JPH0710069B2

JPH0710069B2 - パケット通信システム

Info

Publication number: JPH0710069B2
Application number: JP59175796A
Authority: JP
Inventors: 喜美夫小口; 清米田
Original assignee: Toshiba Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Toshiba Corp; NTT Inc
Priority date: 1984-08-23
Filing date: 1984-08-23
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPS6153855A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明はCSMA/CD方式による通信パケットの送出を制御
するパケット通信網において、通信網の性能評価の為の
指標をパケット送出遅延時間の分布から効果的に得るこ
とのできるパケット送出遅延測定方式に関する。

［発明の技術的背景］近時、複数の情報処理機器を伝送路を介して相互に結ん
でローカル・エリア・ネットワークを構成し、上記各情
報処理機器が持つ記憶装置や入出力装置等の資源を共用
して所定の情報処理を行う分散処理システムが注目され
ている。このローカル・エリア・ネットワークにあって
は、伝送路に接続された情報処理機器の全てが、上記伝
送路を共同で利用する為、互いに他者の通信を妨害しな
いようにすることが必要である。この伝送路利用手続の
１つとして従来よりCSMA/CD（キャリア・センス・マル
チプル・アクセス・ウィズ・コリジョン・デテクショ
ン）方式が多く用いられている。

即ち、ローカル・エリア・ネットワークは、例えば第１
図に示すように、複数の情報処理機器1a,1b,〜1nを、所
謂局と称される通信装置2a,2b〜2nを介して伝送路３に
接続して構成される。この伝送路３は、例えば光ファイ
バ・ケーブルと、これらの光ファイバー・ケーブルを相
互接続するスターカップラ４によって構成される。この
ような伝送路３を介して前記各通信装置2a,2b〜2nは、
数キロビット程度のビット列として示されるデータ群を
パケットとして相互に伝送する。この場合、各通信装置
2a,2b〜2nは、例えば第２図に示す如きCSMA/CD方式に一
連の手続処理を実行して、上記通信パケットの送出を制
御している。このCSMA/CD方式によるパケット通信制御
は、通信パケットの送出に先立って伝送路３のキャリア
・センス（CS）を行い、キャリアセンスがオン状態の場
合、つまり伝送路３上に何らかのキャリア信号が存在す
る場合には、上記通信パケットの送出を見合わせ、その
送出試行を延期する。この延期は一般にディファーと称
される。また上記キャリア・センスがオフ状態であると
き、通信パケットの送出を開始するが、このとき上記送
出した通信パケットと他の局からの通信パケットとの衝
突を検出する。この処理は、コリジョン・デテクション
（CD）と称されるもので、衝突が生じない場合には前記
通信パケットの送出をそのまま継続する。そして、上記
衝突が検出されたときには、そのパケットの送出を停止
し、このパケット送出に対する試行を延期する。この延
期が一般にパックオフと称される。尚、ここではディフ
ァーとバックオフにほとんど違いのない、いわゆるノン
パーシステント方式をとるので、ディフアーとバックオ
フとを総称して広義のバックオフとして説明する。

このようにして各通信装置2a,2b〜2nは、与えられた通
信パケットに対して、キャリア・センスと衝突検出を行
って上記通信パケットの送出の為の伝送路に対するマル
チプルなアクセスを分散的に制御している。そして、伝
送路３を介して送出された通信パケットは、各通信装置
2a,2b〜2nにおいて通信宛先が調べられ、該当通信装置
に取込まれる。

ところで、上記バックオフは、パケットを送出しようと
したときにキャリア・センスがオンであったとき、ある
いは送出を開始してから衝突が検出されたとき、その通
信パケットの送出を中止して該通信パケットの再送出試
行をランダムに発生される時間だけ延期するものである
が、このバックオフ時間をどのように決定するかによっ
てCSMA/CD方式の制御性能が大きく左右される。ちなみ
に上記バックオフ時間の設定範囲を小さくしすぎると衝
突が頻繁に発生し、伝送路３の有効使用率（スループッ
ト）が低くなる。逆に上記バックオフ時間を大きく設定
すると、伝送路３が使用されていない時間の割合いが増
え、やはりスループットの低下を招来する。従って、バ
ックオフの設定時間範囲を適切に設定することが非常に
重要となる。そして、この種のCSMA/CD方式の制御性の
良し悪しは、一般に次の３点によって評価することがで
きる。

（Ｉ）スループット先に述べた伝送路３の有効使用率である。

（II）網内遅延時間パケットが通信装置の送出バッファに与えられてからそ
の送出が成功するまでの時間であり、パケットの成功送
出が始まる迄の平均時間を平均遅延時間、また上記パケ
ットの成功送出が始まっている確率が99（％）を越える
時間を99パーセント遅延時間と称し、これらが評価尺度
として用いられる。

（III）安定性ネットワークに対する負荷が大きくなり、多くの通信装
置がそれぞれ通信パケットを持つと、伝送路上において
衝突が頻繁に発生する。この結果パケット送出が殆んど
できなくなり、その状態からの回復が困難になると云う
異常輻輳現象が生じる。このような破綻が生じないよう
に、或いは破綻の発生確率が極めて低いと云う保障が必
要となる。

これらの３点のうち、上記スループットと網内遅延時間
を長期間に亙って観測することにより、パケット通信網
における安定性に関する知識情報が得られる。この為、
パケット通信網の性能評価を行う上で、上記スループッ
トと網内遅延時間とを実測することが重要な課題とな
る。

［背景技術の問題点］しかして、上記スループットはパケット通信網内を正常
に通過する通信パケットの全てを観測することによって
比較的簡単に測定できるが、網内遅延時間の測定には、
例えば実際にパケットを発生して、そのパケットが送出
される迄の時間を直接的に計測することが必要であり、
種々の不具合が生じた。

即ち、仮りに網内遅延時間の測定に用いるパケットを実
際の通信需要に基いて発生するものとすると、通信の必
要が生じない場合にはその測定が行えなくなる。

また逆に実際の通信需要とは無関係に測定用パケット
を、例えば一定時間毎に発生するものとすると、その測
定用パケットによる通信量の増大を招来し、且つ通信網
内の混雑を増大せしめて遅延時間増加の原因となる。こ
のようにして網内遅延時間の観測が機能的に行われる場
合の通信網に対する影響は、上記観測が間歇的に行われ
る場合には殆んど無視することができる。然し乍ら、前
記平均遅延時間を測定する場合等、短時間に多くのデー
タを採取する必要があり、必然的に大量の測定用パケッ
トを発生しなければならないので、通信網の状態が大幅
に変化し、その測定精度が悪くなると云う問題があっ
た。このような理由により、平均遅延時間を高精度に測
定することが甚だ困難であり、測定精度の限界を見極め
ることも難しかった。

更には前記99パーセント遅延時間を測定するには、100
個に１個の割合でしか99パーセント遅延時間を超過する
パケットがないため、上記平均遅延時間の測定よりも更
に大量のデータを短時間に採取する必要があるので、同
様な問題が生じた。

この結果、パケット通信網の信頼性の高い性能評価を、
上述した従来の直接的な方式により行うことが極めて難
しかった。

［発明の目的］本発明はこのような事情に考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、パケット通信網内の混雑の増大
を招くことなしに、その網内遅延時間の分布を高精度に
測定して上記パケット通信網の性能評価を信頼性良く行
い得る実用性の高いパケット送出遅延測定方式を提供す
ることにある。

［発明の概要］本発明はCSMA/CD方式により通信パケットの送出を制御
するようにしたパケット通信網において、上記パケット
通信網に参加した複数の局の定常時におけるバック・オ
フ制御時間を、同一母数を持つ同一分布関数で示される
確率変数に従ってそれぞれ制御し、つまり上記バック・
オフ制御時間範囲を固定的に、或いは伝送路の状態のみ
に応じて各局共通に定めて前記各局のパケット送出遅延
時間の分布が同一であるようにし、この状態で少なくと
も前記パケット通信網の伝送路上の空き時間の割合いを
観測して前記各局のパケット送出遅延時間を測定するよ
うにしたものである。

本発明は、複数の局を伝送路で相互接続してなり、各局
はCSMA/CD方式により通信パケットの送出を制御するパ
ケット通信システムにおいて、前記局夫々は、所定の時
間幅ごとに前記伝送路が空き状態か否かを監視する第１
の監視手段と、前記複数の局のいずれか２以上の局によ
りそれぞれ送出されたパケット同士の衝突が発生したか
否かを監視する第２の監視手段と、前記パケットの送出
を試行する際に前記第１の監視手段によって伝送路が空
き状態でないことが検出された場合、または該パケット
の送出中に前記第２の監視手段によって該パケットの衝
突が検出されたために該パケットの送出を中止した場合
に、次に該パケットの送出を試行開始するまでの待ち時
間を示すバック・オフ制御時間を、０から所定の上限値
ｒ−１までの範囲内の整数をそれぞれ同一確率で発生さ
せる一様分布に従ってランダムに設定するものであっ
て、該上限値の初期値は予め全局について同一に設定さ
れるバック・オフ制御時間設定手段と、前記上限値ｒ
を、前記第１の監視手段により空き状態が検出された場
合に所定の量だけ減少させ、前記第２の監視手段により
衝突が監視された場合に所定の量だけ増加させるパラメ
ータ調整手段と、前記第１の監視手段の所定の時間幅ご
との監視結果に基づき前記伝送路の空き状態である確率
ｐを求める処理、または該監視結果に基づき前記伝送路
の空き状態である確率ｐを求め、該確率ｐに基づき前記
パケットの成功送出が始まるまでに要する送出試行回数
ｋの分布をp(1-p)^k-1として求める処理の少なくとも一
方を行う第１の算出手段と、該局が送出すべきパケット
を受け取ってから成功送出が始まるまでの時間を示すパ
ケット送出遅延時間の分布を、前記一様分布および前記
送出試行回数の分布からなる複合分布として算出する処
理、または該パケット送出遅延時間の分布の平均値を示
す平均パケット送出遅延時間もしくは該パケットの成功
送出の始まっている確率が99％を越える時間を示す99パ
ーセント・パケット送出遅延時間を、前記上限値ｒおよ
び前記確率ｐから算出する処理の少なくとも一方を行う
第２の算出手段とを具備したことを特徴とする。

また、好ましくは、第１の監視手段は、一定時間毎に、
伝送路上に信号があった場合は“1"、なかった場合は
“0"をデータ・レジスタに書き込むものであることを特
徴とする。この場合、データ・レジスタを使い切ったと
きはデータ・レジスタの先頭のビット位置に戻って書き
込みを続けると好ましい。

また、好ましくは、第１の算出手段は、伝送路の空き状
態である確率ｐを、データ・レジスタ上の“0"の数がデ
ータ・レジスタのビット長に対して占める割合によって
推定するものであることを特徴とする。

また、好ましくは、平均パケット送出遅延時間は、（ｒ
＋１）/2pによって算出するものであることを特徴とす
る。

また、好ましくは、99パーセント・パケット送出遅延時
間は、（ｒ＋１）/2p・｛log_eC₀/log_e(1-p)+C₁｝（ただし、C₀およびC₁は所定の定数）によって算出する
ものであることを特徴とする。

また、好ましくは、パラメータ調整手段は、さらに前記
伝送路上に特定の信号または特定のパケットが通過した
場合に前記上限値ｒを所定の量だけ減少させまたは所定
の量だけ増加させることを特徴とする。

また、好ましくは、パラメータ調整手段は前記上限値ｒ
を所定の量だけ減少させる場合は前記上限値ｒを２で割
り、かつ前記上限値ｒを所定の量だけ増加させる場合は
前記上限値ｒに２を乗ずることを特徴とする。

［発明の効果］かくして本発明によれば、網内遅延時間の測定が受動的
に行われる為、この測定によってパケット通信網の混雑
が増大することがなく、従って通信パケット送出の網内
遅延を正確に測定することが可能となる。また、網内遅
延時間が間接的に測定される為、実際に測定用パケット
を送出する従来方式と異って、その測定値がデータの所
謂ばらつきに依存してふらつくことがなく、信頼性の良
い高精度な測定を簡易に行うことが可能となる等の効果
が奏せられる。故に、通常のパケット通信を妨げること
なしに、そのパケット通信網の性能を簡易に、且つ信頼
性良く高精度に評価することが可能となり、その実用的
利点は絶大である。

［発明の実施例］以下、図面を参照して本発明の一実施例方式につき説明
する。

CSMA/CD方式によるパケット送出の制御は、基本的には
伝送路アクセス時にキャリアセンスがオン状態であった
場合、あるいはキャリアセンスがオフ状態であってパケ
ットの送出を開始し、これによって衝突が生じたときに
上記パケットの送出を中止した場合に、所定の時間バッ
クオフさせたのち、改めて伝送アクセスすることによっ
て行われる。しかして、上記バックオフは、キャリアセ
ンス、および衝突検出時に行われるが、このときのバッ
クオフ時間は、次のようにして設定される。

即ち本実施例にあっては伝送路の状態が次の２点におい
て常に監視されている。

（ａ）衝突検出（ｂ）伝送路の空き状態の継続時間この伝送路の空き状態の継続時間検出は、キャリアセン
スとの似たものであるが、キャリアセンスが伝送路のア
クセス時に、該伝送路がビジー状態であるか、アイドル
状態であるかを検出するものであるのに対し、伝送路の
キャリアセンスがオフ状態になった時点からアイドル状
態（キャリアセンス・オフ）が続く時間を上記アクセス
とは独立に検出している点を異にしている。

しかして、この空き状態検出は、例えばアイドル時間が
所定時間、例えば800ビットタイムを越えるか否かによ
って判定される。そして通信装置は、衝突検出の情報
と、上記空き状態の情報とを用いてバックオフ制御の為
のバックオフ時間設定範囲を可変制御している。

即ち、伝送すべき通信パケットが与えられたとき、通信
装置は上記パケットに対するバックオフ範囲ｒを2^N［バ
ックオフ単位時間］に設定する。このバックオフ単位時
間は、通信装置間の最大往復伝播遅延時間を余裕として
設定されるものであり、例えば400ビットタイムに設定
される。上記2^Nは、後述するように、パケットの有無に
拘らず、常時拡大、縮小の調整が行われるものであっ
て、例えば、2³〜2¹⁵程度の値に設定されるものであ
る。この2^N［バックオフ単位時間］の範囲内において０
〜（2^N−１）なる整数値をとる一様乱数の或る値とし
て、前記パケットに対する初期バックオフ時間が設定さ
れる。この初期バックオフ時間が経過したのち、始めて
前記パケットの送出試行が行われる。

しかして、この送出試行が行われたとき、キャリアセン
スがオン状態にであった場合、或いはキャリアセンスが
オフ状態でパケットの送出を開始したときに衝突が検出
された場合には再び一様乱数を用いてバックオフがなさ
れるが、このバックオフ範囲は次のように設定される。
つまり、伝送路上で他局間または自局と他局との間で発
生したパケット衝突が検出された場合には、バックオフ
範囲ｒを r:＝min（ｒ×2,2^Nmax）として定める。またバックオフ制御時に前記伝送路の情
報として所定の時間の空き状態検出がなされていたとき
には、 r:＝max（ｒ÷2,2^Nmin）として定める。そして、このバックオフが、前記キャリ
アセンスによって行われるときには、前記アクセス時に
設定されたバックオフ範囲ｒを用いてそのバックオフ時
間の設定がなされ、該送出試行によって生じた衝突検出
によって行われるバックオフ時には、上記の如く伝送路
状況に応じて可変された後のバックオフ範囲を用いて、
そのバックオフ時間の設定が行われる。尚、上記バック
オフ範囲の更新は、パケットのアクセスとは全く独立
に、伝送路の監視によって衝突検出あるいは所定の空き
状態持続検出が行われる都度実行される。

しかして、上記の如く方式を採用して構成されるパケッ
ト通信網において、パケット送出遅延時間の測定は次の
ようにして行われる。

即ち、パケット通信網に参加した各局においては、バッ
ク・オフ単位時間毎に伝送路上に状態観測を行い、その
単位時間内に伝送路が空であったか否かを判定し、その
結果を記録する。この判定は、例えば400ビット・タイ
ムのバック・オフ単位時間内に、僅かでもパケット信号
または衝突信号が通過したとき、上記単位時間内におけ
る伝送路の状態が空でないと判定される。このような判
定結果、つまり空および非空を要素とする情報を一定の
単位時間に亙って記録することにより、一定長の情報系
列を得ることができる。

ここで今、ｐ＝（系列中の空の数）／（系列の長さ）を定義すると、上記ｐは伝送路が空である確率の１つの
推定値を表わしたものと云える。

同様にｑ＝（系列中の非空の数）／（系列の長さ）を定義すると、ｑ（＝１−ｐ）は伝送路が非空である確
率の１つの推定値を表わしたものであると云える。

今、送出したいパケットを有する或る１つの局について
考えてみると、この場合、１回目のパケット送出試行に
おいてパケット送出が成功する確率は、上記推定値から
大略ｐであり、また失敗する確率がｑであると云える。
そして、１回目の送出試行が失敗し、２回目の送出試行
が成功する確率は、上記推定値から（ｐ・ｑ）で与えら
れ、同様にして（ｋ−１）回目までの送出試行は失敗
し、ｌ回目で始めて送出試行が成功する確率は（q^k-1・
ｐ）となる。このことは、パケットを持つ局がそのパケ
ットの送出に成功する迄の試行回数が、近似的に幾何分
布に従うことを意味している。

ところで本方式では、１回目のパケット送出試行を行な
う前に必ずランダム時間の待ち状態、つまりバック・オ
フを持つようにしている。このバック・オフ回数は、パ
ケットの送出試行回数に等しくなることは、云うまでも
ない。従って、バック・オフ回数の分布は、上記試行回
数の分布に従うことになる。

ここで、１回当りのバックオ・オフに費される時間の分
布が定まれば、上記バック・オフ回数の分布を相俟っ
て、パケット送出遅延時間の分布が完全に規定されるこ
とになる。

一方、１回のバック・オフ当りの遅延時間は、上記方式
にあっては、所定範囲ｒ内の一様乱数に従い、また上記
所定範囲ｒが各局毎に異る可能性がある。ところが、全
ての局がパケット送出試行を行わない事態が十分長い時
間に亙って継続すると、上記各局におけるバックオフ範
囲ｒがそれぞれ縮小収束し、最終的には各局にのバック
・オフ範囲ｒがそれぞれ最小となる。このような現象の
発生確率は明らかに正の値を持ち、パケット通信網に新
規に参加する局が無いような定常的な通信網の運用が継
続する場合には、必ず生じると云える。

また、例えば新規加入局があったとしても、その局数が
多くない場合には、その他の大多数の局のバック・オフ
範囲ｒは、上記の如く最小に収束した状態から、相互に
揃ったままで推移すると考えられる。従って、パケット
通信網に参加した代表的な局のパケット範囲は、上記通
信網が運用し始めてから、常時稼働状態にあった局のバ
ック・オフ範囲ｒに等しいと看做すことができる。

以上のことは、伝送路が空である状態が十分に長い時間
に亙って継続する場合に限らず、伝送路上でのパケット
衝突が十分長い時間に亙って頻繁に発生している場合に
あっても同様に生じ、この場合には各局のバック・オフ
範囲がそれぞれ最大値に揃うことになる。

かくして、パケット通信網が定常的に運用されている場
合には、各局のバック・オフ回数の分布と、その１回当
りのバック・オフ時間の分布とがそれぞれ等しいと看做
すことができる。このことは、上記バック・オフ回数の
分布と、バック・オフ時間の分布とによって示される複
合分布、つまりパケット送出遅延分布が、各局間で等し
いことを意味する。そこで本実施例では、このような条
件下において、伝送路が空である確率ｐとそのバック・
オフ範囲ｒとを調べ、これらの情報に基いてパケット送
出遅延分布を計算することによって、同分布から受動的
にパケット送出遅延に関する情報を得てパケット通信網
の性能評価を行うようにしている。

尚、バック・オフ範囲ｒを揃える為に、上述した確率論
的な手法を採用する必然性は全くなく、例えば各局のバ
ック・オフ範囲を固定的に定めたり、或いは各局の経験
を用いることなしに伝送路の状態のみに依存して統括的
にバック・オフ範囲を定めるようにしても良い。また、
他の手法を採用することも可能であり、要はパケット通
信網に参加した各局のバック・オフ範囲が定常系な運用
時に相互に揃うようにすれば良い。つまり、各局のパケ
ット送出遅延分布が、例えば同一母数ｐを持つ幾何分布
と（０〜ｒ−１）の整数の一様分布を複合した、同一の
分布で与えられるようにすればよい。

このような分布を各局に与えた場合には、例えば平均遅
延時間は、上記複合幾何分布の平均として、（ｒ＋１）/2p ［バックオフ単位時間］として簡易に計算することができ、これを通信網性能評
価の１つの指標とすればよい。

また、99パーセント遅延時間を指標とするときには、適
当な近似式、例えば（ｒ＋１）/2p・｛log_eC₀/log_e（１−ｐ）＋C₁｝ただし、C₀およびC₁は所定の定数）［バックオフ単位時間］を用いれば良い。

次に、上述した方式を採用して各局のパケット送出遅延
の分布を均質化した通信装置と、この通信装置に組込ま
れる本発明方式の一実施例であるパケット送出遅延測定
装置について説明する。

この通信装置を介して伝送制御される通信パケットのデ
ータフォーマットは、例えば第３図に示す通りであり、
データ部としては１〜８（kbit）用意される。そして、
これらのデータ部に加えて、プリアンブル、デリミタ、
通信宛先、発信者等の情報が付加される。

しかして、上記通信装置は、第４図に示すように通信パ
ケットを格納するメモリ（パケットバッファ）21、装置
全体の動作を制御するアダプタ制御部22、そして受信制
御部23、送信制御部24、バックオフ制御部25によって構
成される。

バックオフ制御部25は、例えば第５図に示すようにCPU2
5aを主体とし、その動作プログラムを格納したROM25b、
プログラマブル・インターフェース回路（PIO）25c,25
d、プログラマブル・インターラプト・コントローラ（P
IC）25e、プログラマブル・タイマ・カウンタ（PTC）25
fをバス25gを介して相互に結合して構成される。このバ
ックオフ制御部25は、通信パケットに対してバックオフ
タイム動作し、バックオフ時にそのカウンタがタイムア
ウトする都度、前記送信制御部23に対して送信要求を発
し、通信パケットの送出を促す。またこのとき、上記バ
ックオフの時間範囲を、伝送路の監視によって検出され
る衝突および空き状態継続の情報に従って前述したよう
に設定制御している。

また第６図は送信制御部24の概略構成を示すもので、送
信制御用マイクロシーケンサ24aにより、その動作が制
御される。そして、メモリ21から与えられる並列16ビッ
トデータを入力バッファ24bに入力し、そのデータを上
位８ビット、下位８ビットに分けてシフトレジスタ24c
を介して直列変換する。この際、CRC−CCITT回路24dに
より上記データに対するCRCコードが発生される。そし
て、これらのデータ、CRCコードは、CDゾーン等のデー
タメモリ24eからの各種コードと共にマルチプレクサ24f
により選択され、同期用フリップフロップ24gを介して
前記フォーマットのパケットとして送出される。また、
これらの一連のパケット送出処理は、CPUインターフェ
ース24h、ポインターテーブル24i、アドレスカウンタ24
jによるアダプタ制御部22およびメモリ21のアクセス処
理と協働して行われる。

しかして、この送信制御部24は、前記バックオフ制御部
25からの送信要求を受け、このときキャリアセンスがオ
フ状態であったときにのみ通信パケットの送出が開始す
る。またこのとき、受信制御部23から衝突検出によるCD
信号を受けたとき、直ちに上記通信パケットの送出を中
止する。また、この送信制御部24は、受信制御部23から
のACK/NAK送信要求を受けて、ACK/NAKパケットを送出す
るようになっている。そして、これらの動作は、アダプ
タ制御部22との間で、送信に関する情報を交換し乍ら行
われる。

、また第７図は受信制御部23の構成例を示すものであ
る。この受信制御部23の全体的な動作は、受信制御用マ
イクロシーケンサ23aによって制御される。伝送路を介
して受信される信号は、シフトレジスタ23bに入力さ
れ、検出器23cにより開始デリミタ、ACK/NAK検出が行わ
れる。そして、上記シフトレジスタ23bの出力は、16ビ
ットのシフトレジスタ23dに転送され、その上位８ビッ
トからアドレス比較器23eによりアドレス判定される。
この判定結果に従って上記受信データは、バッファレジ
スタ23fを介してメモリ21に転送される。また前記シフ
トレジスタ23bの出力を受けて、カウンタ23gはその受信
サイズをチェックしており、CRC−CCITT回路23iは比較
器23jと協働して、CRCコードに基づく符号誤りをチェッ
クしている。そして、これらの一連の処理は、CPUイン
ターフェース23k、ポインタ・テーブル23、アドレスカ
ウンタ23mにより、アダプタ制御部22およびメモリ21の
アクセス処理と共に行われている。

しかして、このように構成された受信制御部23は、伝送
路上における信号の存在の有無からキャリアセンスを行
い、また上記伝送路上におけるパケットの衝突の有無を
検出している。また、伝送路を介して伝送されるACK/NA
K信号を受信・認識し、無応答の場合にはタイムアウト
を検出している。また受信パケットの宛先アドレスが自
己を示す場合には、上記パケットの受信完了に伴って、
直ちに前記送信制御部24に対してACK/NAKの返送要求を
指示するものとなっている。そして、これらの一連の動
作を、前記アダプタ制御部22との間で受信に関する情報
を交換しながら制御している。

第８図乃至第10図はこれらの各部の制御シーケンスを示
すもので、第８図は受信制御を、第９図は送信制御を、
そして第10図はバックオフ制御を示している。

このように構成された通信装置からパケットを送信する
場合、アダプタ制御部21の制御によって送信制御部21の
ポインタテーブル24iに送信指示内容が書込まれる。送
信制御部24はこの送信指示をバックオフ制御部25に伝達
する。これを受けてバックオフ制御部25では、初期設定
された範囲内で設定されるバックオフタイムがタイムア
ウトしたとき、上記パケットの送信指示を確認して送信
要求を送信制御部24に対して出力する。尚、バックオフ
制御部25では、常時伝送路状況を監視して、バックオフ
範囲の更新処理を行って次のバックオフ処理に備えてい
る。

しかして送信要求を受けた送信制御部24は、先ず受信制
御部23からのキャリアセンスの有無を調べ、伝送路が空
いていればパケットの送信を開始する。このパケットの
送信は、光送信機としてのレーザ素子に対してプリバイ
アスを指示したのち、CDゾーン信号を送出する。このCD
ゾーン信号送出時に、受信制御部23にて衝突が検出され
ないとき、プレアンブル、開始デリミタ、宛先アドレス
…の順に、パケットを構成するデータを順に送出する。
尚、上記CDゾーン信号送出時に衝突が検出されたときに
は、直ちにそのパケット送出処理を中止する。

このようにして送信制御部24は１パケット分のデータを
送出し終えたとき、次にFCSとしてCRCコードを送出し、
これに続いて終結デリミッタを送出してパケット通信を
終了する。この送信終了後、ACKまたはNAKの受信を持
ち、受信制御部23からACK信号受信の通知を受けたとき
に前記ポインタテーブル24iを更新する。そして、アダ
プタ制御部22に対して送信完了の割込みをかける。また
上記ACKの代りにNAK信号を受信したときや、所定の時間
無応答の場合には、前記通信パケットに対する再送カウ
ンタを歩進し、次の送信指示までその制御を戻すことに
なる。

一方、パケットの受信制御は次のようにして行われる。
受信制御部23は、先ずCDゾーン信号を受信してキャリア
センス信号を立てる。またこのとき、衝突発生の有無を
調べる。そして、衝突検出時には直ちに通信パケットの
受信を中止し、伝送路上のキャリアが無くなるまで待
つ。この伝送路上のキャリアが無くなった時点で前記キ
ャリアセンス信号を落として、初期の受信待ち状態に復
帰する。他方、上記衝突がない場合には、開始デリミタ
の受信を持ち、宛先アドレスが自己のアドレスないしは
同報アドレスと一致するか調べ、そのいずれかである場
合にのみ、受信パケットのデータメモリ21に取込む。そ
の後、パケットの受信終了時点でCRCエラーとフレーム
エラーをチェックし、正しい場合にはポインタテーブル
23lを更新してアダプタ制御部22に受信完了の割込みを
かける。同時にこのとき、送信制御部24に対してACK送
信を指示する。

尚、上記データの受信が正しい場合でも、これを取込む
バッファはメモリ21内に準備されていなかった場合には
NAK信号の返信を指示し、同通信パケットの再送を要求
することになる。また、宛先アドレスが違う場合や、エ
ラーが多い場合等、ACK/NAKの返送は行わない。その
後、受信制御部23は、上記データパケットの受信後、宛
先アドレス、発信アドレスに関係ないACK/NAKの受信を
待ち、送信制御部24に対して、ACK,NAK,無応答といずれ
かを応答結果として通知することになる。そして、イン
ターフレームギャップの終了後、キャリア検出信号を落
として、伝送路の空きを示すことになる。

このように、受信制御部23は、他の制御部とは独立に動
作して、伝送路の状態を上記他の制御部に伝達する。ま
た何らかの原因によって受信シーケンスが狂った場合
や、稼動中のシステムより遅れて電源投入されて受信動
作を開始した場合、その受信データが前記フォーマット
中のどの部分であるか判別できなくなる場合がある。こ
の場合には、例えば15（μsec）以上のキャリア非検出
や、ACK/NAK信号を手掛かりとして同期の確立が図られ
る。

以上のようにして、パケットの送信および受信が制御さ
れることになる。そして、バックオフ時間の設定は、パ
ケットの送出試行とは独立に、常に伝送路状況に応じて
更新処理され、適正な時間として考えられる。

一方、パケット送出遅延測定装置は、例えば第11図に示
す如く構成される。同装置は、パケット通信網に参加し
た局に設けられて、上記伝送路の状態を監視する伝送路
監視部31、この伝送路監視部31が判定した伝送路の包帯
（空または非空）を記憶するメモリ32、前記伝送路の状
態に応じた局のバック・オフ範囲ｒの計算を行うバック
・オフ範囲計算部33、前記メモリ32に格納された情報に
基いて伝送路が空であった確立ｐを計算する空率ｐに計
算部34、そして前記計算部32,34でそれぞれ求められた
バック・オフ範囲ｒと空率ｐの情報を用いて、該通信網
におけるパケット送出遅延時間の計算を行う平均遅延計
算部35により構成される。

伝送路監視部31は、伝送路の状態を受動的に監視し、40
0ビットタイム毎にその時間内を通して該当伝送路が空
であったか否かを第12図に示す制御フローに従って調
べ、その判定結果をメモリ32に格納している。この判定
結果のメモリ32への格納は第13図に示す如く、ポインタ
・レジスタ36にセットされたポインタによって制御され
る。そして、この伝送路監視は、ポインタの最大値Ｎに
至る迄、繰返して行われ、メモリ32は系列長Ｎの監視結
果が格納される。

このようにしてメモリ32に得られた情報系列から、空率
計算部34は、例えば伝送路の空状態を“0"、非空状態を
“1"としたとき、ｐ＝（メモリ32内の“0"の数）／（メモリ32の系列長
Ｎ）として伝送路の空率ｐを計算している。

またバック・オフ範囲計算部33は、通常のアダプティブ
な局におけるバック・オフ範囲計算部（第10図）と同様
に、例えば第14図に示すように衝突の有無、および空き
時間の継続に応じてバック・オフ範囲ｒを計算してい
る。

このような各計算結果、p,rに基いて平均遅延計算部35
は、例えば（ｒ＋１）／（2p）［バックオフ単位時間］として、そのパケット送出遅延時間を求め、これをパケ
ット通信網の性能評価値として出力している。

尚、測定すべき性能指標は平均遅延には限らず、例えば
99パーセント遅延時間でもよい。第15図にその場合のパ
ケット送出遅延測定装置の構成図を示す。第15図は第10
図の平均遅延計算部35を99パーセント遅延計算部36に置
き換えたものであって、例えばこの場合にはが良い近似となる。

以上、実施例につき説明したように本発明によれば、受
動的に伝送路状態を監視してそのパケット送出遅延を測
定するので、その測定時に通信を妨害することがない。
しかも、伝送路の状態をそのまま監視して間接的にパケ
ット送出遅延を測定するので、標本（データ）の多少に
よって測定精度が変動することがなく、また信頼性良
く、高精度な測定を簡易に行うことが可能となる。従っ
て、パケット通信網の性能評価を信頼性良く行うことが
できる等、実用上多大な効果が奏せられる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えば各局のバック・オフ範囲ｒを固定的に定めてもよ
く、この場合にはその測定が不要となる。また特定の局
が特殊な信号を発信したり、或いはパケットを送信した
ときにだけ、各局のバック・オフ範囲ｒを相互に揃った
状態で可変するようにしても良い。またCSMA/CD方式と
しては、上述したノンパーシステント方式に限られない
ことも云うまでもなく、その他の仕様もネット・ワーク
の仕様に準じて定めればよい。要するに本発明はその要
旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はローカル・ネットワークの構成例を示す図、第
２図は従来の基本的なCSMA/CD方式の制御シーケンスを
示す図、第３図乃至第10図はCSMA/CD方式の通信装置を
示すもので、第３図は通信パケットのフォーマット例を
示す図、第４図は概略構成図、第５図はバック・オフ制
御部の構成図、第６図は送信制御部の構成図、第７図は
受信制御部の構成図、第８図は受信制御シーケンスを示
す図、第９図は送信制御のシーケンスを示す図、第10図
はバック・オフ制御のシーケンスを示す図、第11図乃至
第14図は本発明の一実施例方式を説明する為の図で、第
11図はパケット送出遅延測定装置の概略構成図、第12図
は伝送路監視部の制御シーケンスを示す図、第13図はメ
モリの構成例を示す図、第14図はバック・オフ範囲計算
の制御シーケンスを示す図、第15図は99パーセント送出
遅延測定装置の概略構成図である。 31…伝送路監視部、32…メモリ、33…バック・オフ範囲
計算部、34…空率計算部、35…平均遅延計算部、36…99
パーセント遅延計算部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者米田清神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献特開昭59−2463（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の局を伝送路で相互接続してなり、各
局はCSMA/CD方式により通信パケットの送出を制御する
パケット通信システムにおいて、前記局夫々は、所定の時間幅ごとに前記伝送路が空き状態か否かを監視
する第１の監視手段と、前記複数の局のいずれか２以上の局によりそれぞれ送出
されたパケット同士の衝突が発生したか否かを監視する
第２の監視手段と、前記パケットの送出を試行する際に前記第１の監視手段
によって伝送路が空き状態でないことが検出された場
合、または該パケットの送出中に前記第２の監視手段に
よって該パケットの衝突が検出されたために該パケット
の送出を中止した場合に、次に該パケットの送出を試行
開始するまでの待ち時間を示すバック・オフ制御時間
を、０から所定の上限値ｒ−１までの範囲内の整数をそ
れぞれ同一確率で発生させる一様分布に従ってランダム
に設定するものであって、該上限値の初期値は予め全局
について同一に設定されるバック・オフ制御時間設定手
段と、前記上限値ｒを、前記第１の監視手段により空き状態が
検出された場合に所定の量だけ減少させ、前記第２の監
視手段により衝突が監視された場合に所定の量だけ増加
させるパラメータ調整手段と、前記第１の監視手段の所定の時間幅ごとの監視結果に基
づき前記伝送路の空き状態である確率ｐを求める処理、
または該監視結果に基づき前記伝送路の空き状態である
確率ｐを求め、該確率ｐに基づき前記パケットの成功送
出が始まるまでに要する送出試行回数ｋの分布をp(1-p)
^k-1として求める処理の少なくとも一方を行う第１の算
出手段と、該局が送出すべきパケットを受け取ってから成功送出が
始まるまでの時間を示すパケット送出遅延時間の分布
を、前記一様分布および前記送出試行回数の分布からな
る複合分布として算出する処理、または該パケット送出
遅延時間の分布の平均値を示す平均パケット送出遅延時
間もしくは該パケットの成功送出の始まっている確率が
99％を越える時間を示す99パーセント・パケット送出遅
延時間を、前記上限値ｒおよび前記確率ｐから算出する
処理の少なくとも一方を行う第２の算出手段とを具備し
たことを特徴とするパケット通信システム。
【請求項２】第１の監視手段は、一定時間毎に、伝送路
上に信号があった場合は“1"、なかった場合は“0"をデ
ータ・レジスタに書き込むものであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のパケット通信システム。
【請求項３】データ・レジスタを使い切ったときはデー
タ・レジスタの先頭のビット位置に戻って書き込みを続
けるものであることを特徴とする特許請求の範囲第２項
記載のパケット通信システム。
【請求項４】第１の算出手段は、伝送路の空き状態であ
る確率ｐを、データ・レジスタ上の“0"の数がデータ・
レジスタのビット長に対して占める割合によって推定す
るものであることを特徴とする特許請求の範囲第２項又
は第３項記載のパケット通信システム。
【請求項５】平均パケット送出遅延時間は、（ｒ＋１）
/2pによって算出するものであることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のパケット通信システム。
【請求項６】99パーセント・パケット送出遅延時間は、（ｒ＋１）/2p・｛log_eC₀/log_e(1-p)+C₁｝（ただし、C₀およびC₁は所定の定数）によって算出する
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のパケット通信システム。
【請求項７】パラメータ調整手段は、さらに前記伝送路
上に特定の信号または特定のパケットが通過した場合に
前記上限値ｒを所定の量だけ減少させまたは所定の量だ
け増加させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のパケット通信システム。
【請求項８】パラメータ調整手段は前記上限値ｒを所定
の量だけ減少させる場合は前記上限値ｒを２で割り、か
つ前記上限値ｒを所定の量だけ増加させる場合は前記上
限値ｒに２を乗ずることを特徴とする特許請求の範囲第
１項又は第７項記載のパケット通信システム。