JPH04326831A

JPH04326831A - 通信方式

Info

Publication number: JPH04326831A
Application number: JP3097405A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ota; 太田猛史
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 1992-11-16
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: US5319642A; JPH0821941B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＡＮ（ローカルエリ
アネットワーク）の通信プロトコル（通信制御手順）に
関し、特に、ネットワーク上の衝突を検出して通信制御
を行う通信方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にＬＡＮにおいては、バスに対して
複数のノードが接続されており、各ノード間の通信がバ
スを介して行われる。このようなＬＡＮにおいて使用さ
れるバスの一つとして同報性バスがある。同報性バスと
は、或るノードから送信された信号が全てのノードで同
時に受信可能なバスのことである。この同報性バスを用
いるＬＡＮとしては、イーサネット（登録商標）がよく
知られており、その通信プロトコルは、ＣＳＭＡ／ＣＤ
（ｃａｒｒｉｅｒ　ｓｅｎｓｅ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ａ
ｃｃｅｓｓ／ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
）　方式と呼ばれているもので、ＩＥＥＥ８０２．３と
して規格化されている。

【０００３】イーサネット（登録商標）においては、伝
送媒体として同軸ケーブルを使用している。各ノードは
同軸ケーブルに接続され、送信しようとするノードは、
先ず、同軸ケーブル上に他ノードからの信号がないかど
うか調べ、他ノードからの送信がなければ送信を開始す
る。ところが、このような場合において、偶然二つ以上
のノードが同時に送信を開始してしまう確率が存在する
。このような状態を衝突と呼び、イーサネット（登録商
標）ではこの衝突状態を電圧のレベルにより検出してい
る。

【０００４】衝突を検出したノードは、一定期間のジャ
ム信号を送出した後に、ランダム時間の待機に入る。こ
のジャム信号は、ネットワーク内の最大往復伝搬遅延時
間より長くする必要がある。これは、衝突状態を、ネッ
トワークに接続されている全てのノードに知らせるため
に必要なものである。また、ランダム時間の待機を行う
のは、次のような理由による。すなわち、送信できなか
ったノードが回線が空くと同時に一斉に送信を試みると
、再び衝突が発生し得るので、各ノードが各々ランダム
な待機時間を持つことによりこれを防ぐためである。

【０００５】一方、ＬＡＮにおいても光通信が採用され
つつある。しかし、光ファイバを伝送媒体として使用す
る光ＬＡＮにおいては、ノードを追加する場合には、同
軸ケーブルを使用したＬＡＮのときのように、単純にタ
ップを設けて増設することができない。

【０００６】そこで、この問題を解決するため、各ノー
ドの送信と受信を別々の端子に分け、全てのノードをス
ターカプラで分配するように構成したネットワークが提
案されている（Ｅ．Ｇ．Ｒａｗｓｏｎ，“Ｆｉｂｅｒｎ
ｅｔ：ＭｕｌｔｉｍｏｄｅＯｐｔｉｃａｌ　　Ｆｉｂｅ
ｒｓ　　ｆｏｒ　　Ｌｏｃａｌ　　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　
　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓａｃｔ
ｉｏｎｓ　　ｏｎ　　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，
Ｖｏｌ．ＣＯＭ−２６，ＮＯ．７，ＪＵＬＹ　　１９７
８）。

【０００７】このスターカプラが受動型である場合、ス
ターカプラに接続されるノードの数が増加すると、一つ
のノード当たりの受信レベルが低下してしまう。そこで
、増幅機能を有する能動型のスターカプラを使用するこ
とが考えられるが、この場合、ノードの数を増加しよう
としたときに新たな問題が発生する。すなわち、予め決
められた端子数を有する複数のスターカプラを組み合わ
せてノードの数の増加に対応しようとした場合、相互に
接続されたスターカプラ間に帰還ループが形成されてし
まい、発振等の不都合が生じる。このため能動型のスタ
ーカプラを使用する場合には、一つのスターカプラに予
め設けられている端子の数しかノードを接続することが
できない。

【０００８】そこで、本出願人は、この問題を解決する
ために、スターカプラの伝達特性を表現する複数の伝達
係数のうち、同一のノードに接続される対をなす入力端
子と出力端子との間での信号の伝達係数を０にすること
により、スターカプラを組み合わせて使用した場合でも
帰還ループが形成されないようにすることを、特願平２
−９８３７０号で提案している。また、同出願明細書に
おいて示されたようなスターカプラ同士を接続して構成
した光通信ネットワークにおいては、送信中のノードに
は自分の送信信号は戻って来ない。したがって、或るノ
ードが送信中であっても、そのノードは他のノードから
の信号を受信することが可能となり、送信と受信を同時
に行うことができる。すなわち、前記出願明細書に記載
の光通信ネットワークは双方向性を有するバスとなる。

【０００９】また、スターカプラを組み合わせて使用し
たネットワークにおいて、１本の光ファイバにより双方
向通信を行うようにすることも、本出願人より特願平２
−４０９０７０号として出願されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述のような双方向性
バスにおいて双方向通信を行う場合、第１のノードと第
２のノードの間で通信を開始しようとしたときに、偶然
第３のノード、すなわち、当事者以外のノードが送信を
開始してしまう確率が存在する。この第３のノードの衝
突は、単方向通信における他の送信ノードの衝突と同様
なものである。

【００１１】また、前述のイーサネット（登録商標）の
ような同報性バスを用いるネットワークにおいては、或
るノードが送信した信号は他の全てのノードで受信可能
であり、これは通信の秘密保持という観点からは好まし
いものではない。

【００１２】本発明は、双方向性バスを用いたネットワ
ークにおいて、第３のノードからの衝突を検出するとと
もに、通信の秘話性を確保することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の通信方式は、前
記目的を達成するため、双方向性を有する同報性バスに
複数のノードを接続し、送信ノードは送信に先立って衝
突検出のために前記同報性バスを監視し回線が空いてい
る場合にのみパケットの送信を行い、更に送信開始後も
一定時間前記同報性バスを監視し、応答ノードは自ノー
ド宛のパケットを受信してから一定の待機時間後返信を
送信開始するようになし、前記同報性バスの最大往復伝
搬遅延時間をτ０　、衝突検出のために送信ノードが送
信開始後に前記同報性バスを監視する上記一定時間をτ
１　、応答ノードがパケットを受信してから返信を送信
開始するまでの待機時間をτ２　としたとき、τ０　＜
τ１　＜τ２　としたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】送信ノードは、送信に先立って回線を監視し、
信号が検出されなければ、衝突はないと見做して送信を
開始する。送信ノードは、送信後も時間τ１だけ回線を
監視する。応答ノードは、自ノード宛のパケットが受信
されると、一定の待機時間τ２　後返信を送信開始する
。このとき、監視時間τ１　は同報性バスの最大往復伝搬
遅延時間τ０　より長いので、第３のノードからの送信
があった場合には必ず検出できる。また、待機時間τ２
　は監視時間τ１　より長いので、応答ノードからの返
信を他のノードからの衝突と誤認することはない。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例に基づいて
本発明の特徴を具体的に説明する。

【００１６】図１は、本発明の通信方式が適用される６
端子スターカプラを用いて構成した光通信ネットワーク
の概略図である。

【００１７】図１の例においては、三つの６端子スター
カプラ１が示されており、各スターカプラ１の六つの端
子のうちの四つの端子に双方向性且つ同報性のバスＡを
介してノード２を接続し、残りの二つの端子を使用して
同じくバスＡを介してスターカプラ１同志を接続する。

【００１８】図２は６端子スターカプラ１の構成例を示
しており、分岐比４：１の光分波／合波器３と、分岐比
１：１の光分波／合波器４を組み合わせることにより、
端子ｘ１　から入射したｖ１　なる信号は、端子ｘ２　
側へ（１／５）ｖ１　だけ分岐し、残りの（４／５）ｖ
１　が同図に示されるように更に分岐していき、結局、
ｘ２，ｘ３，ｘ４，ｘ５，ｘ６　の各端子に（１／５）
ｖ１　ずつ分配される。これは、ｘ２，ｘ３，ｘ４，ｘ
５，ｘ６　の各端子からの入力信号ｖ２，ｖ３，ｖ４，
ｖ５，ｖ６　についても同様である。各端子ｘ１，ｘ２
，ｘ３，ｘ４，ｘ５，ｘ６　における入力信号ｖ１，ｖ
２，ｖ３，ｖ４，ｖ５，ｖ６　と出力信号ｗ１，ｗ２，
ｗ３，ｗ４，ｗ５，ｗ６　の関係、すなわち、伝達関数
を行列表現すると（１）式のようになる。

【００１９】

【数１】

【００２０】（１）式は、スターカプラの対応する端子
間の伝達係数が０であることを意味しており、これによ
り前述した特願平２−９８３７０号明細書に示されてい
るように、スターカプラ同士を接続することが可能とな
る。また、このようなスターカプラ同士を接続して構成
したネットワークは双方向性を有する。

【００２１】図１に示すネットワークの各ノード２には
、図３に示すようにフォトダイオード等の受光器２ａと
レーザダイオード等の発光源２ｂを一つずつ配設し、光
分波／合波器２ｃによって分波及び合波を行う。光分波
／合波器２ｃから導出された端子２ｄは、図１に示され
るスターカプラ１の一つの端子に接続される。なお、２
ｅは送信ポート及び受信ポートを有する端末装置である
。

【００２２】次に、上述のネットワークにおける通信プ
ロトコルについて図４を参照して説明する。なお、図４
（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ送信ノードの送信ポートの
信号、送信ノードの受信ポートの信号、応答ノードの送
信ポートの信号、応答ノードの受信ポートの信号、第３
のノードの受信ポートの信号を示している。

【００２３】ネットワーク中の或るノードが送信する場
合、先ず自分の受信ポートに他ノードからの信号が入っ
ていないことを確認してから送信を開始する（図４（ａ
）時点Ｔ０　参照）。なお、図中、縦線を施した部分が
送信信号を示す。この送信信号は、或る遅延時間を経て
他ノードへ伝達される。この遅延時間は、ノード間の距
離によって異なる。この伝搬遅延時間のため、複数のノ
ードが略同時に送信を開始してしまう確率が存在するが
、この同時送信すなわち衝突は、或る送信ノードから見
た場合、自ノードの送信開始後から、ネットワークの最
大往復伝搬遅延時間τ０　以内の他ノードからの着信と
いう形で検出される。逆に言えば、送信ノードは、送信
直後からτ１　＞τ０なるτ１　だけの時間、自ノード
の受信ポートを監視していて何の信号も検出されなけれ
ば衝突は生じなかったと判断できる。

【００２４】なお、送信開始後一定時間τ１　（図４（
ｂ）参照）以内に何らかの信号が検出された場合には衝
突と判断し、一定時間ジャミング信号を送信した後、ラ
ンダム時間内の待機に入り、待機後再度送信を試みる。

【００２５】応答すべきノードは、自ノード宛ての信号
を受信後直ぐに返信を発すると前記監視時間τ１　の時
間内に送信ノードへ返信が届いてしまい誤って衝突と判
断されてしまう。そこで、応答ノードからの応答を一定
時間遅延させる。いま、応答ノードが信号を受信してか
ら（時点Ｔ１　）返信信号を発するまで（時点Ｔ２　）
の返信待機時間をτ２　、送信ノードと応答ノードの間
の片道の伝搬時間をｔｄ　とすると（図４（ｃ），（ｄ
）参照）、送信ノードが返信信号を受け始める時刻は、
送信開始（τ２　＋２ｔｄ　）後である（図４（ｂ）時
点Ｔ３　参照）。なお、図中、交差斜線を施した部分が
返信信号を示す。０＜２ｔｄ　であるので、送信ノード
が返信信号を受信し始めるのは、送信ノードが送信を開
始してから、応答遅延時間τ２　以上経過してからにな
る。なお、片道伝搬時間ｔｄ　は、応答ノードが送信ノ
ードの近くにある程短くなる。このとき、τ１　＞τ２
　であると、返答信号を衝突として判断してしまう可能
性がある。したがって、τ１　＜τ２　でなくてはなら
ない。したがって、τ０　＜τ１　＜τ２　の条件を満
足させる必要がある。

【００２６】ここで、送信ノードに対して応答ノードよ
りも更に遠い位置にある第３のノードを考えると、この
第３のノードに受信ポートに現れる信号は、図４（ｅ）
に示すような波形となる。すなわち、送信ノードからの
送信開始から時間ｔｄ１だけ経過した時点で送信ノード
からの送信信号が受信され、更に、応答ノードからの返
信信号が送信されてから時間ｔｄ２が経過すると、送信
ノードからの送信信号に応答ノードからの返信信号が重
畳された状態で受信される。すなわち、第３のノードに
おいては、正常に受信可能なのは、送信ノードからの送
信信号の先端部のみであり、応答ノードから返信信号の
送信が開始されると、時間ｔｄ２後には送信ノードから
送信信号と応答ノードからの返信信号が混信してしまい
傍受することが不可能となる。したがって、パケットの
後方に機密性を要するデータを配置しておけば、通信内
容の機密を保持することができる。

【００２７】次に、上述のネットワークにおける通信プ
ロトコルについて、送信ノード側と応答ノード側に分け
て整理すると以下のようになる。

【００２８】〔送信ノード側〕（１）送信するノードは、自ノードの受信ポートを調べ
、何らかの信号が受信されているときは送信せず、ラン
ダムな時間待機する。何の信号も受信されていない時は
送信を開始する。

【００２９】（２）送信開始後も監視時間τ１　以内に
自ノードの受信ポートに何らかの信号が現れた時は、一
定時間ジャミング信号を送信した後、ランダムの待機に
移る。

【００３０】（３）監視時間τ１　以降に受信された信
号は、自ノード宛の応答として取り込む。

【００３１】〔受信ノード側〕（１）何らかの信号を受信した場合、それが自局のみへ
宛てたものであればそれを取り込む。また、それが応答
を要求しているものであるかどうかを識別する。

【００３２】（２）応答を要求されているものであれば
、一定の返信待機時間τ２　後に応答を開始する。通常
の場合、この応答としては、受信内容をそのまま送り返
すエコーバック処理を行う。

【００３３】図５は、以上のプロトコルを総合したノー
ドの送信信号の制御を状態遷移図として表したものであ
る。

【００３４】各ノードは、常に受信ポートからの内容を
受信し、何らかのキャリアが存在すればパラメータＣ＝
”１”、存在しなければＣ＝”０”として回線の状態を
表す。また、また、受信したパケットに含まれるアドレ
スを検出してそのパケットが、自ノード宛のものかどう
か識別し、自ノード宛のものはパラメータＡ＝”１”，
そうでない場合はＡ＝”０”とする。自ノード宛のパケ
ットであってそのパケットが返信要求をしているもので
あれば、Ｒ＝”１”，そうでない場合はＲ＝”０”とす
る。また、自ノードの上位の制御レベルからの送信要求
がある場合は、Ｔ＝”１”，ない場合はＴ＝”０”とす
る。また、要求のあったパケットを送信し終わった場合
は、Ｔ＝”０”にリセットされる。送信開始後、前述の
一定の監視時間τ１　中の時Ｗ＝”１”、監視時間τ１
　の終了の時Ｗ＝”０”とする。以上のＣ，Ａ，Ｒ，Ｔ
，Ｗの５個のパラメータでノードの送信は制御されるこ
とになる。

【００３５】図５中の「Ｔをランダム時間禁止」とは、
上位レベルからの送信要求を示すパラメータＴを、ラン
ダムな時間だけＴ＝”０”とすることであって、Ｔをリ
セットしてしまうことを意味するものではない。Ｔをラ
ンダム時間禁止して直ちに待機状態に移ることにより、
送信失敗直後に他ノードから自ノードへ返信要求のある
パケットが届いた時でも対応することができる。また、
ランダム時間の禁止は、前述のイーサネット（登録商標
）における再衝突回避機構と同じ機能を果たす。また、
同図中のＴ＊（〜Ｃ）は、Ｔ且つ（Ｃの否定）の意味を
表す論理式である。同様に、Ｗ＊ＣはＷ且つＣを、また
、Ｔ＊ＣはＴ且つＣを表す論理式である。

【００３６】返信する場合、その返信内容は、通常の場
合受信内容をそのまま送り返すエコーバックである。こ
れにより、送信ノードは、自ノードの送信内容が相手ノ
ードは確実に伝送されたことを知ることができ、また、
エコーバックが他ノードへはジャミングの働きをし、交
信に関係のない他のノードに交信内容を傍受されること
を防ぐことができる。すなわち、通信の秘密を保持する
ことができる。

【００３７】なお、返信としては、単なるエコーバック
ではなく、何らかの意味のある信号を返信するようにし
てもよい。但し、実際にはパケット交換の場合、ファイ
ルの転送のように一方向伝送に近いデータの流れが多く
、双方向に略同じデータの流れが発生することはあまり
ない。また、双方向に意味のあるデータを作ろうとする
と、各ノードの上位レベルの制御機構のオーバーヘッド
が相当大きくなり、その実現はかなり困難である。した
がって、返信としてはエコーバックを使用することが望
ましい。

【００３８】なお、パケットには、そのパケットが返信
を要するものかどうかを明瞭に示す符号が定義されてい
るようなフォーマットになっていることが必要である。具体的には、パケットのヘッダ部に特定の制御ビットを
１ビット割り当てておき、このビットが“１”か“０”
かで返信要求の有無を示すというようなフォーマットで
あればよい。

【００３９】上述の実施例おいては、先に説明したよう
に交信内容の機密保持の機能を有するが、或る特定の状
況下では機密が十分に保持されない場合がある。

【００４０】たとえば、回線の不調或いは相手ノードの
障害が原因となって、相手ノードが返信すべき時に返信
してこない可能性があり、このような場合には回線上に
送信ノードからの信号のみが存在するため、通信内容の
機密性が失われてしまう。

【００４１】これに対する対応策としては、送信開始後
或る一定時間τ３　以上経っても返信がない場合には、
送信を打ち切るという手順を追加することもできる。こ
のとき、τ３　＞（τ２　＋τ０　）とする。図６は、
このときの各ノードの各ポートの信号を示している。な
お、図６（ａ）〜（ｅ）は、図４（ａ）〜（ｅ）に対応
しているので詳細な説明は省略する。

【００４２】この変形例によれば、相手ノードから返信
がない場合には、送信が自動的に打ち切られるので、通
信内容の機密性が維持される。

【００４３】なお、上述の実施例及び変形例のいずれに
おいても、機密保持を必要とするパスワード等のデータ
実体はパケットの十分後半に配置しておく必要がある。

【００４４】上述の実施例においては、光信号の入出力
を同一の端子から行うようにすることにより、１本の光
ファイバにより双方向通信を行っているが、特願平２−
９８３７０号明細書に記載されているように、送信用と
受信用の２本の光ファイバを配設するようにしてもよい
。

【００４５】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明においては
、双方向性バスを用いたネットワークにおいて、送信ノ
ードからの自ノード宛の信号が受信されると或る時間経
過後に返信を送り返すようにしている。したがって、送
信開始時の回線を監視して第３のノードからの衝突を検
出することができるとともに、或る時点以降は、信号経
路上には送信信号と返信信号が混在することになり、第
３のノードで信号経路上の信号を傍受することが不可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の通信方式が適用される６端子スタ
ーカプラを用いて構成した光通信ネットワークの概略図
である。

【図２】　　図１に示すネットワークにおいて使用され
る６端子スターカプラの構成例を示す概略図である。

【図３】　　図１に示すネットワークのノードの構成例
を示す概略図である。

【図４】　　各ノードの送信ポート及び受信ポートにお
ける信号を示す波形図である。

【図５】　　図１に示すネットワークにおける通信プロ
トコルを示す状態遷移図である。

【図６】　　変形例における各ノードの送信ポート及び
受信ポートにおける信号を示す波形図である。

【符号の説明】

１　　スターカプラ、２　　ノード、３，４　　光分波
／合波器、２ａ　　受光器、２ｂ　　発光源、２ｃ　　
光分波／合波器、２ｄ　　端子、２ｅ　　端末装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　双方向性を有する同報性バスに複数の
ノードを接続し、送信ノードは送信に先立って衝突検出
のために前記同報性バスを監視し回線が空いている場合
にのみパケットの送信を行い、更に送信開始後も一定時
間前記同報性バスを監視し、応答ノードは自ノード宛の
パケットを受信してから一定の待機時間後返信を送信開
始するようになし、前記同報性バスの最大往復伝搬遅延
時間をτ０　、衝突検出のために送信ノードが送信開始
後に前記同報性バスを監視する上記一定時間をτ１　、
応答ノードがパケットを受信してから返信を送信開始す
るまでの待機時間をτ２　としたとき、τ０　＜τ１　
＜τ２　としたことを特徴とする通信方式。