JPS61501420A - デ−タ・パケットの衝突探知の方法及び装置 - 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】 デ＝り・パケットの衝突探知の方法及び装置発明の背景 本発明は、二つまたはそれ以上の二進データ信号パケットが、単一の二進データ 信号受信器によって受取られる時、それらの間に衝突が発生した場合に、それを 探知するための方法と装置に関するものである。

コンピュータは、計算やデータ処理のために、また制御システムや通信システム に、広く利用されている。コンピュータへのアクセスは、それぞれコンピュータ に連結されたリモートコンソールまたは端末装置によって行なわれることが多い 。端末装置とコンピュータ間の通信リンクは、高速信号、低いひずみ、妨害から の分離などの周知の特性により、光ファイバを使用して設定するのが有利である 。また光ファイバは、減衰の低さと帯域幅の大きさの点で、同軸ケーブルやその 他の金属送信ラインに比して劣らない。

コンピュータ通信の特性を利用することによって、多くのユーザーが、一つのコ ンピュータを同時に使用することが出来るシステムが開発されてきた。コンピュ ータ通信は、特性的にはショート・バーストの二進情報の形をしている。さらに 、ユーザーがコンピュータにつなぎとめられている時間の多くは、事実上、コン ピュータとユーザーのいずれによっても情報が送信されないアイドル・タイムで ある。

コンピュータ通信システムでは、コンピュータの非独占的使用を可能にするため 、二つの交換技術が使用されている。これらの交換技術は、回路交換技術とパケ ット交換技術として知られている。

回路交換技術は、データを送信しようとする時のみ、コンピュータと端末装置の 間を接続する。しかし、特に短かい通信の場合、実際の通信時間に比較して、接 続を行なうのに要する時間が非常に大きくなることがあるため、この技術は、遅 く、非能率で、高価なものである。

それと対照的に、パケット交換技術は、通信のための接続は維持するが、二進情 報のパケットの形でデータを送信する。短い通信は単一のパケットで送信され、 長い通信、またはバーストによる通信は、一連のパケットで送信される。パケッ トの接続時間クロセカンドで、一つの通信が一つのパケットに完全にはまり切れ ない時は、約１０マイクロセカンドの間隔で、一つ以上のパケットが送信される 。

パケットは、それぞれが−ビットの二進情報を含むビット・セルの節に分割され る。代表的な例として、パケットは、二つの主筋（プライマリ−・セクション） 、ヘッダ及びデータに分割され、それらの各々が異なった目的を持っている。ヘ ッダは、パケットの中で最初に受取られる部分であり、パケットが送られるアド レス、パケットの送り手のアドレス、及び、特定のシステムが必要とするその他 の情報を含んでいる。ヘッダに続いて、通信の内容が、短い通信の場合は完全に 、長い通信の場合は部分的に含まれる、データ・セクションがある。パケットに は、エラー・チェックまたはパケット・リンキングに関する情報を含む、データ ・セクションに続く追加セクションが含まれることがある。

パケットは、別個の端末装置から、不規則の時間間隔でコンピュータに到着する ため、一つ以上のパケットが同時に受信される時、または、一つのパケットが完 全に受信される前にもう一つのパケットが到着した時、衝突が発生する可能性が ある。パケットの衝突が探知されると、衝突することなくパケットを受信するこ とをもう一度試みることが出来るように、オリジナル・データ再送信の指示が送 られる。

パケットの衝突が探知されない場合は、受信された発明の概要 本発明は、二つまたはそれ以上の二進データ信号パケット間に衝突が発生した時 、それを探知するための、改良された方法と装置に関するものである。

本発明によると、パケットが送信される時はいつでも、パケットの最初のビット は、大きな信号インパルスで置き換えられる。このインパルスの振幅は、送信さ れる二進信号レベルの最も高いものよりもかなり大きい。受信器は、データ・ビ ットとしてではすく、パケットの開始の表示としてこのインパルスを認識する。

通称「イーサネット」通信網について、パケットはすべて既知の持続時間（Ｔｐ ａｃｋｅｔ）を有し、長い通信を伴なうパケットは、既知のギャップ期間（Ｔｇ ａｐ）によって分けられる。これらの二つの既知の期間は、パケットの衝突がい つ発生したかを決定するのに使用される。パケット期間とギャップ期間の合計（ Ｔ　ｐａｃｋｅｔ　＋　Ｔ　ｇａｐ）以下の期間内に、二ツノ大きな信号インパ ルスが探知された時、衝突探知器は、パケットの衝突が発生したものと決定する 。

送信機と受信機を接続するのに、光リンクが使用される時、レーザーまたは発光 ダイオードのような発光装置により、光通信媒体での通信のために、二進データ 信号が発生する。送信される各パケットの開始時に、発光装置にパルスを発生す ることによって、大きな信号インパルスが発生し、それにより、高いデータ・ビ ットと関連するものよりもかなり大きな光強度を持つ光パルスが発生する。各パ ケットの最初の光インパルスの振幅は、光送信媒体の減衰とは無関係に、いずれ の二進データ光レベルよりも著しく大きく、そのため、データ・パケットの受信 開始は、常に明確に表示される。

ダイオードが使用される場合は、発生する光強度が、表面発生形（またはバラス 形）発光ダイオ、−ドの場合のような、増大する入力電流によって飽和すること がないエツジ発生形発光ダイオードの方が望ましい。出来れば、エツジ発生形発 光ダイオードは、入力電流と共に、超−直線状に光強度が増加する超特表昭６１ −５０１４２０　（’３） 放射形のものが良い。

図面の簡単な説明 本発明のこれらの目的、及びその他の目的、特徴、及び利点は、本発明の好まし い実施例に関する以下の説明から、より容易に明らかになるであろう。下に於い て、 第１図はデータ・パケットを表わす信号波形包絡線である。

第２Ａ図及び２Ｂ図は、データ信号パケットの、本発明に使用される部分を示す 。

第３図は、本発明に使用される入力電流の関数としての発光ダイオードの光出力 を示す。

第４図は、本発明のデータ信号パケットを発生させるために使用される送信器の 一つの好ましい実施例を示す構成図である。

第５図は、本発明のデータ信号パケットの衝突を探知するために使用される受信 器の一つの好ましい好ましい実施例の説明 第１図に於いて、ビット・ストリーム図は、イーサネット通信網に使用される代 表的なデータ・パケットを示す。概括して１０とよばれるパケットは、プレアン ブル１１、送り先・リーダー１２、送り元・リーダー１３、データ・ビット・シ リーズ１４、及びエンド・セクション１５から構成される。プレアンサンプル１ １、アドレス・リーダー１２、及びソース・リーダーは、一括してヘッダーとし て知られるものである。

パケット１０は、一般に一つの同期ビットまたはマーク・ビットまたは一連のビ ットの形をしたプレアンブル１１と共に開始する。プレアンブル１１の後に、パ ケットの宛先を指定するアドレス・リーダー１２として一般に知られる一連のビ ットが続く。アドレス・リーダーの後には、パケットの送り元を示すソース・リ ーダー１３として一般に知られる一連のビットが存在する。データ・ビット・シ リーズ１４がソース・リーダー１３に続き、パケット１０の通信の丙容を含む。

データ・ビット・シリーズ１４の後に、種々のエラー・チェック、またはパケッ トとそれに引き続くパケットの連結に関する情報を含むエンド・セクション１５ が来ることもある。

代表的な例として、パケットの各ビットは、二進データ・ビットの位相符号化形 であるビット・セルの形で送信される。例えば、「二相Ｌ　ｒＢｉ−ｐｈａｓｅ 　Ｌ）Ｊ符号化に於いて、ビット・セル当り一回の信号遷移があり、その方向は データ・ビットの数値である。

代表的なものとして、低−高遷移はハイ・ビット状態（または１）を表わし、高 →低遷移は、ロー・ビット状Ｂ（または０）を表わす。通信リンクとして光ファ イバーが使用される場合、高い信号はファイバーの中の光エネルギーの存在に相 当し、低い信号は、光エネルギーの欠如に相当する。隣接する信号遷移の中間に 、欠のデータ遷移が正しい方向になるように、セットアツプ遷移が必要な場合も ある。

特に、同じ二進状態を持つ二つの連続するビットを発生させる必要がある場合は 、セットアツプ遷移が必要である。このような符号化の詳細については、本発明 に於いても言及しているＵＳ特許Ｎα矩ユｇコ、５；ユ８÷に述べられている。

第２Ａ図は、先行技術イーサネット・システムに於いて、パケット１０のプリア ンプル１０から成る部分の初期ビットを示す（一定の比に拡大したものではない ）。標準イーサネット・システムに於いて、データ率は１秒当り１０メガビツト （Ｍｂｐｓ　）であり、各ビットセルの持続時間は１００ｎｓｅｃである。

本発明に従がえは、パケットが送信される時はいつでもパケットの最初のビット は、大きい信号インパルスに置き換えられる。このインパルスの振幅は、送信さ れる二進信号の最高レベルよりもかなり大きい程度である。受信器は、インパル スを、データ・ビットとしてではなく、パケットの開始の表示として認識する。

第２Ｂ図は″、本発明に従がって、プレアンブル１１の最初のビットに衝突パル スが置き換えられた後の第２Ａ図の信号を示す。（一定の比に拡大したものでは ない）。パルス２１の振幅は、高いデータ・ビットの振幅よりもかなり大きい程 度である。実例として、通常の高いデータ・ビットの振幅がＡに等しい場合、パ ルス２１の振幅はＩＯＡに等しい。

二進情報のパケットの持続時間Ｔ　ｐａｃｋｅｔは、一般に知られた数値であり 、既知のギャップＴ　Ｇａｐによって同じデータ通信の隣接するパケットから分 離される。第一パケットが、少なくとも、バケット期間Ｔｐａｃｋｅｔとギャッ プ期間Ｔ　Ｇａｐの合計の時間的期間によって、第二パケットから分離されてい る場合はパケットの衝突は発生していない。通称「イーサネット」通信網の場合 、Ｔｐａｃｋｅｔは５７．６μｓｅｃ。

であり、Ｔ　Ｇａｐは９．６　μｓｅｃ、である。従ってＴ　ｐａｃｋｅ’ｔ　 ＋　Ｔ　Ｇａｐは６２．７　ｐ　ｓｅｃ、に等しい。

パケット期間とギャップ期間（Ｔ　ｐａｃｋｅｔ　＋ＴＧａｐ）の合計以下の衝 突検出期間内に、二つの大きな信号インパルスが検出された場合、パケット衝突 が発生している。衝突検出器によってパケットの衝突が検出されると、衝突せず にパケットを送信するように、もう一度試みるため、もとのデータ・パケット再 送信の指示が衝突検出器によって送られる。

例えば、衝突検出器は、通常の高いデータ・ビットの振幅よりも大きい振幅の信 号を検出する、しきい検出器である。インパルスが検出されると、クロックが始 動する。衝突検出期間内に、もう一つのインパルスが検出されると、再送信メツ セージが発生する。パケット期間とギャップ期間の合計（Ｔρａｃｋｅｔ＋　Ｔ 　Ｇａｐ）に等しい衝突検出期間を使用することが望ましいが、他の衝突検出期 間を使用することも出来る。衝突検出期間は、それがＴ　ｐａｃｋｅｔよりも大 きい限り、Ｔ　ｐａｃｋｅｔ　＋　Ｔ　Ｇａｐよりも少なくてχも良い。または 、衝突検出期間はＴ　ｐａｃｋｅｔ　＋Ｔ　Ｇａｐより大きくても良い。

送信器と受信器を接続するために、光リンクが使用される場合、例えばレーザー や発光ダイオードのような発光装置により、光送信媒体による送信のた特７走日 Ｕ６１−５０１４２０　（４）めに、二進データ信号が発生する。各信号パケッ トのはじめの大きな信号インパルスは、発光装置にパ・ルスを与えることによっ て発生し、それによって、高いデータ・ビットに伴なうものよりもかなり大きい 光強度で、光パルスが発生する。各バケ７１−の始めの光インパルスの振幅は、 光送信媒体の減衰に関係なく、いずれの二進データ光レベルよりも著しく大きく 、そのため、データのパケットの受信の開始は、常に明確に表示される。

第３図は、電流入力の関数として、好ましい発光装置によって放出される光強度 を示すものである。

代表的なものとして、通常の作動の間、発光装置への電流の入力は、０から１０ ０ｍａの間で変化する。

しかし、高いデータ信号レベルよりも１０倍大きい等級の振幅を持つ、所望の光 インパルスを発生させるためには、発光装置は、飽和値に達せずに、広範な入力 電流数値に対して、連続する範囲の光強度を発生させることが出来なければなら ない。この理由で、表面（またはバラス）形ＬＥＤの場合のように、本発明に於 いて使用される入力電流値の範囲に対して、放射される光パワーが飽和しないた め、エツジ発光形発光装置が使用される。

好ましい形式のＬＥＤは、入力電流と共に発光が回置線状に増加する、超高輝度 エツジ発光ＬＥ、Ｄである。このような形式の装置の場合、入力電流のわずかの 変化が、結果的に、本発明に於いて使用されるインパルス信号を発生させるのに 必要な出力光放射の、所望の大きな変化となる。

第４図と第５図は、第２Ｂ図の信号パケットを発生させ、検出するため、−個所 に使用される送信器と受信器の好ましい実施例を示す構成図である。送信器は、 パケット発生装置４０、送信開始検出器４１、抵抗器４３、スイッチ４４、ドラ イバ４５、及び発光ダイオード４６から構成される。

パケット発生装置４０は、第２Ａ図に示す形状のＴｐａｃｋｅｔに等しい所要時 間の二進データ・ビットのパケットを発生させる。パケットは、送信開始検出器 ４→蝕←搭に投入され、送信開始検出器４１は、パケットを受け、パケット開始 がいつ受け付けられたかを決定する。

スイッチ４４は、単極単投スイッチで、パケット発生装置４０とドライバ４５の 間の抵抗器４３に並列に接続される。スイッチ４４は、便宜上、電子機械装置と して図示されているが、スイッチの好ましい実施例は、電子装置である。スイッ チ４４は通常は開いており、そのため、パケット発生装置の出力は、抵抗器４３ からドライバ４５迄通過する。しかし、送信開始検出器４１が、パケット発生装 置４０からのパケット送信開始、を検出すると、送信開始検出器４１の出力が、 １ビツトの期間、スイッチ４４を閉めさせ、パケット発生装置４０の出力は、抵 抗器４３をバイパスし、ドライバ４５迄直接通過する。その結果、ＬＥＤ４６の 出力に、第２Ｂ図に示すような大振幅衝突検出パルス２１が発生する。

実例として、パケット発生装置４０によってＬＥＤ４６の出力に発生した衝突検 出パルスの振幅がＩＯＡに等しい時は、抵抗器４３の抵抗は、パケット発生装置 の出力が、抵抗器４３を通過する時、ＬＥＤ４６の出力信号の振幅が、およそＡ に等しくなるように選択される。

第５図に示すように、受信器は、光検出器５０、しきい値検出器５１、タイマ５ ２、論理ＡＮＤゲート５３、データ再送信指令発生装置５４、スイッチ５５、及 びパケット受信器５６から構成される。光検出器５０は、光ファイバ（図示せず ）の出力を受け、光信号を電気信号に転換する。しきい値検出器５１は、光検出 器５０の出力を受け、出力が選択されたしきい値よりも大きいかどうか決定し、 それによって、ＩＯＡに等しい振幅の第４図の発光ダイオード４６によって発生 されたインパルスが検出される。しきい値検出器のしきい値が超えられた時、し きい値検出器５１は短期間の間、高い（１）信号レベルを発生させ、それがタイ マ５２及び論理ＡＮＤゲート５３の第１人力に使用される。但し、しきい値検出 器のしきい値が超えられない時は、論理ＡＮＤ’ｌｌ″ニド５３の第１人力は、 低い（０）信号レベルとなる。

さらに、しきい値検出器５１のしきい値を超えた時　−は、検出器５１からの信 号が、タイマー５２に、高い（１）信号を発生させ、その信号は、入力信号に関 係なく、検出器５１からの高い信号が終了した直後に開始するＴ　ｐａｃｋｅｔ 　＋　Ｔ　Ｇａｐに等しい時間の間継続する。タイマ５２の出力は、論理ＡＮＤ ゲート５３の第二人力に併給される。その結果二つのデータ・パケットに衝突が ない場合、ＡＮＤゲート５３への高い入力は一度に一つしかなく、従ってＡＮＤ ゲート５３の出力は低い。

データ再送信指令発生装百５４は、ＡＮＤゲート５３の出力を受信する。パケッ トの衝突が発生した時、しきい値検畠器５１は、タイマ５２の出力がまだ高い間 に高くなり、それに従って、ＡＮＤゲート５３の出力も高くなる。ＡＮＤゲート ５３の出力が窩くなると、データ再送信指令発生装置５４が、再送信指令信号を 発生させ、再送信信号は、サーキットリー（回路）の送信器部分に投入され、送 信すべきパケットを再送信させる。論理ＡＮＤゲート５３の出力が低い（０）時 、すなわち、パケットの衝突が発生していない時、データ再送信指令信号発生器 は作動しない。

スイッチ５５は、単極単投スイッチであり、その出力が低い時閉じている。スイ ッチ５５は、論理ＡＮＤゲート５３の出力が高い（１）時のみ開き、パケットの 衝突が発生したことを示す。パケット受信器５６は、スイッチ５５の出力に接続 され、パケットの衝突が発生していない時のみ、光検出器５０の出力を受信する 。

本発明は、特定の実施例に関連して説明されているが、使用可能な数多くの特定 の回路があるこさは国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．各二進データ信号パケットに於いて、高い二進データ信号レベルの振幅より もかなり大きい振幅を持つ衝突信号を発生させること；及び、上記の信号パケッ トを受信し、パケットの所要時間と、パケット間の最低時間長さの合計に等しい 検出期間内に、上記の衝突信号の二つか受信された時、パケット衝突信号を発生 させること、よりなる二進データのパケットの衝突を検出する方法。
2. ２．発生した上記の衝突信号が、高いデータ信号レベルの振幅よりも、少なくと も１０倍大きい振幅を持つ特許請求範囲第１項記載の方法。
3. ３．二進データ信号パケットに於いて、高い二進データ信号レベルの振幅よりも かなり大きい振幅を持つ衝突信号を発生させる手段。 上記のデータ信号パケットを受信するための手段；及び、 パケットの所要時間と、パケット間の最低時間長さの合計に等しい検出期間内に 上記の信号パケット受信手段によって二つの衝突信号が受信される時、パケット 衝突信号を発生させるための手段、よりなる二進データのパケットの衝突を検出 する装置。
4. ４．上記の発生手段が、高いデータ信号レベルの振幅よりも少なくとも１０倍大 きい振幅を持つ、上記の衝突信号を発生させるようになっている特許請求範囲第 ３項記載の装置。
5. ５．上記の発生手段の出力を、変調光信号に転換する、上記の発生手段に接続さ れた光信号発信手段；及び、 光送信媒体から変調光信号を受信し、上記変調光信号を、上記のデータ信号パケ ットを受信するための上記の手段に投入される変調電気信号に転換する光受信手 段を含む特許請求範囲第３項記載の装置。
6. ６．光信号送信手段がエッジ発光形発光ダイオードであり、その光出力が、入力 電流と共に、超直線的に変化するようになっている特許請求範囲第５項記載の装 置。
7. ７．二進データのパケットの送信のための装置に於いて、二進データのパケット を発生させるパケット発生装置； 上記のパケット発生装置の出力を受信し、パケットの開始を識別する送信開始検 出器；光源；及び、 上記の光源への入力に接続され、送信開始検出器によって制御され、それによっ て、上記送信開始検出器が、パケットの開始を識別する時、第１の振幅を持つ信 号が、上記の光源に没入され、その他のすべての時には、上記の光源に投入され るすべての信号が、かなり低い振幅を持つような第一スイッチ、より構成される 送信器。
8. ８．特許請求範囲第７項記載の装置と組合されるものであって、 上記の送信器によって送信される信号を受信し、あらかじめ設定されたしきい値 を超えた時のみ第一信号を発生し、その他のすべての場合に第二信号を発生させ るしきい値検出器； 上記のしきい値検出器の出力を受信し、上記のしきい値検出器が第一信号を発生 させた後、あらかじめ設定された時間の間、第三信号を発生させるタイマー、 上記の第一及び第三信号の一致する時にのみ第四信号を発生させるための論理手 段であって、上記の第四信号が、上記のパケットを再送信させるもの；及び、 第四信号がない時、上記の送信器によって送信される信号を受信する送信器より 構成される受信器。
9. ９．上記の光源がエッジ発光形発光ダイオードであり、その電気出力が、入力電 流と共に、超直線的に変化するようになっている特許請求範囲第７項記載の装置 。