JPH01238242A - 信号同期方式 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は信号同期方式に係り、特にトークンパシングバ
スを利用し互いに離れた複数地点で例えば電圧、電流等
の瞬時値を同時に求めるためのサンプリング信号等の信
号同期方式に関する。

〔従来の技術〕

ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）は近年急速に普
及しつつあるが、その中で注目すべき動向のひとつに米
国ゼネラルモーターズ（ＧＭ）社の提唱したＭＡ　Ｐ　
（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
Ｐｒｏｔｏｃｏ　Ｑ　）と呼ばれる工業用ＬＡＮに対す
る関心の高まりがあげられる。

ＦＡ、ＯＡのためにロボット、コンピュータ等多数の機
器が工場、事務所に導入されているが、これらの機器の
相互接続を容易かつ安価に行なえることを目的としてＭ
ＡＰの標準化が進められている。一企業のＬＡＮという
よりは業界の標準を目ざしており、多数の有力企業が参
加している。

Ｉｓ○（国際標準化機構）のＯＳ　Ｉ　（Ｏｐｅｎ　Ｓ
ｙｓｔｅｍＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）階層モデ
ルの各層を埋める形で標準化が進められており、下位２
層（物理層、データリンク層）のうち論理リンク制御サ
ブレイヤを除く部分はＩＥＥＥ　（米国の電気、電子技
術者会１）８０２．４　委員会のトークンパシングバス
が使用される。

このトークンパシングバスの構成例を第２図に示す。ネ
ットワークを構成する局１１〜１ｎはタップと呼ばれる
分岐装置３１〜３ｎを介して同軸ケーブル２に接続され
る。バス形ネットワークには各局が任意にデータを送信
する方式（ＣＳＭＡ／ＣＤ）もあるが、伝送データ量が
増大し負荷が大きくなると伝送効率が急速に低下すると
いう欠点がある。これに対し、このトークンパシングバ
スは、決定論的アクセス方式によりこの欠点を避けてい
る。即ち、トークンと呼ばれる送信権がトークンパシン
グバスに加入している各局間で順番に受けわたされ、同
一時刻と複数の局が送信することが防止される。トーク
ンはアドレスの大きい局から小さい局へ順番にわたされ
、また各局は自局がトークンをわたすべき局（後続局）
を記憶しており、これによりトークンが巡回する論理上
のリング（論理リング）が構成される。しかしこの論理
リングが固定的なものであると、新しく局が加入したい
場合も加入できず、また加入局のいずれかが故障すると
論理リングが壊れて通信が停止してしまうことになる。

それ故に、トークンパシングバスでは次のようなリング
継待機能を備えている。

（１）ノイズ等によりトークンが一次的に消失したとき
には前トークン保持局がトークン再発行を行なう。

（２）後続局が故障した場合は、その局の後続局にトー
クンをわたし、故障局を論理リングから除去する。

（３）はぼ一定の周期で新局勧誘を行ない、論理リング
に加入を希望する局の加入を許可する。

〔発明が解決しようとする課題〕

トークンパシングバスを含むＬＡＮを利用して機器の高
速制御を行なう応用分野では、トークンパシングバスに
加入している各局が特定信号を同時刻に繰り返し発生す
る必要があるシステムもある。例えば、複数地点で電圧
、電流、変位、加速度等の瞬時値を同時に求めるための
サンプリング信号の発生があげられる。したがってＬＡ
Ｎの有力な標準のひとつであるトークンパシングバスを
用いてこのような信号同期が行なえれば、トークンパシ
ングバスが元来備える即時性、自己回復性。

拡張性の優れた特徴と併せて、トークンパシングバスの
用途を一層広くすることができる。

トークンパシングバスを用いて信号同期を行なう方法と
しては、特定の局を同期主局とし、同期主局が周期的に
発生するデータフレームを利用して同期主局以外の局（
同期従局）が同期主局に合せて同期をとる方法が考えら
れる。第３図を用いてこれを説明する。第２図の構成に
おいて同期主局を局１工、同期従局を局１２〜１ｎとす
る。同期主局１１が発生する同期信号（以下、主同信号
と称する）Ｓｌは周期Ｔが発生している。もしも同期主
局１１よりデータフレームＤ１を主同期信号Ｓ１に同期
して送信できれば、同期従局１２〜１ｎはデータフレー
ムＤ１の受信時刻から逆算して主同期信号Ｓ１の発生時
刻を知ることができる。トークンパシングバスではデー
タフレームＤ１はその宛先アドレスを適切に設定すれば
全同期従局１２〜１ｏにほぼ同時に受信されるからであ
る。このような同期主局１１が送信する同期のためのデ
ータフレームＤ１を以下同期データフレームという。

しかしトークンパシングバスにおいてはトークンは論理
リング維持のためのアルゴリズムに従つて巡回し、新局
の勧誘やトークンパシング再試行などが確立的に行なわ
れるため、トークン巡回時間は本来常に変化するものと
考えねばならない性質のものである。従がって、主同期
信号Ｓ１に同期して同期データフレームＤ１を送信する
ためには、送信時刻調整手段が不可欠である。−手法と
して同期主局１１がトークン受信後、同期データフレー
ムＤ１の同期送信時刻まで送信を停止する手段を備える
ことも考えられるが、この場合同期主局１１にトークン
を流した先行局がトークン主敗とみなしてトークン再発
行を行ない、さらに応答がないと同期主局１１故障とみ
なしてこれを論理リングから除く動作を開始することに
なるという問題があり、この手法を使えない。

そこで、上記問題を解決する手法として、同期主局１１
が同期データフレームＤＩに先立ち空データフレームを
送信し、この空データフレームの長さを、前回送信した
同期データフレームＤ１の送信時刻と主同期信号Ｓ１と
の時間差に基づいて変えることにより、同期データフレ
ームＤ１の送信時刻を調整するという手法がある。しか
し、単に前回送信した同期データフレームＤ１の送信時
刻と主同期信号Ｓ１との時間差に基づいて、前記空デー
タフレームの長さを変えただけでは、今回同期データフ
レームＤ１を送信するまでの間の同期誤差分が吸収でき
ず同期変動の調整を十分に行なうことができないという
問題があった。

本発明の目的は、ネットワークの加入局のいずれか特定
の局を同期主局とし、該同期主局の発生する主同期信号
に同期し加入局に送信する同期データフレームの送信時
刻調整を行ない、その他の同期従局となる加入局は受信
した同期データフレームに基づいて自局の局同期を行な
うことでトークンパシングバスの用途を一層広くする信
号同期方式を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、所定の通信規約に基づいて各局間の通信を
行なうネットワークの信号同期方式において、同期の主
局となる同期主局は主同期信号を発生する主同期信号発
生手段を備え、該同期主局が送信する同期データフレー
ムの送信完了時刻を調整するために前記同期データフレ
ームの送信に先立って空データフレームを送信し、かつ
前記空データフレームは前記同期データフレームの送信
完了時刻と前記主同期信号との過去２回の時間差に基づ
いてその長さを計算し、次に送信する同期フレーム送信
待ち行列に加えることにより前記同期データフレームの
送信完了時刻を前記主同期信号に同期して送信し、同期
の従局となる同期従局は前記データフレームの受信時刻
を検知することにより自局の局同期信号を前記主同期信
号に同期させる信号同期方式によって達成される。

〔作用〕

所定の通信規約に基づいて各局間の通信を行なうネット
ワークの信号同期方式において、同期の主局となる同期
主局は主同期信号を発生する主同期信号発生手段を備え
該同期主局が送信する同期データフレームの送信完了時
刻を調整するために前記同期データフレームの送信に先
立って空データフレームを送信し、かつ前記空データフ
レームは前記同期データフレームの送信完了時刻と前記
主同期信号との過去２回の時間差に基づいてその長さを
計算して次に送信する同期フレーム送信待ち行列に加え
ることにより前記同期データフレームの送信完了時刻を
前記主同期信号に同期して送信し、同期の従局となる同
期従局は前記同期データフレームの受信時刻を検知する
ことにより自局の局同期信号を前記主同期信号に同期す
る。

〔実施例〕

以下、本発明による一実施例を第１図〜第６図を用いて
説明する。

第２図はバス形ネットワークの構成を示す図で信号同期
を行なう同期主局１１と、同期従局１２〜１ｎとは分岐
装置３１〜３ｎを介して同軸ケーブル２に接続されネッ
トワークを構成している。

まず同期主局１工について詳細な説明を行なう。

同期主局１１は第１図に示す主同期信号Ｓ１の信号源（
主同期信号発生手段）を有する。第３図は信号同期の行
なわれているトークンパシングバスの状態を示し、Ｄ１
〜Ｄｎはそれぞれ同期主局１１゜同期従局１２〜１、の
送信するデータフレーム、またＴ１〜Ｔｎはトークンを
示している。これに対してＤ５は同期主局１１が時刻調
整のために、送信する空データフレームである。第４図
は同期主局１１の送信信号部分を拡大したものである。

同期主局１１はトークンＴｎを検出すると同期データフ
レームＤ１の送信に先立ち空データフレームＤｓを送信
する。この場合ノイズ等によりトークンが一次的に消滅
したときや、いずれかの局が新局勧誘を行なった時は再
送トークンや勧誘フレームにより同期主局１工へのトー
クン着信が遅れ、また局の離脱が生じた時は同期主局１
１へのトークン着信は早まる。従って空データフレーム
Ｄｓの長さは同期データフレームＤ１の送信完了時刻が
主同期信号Ｓ１と同期するように同期主局１１へのトー
クン着信時刻に応じて送信時間ｔｓを変化させる必要が
ある。

ここで前提条件として１フレームのすきま時間し、の和
、全局のトークン送信時間１１の和および全局の最大デ
ータフレーム送信時間ｊ　Ｄｖａ＆ｘの和の総和ＴＴＲ
Ｄが、主同期信号周期Ｔよりも小さく、かつ両者の差Ｔ
−ＴＴＲＤがフレーム間のすきま時間ｔ工と空データフ
レームＤｓの最小長ｔｓ１１１ｎの和よりも大きく選定
されているとする。上記すきま時間ｔ！は局間の伝送遅
延および局での信号処理に生じる局遅延の時間の和であ
る。しかしトークンパシングバスにおいてはそのままで
はトークン着信時刻に応じて空データフレーム長ｔｓを
変化させることはできない。第１に局にはトークン着信
時刻を知る機能は一般的には備えられていない。

第２に同期主局１１はトークン着信を認識すると直ちに
空データフレームＤｓの送信を開始するので空データフ
レーム長ｔｓ　を演算する時間的余裕がない。

そこで、まず第１の問題に対しては、例えば第５図に示
すように同期データフレームＤ１送信完了時刻を検出す
る手段を同期主局１１に設ける。

すなわちトークンパシングバス制御回路（以下ＴＢＣと
略す）１２からモデム１１への出力信号Ｔｘ１を分岐し
て送受信完了検出回路１６に入力し、この送受信完了検
出回路１６により同期データフレームＤ１の送信完了時
点で送信完了パルスＱｓを発生させる。このパルスＱ、
によりレジスタ付きタイマ１７のレジスタに送信完了時
刻を記憶させるとともにＱｓによりトークンパシングバ
ス用プロセッサ１３に割込要求をして上記送信完了時刻
を読取らせる。レジスタ付きタイマ１７は、局同期信号
発生回路２０の主同期信号Ｓ１によりＩ　Ｏ＋　リセッ
ト（または最大値にセット）され、以後時間クロックを
計数するアップ（またはダウン）カウンタとこの計数値
を記憶するレジスタで構成される。従ってレジスタ付き
タイマ１７の計数値から同期データフレーム送信完了時
刻と主同期信号Ｓ１との時間差を検出することができ、
間接的にトークン着信時刻を知ることができる。

次に第２の問題に対しては、第１図に示すように前回検
出した上記時間差ｔｐｐと今回検出した上記時間差ｔｐ
および前回送信した空データフレーム長ｔ、ＳＰとから
、 ｔｓ”ｔｓｐ　　２ｔｐ＋ｔｐｐ により空データフレーム長し５を求め、その長さｔｓの
空データフレームＤｓを送信待ち行列に加えることによ
り、次回の同期データフレーム送信完了時刻が主同期信
号Ｓ１に一致するように補正する。従って同期主局１１
は充分な時間的余裕をもって空データフレームＤｓを構
成し、送信待ち行列に加えることができ、主同期信号Ｓ
Ｌに同期した同期データフレームＤ１を送信することが
可能となる。なお前記データフレームＤ１〜Ｄｎおよび
空データフレームＤｓのフレームフォーマットは第６図
に示すとうりで、ＩＥＥＥ８０２．４　　トークンパシ
ングバス方式に準拠している。

次に同期従局１２〜１ｎについて詳細な説明を行なう。

同期従局１２〜１ｎには同期主局１１が送信する同期デ
ータフレームＤ１の受信完了を検出し自局の局同期信号
Ｓ２”Ｓｎを同期させる手段を有している。すなわち、
第５図の構成例において、１つの同期従局について考え
ると、トークンパシングバス制御回路１２はデータフレ
ームＤを受信完了すると割込要求ＩＲＱを発生し、トー
クンパシングバス用プロセッサ１３は、この割込要求を
受けると直ちにデータフレームＤを判定し、同期データ
フレムＤ１の受信完了を検出する。同期データフレーム
Ｄ１を検出すると直ちに出力ポート２１より受信同期パ
ルスＱＲを発生させる。

上記受信同期パルスＱＲは位相比較器２２により局同期
信号発生器２０から出力される局同期信号Ｓと比較され
、位相差に応じた信号ＤＰＨを出力し、この信号ＤＰＨ
に基づいて屑同期信号Ｓの位相を一定範囲内で調整する
。すなねち受信同期パルスＱＲの位相に局同期信号Ｓの
位相を合せるのではなく、位相の進み、または遅れを判
断して位相差が減少する方向に局同期信号Ｓの位相を微
調整する。これにより同期従局の局同期信号Ｓは最終的
には受信同期パルスＱＲに対してトークンパシングバス
用プロセッサ１３の判定処理時間。

局間伝送遅延時間２局遅延時間の和に等しい早い時刻に
一致され主同期信号Ｓ１に一致し、同期される。このよ
うに、位相比較器２２および局同期信号発生器２０は湯
位相同期回路を形成する。

第５図は同期主局と同期従局の両機能を備えた場合の局
の構成を示す図であり、予め選択することで同期主局ま
たは同期従局として機能し、同期主局となる場合は位相
比較結果ＤＰＨによる同期信号Ｓの位相制御は行なわず
、同期従局となる場合は送信開始パルスＱｓは無視する
。

以上において伝送路は第２図に示すような同軸ケーブル
に限るものではなく、例えば第７図に示すように光フア
イバケーブル５１〜５ｎおよび光スターカプラ４を用い
てもよい。

また上記実施例ではＩＥＥＥ８０２．４トークンパシン
グバスについて述べたが、これと類似の通信規約を有す
るネットワークにも本発明を適用することができる。

以上説明したように本実施例によれば、本来信号同期機
能を備えていないトークンパシングバスなどのネットワ
ークにも、例えばトークンパシングバスが元来備える即
時性、自己回復性、拡張性といった優れた特徴を損うこ
となく信号同期機能を備えることができ、複数の局での
瞬時値を同時に求めるためのサンプリング信号同期等を
行なうことできるので、前記元来備える優れた機能と併
せて、トークンパシングバスの用途を一層広くするとい
った効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、所定の通信規約に基づいて各局間の通
信を行なうネットワークの信号同期方式において、前記
各局のいずれか１つを同期主局とし他を同期従局として
、該同期主局は該同期主局の発生する主同期号に同期し
て同期データフレームを送信し前記同期従局は前記同期
データフレームを受信して該同期データフレームの受信
時刻に基づいて自局の局同期信号の調整を行なうことで
主同期信号との同期をとることができるので、本来信号
同期機能が備わっていないトークンパシングバスなどの
ネットワークにあっても、ぞれぞれが元来備える優れた
ネットワーク機能を損うことなく信号同期機能を備える
ことができ、複数の局での電圧、電流等の瞬時値を同期
に求めるサンブリング信号同期等に有効で、ネットワー
クの用途を一層拡大するといった優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の同期データフレームの
送信方法を示す構成図、第２図は同軸ケーブルを用いた
バス形ネットワークの構成図、第３図は信号同期を行な
うトークンパシングバスの伝送信号例の構成図、第４図
は第３図における同期主局送信信号部分の拡大図、第５
図は本発明による信号同期方式における同期主局と同期
従局との機能を併せ備えた局の回路構成を示すブロック
図、第６図はＩＥＥＥ８０２．４　　トークンパシング
バスのデータフレーム形式例を示す構成図、第７図は光
ファイバーと光スターカプラを用いた他の一実施例のネ
ットワークを示す構成図である。 １１・・・同期主局、１２〜１ｎ・・・同期従局、Ｄｌ
・・・同期データフレーム、Ｄｓ・・・空データフレー
ム、Ｓｌ・・・主同期信号、Ｓ・・・局同期信号。 瑯　１　口 ０＋−一目期テーヲフレＡ 争　３　菌 播４．目 唇　５　の 第　　ら　　Ｃ凸

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の通信規約に基づいて各局間の通信を行なうネ
   ットワークの信号同期方式において、同期の主局となる
   同期主局は主同期信号を発生する主同期信号発生手段を
   備え、該同期主局が送信する同期データフレームの送信
   完了時刻を調整するために前記同期データフレームの送
   信に先立つて空データフレームを送信し、かつ前記空デ
   ータフレームは前記同期データフレームの送信完了時刻
   と前記主周期信号との過去２回の時間差に基づいてその
   長さを計算して次に送信する同期フレーム送信待ち行列
   に加えることにより前記同期データフレームの送信完了
   時刻を前記主同期信号に同期して送信し、同期の従局と
   なる同期従局は前記同期データフレームの受信時刻を検
   知することにより自局の局同期信号を前記主同期信号に
   同期させることを特徴とする信号同期方式。 ２、前記各局それぞれが、前記同期主局の行なう前記同
   期データフレームの送信完了時刻を前記主同期信号に同
   期して送信する手段と、前記同期従局の行なう前記同期
   データフレームの受信時刻を検知し前記局同期信号を前
   記主同期信号に同期させる手段を備えて、予め選択する
   ことにより前記同期主局と前記同期従局とのいずれかと
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の信号
   同期方式。 ３、前記同期従局は、前記同期データフレームの受信時
   刻が正常な予定時刻に対して所定の許容範囲を越えて早
   いまたは遅い場合に、これを無視する手段を備えたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   信号同期方式。 ４、前記空データフレームの宛先アドレスは、トークン
   パシングバスのいかなる前記同期従局をも指示しないグ
   ループまたは個別アドレスであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項〜３項のいずれか１項に記載の信号同
   期方式。 ５、前記同期データフレームの宛先アドレスは、トーク
   ンパシングバスの全ての前記同期従局を包含するグルー
   プアドレスであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項〜４項のいずれか１項に記載の信号同期方式。 ６、前記データフレームの長さは、固定でありかつ全て
   の前記同期従局により予め知られていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項〜５項のいずれか１項に記載の
   信号同期方式。