JPS59111446A - 多重アクセス・デイジタル伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は多重アクセス通信システムに関する。

発明の背景 例えばパケット交換システムの如き典型的な多重アクセ
ス通信システムにあってはネットワークへのアクセスは
要求によって行なわれる。即ち、各ユーザは要求が生じ
るとネットワークの使用を求め、送信信号はすべての他
のユーザに放送される。アドレス情報は送信情報の１部
分としてヘッダ中に含まれており、受信器はネットワー
クに関与しているすべてのメンバからの送信信号を受信
する。そして各受信器は自身にアドレス指定された情報
を選択する。

パケット交換システムにおいて資源を割当てる最も普通
な方法はコンテンション方式である。このコンテンショ
ン方式は２つまたはそれ以」二の端末が同時に送信を試
みると深刻な問題が生じる。（これに関しては米国特許
第４．０６３．２２０号を参照されたい。）このような
状態が生じると、競合する端末からの送信１１１号は混
信し、いずれの信号もアドレス指定されたところで正し
く受信されない。明らかに何らかの手段を設けて各端末
がこのような事１ルが生じたことを確認し、失われたデ
ータをいつ再送したらよいかを知ることが必要である。

最も普通の方法は送信を行なった端末が自分の送出した
信号を観測し、送信したものと同じものが受信されるか
どうか確認することである。しかし、このテストが妥当
性を有するためには最小パケット時間幅は少なくともネ
ットワークを通しての全伝播遅延時間より長くなければ
ならない。そうでないとある点では送信信号は破壊され
ても他の点では正しく受信されるからである。ビット速
度が低く、距離が短い場合にはこの最小パケット幅に制
限があることはほとんど問題とならない。しかしビット
速度が増加し、ネットワークの規模が大きくなると、こ
の制限のだめに最小、のパケット幅は利用者が必要とす
るより大きなものとなってしまう。

パケット交換システムの他の欠点は施設の使用効率が悪
いことである。パケット幅が伝播遅延時間より短い単純
なコンテンション・システムでは最大スループットはシ
ステムの公称容量の約１８％である。更に技巧をこらし
たシステムではこの効率は約３６％に増加する。他の欠
点および多分最も問題となる点は過負荷時にパケット交
換コンテンション・システムは極端に性能が劣化するこ
とである。

ネットワークが混んで来るに従って正しく受信されない
送信信号の数は増大し、従って再送の回数が増加する。

これにより既に過負荷であるシステムに付加的な負荷が
加えられることになる。その結果システムは破壊状態と
なることがある。

この欠点を回避するため種々の技法が用いられており、
それによってネットワークはある種のｔ」画に従ってユ
ーザに割当てられる。

例えば米国特許第４．１９９．６６１号においては非送
信端末はチャネルが活性状態のときロック・アウトされ
る。チャネルがアイドルのとき２つ捷たはそれ以上のユ
ーザがチャネルを捕捉することを回避するため、各端末
はある固有の予め定められた期間送信が禁止される。即
ちユーザにプライオリティがつけられることになる。こ
の方法はプライオリティの高いユーザにとってはう捷〈
働くが、プライオリティの低いユーザはビジー期間中ネ
ットワークにアクセスすることが出来なくなる。

発明の概要 本発明に従う多重アクセス通信システムはネットワーク
へのアクセスは最初に到着したものが最初にサービスを
受けるという方法に基ついて行なわれる衝突防止技法を
使用している。複数本のユーザ・リンクは共通ノードで
終端しており、共通ノードの状態は常時モニタされてい
る。最初に到着したパケットがノードを捕捉し、それに
よってノードは１′アイドル″からゝゝビジー〃になり
、該パケットはすべてのユーザに放送される。共通ノー
ドがゝゝビジー″のときに到着したパケットは放送され
ない。その代りそれらパケットはユーザ端末のバッファ
中に記憶され、ノードが再びアイドルとなる１で自動的
に再送され、送信信号は最終的には放送される。

同様な技法がまた遠隔ノード対間のトラフインクを制御
するのにも使用される。

詳細な説明 第１図は本発明に従う衝突回避型多重アクセスＬＡＮ（
ローカル・エリア・ネットワーク）全示している。この
ネットワークにおいで、複数本のユーザ・リンク１，２
．・・ｎが次式で与えられる長さＬを有するバスより成
る共通ノード９に接続されている。ここでしくｖＴ／２
　　　　　（１） であり、■は信号の伝播速度、Ｔはビット期間である。

各ユーザ・リンクはユーザ端末ＵＴ１０−１．１０−２
．・・・１０−ｎ、ユーザ・イン９１）ニー、１間徊ｊ
ユニットＵＩＣＵ　　１１−１゜１１−２．　＝１１−
ｎおよび各ＵＴと関連するＵＩＣＵの間の通信を行なう
だめの伝送リンク１２−１．１２−２．・・・１２−ｎ
より成る。物理的には各ＵＴは伝送すべきデータ信号が
発生される任意の場所に設置されてぃてよい。一方、Ｕ
ＩＣＵはノード９に設置されている。

前述の如く、本回路はメツセージ間の衝突を回避するた
めに設計されている。この衝突の回避はノードをモニタ
してその状態がゝゝアイドル“であるかゝゝビジー″で
あるかを決定し、この決定に応動して適当な動作を行な
うＵＩＣＵによって実行される。詳細に述べると、ＵＩ
ＣＵのプロトコルは次の通りである。

（ａ）ＵＩＣＵは常時ノードとユーザ端末の受信器の間
の接続を提供している。従ってすべてのユーザはノート
によって放送さねたすべてのメツセージを受信する。

（ｂ）　　すべてのユーザ送信器はノードから切離され
ている。

（ｃ）各々のユーザ送信器およびノートばゝゝアイドル
“かゝゝヒシー″か常にモニタされている。

（ｄ）ユーザ送信器からのパケットが関連するＵＩＣＵ
により受信されると、そのＵ　Ｉ　ＣＵはゝゝヒシー“
となる。そのときノードがアイドルであると、ＵＩＣＵ
は送信器をノードに接続し、それによってノートの状態
をビジーとする。他方ＵＩＣＵのゝゝアイドル″から１
ゝビジーｌ′への変化がノードがゝゝビジー“てあった
ときに生じると、この変化は無視され、送信器は切離さ
れた状態に留まる。このようにして、最初に到着したパ
ケットの送信器のみがノードに接続され、その他は切離
された状態のま捷である。

（ｅ）　　放送されたパケットが終るとノードの状態は
゛ゝアイドル“に戻り、放送していた送信器は切離され
る。

このプロトコルは夫々の［ＪＩＣＵ中の論理回路１３−
１．１３−２．・・、１３−ｎにより実行される。第２
図に示す論理回路１３−１の実施例は４つのフリップ・
フロップ１９゜２０．２１および２２とＡＮＤゲート２
３より成る。これらフリップ・フロップは夫々送信器モ
ニタ、アービタ、ホールド・オンおよび放送ノード・モ
ニタと名付けられている。

動作状態にあっては、再トリカ可能なモノマルチである
ノード・モニタ２２はノート上の信号の存否を検出する
。ノードがビジーであると、フリップ・フロップ０はト
リ力され、出力端子Ｑ４は高レベルとなる。ノードが１
１アイドル“であると、Ｑ４は低レベルである。逆にノ
ードが゛ビジー″のときはＱ４は低レベルで、“アイド
ル″のときは高レベルである。

送信器モニタはまた信号パルスによって低レベルから高
レベルに切換えられる再トリカ可能なモノマルチであり
、最後にトリガ全行なったパルスに続く一定期間ｔ１の
同高レベルに留まる。

アービタ２０はＤ型フリップ・フロップであって、Ｄ端
子上のデータをクロック・パルスが低レベルから高レベ
ルに変化したときに出力端子Ｑ２に転送する。Ｄ端子が
永久的に高レベルである限り、Ｒが低レベルであるとき
に送信器モニタ出力端子Ｑ１が高レベルになるとアービ
タの出力端子Ｑ２は高レベルになる。これによりホール
ド・オン・フリップ・フロップ２１の出力端子Ｑ３は高
レベルにセットされる。しかし、ノードが１ゝビジー〃
であると、ノート・モニタＱ４の端子は高レベルであり
、アービタ・フリップ・フロップをリセットし、それに
よってＱ２が高レベルとなるのを妨げる。セット信号が
存在しないとＱ・、は低レベルに留まり、ＡＮＤゲート
はテイスエイブルされ、それによって１１ビジー“ノー
トへの送信は妨げられる。

第３図は回路中の種々の点における信号状態を示すタイ
ミング図である。

１１．５刻Ｏ以前にあってはノードはゝゝアイドル″て
あり、信号は送信されていないものと仮定する。時刻Ｔ
＝Ｏにおいて、信号３０がユーザ送信器により送信され
る。この信号は遅延回路２７を通してＡＮＤゲート２３
の１つの端子および送信器モニタ１９のＣ７端子に加え
られる。最初のパルスがこの）１ノ゛ノブ・フロップを
トリガし、該フリップ・フロ゛ノブ（はビット速度に比
べて長い予め定められ／こ時１￥＋１期間の間スイッチ
された状態に留捷る。このようにしてパケット中の相続
＜７マルスは）１ノツプ・フロップを再トリカし、Ｑｌ
は最後のパルスに続＜１＋時間の同高レベルに留まる。

この様子が信号２９として示されてＶ）る。この信号２
９は送信器モニタの端子Ｑ１の１“ブノ信号である。Ｑ
、の信号はアービタ・フ籠ノ゛ノ。

プ・フロップ２０の端子Ｃ２に加えられる。

このときノードは゛アイドル１′であるのでＱ４は低レ
ベルである。その結果、Ｃ２力；イ氏レベルから高レベ
ルに変化するときＱｌはイに。

号３１として示すように高レベルしとなる。これにより
ホールド・オン・フリ゛ンプ・フロ゛ノブ２１はセット
され、信号３２に示す如くＱ３は高レベルとなる。しが
高レベルとなるとＡＮＤゲートはエネイフルされ、信号
３５に示すように送信信号は故メされる。）Ｊ父送はノ
ード・モニタ２２によって検知され、該ノード・モニタ
はＱ４が高レベルとなるようスイッチされ、それによっ
て信号３１に示ずようにアービタ２０をリセットしてＱ
２を低レベルとする。遅延時間ｔ２は信号がフリップ・
フロップ２０および２１、ゲート２３およびフリップ・
フロップ２２を通って伝播するのに要する時間である。

送信の終了後、ノード・モニタはノードが１１アイドル
“であると決定する前に予め定められた時間期間ｔ３だ
け待ち、その後状態をスイッチしてＱ４を低レベルに、
Ｑ４　　を高レベルとする。このＱ４はホールド・オン
・フリップ・フロップを低レベルとし、ＡＮＤゲートを
ディスエイプルし、ＵＩｃＵを待機状態に戻す。

他方、信号３０がユーザにより送信されたときノードが
ゝゝビジー″であると、Ｑ４は高レベルであり、アービ
タ出力Ｑ２は低レベルに留っている。Ｑ２が低レベルで
あるので、ホールド・オン・フリップ・フロップからの
出力Ｑ３もまた低レベルであり、ＡＮＤケートはディス
エイプルされる。

２つの信号がほぼ同時刻に夫々ＵＩＣＵに到着する可能
性は存在する。このようなことは誰が散初に到着したか
を決定するのに約２０ナノ秒しか要しない限り比較約１
れにしか生じない事である。しかし、２つのパケットが
互いに２０ナノ秒内に到着したと仮定すると、両方が同
時に放送されるので衝突が生じる可能性がある。このま
れなケースにおいて衝突が生じる可能性を回避するため
、論理回路は第２図の点線で示すように排他的ＯＲゲー
ト２５を付加することにより変更される。

図示の如くゲート２５の入力端子はユーザ送信器および
ノードに接続されている。ゲート２５の出力端子はホー
ルド・オン・フリップフロップ２１のリセット端子に接
続されている。動作状態にあっては、ケート２５は送信
された信号とノード信号を比較する。両者が同一（これ
は単一の送信信号が放送されている場合に生じる）であ
る限シ、ゲート２５はディスエイプルされている。しか
し、２つの送信器が放送を行なっていると、２つの送信
器によシノードに加えられる信号は一般に異なる。従っ
て、２つの送信器は一方の信号が他方の信号と異なった
状態となるまで接続された状態に留丑る。例えばノード
を低レベルに駆動する第１の低レベル・ビットを放送し
ている送信器は接続された状態に留まる。

他方の送信リンクのＵＩＣＵ中の排他的ＯＲゲートはノ
ードが低レベルとなったことを検知し、関連するホール
ド・オン・フリップ・フロップをリセットし、これにょ
シ該リンクはノードから切離される。

遅延回路２６および２７は遅延補償を行なって適正な動
作を行なわせるために挿入されている。

ノードがビジーのために送信信号が阻止された場合には
該信号は再送されねばならない。

従って各ユーザ端末１０にはパケットを記・臆するバッ
ファ記憶装置と、パケットが放送すれたかどうかを判定
する手段が設けられてＶ）る。従ってユーザ・プロトコ
ルは次の通りである。

（ａ）　　パケットをバッファ中に記憶し、直ちに送信
する。

（ｂ）　　送信器からノードに至り、ノートから古びユ
ーザ受信器に戻って来るのに要する往復行程時間に相当
する期間待つ。

（ｃ）　　受信した信号とバッファ中に記憶されている
受信信号を比較する。

（ｄ）　　異なる場合にはパケットを再送しくｂ）、（
ｃ）を繰返す。

（ｅ）　　同じ場合にはバッファをクリアする。

第４図はユーザ・プロトコルを実行する典型的なユーザ
端末１０−１を示している。各端末は送信器４１および
比較器４３に接続されたバッファ４０を有している。受
信器４２はまた比較器４２に接続されており、該比較器
４２の出力はバッファ４０に加えられている。人力パケ
ットはバッファおよび比較器中に記憶される。受信した
パケットが記憶されたパケットと異なる間は該パケット
は再送される。整合がとれるとバッファはクリアされる
。送信されたパケットと整合せずかつローカル・ユーザ
にアドレス指定されたパケットは比１咬器によってフィ
ルタされ、データ出力ポートに現れる。

共通のノードに接続された複数個のユーザ間のトラフィ
ックを制御するこの衝突回避法はまた第５図に示す如き
遠隔ノード対間のトラフィックを制御）するのに使用す
ることも出来る。この図には２つのノードＡおよびＢが
示されている。各ノードは第１図に示す仕方で接続され
たローカル・ユーザを有している。

従って例えばノードＡはｎ本のユーザ・リンク５０−１
．５０−２．・・、５０−ｎを有しており、各ユーザ・
リンクはユーザ端末６０−１．６０−２．・・・、６０
−ｎおよび関連するユーザ・インタフェース制Ｊ＋ユニ
ットＵ　、［Ｃ１０１−１，６１−２，−、６１−ｎを
有している。同様に、ノードＢはｍ本のユーザ・リンク
５３−１．５３−２．・　、５３−ｍを有しており、各
ユーザ・リンクはユーザ端末６２−１．６２−２．・・
・、６２−ｍおよび関連するユーザ・インタフェース制
ＡＩユニット６３−１．６３−２．・・・、６３−ｍを
有している。更に２つのノードは１対のノード・リンク
５５および５６によって相互接続されている。この場合
リンク５５はノードＡからノードＢへの送信を行ない、
リング５６はノードＢからノードＡへの送信を行なう。

ノードＡからみるとノードＢは単に他のユーザと見做さ
れる。従ってリンク５６にはノードＢに位置するノード
・ユーザ端末Ｎ　（Ｂ）　ＵＴ６７とノードＡに位置す
る関連したノード・インタフェース制御ユニットＮ（Ｂ
）　Ｉ　ＣＵ　６８が設けられている。同様に、ノード
ＢからみるとノードＡは単に他のユーザと見做される。

従ってリンク５５にはまたノードＡに位置するノード・
ユーザ端末Ｎ（Ａ）ＵＴ６５とノード１３に位置する関
連したノード・インタフェース制御ユニットＮ（Ａ）Ｉ
ＣＵ５６が設けられている。

動作状態にあっては、ノードＡで受信された他方のノー
ドＢに属するユーザにアドレス指定された送信信号は受
信ノードＢがゝゝアイドル“となる捷でＡのノード・ユ
ーザ・バッファ中に記１．（ユされる。しかしバッファ
が一杯となり、パケットが記憶できない場合にはビジー
・バーストが発生される。このビジー・バーストの機能
はノードは捕捉したがノード・バッファが記憶できなか
っただめに失なわれ／ζパケットを混信させることにあ
る。これにより送信信号を発生したユーザに対しローカ
ル・ノードがビジーの場合と同様にパケットを再送すべ
きことを知らせる。その他の点に関してはノード・ユー
ザ端末およびノード・インタフェース・ユニットは第１
図に関し７て前述したと同じ仕方で動作する。

第６図は光通信システムで使用される不発明の第２の実
施例を示している。この実施例では各々のユーザ端末（
例えば８Ｏ−１）には電気信号と光信号の変換を行なう
光送信器９０および光受信器９１が設けられている。

ユーザ端末を共通ノードに接続する通信リンクａｉ−ｉ
、ａｉ−２，・・、８１−ｎ中の伝送線路９２−１．９
２−２．９４は典型例ではマルチモード光ファイバであ
る。ノートそれ自身はすべてのリンクを結合する光スタ
ー・カプラ９３である。

ユーザ・インタフェース制御ユニットハ第２図と関連し
て述べたものと類似している。

各ユーザ・インタフェース制御ユニットは送信器モニタ
７５、アービタ７６およびホールド・オン・フリップ・
フロップ７７を含んでいる。しかし、ＡＮＤゲートは光
リンクの伝送線路９２中に位置する光スィッチ８７で置
換えられている。更に、光信号と電気信号を変換する送
信器光検出器８６はスイッチ８７と送信器モニタ７５の
間に設けられている。

第２図の論理ユニット１３−１中には別個のノード・モ
ニタ２２が示されている。しかシ、ノート・モニタを各
々の論理ユニットに設ける必要はない。第６図に示す如
く共通のモニタをずへてのＵＩＣＵで共有することが一
出来る。この場合共通ノード・モニタ８３はすべてのＵ
ＩＣＵに信号Ｑ４および鱈を提供している。寸だ光ファ
イバ８５によってノードから加えられる光信号をノード
・モニタ８３に加える電気信号に変換するノード光検出
器８４が設けられている。

光スィッチ８７はファイバ９２−１および９２−２の一
部分と電極８８および８９により形成されている方向性
結合器１ｏｏより成る。最初Ｑ３が低レベルで、電極８
９に電圧■、が加えられているとスイッチはオフにバイ
アスされている。この状態では伝送線路９２−１と９２
−２の間には結合は存在しない。従ってユーザが送信を
行なうと、１８号は最初送信器の光検出器８６に加えら
れる。ノードがアイ下ルであると、第１図と関連、して
説明したようにＱ３は高レベルとなる。Ｑ、。

が高レベルになると、スイッチはオンとなり、・信号は
スター・カプラ、即ちノードに加えられる。他方送信信
号が検知されたときノードがビジーであると、Ｑ３は低
レベルに留り、送信信号は無視される。電源に障害が発
生すると、バイアス電圧■５はオフとなり、すべてのス
イッチはオンとなる。これによりすべてのユーザはノー
ドに接続され、それによってネットワークを一時的にコ
ンテンション・システムに変更することによりフェイル
・セイフ機能を持たせている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う衝突回避型多重アクセスＬＡＮ（
ローカル・エリ、ア・ネットワーク）を示す図１、第２
図は本発明を実現する論理回路の実施例、第３図は論理
回路中の神々の点における信号の状態を示すタイミング
図、第４図はユーザ・プロトコルを実行するユーザ端末
、第５図は遠隔ノード対の間に本発明の原理を適用した
様子を示す図、第６図は本発明の原理を光通信システム
に適用した様子を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 特、、／Ｉ−請求の範囲　　　　　符号共通ノート　　
　　　例えば９ ユーザ端末　　　　　例えば１０−１ ユーザ・インタフェース １１、肋１１ユニット　　　　　　　例えば１１−１伝
送リンク　　　　　例えば１２−１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　複数のユーザ間のトラフィックの流れを制御する
   手段と、 共通ノードで終端している複数のユーザ・リンクとを含
   む多重アクセス・ディジタル伝送システムにおい−て： 前記共通ノード（例えば９）をモニタしてそのビジーま
   だはアイドル状態を決定する手段（例えば１３−１の２
   ２）と； 前記リンクを前記ノードに最初に到着したものを最初に
   サービスするという方法に基、づいて接続する各リンク
   （例えば１）中の手段（例えば１９）と； 前記モニタ手段に応動してノードがビジー状態のとき前
   記リンクを前記ノートから切離された状態に保持する各
   リンク中の手一段（例えば２０．２１）とを有すること
   を特徴とする多重アクセス・ディジタル伝送システム。 ２、特許請求の範囲第１項記載のシステムにおいて、 各リンクは： ユーザ端末（例えば１０−１　）と； 前記ノード（例えば９）に位置しかつ該ノードに接続さ
   れたユーザ・インタフェース制御ユニット（例えば１ｌ
   −１）と；前記ユーザ端末を前記制御ユニットに接続す
   る伝送リンク（例えば１２−１）とを含むことを特徴と
   するシステム。 ３、特許請求の範囲第２項記載のシステムにおいて、 前記ノードはＶを信号の伝播速度、Ｔをビット期間とす
   るときＬ　＜　ｖ　Ｔ　／　２なる関係式で与えられる
   長さしなるバスであることを特徴とするシステム。 ４　特許請求の範囲第２項記載のシステムにおいて、 各ユーザ端末は： ディジタル・メツセージを記憶する手段と； 該メツセージを前記伝送リンクに沿って前記制御ユニッ
   トに送信する手段と； 前６ｅ　！ｔｆ’Ｊ御ユニッ上ユニツトセージを受信す
   る手段と； 受信したメツセージと前記記憶されたメツセージを比較
   し、受信したメツセージが前記送信されたメツセージと
   同じになるまで前記記憶されたメツセージを再送する手
   段を含むことを特徴とするシステム。 ５、特許請求の範囲第２項記載のシステムにおいて、 各制御ユニットは： 前記ユーザ端末からのメツセージを受信する手段とｊ ！”１！ｊｉｔｅ　％信子段を前記ノードに接続するス
   イッチング手段とを含み、 該スイッチング手段はメツセージが存在しないときに開
   いており、 該スイッチング手段は前記ノードがアイドル状態のとき
   にメツセージを受信すると閉じるが、前記ノードがビジ
   ー状態のときは開いた状態に留まることを特徴とするシ
   ステム。 ６、特許請求の範囲第５項記載のシステムにおいて、 伝送リンクは１対の光ファイバより成り；前記スイッチ
   はスイッチ可能な光方向性結合器であることを特徴とす
   るシステム。