合（ＡＬＯＨＡ）、予約（ｒｅｓｅｒｖ
ａｔｉｏｎ）、及び固定型割当て（ＴＤＭＡ）プロトコ
ルの間でチャンネル上のトラフィックの関数として動的
にスイッチングをする時分割通信ネットワークに対する
データ・チャンネル・プロトコルへの従来技術でのアプ
ローチの１つが、ＫａｒａｍｖｉｒＳａｒｄａｎａに
１９９１年４月３０日付で与えられた米国特許第５０１
２４６９号に記載されている。このクラスのプロトコル
は、Ａｌｏｈａ−Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ−ＴＤＭＡ又
はＡＲＴクラス・プロトコルと称される。ＡＬＯＨＡプ
ロトコルは、典型的には衛星通信ネットワーク（ＳＣ
Ｎ）上で用いられるが、衝突の発生の確率を最小にする
ために衝突を予測して処理する。ＡＬＯＨＡの目的は、
平均メッセージ遅延を最小にしながら、スループット
（ネットワーク利用率）を最大にすることである。ＴＤ
ＭＡ予約（ＴＤＭＡ−Ｒｅｓ）プロトコルによれば、ネ
ットワーク上のステーション（ノード）が、データを送
信する時間スロットを動的に要求することを可能にな
る。この方法は、衝突を回避するが、各時間スロットの
一部を予約要求の通過に配分することによって、スルー
プットを犠牲にする。

【０００９】別の従来技術によるアプローチが、Ｍａｒ
ｅｋＪ．Ｆｒｉｄｒｉｃｈ他に１９９４年３月２２日
付で与えられＥｃｈｅｌｏｎＳｙｓｔｅｍ社に譲渡さ
れた米国特許第５２９７１４１号に記載されている。こ
の特許は、改良された信頼できるマルチキャスト（多重
伝送）メッセージングを与えるネットワーク通信プロト
コルを教示しており、そこでは、メッセージは、マルチ
キャスト・グループのメンバに信頼性をもって多重伝送
され、グループの各メンバは、肯定応答メッセージを用
いてメッセージの受信に応答する。グループのメンバの
１つが肯定応答を用いてメッセージに応答しない場合に
は、リマインダ・メッセージが送られる、従って、この
プロトコルは、メッセージを再び送ることを試みる前
に、ノードによって選択されたランダムな待機時間を与
える。このプロトコルの方法は、衝突を回避する傾向を
有するが、衝突は依然として生じるし、重大（臨界：ｃ
ｒｉｔｉｃａｌ）メッセージは、簡潔な限界を有するレ
イテンシをもたない。

【００１０】特に航空機への応用において、分散型処理
システムが臨界及び非臨界データ・メッセージの両方を
タイムリな態様で扱うことへの要求がある。臨界メッセ
ージは、すべてのデータ・レイテンシがある既知で予測
可能な値に束縛（ｂｏｕｎｄ）されていなければならな
いことを要求する。非臨界メッセージは、束縛されたデ
ータ・レイテンシが要求されていないものである。本発
明は、この両方の要求を満足する。

【００１１】

【発明が解決すべき課題】従って、本発明の目的は、少
なくとも１つの双方向光ファイバ・バス（好適実施例）
又はそれ以外のトランシーバ媒体によって相互接続され
た複数の処理ノードを用いて、通信のための決定性ネッ
トワーク・プロトコルを有する分散型のフォールト・ト
レラントな低コストの制御システムを与えることであ
る。

【００１２】本発明の更なる目的は、優先及び非優先メ
ッセージを時間スロット及び競合に基づくプロトコルの
組合せによって扱い、よって、データ・レイテンシに影
響せずにネットワークの利用率を最大にする分散型イン
テリジェント制御システムにおける決定性ネットワーク
・プロトコルを与えることである。

【００１３】本発明の更なる目的は、複数の処理ノード
のそれぞれにおける同期手段であって、ノードの中の１
つが、この分散型インテリジェント・システムの内部で
の単一点での故障を回避するために、ビーコン・マスタ
同期信号を発生するように割り当てられているような同
期手段を与えることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】これらの目的は、少なく
とも１つの双方向データ・バスによって相互接続された
複数のノードを備えた分散型インテリジェント制御シス
テムであって、前記ノードのそれぞれは、前記データ・
バスを介してメッセージを送信及び受信するトランシー
バ手段を備え、前記ノードのそれぞれは、前記トランシ
ーバ手段に結合されており前記トランシーバ手段への及
び前記トランシーバ手段からの前記メッセージを処理す
るプロセッサ手段を備えている、分散型インテリジェン
ト制御システムと、前記トランシーバ手段のそれぞれに
含まれており、タイミング・ビーコンを、前記ノードの
中の所定の１つにおいて、前記データ・バスを介して前
記ノードの他のものの中の１つへの送信のために発生す
る、制御手段であって、前記制御手段は、前記タイミン
グ・ビーコンの時間周期内に、複数の時間スロットを発
生する手段を備えており、前記ノードのそれぞれは、前
記時間スロットの少なくとも１つに予め割り当てられ、
所定の時間に臨界メッセージを送信し、前記時間スロッ
トの少なくとも１つが、前記複数のノードによる競合の
ために提供され非臨界メッセージを送信する、制御手段
と、の組合せを提供することによって達成される。前記
分散型制御システムは、フォールト・トレラントな動作
のために、応用や臨界性によって、前記双方向データ・
バスを２又はそれより多く備えている。前記双方向デー
タ・バスは、光ファイバ手段又は送信媒体を提供するそ
れ以外の媒体手段を備えている。前記トランシーバ手段
は、好適実施例においては、前記データ・バスを介して
メッセージを送信及び受信する双方向フォト・ダイオー
ド又はそれ以外のデバイスを備えている。前記タイミン
グ・ビーコンは、前記制御手段によってだけ認識され前
記プロセッサ手段に透明（トランスペアレント）であり
無効なデータ・パターンとして認識されるパルス・パタ
ーンを備えている。

【００１５】これらの目的は、更に、複数のノードを有
するネットワークであって、前記ノードのそれぞれは少
なくとも１つの通信媒体によって相互接続されており、
ネットワーク・プロトコルは、前記通信媒体に結合され
た前記ノードのそれぞれにおいてメッセージを送信及び
受信するトランシーバ手段と、前記ノードのそれぞれに
おける前記トランシーバ手段のそれぞれに結合されてお
り前記通信媒体への及び前記通信媒体からの前記メッセ
ージを処理するプロセッサ手段と、前記ノードのそれぞ
れにおいて前記ノードを同期させるためのタイミング・
ビーコンを発生及び検出する手段であって、前記ノード
の中の１つは前記タイミング・ビーコンを発生するよう
に予め割り当てられている、手段であって、前記タイミ
ング・ビーコンは、前記ノードによってだけ認識され前
記プロセッサ手段に透明であり有効なデータ・パターン
としては認識されないパルス・パターンを備えている、
手段と、前記ノードのそれぞれにおいて前記タイミング
・ビーコンの時間周期の間に複数の時間スロットを発生
する手段であって、前記ノードのそれぞれには臨界メッ
セージを送信するために前記時間スロットの少なくとも
１つが予め割り当てられており、前記時間スロットの少
なくとも１つが、前記複数のノードによる競合のために
提供され非臨界メッセージを送信する、手段と、から構
成される、ネットワークによって達成される。前記通信
媒体は、メッセージを送信及び受信する光ファイバ手段
を備えている。前記トランシーバ手段は、好適実施例で
は、前記通信媒体を介してメッセージを送信及び受信す
る双方向フォト・ダイオードを備えている。前記通信媒
体を介してメッセージを送信及び受信する単方向フォト
・ダイオードや、より対線又はパワー・ライン変調など
のそれ以外のトランシーバ技術も用いられ得る。複数の
時間スロットを発生する前記手段は、前記メッセージを
前記通信媒体を介して送信及び受信するために前記ネッ
トワーク・プロトコルを制御する状態マシン（ｓｔａｔ
ｅｍａｃｈｉｎｅ）を備えている。

【００１６】これらの目的は、更に、決定性ネットワー
ク・プロトコルであって、フォールト・トレラントな動
作のために複数の通信媒体の中の少なくとも３つによっ
てそれぞれが相互接続された複数のノードと、前記ノー
ドのそれぞれに含まれ前記複数の通信媒体に接続されて
おりメッセージを送信及び受信するトランシーバ手段
と、前記トランシーバ手段に結合された前記ノードのそ
れぞれにおいて、前記通信媒体への及び前記通信媒体か
らの前記メッセージを処理するプロセッサ手段と、前記
ノードのそれぞれにおいて、前記ノードを同期させるた
めのタイミング・ビーコンを発生及び検出する手段であ
って、前記ノードの中の１つは前記タイミング・ビーコ
ンを発生するように予め割り当てられている、手段と、
前記ノードのそれぞれにおいて前記タイミング・ビーコ
ンの時間周期の間に複数の時間スロットを発生する手段
であって、前記ノードのそれぞれは、前記時間スロット
の中の少なくとも１つにおいて臨界メッセージを送信す
るように予め割り当てられ、前記時間スロットの少なく
とも１つは、前記複数のノードによる競合のために提供
され非臨界メッセージを送信する、手段と、から構成さ
れるネットワークによって達成される。前記通信媒体
は、好適実施例においては、メッセージを送信及び受信
する光ファイバ手段を備えている。前記トランシーバ手
段は、前記通信媒体を介してメッセージを送信及び受信
する前記通信媒体に結合された双方向フォト・ダイオー
ドを備えている。複数の時間スロットを発生する前記手
段は、前記メッセージを前記通信媒体を介して送信及び
受信するためにネットワーク・プロトコルを制御する状
態マシンを備えている。

【００１７】これらの目的は、更に、分散型インテリジ
ェント制御システムを提供する方法であって、少なくと
も１つの双方向データ・バスによって複数のノードを相
互接続するステップと、前記複数のノードのそれぞれに
おけるトランシーバ手段を用いて、メッセージを前記デ
ータ・バスを介して送信及び受信するステップと、前記
トランシーバ手段に結合されたプロセッサ手段を用い
て、前記トランシーバ手段への及び前記トランシーバ手
段からの前記メッセージを処理するステップと、前記ノ
ードの中の所定の１つにおいて、前記トランシーバ手段
のそれぞれにおける制御手段を用い、前記データ・バス
を介して前記ノードの他のもののそれぞれに送信するた
めに、タイミング・ビーコンを発生するステップと、前
記タイミング・ビーコンの時間周期の間に複数の時間ス
ロットを発生するステップであって、前記ノードのそれ
ぞれは、前記時間スロットの中の少なくとも１つにおい
て所定の時間に臨界メッセージを送信するように予め割
り当てられ、前記時間スロットの少なくとも１つは、前
記複数のノードによる競合のために提供され非臨界メッ
セージを送信する、ステップと、を含む方法によって達
成される。

【００１８】

【実施例】図１を参照すると、フォールト・トレラント
で分散知能型（インテリジェント）光制御（＝ｃｏｎｔ
ｒｏｌ−ｂｙ−ｌｉｇｈｔは、登録商標）システム１０
が示されている。このシステム１０は、複数の知能ノー
ド１２、１４、１６、１８、２０を有する通信用の決定
性ネットワーク・プロトコルを含む。これらのノード１
２〜２０は、それぞれが、好適実施例ではシングル・光
ファイバ・リングである１つ又は複数の双方向シリアル
・バス２１、２２、２３に接続されている。図１に示さ
れているノードの数は、単に、このシステムの代表例で
あり、当業者であれば理解するように、特定のシステム
の応用例に応じて多数のノード構成も可能である。シス
テム１０は、フォールト・トレラントな光ファイバ・ネ
ットワークに亘って感知及び制御を行う低コストのフォ
ールト・トレラントな光による制御（登録商標）分散型
知能システムを提供することにより、特に、航空機制御
に有用である。システム１０は、分散型のローカル知能
ノード１２〜２０を用い、感知又は制御情報が変化する
ときには常に冗長シリアル・バス２１、２２、２３を亘
って通過するメッセージによって、物理的パラメータ及
びアクテュエータを感知及び／又は制御する。フォール
ト・トレラントな動作を達成するためには、２、３、
４、又はそれより多くの冗長データ・バスが、重要性
（ｃｒｉｔｉｃａｌｉｔｙ）に依存して用いられ、冗長
度もまた、航空機制御システムにおけるセンサ／アクテ
ュエータ機能などの重要な機能を行うある知能ノードに
おいて、用いられる。シリアル・データ・バスへのノー
ド１２〜２０の結合は、トランシーバ２６_1-N によって
達成され、トランシーバ２６_1-N のそれぞれは、デジタ
ル制御及び通信プロセッサ（ＤＣＣＰ）２８_1-N に接続
されている。トランシーバとＤＣＣＰとの両方を、処理
要素と称する。このシステム１０は、航空機への応用に
おいて、現在、航空機のパイロットが一次的及び二次的
な飛行制御機能を制御し、モニタし、表示するのに用い
ている機械的、液圧的、及び電気的な制御を代替し、現
在の技術に対して、重量、コスト、安全性、及び性能に
関して実質的な利点を与える。このシステム１０は、地
上交通、水面船舶及び潜水艦、宇宙船、公益事業（ユー
ティリティ）、及び産業上のプロセス制御などの、航空
機以外のシステムの制御にも応用可能である。この好適
実施例におけるデータ・バス媒体は光ファイバを用いて
実現されているが、この決定性のネットワーク・プロト
コルは、より対線やパワー・ラインなどの他の媒体にも
応用できる。

【００１９】ノード１２はシンプレックス（一重）制御
ノードを表し、ノード１４はデュアル（二重）制御ノー
ドを表し、ノード１６は以下で説明するフォールト・ト
レラントな知能投票装置（ｖｏｔｅｒ）を含むトリプル
（三重）制御ノードである。ノード１８は、デジタル・
センサ／アクテュエータとインターフェースするフォー
ルト・トレラントでフェール・ファスト（ｆａｉｌ−ｆ
ａｓｔ）の単純なデジタル・ノードであり、ノード２０
は、アナログ・センサ／アクテュエータとインターフェ
ースするフォールト・トレラントでフェール・ファスト
のトリプル・アナログ・ノードである。ノード１８とノ
ード２０とに示されているブロードキャスト・リンク
は、バス２１、２２、２３に類似する双方向のシリアル
・バスである。ブロードキャスト・リンクの好適実施例
は、双方向のフォト・ダイオード６８、７０と、図２の
シングル・ファイバ・アナログ・インターフェース６６
とを、光学的に分離された電気的インターフェースによ
って代替する。これにより、ノードのコストが削減され
るため、１８又は２０のようなノードのために典型的に
用いられるように単一の装置の囲い（エンクロージャ）
の中での使用に適している。システム知能をすべてのノ
ードに分散することによって、ネットワーク通信は減少
し、故障回復のための自律性は強化され、信頼性は向上
する。

【００２０】光制御（コントロール・バイ・ライト＝登
録商標）システム１０の航空機への応用例では、ノード
・コンピュータの間の情報の流れは、制御アルゴリズム
を航空機に亘って分散させることにより最小化される。
通信ネットワークを亘って通過し、航空機の状態、物理
パラメータ、及びパイロットのコマンドに対応するグロ
ーバル・データ・メッセージの組を設計することも可能
になる。個々のノード１２〜２０は、行う機能に応じ
て、メッセージの与えられた組に同意（ｓｕｂｓｃｒｉ
ｂｅ）する。例えば、スラスト（推力）反転反転装置の
制御コンピュータは、航空機が飛行しているかどうか、
エンジンの状態、スラスト・レバーの状態、着陸ギアの
状態、及び、パイロットがスラスト反転装置の展開（ｄ
ｅｐｌｏｙｍｅｎｔ）を命じたかどうかを指示するメッ
セージに同意する。スラスト反転装置制御コンピュータ
は、反転装置システムの状態に対応するデータ・メッセ
ージを公開する。乗員警告コンピュータ又はサブシステ
ムは、次に、スラスト反転装置制御コンピュータによっ
て公開された、及び、ネットワークに亘って分散されて
いる他のコンピュータ及びサブシステムからの状態メッ
セージに同意する。臨界的な制御機能に対しては、メッ
セージは、付勢箇所において行為がなされる前に、受信
され冗長ネットワークに亘って投票されなければならな
い。

【００２１】ＤＣＣＰ２８_1-N などのノード・コンピュ
ータは、アクチュエータ上にローカル・ループ・クロー
ジャ（ｃｌｏｓｕｒｅ）を提供するようにプログラムさ
れ得る。アクチュエータを制御するのに要求されるソフ
トウェアは、アクチュエータに関連させることにより、
そして、ネットワーク・プロトコル上で標準化すること
により、融通性と環境設定可能性（ｃｏｎｆｉｇｕｒａ
ｂｉｌｉｔｙ）とを強化しながら、成分を航空機に亘っ
てインターフェースすることがはるかに容易になる。ソ
フトウェアを分割することは、また、メンテナンス及び
認証（ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）のコストを最小化
するのに役立つ。

【００２２】光制御（登録商標）システム１６は、複数
のメッセージ送信機をサポートする光ファイバ・シリア
ル・データ・バス２１、２２、２３を用いる。バス・ネ
ットワークは、衝突を除去し、同時に、故障の１つの点
も導入しないために、分散型の媒体アクセス技術に依存
する。衝突のないネットワーク・プロトコルの利点は広
く知られており、航空機制御システムやそれ以外の臨界
的な制御システムへの応用では、特に望まれる。

【００２３】トランシーバ２６_1-N とバス２１、２２、
２３とをカバーするバス・ネットワークは、通信を半二
重（ｈａｌｆｄｕｐｌｅｘ）に制限することにより、
シングル・ファイバ上の双方向の通信をサポートする。
これは、処理ノードをシングル・ファイバに相互接続す
るコストを減少させるという明らかな利点を有する。そ
れぞれの光ファイバ・トランシーバ２６は、２つの双方
向の半二重ポートを有する。これにより、処理要素を環
（リング）状に接続することによって大きなネットワー
クを作成することが可能になる。ネットワーク又はリン
グの内部のそれぞれのノードは、双方向性で半二重の点
相互間（ポイント・ツー・ポイント）のファイバ・リン
クによって隣接のノードと接続される。メッセージがネ
ットワークの周囲を伝搬するにつれて、メッセージは各
ノード１２〜２０において再発生される。１つのノード
又はリンクの故障がネットワークを不能にしてしまうこ
とを防止するために、すべてのメッセージは、リングを
亘って両方向に送信され、メッセージを両方向から受信
したノードにおいてリングから除去される。この送信方
法によって、１つのハードウェア故障又はファイバの切
断の際でも、すべてのメッセージがすべての動作ノード
に搬送されることが保証される。

【００２４】光制御（登録商標）システムは、ハードウ
ェア冗長度、ソフトウェア冗長度、時間的（ｔｅｍｐｏ
ｒａｌ）冗長度、及び情報冗長度を含む伝統的なフォー
ルト・トレラント技術の組合せを用いる。飛行臨界機能
が、複数の処理要素から構成されるノードを用いて実現
される。ハードウェア及びソフトウェア投票装置が、コ
マンドの有効性を保証するのに用いられる。複数の独立
データ・バス２１、２２、２３が、データの有効性を保
証するのに用いられる。非同期サンプリング技術が、過
渡的なアップセット又は混乱（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃ
ｅ）の影響を軽減するのに用いられる。ソフトウェア設
計は、ソフトウェアのフォールト・トレランス技術の当
業者には既知である回復ブロックや合理性チェックなど
の技術を含む。

【００２５】ノード１２〜２０におけるＤＣＣＰ２８
_1-N は、複数のソースから電力を供給され、航空機又は
その他のシステムが緊急復帰（ｒｅｖｅｒｓｉｏｎａｒ
ｙ）状態にあるときでも、システム１０が動作すること
を可能にする。内部的には、ＤＣＣＰ２８_1-N は、複数
の電源を用いることにより、１つのハードウェア故障の
後でも、中断のない動作が可能になる。応用例と実現さ
れている機能の臨界性に応じて、複数のアクチュエータ
及びセンサが用いられ得る。

【００２６】光による制御（登録商標）システムは、複
数の処理要素に亘ってのソフトウェアの分割を強制し、
それによって、容易に定義可能な機能を実現する独立の
実行可能なソフトウェアを作成する。すべての独立のル
ーチンは、的確に定義されたインターフェースを介し
て、通信する。ソフトウェアの分割によって、ソフトウ
ェアの徹底的な試験が可能になり、より中心化されたシ
ステムでは達成するのにしばしば困難であり高価なレベ
ルの信頼性が得られる。

【００２７】図２を参照すると、デジタル制御及び通信
プロセッサＤＣＣＰ２８と処理要素を形成するトランシ
ーバ２６とが示されている。ＤＣＣＰ２８は、ノード内
において、ネットワーク及び応用例に特定の処理を提供
し、センサ及び制御デバイスからの入力を処理して、図
１に示すようなネットワークに亘って制御情報を伝搬す
る。ＤＣＣＰ２８は、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロ
セッサと、ネットワーク・プロセッサと、アプリケーシ
ョン・プロセッサとを含む３つのコントローラ５２を有
するＶＳＬＩチップ５０を備え、３つのコントローラ５
２は、すべて、共通のアドレス及びデータ・バス６０上
を、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）５６と非揮
発性のプログラマブル・リード・オンリ・メモリ（ＰＲ
ＯＭ）５８とに、通信する。３つのコントローラ５２
は、トランシーバ２６のシングル・ファイバ・コントロ
ーラ６４とインターフェースするネットワーク通信ポー
ト５４に結合される。トランシーバ２６及び特に決定性
コントローラ７２は、バス・エクステンション６２を介
して、バス６０に接続される。ＲＡＭ５６は、ネットワ
ーク・メッセージとプログラム変数との汎用記憶装置を
提供する。ＰＲＯＭ５８は、３つのコントローラ５２の
ためのプログラム及びコンフィギュレーション・データ
を記憶し、これには、後に説明するが、ネットワーク・
バス２１、２２、２３上に優先又は非優先メッセージを
開始させる媒体アクセス制御システム・ルーチンを含
む。ＶＳＬＩチップ５０の動作は、米国カリフォルニア
州パロアルトのＥｃｈｅｌｏｎ社によって出版されてい
る３１５０チップのためのＮｅｕｒｏｎ（登録済）デー
タ・ブック（１９９５年２月）に記載されている。これ
は、本明細書で援用する。ＶＳＬＩチップ５０は、米国
アリゾナ州フィーニックスのＭｏｔｏｒｏｌａ社によっ
て製造される部品番号ＭＣ１４３１５０によって具体化
される。ネットワーク通信能力を有する他の同様のマイ
クロコントローラを用いて、ＶＳＬＩチップ５０を実現
することもできる。ＲＡＭは、米国カリフォルニア州サ
ンノゼのＣｙｐｒｅｓｓＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
社によって製造される部品番号ＣＹ７Ｃ１９９によって
具体化される。ＰＲＯＭ５８は、米国カリフォルニア州
サンノゼのＡｔｍｅｌ社によって製造され、マサチュー
セッツ州マールボロのＲａｙｔｈｅｏｎ社によってプロ
グラムされた部品番号ＡＴ２９Ｃ２５６によって具体化
される。

【００２８】図１及び図２を参照すると、トランシーバ
２６は、双方向データ・バス２１（及びバス２２、２
３）上で、データを受信及び送信する。光ファイバ・デ
ータ・バス２１からの及び光ファイバ・データ・バス２
１へのデータ・パケットは、好適実施例ではシングル・
ファイバ・アナログ・インターフェース（ＳＦＡＩ）６
６に結合された双方向フォト・ダイオード６８、７０を
介して、又は、別の実施例では、より対線又はそれ以外
の媒体トランシーバを介して、又は、２つの光ファイバ
・ケーブルが必要にはなるが各ノードとデュアル・ファ
イバ・アナログ・インターフェースとの間の２つの光フ
ァイバ・ケーブルを要求する別個の送信フォト・ダイオ
ード及び受信フォト・ダイオード又はレーザ・ダイオー
ドを介して、送られる。単一方向のダイオードはより低
コストである。ＳＦＡＩ６６は、双方向のフォト・ダイ
オード６８、７０からの低レベルのアナログ信号をＣＭ
ＯＳ又はＴＴＬレベルに、及びその逆に、変換する。双
方向ダイオード６８、７０は、ピンポン・モードで機能
することにより、受信機又は送信機のどちらかとして動
作する。フォト・ダイオード６８、７０は、また、単一
方向にも動作し、それにより、受信だけ又は送信だけの
動作にもなる。２つのピンポン・ダイオードにサポート
を提供することにより、異なる通信トポロジ、すなわ
ち、リング又は星状構成に、データ転送が生じることが
可能になる。ＳＦＡＩ６６は、静ネットワーク状態から
パケット検出への迅速なパケット・モード応答を与え、
また、送信から受信モード又は受信から送信モードへの
最小の回転時間を与える。ＳＦＡＩ６６は、受信モード
では、フォト・ダイオード６８、７０の入力をデジタル
信号に変換し、更に、デジタル信号を、送信モードで双
方向のフォト・ダイオード６８、７０によって要求され
る駆動信号に変換する。ＳＦＡＩ６６は、米国マサチュ
ーセッツ州マールボロのＲａｙｔｈｅｏｎ社によって製
造される部品番号Ｇ６４１８４８−１によって具体化さ
れる。双方向フォト・ダイオード６８、７０は、カリフ
ォルニア州サンディエゴのＡＢＢＨａｆｏ社によって
製造されるモデル１Ａ２１２−ＳＭＡ２Ａによって具体
化され、光ファイバ・データ・バス２１、２２、２３
は、コネチカット州エイボンのＳｐｅｃｔｒａｎ社によ
って製造される部品番号ＢＦ０４４９９などの光ファイ
バ・ケーブルによって具体化される。

【００２９】ＳＦＡＩ６６は、決定性コントローラ（Ｄ
Ｃ）７２に接続されるシングル・ファイバ・コントロー
ラ（ＳＦＣ）６４に接続される。ＳＦＣ６４は、ＤＣＣ
Ｐ２８の通信ポート５４とインターフェースし、ＤＣ７
２は、ＤＣＣＰ２８のバス６０、６２とインターフェー
スする。ＳＦＣ６４とＤＣ７２との組合せは、シングル
・ファイバ・コントローラ決定性（ＳＦＣ−Ｄ）７４と
称される。ＳＦＣ−Ｄ７４は、光ファイバ・データ・バ
スを介して、双方的に（半二重）通信する。ＳＦＣ−Ｄ
７４は、ＤＣＣＰ２８の競合（ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ）
型のプロトコルを含む決定性ネットワーク・プロトコル
の動作に対する制御を提供する。トランシーバ２６_1-N
は図１で示されるように環状又はリング状のトポロジで
動作されるので、ＳＦＣ６４は、反再循環（ａｎｔｉ−
ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）タイマを提供して、デー
タ・パケットがすべてのノード１４〜２０においていっ
たん受け取られるとそれらのデータ・パケットをネット
ワークから除去することによって、データ・パケットが
再循環されることを自動的に防止する。ＳＦＣ６４は、
各ノード１４〜２０において、信号の品質を回復して、
非対称のハイからロー及びローからハイへの伝搬遅延の
結果生じるパルス幅歪み補償を提供する。また、ＳＦＣ
６４は、光学的パワー強度の相対的なインプリケーショ
ンを提供するパルス幅歪みの大きさを測定することによ
って、光学的パワーのモニタリングを提供する。ＳＦＣ
６４は、信号をＤＣＣＰ２８に送る又は信号を再送信す
る前に、信号のパルス幅を回復する。

【００３０】図２及び図３を参照すると、図２は、決定
性コントローラ７２がシングル・ファイバ・コントロー
ラ６４に接続され、ＤＣＣＰ２８ともインターフェース
することを示している。ＤＣ７２は、時間スロットと競
合に基づく通信との一意的な組合せによって、保証され
た時間周期におけるネットワーク応答に対する制御を提
供する。決定性ネットワーク・プロトコルの使用によ
り、図１の複数のノード１０〜２０がメッセージ衝突の
可能性なくデータを送信することが可能になる。メッセ
ージ衝突は、ネットワークがこれらのメッセージを簡潔
に束縛され（ｃｏｎｃｉｓｅｌｙｂｏｕｎｄｅｄ）予
想可能な態様で搬送することの失敗を結果として生じる
ので、望ましくない。衝突検出及び／又はメッセージ肯
定応答プロトコルを用いて、メッセージ搬送の失敗を検
出することができるが、これらの方法は、システム応答
時間の保証を提供しない。決定性ネットワーク・プロト
コルによれば、システムの設計者は、メッセージ搬送時
間に簡潔な上限を設定できる。図３は、メッセージ又は
データ・パケット通信のために使用可能な複数の時間ス
ロット８２を示している。この実施例では、マンチェス
タ符号化されたデータ・ストリームが用いられている
が、しかし、当業者であれば理解するように、他のライ
ン・プロトコルを用いることもできる。各スロットは、
継続時間に関して、１２．８マイクロ秒の倍数である
が、この継続時間は、ネットワークの送信仕様に従って
変化し得る。各ノード１２〜２０に対するスロット８２
の定義は、システム設計者によって定義される全体のネ
ットワーク時間ラインと矛盾があってはならない。ノー
ドには、複数の時間スロットが割り当てられる。時間ス
ロット第１から第Ｎは、優先スロット８３₁〜８３_Nであ
って、ここでは競合はネットワーク・ノード１２〜２０
に亘るハードウェアの同期によって回避され、ビーコン
信号を用いた周期的な再同期がおこなわれている。次の
スロットは、非優先スロット８４であり、ここでは、競
合に基づくプロトコルが機能することができる。同期を
与えるためには、同期信号をネットワークに亘って送る
必要がある。各ノード１２〜２０は、同期信号を送信
し、同期信号を検出し、どのノードがこの信号を開始す
ることの担当であるのかの管理を行う。同期信号は、ビ
ーコンと称され、図３の時間スロット８１及び８３で生
じ得る。ビーコンは、それに続くデータ・ストリームと
同じ媒体に亘って移動され、別個のラインを必要としな
い。ビーコンを開始するノードは、ビーコン・マスタと
称される。時間スロット８２は、ビーコンがリング・ネ
ットワーク・バス２１、２２、２３上で検出される時か
ら測定される。結果として、すべてのノード１２〜２０
は厳密に同期がとられ、ただし、例外として、ネットワ
ーク及び発振器の精度の周囲のビーコンの伝搬遅延によ
って生じるスキューがある。保護帯域（ガードバンド）
時間スロット８５によれば、非優先時間スロット８４に
おいて遅延して開始された任意のネットワーク・メッセ
ージに対する時間が完了することが可能になる。保護帯
域スロット８５の後には、ネットワーク・ビーコン８０
の送信のために配分されるビーコン・スロット８６があ
る。ビーコン・スロット８６は潜在的であり、トランシ
ーバ２６の状態マシンによって自動的に付加される。ネ
ットワーク・ビーコンは、１つのノードによって周期的
に送信され、ネットワーク上のすべてのノード１２〜２
０をゆるやかに同期させる。

【００３１】ビーコン・パターンは、以下の要件を満た
すように選ばれる。（ａ）ビーコン・パターンは、判然
としていなければならない。すなわち、ネットワーク・
メッセージの送信の間に生じることのできないパターン
でなければならない。（ｂ）ビーコン・パターンは、デ
ジタル制御及び通信プロセッサ（ＤＣＣＰ）の動作に悪
影響を与えてはならない。（ｃ）ビーコン・パターン
は、ネットワーク・メッセージのために利用可能な時間
を著しく減少させないように比較的短いべきである。こ
の実施例で用いられているマンチェスタ・ライン符号に
対しては、これらの要件を満足するように選択されたビ
ーコン・パターンは、次のように定義される。

【００３２】１．２０００ナノ秒の間、ＴＴＬハイ（Ｌ
ＥＤがオン）。２．４００ナノ秒の間、ＴＴＬロー（ＬＥＤがオフ）。３．４００ナノ秒の間、ＴＴＬハイ（ＬＥＤがオン）。４．４００ナノ秒の間、ＴＴＬロー（ＬＥＤがオフ）。５．４００ナノ秒の間、ＴＴＬハイ（ＬＥＤがオン）。６．４００ナノ秒の間、ＴＴＬロー（ＬＥＤがオフ）。７．２４００ナノ秒の間、ＴＴＬハイ（ＬＥＤがオ
ン）。このパターンは、有効なマンチェスタ符号化されたデー
タ・ストリームに対する標準に違反しており、非有効マ
ンチェスタ・シーケンスと称される。これは、従って、
正常なメッセージ送信と混同されないシーケンスであ
る。このパターンは非有効マンチェスタ・データである
から、ＤＣＣＰ２８は、ビーコンを、メッセージの開始
として解釈せず、無視する。ビーコンの６．４マイクロ
秒の継続時間（毎秒１．２５メガビットのビット・レー
トでこのパターンを確立するのに要求される時間）は、
ネットワーク・メッセージと比較して短く、毎秒１．２
５メガビットのネットワーク上で８ビット周期を表す。
異なるビット・レートのネットワーク上では、それに従
って、これらの時間がスケールされる。

【００３３】次に図４を参照すると、トランシーバ２６
の決定性制御７２の一部のブロック図が示されている。
ビーコン検出器９０が、入力されるネットワーク・デー
タをモニタし、入力データが既に定義されたビーコン・
パターンに一致するとビーコン検出９１信号を発生す
る。ビーコン検出器９０は、当業者には既知である、シ
フト・レジスタとコンパレータとから構成される。ビー
コン検出９１進号は、決定性ネットワーク・プロトコル
の全体の動作を制御する状態マシン９２に印加される。
状態マシン９２は、以下で説明するように機能する。状
態マシンがビーコン要求９３信号を発生するときに、ビ
ーコン発生器９５は、ネットワーク又はバス２１上に、
定義されたビーコン・パターン・データを発生する。ビ
ーコン発生器９５は、当業者には既知の、カウンタと論
理ゲートとから構成されている。決定性制御７２は、ア
プリケーション・オフセット・タイマ９４、ビーコン・
ウォッチドッグ・タイマ９６、スロット・カウンタ９
８、及びビーコンからの時間（ｔｉｍｅｓｉｎｃｅ
ｂｅａｃｏｎ）カウンタ１００から構成される。

【００３４】アプリケーション・オフセット・タイマ９
４は、ビーコンが受信されるたびに状態マシン９２の制
御の下でロードされる１６ビットのダウン・カウンタか
ら構成される。ロードされた値は、ＤＣＣＰインターフ
ェース１０２における１６ビットのアプリケーション・
オフセット時定数レジスタ１１０によって供給される。
このレジスタは、ノード初期化の間に、ＤＣＣＰ２８に
よってロードされる。ＤＣＣＰインターフェース１０２
は、アプリケーション・オフセット・タイマがいつ終了
するかをＤＣＣＰ２８が判断することを可能にする１ビ
ットのアプリケーション・オフセット状態レジスタ１１
２を与える。これは、ＤＣＣＰ２８のアプリケーション
・ソフトウェアと共に用いられ、ビーコン周期当たりメ
ッセージが１回だけ発行されることを保証する。ビーコ
ン周期は、図３に示すように、すべての優先スロット８
３₁〜８３_Nの継続時間と、非優先スロット８４、保護帯
域スロット８５、潜在ビーコン・スロット８１の和であ
る。

【００３５】ビーコン・ウォッチドッグ・タイマは、ビ
ーコン検出器９０によってビーコンが受信されるたびに
状態マシン９２の制御の下にロードされる８ビットのダ
ウン・カウンタである。ロードされる値は、ＤＣＣＰイ
ンターフェース１０２における８ビットのビーコン・ウ
ォッチドッグ時定数レジスタ１１６によって、供給され
る。このレジスタは、ノード初期化の間に、ＤＣＣＰ２
８によってロードされる。ＤＣＣＰ２８インターフェー
ス１０２は、ビーコン・ウォッチドッグ・タイマ９６が
いつ終了するかをＤＣＣＰ２８が判断することを可能に
する１ビットのビーコン・ウォッチドッグ状態レジスタ
１１８を与える。これにより、ＤＣＣＰ２８が、ネット
ワーク上のビーコンの損失を検出することが可能にな
る。ノードと送信周期の保護帯域との間の同期は、ビー
コン・マスタ発生ノードが故障したとしても、複数のビ
ーコン周期に対して、ノードの同期が維持されることを
可能にするのに十分である。この場合には、ＤＣＣＰ２
８におけるソフトウェアは、新たなビーコン・マスタを
選択し、これにより、ビーコン発生の責任が保証され
る。

【００３６】スロット・カウンタ９８は、ビーコンが受
信されるたびに状態マシン９２によってゼロにリセット
される５ビットのアップ・カウンタから構成される。こ
れは、スロットＲＡＭ１０６における３２の位置の中の
１つを選択するのに用いられ、状態マシン９２に命じら
れると、１だけ進む。ビーコンからの時間カウンタ１０
０は、ビーコンが受信されるたびに状態マシン９２によ
ってゼロにリセットされる１６ビットのアップ・カウン
タから構成される。このカウンタ１００は、好適実施例
では、７８Ｋｈｚ（１２．８ｕｓｅｃ）のレートでカウ
ントするが、当業者であれば理解するように、このカウ
ンタ・レートは、用いられるデータ・レートに依存して
変動する。

【００３７】スロットＲＡＭ１０６は、ビーコン周期の
間にネットワーク・スロット８２の配分を定義するのに
用いられる３２ワード×１６ビットのスタティックＲＡ
Ｍから構成される。このＲＡＭは、ノード初期化の間
に、ＤＣＣＰ２８によってロードされる。ほとんどのエ
ントリに対して、最上位ビットは、スロットがこのノー
ドに配分されているかいないかを指示する。下位の１５
ビットは、スロットの終了時間を示し、最下位ビットは
１２．８マイクロ秒を表す。図３に示されるように、非
優先及び保護帯域スロットの終了時間は、スロット終了
時間を表すのに用いられる。スロットＲＡＭへのエント
リは、次の通りである。すなわち、（１）優先スロット
８３₁〜８３_Nの終了時間と所有（ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ）
とを定義する一連の１６ビット・ワード、（２）非優先
スロット８４の開始時間を定義する１つの１６ビットの
値であって、最後の優先スロットの終了時間と等しいは
ずの値、（３）非優先スロットの終了時間を定義する１
つの１６ビットの値、（４）保護帯域スロットの終了時
間を定義する１つの１６ビットの値、である。

【００３８】マルチプレクサ１０４が、それによってＤ
ＣＣＰ２８が初期化の間にスロットＲＡＭ１０６を直接
にアドレス指定する経路を提供する。ＤＣＣＰインター
フェース１０２における決定性モード制御レジスタ１２
０によって、ＤＣＣＰ２８は、決定性モードの中への入
力（エントリ）を命じることが可能になる。決定性モー
ドでない場合には、ＤＣＣＰ２８は、スロットＲＡＭ１
０６へのアクセスを有し、初期化を実行する。

【００３９】比較１０８機能は、スロットＲＡＭ１０６
からのスロット終了時間がいつ最後のビーコンからの時
間に一致するかを検出し指示する１６ビットのコンパレ
ータ・プラス・ゲート論理から構成される。上述のよう
に、これは、現在のスロットのタイプによって、１５又
は１６ビットのどちらかの比較である。

【００４０】ＤＣＣＰインターフェース１０２は、ＤＣ
ＣＰ２８に、決定性コントローラ７２の機能要素へのア
クセスを提供する。これは、アドレス復号化と、ＤＣＣ
Ｐ２８がレジスタを読み出し及び書き込むことを可能に
して決定性ネットワーク・プロトコルを制御及びモニタ
するデータ経路論理とを含む。これは、アプリケーショ
ン・オフセット・タイマ９４とビーコン・ウォッチドッ
グ・タイマ９６とを読み出し及び書き込む能力と、決定
性モードの中への入力（エントリ）を命じる能力と、
（決定性モードでない場合に）スロットＲＡＭ１０４を
読みだし及び書き込む能力と、タイマがいつ終了したか
及び現在のスロット・タイプは何かを指示する状態レジ
スタを読み出す能力と、を含む。

【００４１】各ノード１２〜２０に位置する決定性制御
７２は、ＤＣＣＰ２８において動作するアプリケーショ
ン符号によって初期化される。この符号は、アプリケー
ション・オフセット・タイマ９４とビーコン・ウォッチ
ドッグ・タイマ９６との間隔を定義するレジスタの中に
書き込む。動作モードと、ノードがビーコン・マスタで
あるかビーコン・スレーブであるかなどの項目とが、ま
た、このときに、書き込まれる。これは、次に、一連の
値を、ネットワーク・スロット８２の配分を定義するス
ロットＲＡＭ１０４の中に書き込む。いったん初期化が
終了すると、ＤＣＣＰ２８は、決定性動作モードのなか
への入力を命じる。決定性動作モードの間には、ＤＣＣ
Ｐインターフェース１０２は、もはや、スロットＲＡＭ
１０６を修正することはできない。シングル・ファイバ
・コントローラ６４と決定性コントローラ７２とは、米
国マサチューセッツ州マールボロのＲａｙｔｈｅｏｎ社
によって製造される部品番号Ｇ６４９８０６−１であ
る、シングル・ファイバ制御決定性７４と称される１つ
のチップによって具体化される。

【００４２】次に図４及び図５を参照すると、図５は、
図４の状態マシン９２の流れ図を示しており、それぞれ
の状態は、１６進数によって識別されている。状態マシ
ン９２は、決定性ネットワーク・プロトコルの動作を制
御する。決定性モードに入ると、状態マシン９２は、状
態０又はエントリ状態に入る。ビーコン・マスタは、状
態Ｄに移動して、そのビーコン発生器９５にビーコン要
求を発行し、次に、状態６に進む。他のすべてのノード
（ビーコン・スレーブ）は、状態０から直接に状態６に
移る。状態６では、すべてのノードが、ビーコン検出指
示を待機する。ビーコン・マスタが初期化に失敗したと
きには、ソフトウェアが処理を行い、バックアップ・ビ
ーコン・マスタがオンしてビーコンを発行する。ビーコ
ン検出は、以下の効果を生じる。すなわち、ａ）状態マ
シン９２は状態７に強制される（第１のスロットに入
る）、ｂ）スロット・カウンタ９８はクリアされる、
ｃ）ビーコンからの時間カウンタ１００はクリアされ、
カウント・アップを開始する、ｄ）アプリケーション・
オフセット・タイマ９４には、その最大間隔がロードさ
れ、カウント・ダウンを開始する、ｅ）ビーコン・ウォ
ッチドッグ・タイマ９６には、その最大間隔がロードさ
れ、カウント・ダウンを開始する。

【００４３】状態７からは、状態マシン９２は、次の
（第１の）スロットがこのノードに配分されている場合
には、状態９（イネーブルされた優先スロット）に進
み、このノードに配分されていない場合には、状態Ａ
（イネーブルされていない（ロックされた）優先スロッ
ト）に進む。状態９及びＡでは、スロット・タイプは、
「同期スロット」又は「同期ロック」を適切に指示する
ように設定される。状態マシン９２は、次に、状態２
（時間遅延）に進む。

【００４４】状態２では、状態マシン９２は、この実施
例では、１２．８マイクロ秒の間隔が終了するのを待機
する。この間隔が終了するたびに、状態マシン９２は、
状態３（スロット終了チェック）に進み、そこで、最後
のビーコンからの時間と現在のスロットの終了時間とを
比較する。これら２つが一致しない場合には、状態マシ
ン９２は状態２に戻り、再度１２．８マイクロ秒を待機
する。２つが一致する場合には、現在のスロットは終了
する。

【００４５】状態３からは、状態マシン９２は、以下の
経路の中の１つをたどる。

【００４６】ａ）終了したスロットが優先スロットであ
り次のスロットもまた優先スロットである場合には、状
態マシン９２は、状態４（保護帯域チェック）を通過
し、状態５（次のスロットの設定であり、スロット・カ
ウンタが増加される）に至り、更に、状態Ｂ（非優先チ
ェック）に至る。新たなスロットＲＡＭ１０６が前の位
置とは異なる時間の値を含むので、状態マシン９２は、
状態Ｆ（新たなスロットに入る）に移動する。状態Ｆ
は、状態７に類似している。状態Ｆからは、状態マシン
９２は、スロットの所有に基づいて、状態９又はＡに移
動し、以上のプロセスが反復される。

【００４７】ｂ）終了したスロットが優先スロットであ
り次のスロットが非優先スロットである場合には、状態
マシン９２は、状態４を通過し、状態５（スロット・カ
ウンタが増加される）に至り、更に、状態Ｂに至る。新
たなスロットＲＡＭ１０６が前の位置と同じ時間の値を
含むので、状態マシン９２は、状態Ｃ（非優先スロット
に入る）に移動する。状態Ｃでは、スロット・タイプ
は、「同期オープン」を指示するように設定される。状
態マシン９２は、次に、状態２に移動し、非優先スロッ
トの終了を待機し始める。

【００４８】ｃ）終了したスロットが非優先スロットで
ある場合には、状態マシン９２は、状態４を通過し、状
態５（スロット・カウンタが増加される）に至り、更
に、状態Ｅ（保護スロットに入る）に至る。状態Ｅで
は、フラグが、保護帯域に入ったことを示すように設定
され、スロット・タイプが、「同期ロック」を示すよう
に設定される。状態マシン９２は、次に、状態２に移動
し、保護帯域の終了を待機し始める。

【００４９】ｄ）終了したスロットが保護帯域である場
合には、状態マシン９２は、状態４を通過して状態１
（ビーコン・スロット遅延）に至る。状態１では、状態
マシン９２は、固定された量の時間を待機する。この時
間は、スレーブ・ノードに対しては、１２．８マイクロ
秒であり、又は、ビーコン・スロットの全体の長さであ
る。スレーブ・ノードは、次に、ビーコンが予測された
ように到着すると仮定すると、状態８（ビーコン・ノー
ド・チェック）を通過して、状態７に至る。ビーコンが
早く又は遅れて到着した場合には、状態マシン９２は、
状態７に強制的に移動されて、再び同期がとられる。マ
スタは、状態１において、約６．４マイクロ秒待機し、
次に、状態８及びＤを通過して、状態６に至り、そこで
ビーコンを待機する。これによって、マスタがビーコン
を発生するのに６．４マイクロ秒必要とするという事実
が説明される。ビーコンが発生されすべてのノードによ
って見られた場合には、すべては、ビーコン検出の時に
再び同期がとられ、状態７に至る。ビーコンを何らかの
理由で逃す任意のノードは、それ自体を同期させること
を試み、発振器の精度の差異だけ誤っているはずであ
る。このようにして、すべてのノードは、ほとんど同じ
時に状態７に入る。

【００５０】上述した状態マシン９２において説明した
ように、決定性コントローラ７２は、ＤＣＣＰインター
フェース１０２に位置する３ビットの制御レジスタを介
して、ＤＣＣＰ２８にとって利用可能になるスロット・
タイプを提供する。このレジスタは、同期状態レジスタ
１１４と称されるが、メッセージが図３に示されるよう
に適切な時間スロットにおいてのみ送信されることを保
証するのに用いられる。以下のように、４つのスロット
・タイプを定義するのに、２ビットが用いられる。

【００５１】同期スロット：特定のノードに配分される
決定性スロットであり、１つの優先メッセージが送信さ
れ得る。

【００５２】同期ロック：１又は複数の特定のノードに
は配分されない決定性スロットであり、送信は禁止され
る。また、保護帯域の間に、すべての送信を回避するの
に用いられる。

【００５３】同期オープン：この状態は、非優先スロッ
ト時間の間であり、すべての利用可能な非優先メッセー
ジが送信され得る。

【００５４】正常（ノーマル）：ネットワークは、非決
定性モードで動作している。

【００５５】第３のビットにより、ＤＣＣＰ２８が、同
じタイプの連続するスロットを検出することが可能にな
る。その理由は、後で述べる。

【００５６】決定性ネットワーク・プロトコルを用いる
ことにより、システム設計者が、１つのビーコン周期の
間に各ノードによる固定された（又は、少なくとも、限
界を有する）数のメッセージ送信と、１つのビーコン周
期において要求される処理のための最大の実行時間とを
定義することが保証される。それぞれのノードには、最
大の送信負荷を満たす十分な時間スロットが与えられ
る。アプリケーション符号は、ＤＣＣＰ２８のアプリケ
ーション制御プロセッサに対して書き込まれ、この限界
が超えられないことを保証し、アプリケーション・オフ
セット・タイマ９４がこの目的のために提供される。こ
のタイマには、ビーコンの受信の際に（又は、ビーコン
が予測され受信されないときに）時定数がロードされ、
ゼロまでカウントダウンされる。ＤＣＣＰインターフェ
ース１０２は、アプリケーション・オフセット・タイマ
９４がいつ終了したかをアプリケーション符号が判断で
きるレジスタ１１２を提供する。好適な構成は、アプリ
ケーション・オフセット・タイマ９４を最大処理時間よ
り長くビーコン周期より短い値に設定することである。
１周期の間に要求される処理を終了した後で、アプリケ
ーション符号は、アプリケーション・オフセット状態レ
ジスタ１１２をポール（ｐｏｌｌ）し、タイマ９４が終
了するのを待機する。アプリケーション・オフセット・
タイマ９４がいったん終了すると、アプリケーション符
号は、次のビーコン周期の間に送信することを望むネッ
トワーク変数を更新する。ネットワーク変数は、更新す
る行為により、ＤＣＣＰ２８のネットワーク・プロセッ
サが作用するアプリケーション・バッファの中に、置か
れる。ネットワーク・プロセッサは、これらのネットワ
ーク変数をネットワーク上で送信する責任を負う。アプ
リケーション・オフセット・タイマ９４の状態は、この
行為がビーコン周期に１度だけ生じることを確実にする
ために、クリアされる。アプリケーション符号がそのメ
ッセージの限度を知っていることを保証し、既知の数の
メッセージをビーコン周期当たり１度だけ生じさせるこ
とにより、ＤＣＣＰ２８のアプリケーション・プロセッ
サが、結果的にＤＣＣＰ２８のアプリケーション・バッ
ファを溢れさせることになるようなあまりに多くのメッ
セージを生じることが防止される。

【００５７】アプリケーション符号は、ノードに配分さ
れている優先スロット８３₁〜８３_Nの内部か、又は、優
先スロットに続く非優先の競合に基づくスロット８４
か、のどちらかに、メッセージを送り得る。優先メッセ
ージとして定義されたネットワーク・メッセージは、優
先スロットの間に送られ、他方で、他のものは、非優先
スロットの間に送られる。

【００５８】ビーコン・ウォッチドッグ・タイマ９６
は、ネットワークを同期させるビーコンの損失を検出す
るために提供される。このタイマには、ビーコンの受信
の際に時定数がロードされ、ゼロまでカウントダウンす
る。ＤＣＣＰインターフェース１０２は、ビーコン・ウ
ォッチドッグ・タイマ９６がいつ終了したかをアプリケ
ーション符号が判断できるレジスタ１１２を提供する。
ビーコンが予想した通りに到着し続けるならば、このタ
イマは、連続的に再びロードされ、決して終了しない。
好適な構成は、ビーコン・ウォッチドッグ・タイマ９６
を１つのビーコン周期よりも著しく大きな値に設定する
ことである。ノードは、ビーコンが不存在の場合には同
期を維持しようとするので、いくつかの数の失われたビ
ーコンは治癒され得る。システム設計者は、治癒され得
る連続して失われたビーコンの数を定義する責任を負
う。この限度が基づいているファクタのいくつかは、次
の通りである。すなわち、（１）ノード上のクロック源
の精度、（２）システム設計者が同期ドリフトに対する
各スロットの間に提供することを望む時間の長さ、
（３）適切に送信されたビーコンがすべてのノードによ
っては受信されない（システム環境などのファクタに起
因して）蓋然性、（４）システム設計者が、新たなビー
コン・マスタを選択することによりビーコン・マスタ・
ノードの故障を検出し訂正する速度、などである。

【００５９】好適な実施例では、アプリケーション符号
は、アプリケーション・オフセット・タイマ９４が終了
するときには常に、ビーコン・ウォッチドッグ・タイマ
の状態をチェックし、必要であれば、新たなビーコン・
マスタを選択する訂正の行為を開始する。ビーコン・ウ
ォッチドッグ・タイマ９６が終了する場合には、新たな
ビーコン・マスタの選択はソフトウェアによって達成さ
れる。ビーコン・マスタが選択されることが、重要であ
る。選択の方法は、重要ではない。

【００６０】次に、図６を参照すると、優先又は非優先
メッセージを開始する媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ソフ
トウェア・ルーチン１３０の流れ図が示されている。こ
のＭＡＣルーチンは、図２に示されているＤＣＣＰ２８
のＰＲＯＭ５８の中に位置する。ＭＡＣは、優先メッセ
ージ１３２又は非優先メッセージ１３３に対するメッセ
ージ・キューをチェックすることにより、開始する１３
１。メッセージが送信のために使用可能であれば、ＭＡ
Ｃは、同期状態レジスタ１３４、１３７を検査し、使用
可能なメッセージの送信が許容される１３５、１３８こ
とを確認する。送信が許容されれば、メッセージは送ら
れる１３６、１３９。許容されなければ、ＭＡＣは、他
方のキューをチェックし、このキューに後で戻る。シス
テム設計者が連続的な優先スロットを同じノードに割り
当てることを可能にするためには、スロット・カウンタ
９８の最下位ビットもまた、同期状態レジスタ１１４に
おいて可読であり、ＭＡＣが同じノード配分を有する新
たなスロットを検出することを許容する。ＭＡＣは同期
状態レジスタ１１４をポールするので、可変の遅延がス
ロット時間の最初とメッセージ送信の開始時とから生じ
る。優先スロットの長さは、メッセージの長さとこの遅
延の許容との両方に対応するように設定される。

【００６１】メッセージは、非優先スロットの間の任意
の時間に、ネットワーク・バス２１、２２、２３上を送
信され得る。図３に示された保護帯域８５は、ビーコン
周期の間に提供されて、非優先スロット８４の最終点に
おいて開始されたメッセージがビーコン時間スロット８
６の開始よりも前に終了することを保証する。保護帯域
スロットの長さは、システムにおける最も大きな非優先
メッセージに対応しなければならない。

【００６２】再び図１を参照すると、ノード１６は、Ｄ
ＣＣＰ２８／トランシーバ２６要素の３つのシンプレッ
クス・ノードから構成され、各トランシーバ２６は、デ
ータ・バス２１、２２、２３の中の１つに結合される。
特に、トランシーバ２６_２はデータ・バス２１に結合さ
れ、トランシーバ２６_３はデータ・バス２２に結合さ
れ、トランシーバ２６_４はデータ・バス２３に結合され
ている。３つのＤＣＣＰ２８₂、２８₃、２８₄ からの出
力のそれぞれは、３つの知能投票装置３１、３２、３３
の中の１つに印加される。投票装置３１〜３３のそれぞ
れは、投票装置ノード３１〜３３への３つの入力の中の
２つが一致する場合には付勢信号を発生する。それぞれ
の投票装置ノード３１〜３３からの付勢信号は、デバイ
ス３４₁、３４₂、３４₃を制御するのに用いられ、デバ
イスのそれぞれは、好適な応用例では、付勢されるべき
電気的に制御された液圧弁から成る。

【００６３】次に図１及び図７を参照すると、投票装置
スイッチング回路１４０の回路図が、図７に示されてお
り、２つの部分であるノードＡ、ノードＢ、及びノード
Ｃが含まれている。回路ボードの通例として、各回路ボ
ードは、トランシーバ２６と、ＤＣＣＰ２８と、各投票
装置部分１４２、１４４、１４６の中の１つを含む。投
票装置スイッチング回路１４０は、第１の回路ボードか
ら部分１４２を、第２の回路ボードから部分１４４を、
第３の回路ボードから部分１４６を取ることにより構成
されている。３つの独立の投票装置スイッチング回路１
４０は、３つの回路ボードから構成され得る。３つのＤ
ＣＣＰ２８₂、２８₃、２８₄の中の任意の２つは、投票
装置スイッチング回路１４０が電圧（Ｖ）をソレノイド
１５４に転送するためには、一致しなければならない。
投票装置スイッチング回路１４０は、４つの光学的に分
離されたリレー１４８〜１５１と図７に示されているよ
うなブリッジ・ダイオード１５２とを用いて実現されて
いる。ダイオード１４７、１５３は、誘導性負荷のター
ンオフ過渡現象に対する電流経路を提供し、ソレノイド
１５４における電圧が電源電圧をスパイクしないことを
保証する。３つのノード１４２、１４４、１４６の中の
任意の２つがその光学的に分離されたリレー１４８〜１
５１を閉じる場合には、電圧（Ｖ）とソレノイド１５４
との間の接続がなされる。ブリッジ・ダイオード１５２
は、リレー１４８、１５１が閉じるときには、電圧
（Ｖ）がソレノイド１５４に至るための接続経路を提供
する。ブリッジ・ダイオード１５２は、単一のＤＣＣＰ
２８によって制御されるリレー１４９、１５０が閉じる
ときには、接続経路が完成することを防止する。

【００６４】３つのノードＡ１４２、ノードＢ１４６、
ノードＣ１４４の間のすべての接続は、光学的に分離さ
れたデバイスを用いてなされる。提供されている分離
は、それぞれのＤＣＣＰ２８₂、２８₃、２８₄を、リレ
ーによってスイッチングされる電圧（Ｖ）における故障
から保護し、複数のＤＣＣＰを相互から保護する。この
ようにして、ＤＣＣＰの外部の故障は、この投票装置を
損傷しそれを動作不能にするものであっても、ＤＣＣＰ
を損傷することはなく、ＤＣＣＰが他の機能を行うこと
を防止する。分離によれば、更に、この投票装置スイッ
チング回路１４０が、「ハイ・サイド」又は「ロー・サ
イド」のどちらかのスイッチとして用いられることを可
能にする。これ以外の考慮によって要求される場合に
は、投票装置スイッチング回路１４０は、電圧（Ｖ）と
ソレノイドとの間か、又は、ソレノイドとグランドとの
間かのどちらかに配置することができる。光学的に分離
されたリレー１４８〜１５１は、米国カリフォルニア州
エル・セグンドのインターナショナル・レクティファイ
ア社によって製造される部品番号ＰＶＤＺ１７２によっ
て具体化される。

【００６５】次に図７及び図８を参照すると、投票機能
を与える光学的に分離されたリレー１４８〜１５１とブ
リッジ・ダイオード１５２とに加えて、分散型の投票装
置スイッチング回路１４０は、性能モニタリングとビル
トインされた試験のための機能を含む。これは、ソリッ
ドステートな光学的に分離されたリレー１４８〜１５１
の両端の電圧をモニタする光学的に分離された受信機１
５６₁〜１５６₆によって提供される。これらは、図７に
示されているように、配列される。光学的に分離された
受信機１５６_１は、光学的に分離されたリレーＡ１４８
の端子１６０、１６１に亘って接続されている。光学的
に分離された受信機１５６_２は、光学的に分離されたリ
レーＣ１５１の端子１６８、１６９に亘って接続されて
いる。光学的に分離された受信機１５６_３は、光学的に
分離されたリレーＢ１１４９の端子１６６、１６７に亘
って接続されている。光学的に分離された受信機１５６
_４は、光学的に分離されたリレーＢ２１５０の端子１６
２、１６３に亘って接続されている。光学的に分離され
た受信機１５６_５は、光学的に分離されたリレーＣ１５
１の端子１６８、１６９に亘って接続されている。光学
的に分離された受信機１５６_６は、電源電圧（Ｖ）と、
光学的に分離されたリレーＢ２の端子１６２とダイオー
ド１５２の端子１６４と光学的に分離されたリレーＡ１
４８の端子１６１との接合点と、に接続されている。こ
れらの受信機は、ソレノイド１５４を付勢するにはかな
りの量の電流が要求されるという事実を利用している。
光学的に分離された受信機１５６₁〜１５６₆によって要
求される（数ミリアンペアのオーダーの）少量の電流
は、システムに影響することなく、ソレノイドを通過し
得る。それぞれの光学的に分離された受信機１５６₁〜
１５６₆の回路図は、図８に示されている。抵抗１５７
とダイオード１５８との値は、受信機を流れる漏れ電流
が受信機を付勢するには十分ではないように選択されて
いる。受信機１５６_１〜１５６_６は、閉じたリレー１４
８〜１５１が電流経路の一部を提供する場合にだけ付勢
され得る。

【００６６】光学的に分離されたリレー１４８〜１５１
の最も通常の故障モードは、短絡回路状態に至ることで
ある。光学的に分離された受信機１５６₁〜１５６₆は、
ＤＣＣＰ２８₂、２８₃、２８₄の中の１つによって制御
されるリレーの閉鎖が、受信機１５６₁〜１５６₆をモニ
タするビルトイン型の試験ソフトウェアを用いて、残り
の２つのＤＣＣＰのそれぞれによって検出され得る。受
信機１５６₁〜１５６₆は、また、図１の知能ノード２０
のようなすべての３つのＤＣＣＰ２８₂、２８₃、２８₄
へのアクセスを有する任意のＤＣＣＰ２８によって調整
されたリレーの試験を行うのに使用され得る。この試験
は、オフライン、又は、システムの要求によってオンラ
インの背景診断試験として許容される場合に、実行され
得る。

【００６７】次に掲げる表は、投票装置スイッチング回
路１４０における潜在的な故障のそれぞれが、提供され
た光学的に分離された受信機１５６₁〜１５６₆の機能を
モニタすることによってどのように検出されるかを示し
ている。任意の時間に試験可能であるこれらの項目は、
すべてのリレーが開いていると予測されるときに、モニ
タリング・ポイントをチェックすることによって試験さ
れ得る。ビルトイン型の自己試験ＢＩＳＴの間に試験可
能なこれらの項目は、いくつかのリレーを閉じて、３つ
すべてのスレッド１４２、１４４、１４６に関係する調
整された活動として投票装置スイッチング回路１４０を
モニタすることが安全であるときにだけ、試験され得
る。これは、飛行前の自己試験／診断の一部として、又
は、メンテナンス・モードにおいて、実行されることが
期待される。

【００６８】

【表１】

【００６９】以上で、好適実施例の説明を終わる。しか
し、本発明概念の精神と範囲とから離れずに、多くの修
正や改変が、当業者には明らかであろう。従って、本発
明の範囲は、冒頭の特許請求の範囲によってのみ画定さ
れるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いたフォールト・トレラントな分散
型の光による制御（登録商標）システムのブロック図で
ある。

【図２】図１に示されたデジタル制御及び通信プロセッ
サに結合されたトランシーバのブロック図である。

【図３】ビーコン信号周期の間の決定性プロトコルの時
間スロット配列の図解である。

【図４】図２に示されたトランシーバの決定性制御部分
の詳細なブロック図である。

【図５】図３に示された状態マシンのブロック図であ
る。

【図６】図２におけるＤＣＣＰのＰＲＯＭにおいて具体
化された媒体アクセス・アルゴリズムの流れ図である。

【図７】図１の投票装置ノードにおいて用いられた投票
装置スイッチング回路の回路図である。

【図８】図７に示された光学的に分離された受信機の回
路図である。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年８月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの双方向データ・バスに
よって相互接続された複数のノードを備えた分散知能制
御システムであって、前記ノードのそれぞれは、前記データ・バスを介してメ
ッセージを送信及び受信するトランシーバ手段を備え、前記ノードのそれぞれは、前記トランシーバ手段に結合
されており前記トランシーバ手段への及び前記トランシ
ーバ手段からの前記メッセージを処理するプロセッサ手
段を備えている、分散知能制御システムと、前記トランシーバ手段のそれぞれに含まれており、タイ
ミング・ビーコンを、前記ノードの中の所定の１つにお
いて、前記データ・バスを介して前記ノードの他のもの
の中の１つへの送信のために発生する、制御手段であっ
て、前記制御手段は、前記タイミング・ビーコンの時間周期
内に、複数の時間スロットを発生する手段を備えてお
り、前記ノードのそれぞれは、前記時間スロットの少な
くとも１つに予め割り当てられ、所定の時間に重大メッ
セージを送信し、前記時間スロットの少なくとも１つ
が、前記複数のノードによる競合のために提供され非重
大メッセージを送信する、制御手段と、の組合せ。
【請求項２】請求項１記載の組合せにおいて、前記分
散知能制御システムは、フォールト・トレラントな動作
のために、前記双方向データ・バスを２又はそれより多
く備えている、組合せ。
【請求項３】請求項１記載の組合せにおいて、前記双
方向データ・バスは、光ファイバ手段（好適実施例）又
は送信媒体を提供するそれ以外のトランシーバ手段を備
えている、組合せ。
【請求項４】請求項１記載の組合せにおいて、前記ト
ランシーバ手段は、前記データ・バスを介してメッセー
ジを送信及び受信する双方向フォト・ダイオードを備え
ている、組合せ。
【請求項５】請求項１記載の組合せにおいて、前記タ
イミング・ビーコンは、前記制御手段によってだけ認識
され前記プロセッサ手段にトランスペアレントであり有
効なデータ・パターンとして認識されないパルス・パタ
ーンを備えている、組合せ。
【請求項６】請求項１記載の組合せにおいて、前記時
間スロット発生手段は、前記複数のノードのそれぞれに
対するノード時間スロット割当てと、前記時間スロット
のそれぞれに対する継続時間とを記憶するメモリ手段を
備えている、組合せ。
【請求項７】請求項１記載の組合せにおいて、前記制
御手段は、前記メッセージを前記データ・バスを介して
送信及び受信するために前記データ・バスを制御する状
態マシンを備えている、組合せ。
【請求項８】複数のノードを有するネットワークにお
いて、前記ノードのそれぞれは少なくとも１つの通信媒
体によって相互接続されており、ネットワーク・プロト
コルは、前記通信媒体に結合された前記ノードのそれぞれにおい
てメッセージを送信及び受信するトランシーバ手段と、前記ノードのそれぞれにおける前記トランシーバ手段の
それぞれに結合されており前記通信媒体への及び前記通
信媒体からの前記メッセージを処理するプロセッサ手段
と、前記ノードのそれぞれにおいて前記ノードを同期させる
ためのタイミング・ビーコンを発生及び検出する手段で
あって、前記ノードの中の１つは前記タイミング・ビー
コンを発生するように予め割り当てられている、手段
と、前記ノードのそれぞれにおいて前記タイミング・ビーコ
ンの時間周期の間に複数の時間スロットを発生する手段
であって、前記ノードのそれぞれには重大メッセージを
送信するために前記時間スロットの少なくとも１つが予
め割り当てられており、前記時間スロットの少なくとも
１つが、前記複数のノードによる競合のために提供され
非臨界メッセージを送信する、手段と、から構成される、ネットワーク。
【請求項９】請求項８記載のネットワークにおいて、
前記通信媒体は、メッセージを送信及び受信する光ファ
イバ手段を備えている、ネットワーク。
【請求項１０】請求項８記載のネットワークにおい
て、前記トランシーバ手段は、前記通信媒体を介してメ
ッセージを送信及び受信する双方向フォト・ダイオード
を備えている、ネットワーク。
【請求項１１】請求項８記載のネットワークにおい
て、前記トランシーバ手段は、前記通信媒体を介してメ
ッセージを送信及び受信する単方向フォト・ダイオード
を備えている、ネットワーク。
【請求項１２】請求項８記載のネットワークにおい
て、前記タイミング・ビーコンは、前記ノードによって
だけ認識され前記プロセッサ手段にトランスペアレント
であり有効なデータ・パターンとしては認識されないパ
ルス・パターンを備えている、ネットワーク。
【請求項１３】請求項８記載のネットワークにおい
て、前記時間スロット発生手段は、前記複数のノードの
それぞれに対して、ノード時間スロット割当てと、前記
時間スロットのそれぞれの継続時間とを記憶するメモリ
手段を備えている、ネットワーク。
【請求項１４】請求項８記載のネットワークにおい
て、複数の時間スロットを発生する前記手段は、前記メ
ッセージを前記通信媒体を介して送信及び受信するため
に前記ネットワーク・プロトコルを制御する状態マシン
を備えている、ネットワーク。
【請求項１５】決定性ネットワーク・プロトコルであ
って、フォールト・トレラントな動作のために複数の通信媒体
の中の少なくとも２つによってそれぞれが相互接続され
た複数のノードと、前記ノードのそれぞれに含まれ前記複数の通信媒体に接
続されており、メッセージを送信及び受信するトランシ
ーバ手段と、前記トランシーバ手段に結合された前記ノードのそれぞ
れにおいて、前記通信媒体への及び前記通信媒体からの
前記メッセージを処理するプロセッサ手段と、前記ノードのそれぞれにおいて、前記ノードを同期させ
るためのタイミング・ビーコンを発生及び検出する手段
であって、前記ノードの中の１つは前記タイミング・ビ
ーコンを発生するように予め割り当てられており、前記
タイミング・ビーコンは、前記ノードによってだけ認識
され前記プロセッサ手段にトランスペアレントであり有
効なデータ・パターンとして認識されないパルス・パタ
ーンを有する、手段と、前記ノードのそれぞれにおいて前記タイミング・ビーコ
ンの時間周期の間に複数の時間スロットを発生する手段
であって、前記ノードのそれぞれは、前記時間スロット
の中の少なくとも１つにおいて重大メッセージを送信す
るように予め割り当てられ、前記時間スロットの少なく
とも１つは、前記複数のノードによる競合のために提供
され非重大メッセージを送信する、手段と、から構成される、ネットワーク。
【請求項１６】請求項１５記載のネットワークにお
いて、前記通信媒体は、メッセージを送信及び受信する
光ファイバ手段を備えている、ネットワーク。
【請求項１７】請求項１５記載のネットワークにおい
て、前記トランシーバ手段は、前記通信媒体を介してメ
ッセージを送信及び受信する前記通信媒体に結合された
双方向フォト・ダイオードを備えている、ネットワー
ク。
【請求項１８】請求項１５記載のネットワークにおい
て、前記トランシーバ手段は、前記通信媒体を介してメ
ッセージを送信及び受信する前記通信媒体に結合された
単方向フォト・ダイオードを備えている、ネットワー
ク。
【請求項１９】請求項１５記載のネットワークにおい
て、前記時間スロット発生手段は、前記複数のノードの
それぞれに対して、ノード時間スロット割当てと、前記
時間スロットのそれぞれの継続時間とを記憶するメモリ
手段を備えている、ネットワーク。
【請求項２０】請求項１５記載のネットワークにおい
て、複数の時間スロットを発生する前記手段は、前記メ
ッセージを前記通信媒体を介して送信及び受信するため
にネットワーク・プロトコルを制御する状態マシンを備
えている、ネットワーク。
【請求項２１】分散知能制御システムを提供する方法
であって、少なくとも１つの双方向データ・バスによって複数のノ
ードを相互接続するステップと、前記複数のノードのそれぞれにおけるトランシーバ手段
を用いて、メッセージを前記データ・バスを介して送信
及び受信するステップと、前記トランシーバ手段に結合されたプロセッサ手段を用
いて、前記トランシーバ手段への及び前記トランシーバ
手段からの前記メッセージを処理するステップと、前記ノードの中の所定の１つにおいて、前記トランシー
バ手段のそれぞれにおける制御手段を用い、前記データ
・バスを介して前記ノードの他のもののそれぞれに送信
するために、タイミング・ビーコンを発生するステップ
と、前記タイミング・ビーコンの時間周期の間に複数の時間
スロットを発生するステップであって、前記ノードのそ
れぞれは、前記時間スロットの中の少なくとも１つにお
いて所定の時間に重大メッセージを送信するように予め
割り当てられ、前記時間スロットの少なくとも１つは、
前記複数のノードによる競合のために提供され非重大メ
ッセージを送信する、ステップと、を含む、方法。
【請求項２２】請求項２１記載の方法において、複数
のノードを相互接続する前記ステップは、フォールト・
トレラントな動作のために２、３又はそれより多くの双
方向データ・バスを提供するステップを含む、方法。
【請求項２３】請求項２１記載の方法において、少な
くとも１つの双方向データ・バスによって前記複数のノ
ードを相互接続する前記ステップは、前記データ・バス
送信媒体のために光ファイバ・ケーブルを提供するステ
ップを含む、方法。
【請求項２４】請求項２１記載の方法において、前記
データ・バスを介してメッセージを送信及び受信する前
記ステップは、前記トランシーバ手段が前記データ・バ
スに結合するために双方向フォト・ダイオードを提供す
るステップを含む、方法。
【請求項２５】請求項２１記載の方法において、タイ
ミング・ビーコンを発生する前記ステップは、前記制御
手段によってだけ認識され前記プロセッサ手段にトラン
スペアレントであり有効なデータ・パターンとして認識
されないパルス・パターンを提供するステップを含む、
方法。
【請求項２６】請求項２１記載の方法において、複数
の時間スロットを発生する前記ステップは、前記データ
・バスを介して前記メッセージを送信及び受信する際に
前記データ・バスを制御する状態マシンを提供するステ
ップを含む、方法。
【請求項２７】それぞれが少なくとも１つの通信媒体
によって相互接続された複数のノードを有するネットワ
ークにおいてネットワーク・プロトコルを提供する方法
において、前記通信媒体に結合された前記ノードのそれぞれにおい
てメッセージを送信及び受信するステップと、前記ノードのそれぞれにおいて前記トランシーバ手段の
それぞれに結合されたプロセッサ手段を用いて前記通信
媒体への及び前記通信媒体からの前記メッセージを処理
するステップと、前記ノードのそれぞれにおける手段を用いて前記ノード
を同期させるためにタイミング・ビーコンを発生及び検
出するステップであって、前記ノードの中の１つは前記
タイミング・ビーコンを発生するように予め割り当てら
れている、ステップと、前記タイミング・ビーコンの時間周期の間に前記ノード
のそれぞれにおいて複数の時間スロットを発生するステ
ップであって、前記ノードのそれぞれは、前記時間スロ
ットの中の少なくとも１つにおいて重大メッセージを送
信するように予め割り当てられ、前記時間スロットの少
なくとも１つは、前記複数のノードによる競合のために
提供され非重大メッセージを送信する、ステップと、を含む、方法。
【請求項２８】請求項２７記載の方法において、前記
通信媒体に結合された前記ノードのそれぞれにおいてメ
ッセージを送信及び受信する前記ステップは、光ファイ
バ・ケーブルに結合され前記通信媒体を介してメッセー
ジを送信及び受信する双方向フォト・ダイオードを提供
するステップを含む、方法。
【請求項２９】請求項２７記載の方法において、前記
通信媒体に結合された前記ノードのそれぞれにおいてメ
ッセージを送信及び受信する前記ステップは、光ファイ
バ・ケーブルに結合され前記通信媒体を介してメッセー
ジを送信及び受信する単方向フォト・ダイオードを提供
するステップを含む、方法。
【請求項３０】請求項２７記載の方法において、タイ
ミング・ビーコンを発生する前記ステップは、前記ノー
ドによってだけ認識され前記プロセッサ手段にトランス
ペアレントであり有効なデータ・パターンとして認識さ
れないパルス・パターンを提供するステップを含む、方
法。
【請求項３１】請求項２７記載の方法において、複数
の時間スロットを発生する前記ステップは、ノード時間
スロット割当てと前記複数のノードのそれぞれに対する
前記時間スロットのそれぞれの継続時間とを記憶するメ
モリ手段を提供するステップを含む、方法。
【請求項３２】請求項２７記載の方法において、複数
の時間スロットを発生する前記ステップは、前記通信媒
体を介して前記メッセージを送信及び受信するためのネ
ットワーク・プロトコルを制御する状態マシンを提供す
るステップを含む、方法。
【請求項３３】請求項２７記載の方法において、フォ
ールト・トレラントな動作のために前記ノードを相互接
続する少なくとも３つの通信媒体を提供するステップを
更に含む、方法。