JPWO2008041271A1 - 送受信システム、ノード及び通信方法 - Google Patents
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Abstract
Description
フレックスレイはタイムトリガー方式(別の言い方ではTDMA方式)の通信であり、一定時間(通信サイクル)内をスロットに分割し、そのスロットに決められたノードがフレームを送信する。したがって、予め決められたスケジュールによりデータを確実に転送することが可能であるから、事象の発生に合わせてノードが通信要求を出すイベントトリガー方式(例えばCAN)などに比べデータ通信のリアルタイム性を高めており、また2本の通信路を用いることにより信頼性を高めている。
フレックスレイの通信スケジュールは、図示のように6ビットで0〜63までを繰り返しカウントする通信サイクルと、その1つの通信サイクル内の時分割多重アクセス(TDMA)を管理するセグメント、及びスロットで構成される。セグメントは、スタティックセグメントとダイナミックセグメントに分割されている。
ダイナミックセグメントに関して、順次フレームを転送した後にフレーム転送が可能である最後に至ったかを判別するためのpLatestTxというパラメータが用いられる。このパラメータは0〜7981ミニスロットの範囲の値をとることができるが、最大長のダイナミックフレームを最後に送信できるように決定する必要がある。ダイナミックフレームの最大長は、ヘッダ、ペイロード、トレイラの長さの和であり、262バイトである。
下記特許文献1には、フレックスレイと同様にタイムトリガー方式を採用した通信方式において、制御チャネルあるいはデータチャネルの容量をダイナミックに変更する技術が開示されている。
そこで本発明は、ダイナミックスロットにおける送信機会の不平等を必要に応じて解消できるようにしようというものであり、ID番号の大きいスロットが、ID番号の小さいスロットと同程度以上の送信を可能とする方式を提供するものである。
したがって、本発明によれば、各ノードがダイナミックセグメントで送信する必要性が生じた場合に、ダイナミックスロットの優先使用要求を行うことでID番号が大きいために送信完了の頻度が低下するダイナミックスロットの送信を救済することが可能となる。
最初に本発明の制御フィールドをどのように構成するかについての実施形態について説明し、次に制御フィールドに設定された制御情報に基づいてどのように優先判定を行うかという形態について、実施例1〜3として説明する。また、ハードウェア構成についても説明する。
図7は、本発明による制御フィールドの第2の構成例を説明する図である。第2の構成例では、制御フィールドをダイナミックセグメントに設定する。この場合、ダイナミックセグメントは制御情報用のスロット領域とデータ用のスロット領域に分割される。各ノードに対して、1つずつ制御情報用のスロットが割り当てられる。
要求情報の送信方法としては、図示のようにダイナミックスロットに対応したビット位置による方法のほかダイナミックスロットのIDを指定する方法が考えられる。しかし、フレックスレイにおいては、1つのノードが複数のダイナミックスロットに対してフレームを送信可能である。したがって、優先使用の要求情報の送信方法を決めるには、1つのノードが複数のダイナミックスロットに対し送信要求を行なう場合を考慮する必要がある。すると、図6及び図7に示したように、制御フィールド内の情報として、優先使用要求されうる全ダイナミックスロットごとに優先使用要求情報(制御ビット)を設ける手法が、同時に複数のダイナミックスロットの優先使用要求情報を送信する場合に有効である。
また、後に説明するように、1つのスロットに対する制御ビットを複数ビットにすることにより、優先度のレベルも設定可能となりきめの細かい制御が可能となる。
図8Aはバス接続によるクラスタ構成例を示す図である。図8Aに示す例では、バス(80)により、ノード1(81)、ノード2(82)、ノード3(83)、ノード4(84)、・・・、ノードM(8m)が接続され、1つの送受信システムであるクラスタを構成している。
バス送受信制御部(95)は、タイミング制御部(94)の情報をもとに、フレームの送信および受信を行う。また、フレームフォーマットの組み立てあるいは分解も行う。
タイミング制御部(94)は、タイムトリガ(別の言い方ではTDMA)のタイミングを制御する。すなわち、自ノードの送信スロットになるとバス送信要求をバス送受信制御部(95)に指示する。また、優先情報部(96)の優先情報をもとにバス送信タイミングの優先制御を行う。あるいは、CPU(91)からの送信指示でバス送信タイミングの制御を行う。
自ノードが優先情報を設定する場合、CPU(91)がCPU−IF部(93)を通してTxレジスタ(98)の該当フィールドに優先情報を設定し、メッセージ情報と共にペイロードデータを構成して、バス送受信制御部(95)から自ノードの送信スロットのタイミングでバスに送信される。
例えば、同一の制御単位であるスロット1とスロット2がある場合、スロット1からの受信優先使用情報が“00010”とし、スロット2からの受信優先使用情報が“00100”であれば、Rxレジスタに格納される情報は“00110”となる。
ハードウェア処理の場合、全ての優先使用情報取得後、同一の通信サイクル内の制御対象ダイナミックセグメントに対し送信制御されるまでの間に優先情報部(96)内の演算部で、優先処理演算を行う。演算の結果優先使用により送信キャンセルを行なうダイナミックスロットがあれば、タイミング制御部(94)に演算処理結果を通知する。
また、優先情報のRxレジスタのリセットは、演算処理結果通知後、次の通信サイクルが開始されるまでに行なわれる。
なお、この場合の制御対象となるダイナミックスロットは、同一通信サイクル内のダイナミックスロット、または、次の通信サイクル内のダイナミックスロットのいずれかの制御が可能となる。
制御フィールドの第1の構成例では、スタティックスロットで転送されるフレームに制御フィールドを設ける。制御フィールドを送信するスロットに送信可能なフレームには、図示のように制御情報とともにペイロードを送信するものと、制御情報のみを送信するものとがある。図示の例ではスタティックスロットがノードの数と同数の3スロットしかないがもっと多くてもよい。
図10Bは、本発明の実施例1において制御フィールドの第2の構成例を採用した場合を説明する図である。
1.全ての制御フィールド情報を得た後に、優先使用要求スロットの数( p 個)を算出する。
2.全送信可能ダイナミックスロットの数(total_dslot 個)は既知であるため、1.の結果から優先使用要求のされていないスロットの数(np)は以下の[式1]で求められる。
3.また、以下の[式2]により、送信可能な優先スロット数(allow_p)、及び送信可能な非優先スロット数(allow_np)を求める。
但し、
segment_length:ダイナミックセグメント長
allow_p :送信可能な優先スロット数 (0≦ allow_p ≦ p)
allow_np :送信可能な非優先スロット数 (0≦ allow_np ≦ np)
slot_length :ダイナミックスロット長
各ノードではこの[式2]をもとに、全優先要求スロットの送信に必要な帯域を計算し、 送信するダイナミックスロットを決定する。そのために、下記の手順を実行する。
4.まず、allow_pを求める。
が成立すれば、allow_p = pとなり、次に下記5.に示すように[式2]を満足する最大値としてallow_npを求める。
[式4] allow_p = segment_length ÷ slot_length (小数点以下切捨て)
この場合、送信可能な非優先スロットの割当てはなく、また、要求されている優先スロットの中から送信可能なスロットを選択する必要がある。
5. [式3]が成立した場合、次のようにallow_npを求める。
[式5] allow_np = segment_length÷slot_length−allow_p
(小数点以下切捨て)
この[式5]より非優先スロットの送信可能なスロットが判明し、スロット番号の小さい方が優先度が高くなっているので、そのスロットIDに従い送信可能なスロットを割当てる。
6.この割当てられた送信可能なスロットにより、各送信ノードが送信の有無の設定 を行う。
よって、若い番号のスロット5と6を使った送信は可能であるが、スロット8、9、11、12での送信はキャンセルするように該当ノードが処理を行う(図ではノード2(102)とノード3(103))。
ステップS20では取得した制御情報から優先使用要求が出されたスロット数を算出する。次にステップS21において、ステップS20で算出された優先使用要求が出されたスロット数とダイナミックセグメントで送信可能なスロット数、及びダイナミックスロットのID番号から送信可能な優先スロットを決定する。
続いてステップS30に移行し、ステップS21とステップS24での決定処理に基づき、ダイナミックスロットkが送信可能か判定する。
ステップS31ではダイナミックスロットkを送信し、ステップS32ではバス送受信制御部により送信を中止する。
終了していなければステップS30に戻り、次のダイナミックスロットに対する判定を繰り返す。終了していれば、ステップS10に戻り、次の通信サイクルでの処理を行う。
図13の例示は、制御情報を2ビットにした場合であり、“11”が最高優先で順番に“10”、“01”、“00”と優先度が下がってくる例である。
図示の例では、ノード1(101)がスロット7に要求“01”を、ノード2(102)がスロット2とスロット8に要求“10”、スロット11に要求“01”を、ノード3(103)がスロット3とスロット12に要求“11”を出している。そこで、図示の2重丸を付されたスロットが最初に送信可能とされ、次に丸印の付されたスロットが送信可能とされ、さらにその次に黒丸の付されたスロットが送信可能とされ、最後に3角印の付されたスロットが送信可能とされる。
図14は、本発明の実施例1において優先情報と送信バイト数を用いた場合の送信可能なダイナミックスロットの判定例を説明する図である。
先に述べたように、フレックスレイの仕様によれば、スロットIDの小さいスロットの送信が優先されるが、実施例2は、本発明による優先使用要求に既存の(優先要求されていない)スロットIDに基づく優先順位も考慮したものである。
また、グループ単位でダイナミックセグメントの残り時間をもとに判定するので、非優先スロットを含め有効且つ効率的な帯域の利用が可能である。
実施例1と同様に、優先使用要求情報をやり取りする制御フィールドは、スタティックフレームを使用することも、ダイナミックセグメントの先頭スロット(ノード分)を使用することも可能である。
7.予め複数のダイナミックスロットをグループ化しておき、グループ単位で優先使用要求スロットの数(p_n)を算出する。グループ化は、IDの番号順に任意のID数で行なう。
8.既知であるグループ内で送信可能ダイナミックスロットの数(group_dslot_n)と上記7.の結果から、グループ毎に優先使用要求のされていないスロットの数(np_n)を下記[式6]により算出する。
9.以下の[式7]をもとに、先頭グループからグループ単位に送信可能な優先スロット数(allow_p_n)、及び送信可能な非優先スロット数(allow_np_n)を求める。
× slot_length
但し、
segment_length :ダイナミックセグメント長
r_segment_length:割り当て済みダイナミックセグメントの合計
allow_p_n :送信可能な優先スロット数 (0≦ allow_p_n ≦ p_n)
allow_np_n :送信可能な非優先スロット数 (0≦ allow_np_n ≦ np_n)
slot_length :ダイナミックスロット長
(n:グループ番号)
割り当て済みダイナミックセグメントの合計r_segment_lengthは、次の[式8]により求める。
[式8] r_segment_length =Σ((allow_p_i + allow_np_i) × slot_length )
(n番目のグループについての計算時)
各ノードでは[式7]をもとに、グループ単位に優先要求スロットの送信に必要な帯域を計算し、送信するダイナミックスロットを決定する。
そのために、グループ単位での判定を下記の手順を実行する。
10.まず、送信可能な優先スロット数allow_p_nを求める。
が成立すれば、allow_p_n = p_nとなり、次に下記11.に示すように、送信可能な非優先スロット数allow_np_nを求める。
segment_length−r_segment_length = allow_p_n × slot_length
[式10] allow_p_n = (segment_length−r_segment_length) ÷ slot_length
(小数点以下切捨て)
[式9]が成立せず、この[式10]で送信可能な優先スロット数が求められた場合、送信可能な非優先スロットの割り当てはなく、また、要求されている優先スロットの中から送信可能なスロットを選択する必要がある。
11.[式9]が成立した場合、次のようにallow_np_nを求める。
[式11] allow_np_n=(segment_length−r_segment_length)÷slot_length
−allow_p_n
(小数点以下切捨て)
この[式11]より非優先スロットの送信可能なスロット数が判明し、スロット番号の小さい方が優先度が高くなっているので、そのスロットIDに従い送信可能なスロットを割当てる。
12.上記11.の処理後まだダイナミックセグメント時間が残っているなら、次のグループの処理を行う。
13.この割当てられた送信可能なスロットにより、各送信ノードが送信の有無の設定を行う。
実施例2ではグループ単位で送信可能なスロットの決定を行うこと、また図16に示す例ではグループ単位で優先判定を行うことから、まず、グループ1内で優先使用要求のされているスロットがあるか判定され、スロット6に対してノード3が優先使用要求をしているので、スロット6の送信が最初に決定される。
図16の(2)の例では、スロット5に対し送信許可されていたが送信許可されたノード2では、送信要求がなく送信しなかった。このため残り時間がスロット5の分が増える。グループ2に対する送信可能スロットの判定は、この実際に増えた時間をもとに行われる。したがって、グループ2では、非優先を含め3つのスロットに対し許可が可能となる。
しかし、上記優先判定処理において優先判定に使用される時間は、実際に使用できる残り時間であるため、送信許可にもかかわらず送信されないスロットがあるとその帯域をグループ3でも使用できる可能性がある。
図17は、本発明の実施例3において1ビットの優先情報を用いた場合の送信可能なダイナミックスロットの判定例を説明する図である。クラスタ構成や優先使用要求は図16に例示したものと同一である。
次にグループ1の送信判定を行う。判定時期はスロット4が始まるまでに行う必要がある。このクラスタで最大フレーム長において5つのスロットが送信可能である場合、 既に送信許可を判定した優先使用の3スロットがあるので、残り2スロットに対して送信許可の判定をすることが可能である。したがって、グループ1内の残りのスロットであるスロット4とスロット5が順次送信可能なスロットとして決定される。結局グループ1では3スロットが送信許可と判定される。
さらに、グループ3では、グループ2と同様に優先使用分のみであるためスロット11が送信許可と判定される。
しかし、図16において説明したように、各グループが始まる前に実際の残り時間で判定を行うため、スロット5のように送信を許可されたがノード2で送信要求が無いために実際には送信されない場合は、図17の(2)に示すようにグループ2ではスロット7に対し送信許可を与えることが可能となる。
クラスタ構成、優先情報、最大フレーム長において7つのスロットで送信可能とする点は図13に示したものと同様である。
既に送信可能と判定されたスロット数が4であり、残りスロット数は3であるから、グループ1では残りのスロット4が送信可能と判定される。さらに残りスロット数が2あるので、グループ2の優先度が“01”である黒丸印の付されたスロット7が送信可能と判定され、次に優先度が“00”である三角印の付されたスロット9が送信可能と判定される。
グループ1では、スロット5では送信バイト数として64バイト、スロット6では送信バイト数として256バイトが要求されている。160バイトに64バイトと256バイトを足すと480バイトであるので、丸印の付されたスロット5とスロット6は送信可能と判定される。グループ2でも送信可能となるスロットが存在しうるが、非優先スロットのうちスロットIDの若い番号のスロット8の送信バイト数が128であるため、スロット8は送信不可となる。
Claims (20)
- 固定領域と可変領域から成るセグメント構成を特徴とするTDMA方式を採用した送受信システムにおいて、
各通信サイクル内にダイナミックスロット送信の優先制御を行うための制御フィールドを設け、
前記送受信システムのノードは、
前記制御フィールドに該ノードが送信可能なダイナミックスロットに対する優先使用要求を含む制御情報を設定し、前記ダイナミックスロットの優先使用要求を前記送受信システム内の全ノードに通知することを特徴とする送受信システム。 - 前記制御フィールドに設定された制御情報は、優先使用を要求する前記ダイナミックスロット毎の優先使用要求を示す制御ビットを含んで構成されることを特徴とする請求項1に記載の送受信システム。
- 前記制御ビットは複数ビットからなり、前記優先用要求に複数の優先度を設けたことを特徴とする請求項2に記載の送受信システム。
- 前記制御フィールド内の制御情報は当該ダイナミックスロットで送信するデータのサイズ情報を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の送受信システム。
- 同一通信サイクル内の全てのノードの前記送信可能なダイナミックスロットを一定時間間隔ごとに複数のグループに分け、該グループごとに、該グループに属するダイナミックスロットに対する前記制御情報に基づいて同一通信サイクルあるいは次の通信サイクルで実際に送信可能なダイナミックスロットを判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の送受信システム。
- 固定領域と可変領域から成るセグメント構成を特徴とするTDMA方式を採用した送受信システムであって各通信サイクル内にダイナミックスロット送信の優先制御を行うための制御フィールドが設けられた送受信システム内の他のノードと通信を行うノードにおいて、
自ノードが送信可能なダイナミックスロットの優先使用要求を含む制御情報を前記制御フィールドに設定して送信する制御情報送信手段と、
1つの通信サイクル内においてクラスタ内の全てのノードから送信された前記制御情報に基づいて同一通信サイクルあるいは次の通信サイクルで実際に送信可能なダイナミックスロットを判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とするノード。 - 前記制御情報送信手段は、前記制御情報に前記ダイナミックスロット毎の優先使用要求を示す制御ビットを含めて前記制御フィールドに設定することを特徴とする請求項6に記載のノード。
- 前記制御フィールドを自ノードに割り付けられたスタティックスロットに格納して通知することを特徴とする請求項6又は7に記載のノード。
- 前記制御フィールドをダイナミックセグメントの先頭部分の自ノードに割り付けられたダイナミックスロットに格納して通知することを特徴とする請求項6又は7に記載のノード。
- 前記制御フィールド内の制御情報として当該ダイナミックスロットで送信するデータのサイズ情報を含めることを特徴とする請求項6又は7に記載のノード。
- 前記判定手段は、同一通信サイクル内の全ての前記制御フィールドに設定された前記制御情報に基づいて、同一通信サイクルあるいは次の通信サイクルで実際に送信可能なダイナミックスロットを判定することを特徴とする請求項6又は7に記載のノード。
- 前記判定手段は、同一通信サイクル内の全てのノードの前記送信可能なダイナミックスロットを一定時間間隔ごとに複数のグループに分け、該グループごとに、該グループに属するダイナミックスロットに対する前記制御情報に基づいて同一通信サイクルあるいは次の通信サイクルで実際に送信可能なダイナミックスロットを判定することを特徴とする請求項6又は7に記載のノード。
- 前記判定手段は、前記グループごとにさらにダイナミックセグメントの実際の残り時間に基づいて送信可能なダイナミックスロットを判定することを特徴とする請求項12に記載のノード。
- 前記判定手段は、優先使用要求のされているダイナミックスロットについては、一括して同一通信サイクルあるいは次の通信サイクルで実際に送信可能か判定することを特徴とする請求項12に記載のノード。
- 前記判定手段は、前記制御ビットは複数ビットからなり、前記優先使用要求に複数の優先度が設けられ、
2番目までの優先度で優先使用要求のされているダイナミックスロットについては、一括して同一通信サイクルあるいは次の通信サイクルで実際に送信可能か判定することを特徴とする請求項14に記載のノード。 - 固定領域と可変領域から成るセグメント構成を特徴とするTDMA方式を採用した送受信システムの通信方法において、
各通信サイクル内にダイナミックスロット送信の優先制御を行うための制御フィールドを設け、
前記送受信システムのノードは、
前記制御フィールドに該ノードが送信可能なダイナミックスロットに対する優先使用要求を含む制御情報を設定し、前記ダイナミックスロットの優先使用要求を前記送受信システム内の全ノードに通知することを特徴とする通信方法。 - 前記制御フィールドに設定された制御情報は、優先使用を要求する前記ダイナミックスロット毎の優先使用要求を示す制御ビットを含んで構成されることを特徴とする請求項16に記載の通信方法。
- 前記制御ビットは複数ビットからなり、前記優先使用要求に複数の優先度を設けたことを特徴とする請求項17に記載の通信方法。
- 前記制御フィールド内の制御情報は当該ダイナミックスロットで送信するデータのサイズ情報を含むことを特徴とする請求項16又は17に記載の通信方法。
- 同一通信サイクル内の全てのノードの前記送信可能なダイナミックスロットを一定時間間隔ごとに複数のグループに分け、該グループごとに、該グループに属するダイナミックスロットに対する前記制御情報に基づいて同一通信サイクルあるいは次の通信サイクルで実際に送信可能なダイナミックスロットを判定することを特徴とする請求項16又は17に記載の通信方法。
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