JPH0738643B2 - 蓄積型星状網 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、最大伝搬遅延を保証した蓄積型星状網に関す
る。

「従来の技術」 従来の星状網の一例を第５図を参照して説明する。

従来の星状網は図のように、集中局１に、送信線20およ
び受信線21を介して複数の端末局2A〜2Mが接続された構
成のものであった（特公昭59−16453号公報）。

ここで、端末局2Aからデータパケットが送出されると、
そのデータパケットは送信線20を通り集中局１に送られ
る。集中局１はこのデータパケットを受信すると、これ
を全端末局2A〜2Mへ受信線21を介して送信（ブロードキ
ャスト）する。各端末局2A〜2Mは、受信したデータパケ
ットが自局宛のものかどうかを判断し、自局宛のもので
あればそのデータパケットを受信する。

各端末局2A〜2Mは、常に受信線21から受信される信号を
監視し、その受信線に何らかのデータパケットが伝送さ
れている間は、自局からの送信ができない構成となって
いる。そこで、何らかの送信要求を受けた端末局は、受
信線上のデータパケットの伝送終了を待って、データパ
ケットの送信を開始することになる。

ところが、複数の端末局に対して送信要求があった場
合、データパケットの送信が同時に開始されるため、デ
ータパケットの衝突が発生する。集中局では二つ以上の
端末局が同時に信号を送出した時、その衝突を検出する
装置を持ち、衝突したことを全端末局に知らせる。送信
中の端末局は集中局より衝突したことを知らされるとデ
ータパケットの送打を停止する。そして、再送信アルゴ
リズムなどの再送信のための処理を行う。このようすを
第６図に示す。

まず、端末局のうちＡ局がＡ局送信線を通じてデータパ
ケットを集中局に送出する。図中これをＡ局送信パケッ
トと表示した。集中局はこれを受けて、Ａ局、Ｂ局およ
びＣ局に対してそのデータパケットを一斉同報する。こ
の例では、受信線長がＡ局、Ｂ局、Ｃ局の順に長くなっ
ており、信号、伝播時間の差から、集中局からＣ局にデ
ータパケットが伝達されるのが最も遅くなっている。図
中これらはＡ〜Ｃ局受信パケットと表示してある。

ここで、次のタイミングでＢ局からデータパケットの送
出を行い、その送打が終了しない間にＣ局がデータパケ
ットの送出を開始すると、集中局において図のハッチン
グ部分でパケット衝突を検知する。集中局がこの衝突し
た信号をそのままあるいは衝突検出信号に変換して、そ
れをすべての端末局に送ると、Ｂ局とＣ局が衝突発生を
認識し、パケットの再送準備を行う。この星状網では、
Ｂ局は比較的短時間でデータパケットの再送出を行い、
これは集中局からそのまま一斉同報される。次にＣ局が
データパケットの送出を開始したところ、Ａ局が続いて
データパケットの送出を行い、集中局に近いＡ局のデー
タパケットが集中局に先に到着し、その後Ｃ局のデータ
パケットが集中局に到着してパケットの衝突が検出され
る。そこで、Ａ局はその後データパケットの再送出を行
って、これがそのまま全端末局へ一斉同報される。

従来一般に、こういった方法でデータパケットの衝突処
理が行われていた。

このような衝突が発生した場合に、集中局１（第５図）
が各データパケットを消滅させることなくすべて受信す
ることができるように、本発明者等は、集中局１内に各
端末局から送出されたデータパケットを一時格納する受
信メモリを設け、これらのデータパケットを順に読み出
す（ポーリングする）方式の蓄積型星状網を開発した
（特願昭61−226570号）。この場合、端末局のデータパ
ケットの送信時から、集中局によりそのデータパケット
がブロードキャストされて、端末局が受信するまで、一
定の時間遅れが生じる。この遅れを伝搬遅延と呼ぶこと
にする。

最大伝搬遅延を保証した蓄積型星状網においては、端末
局から送出されたパケットの最大伝搬遅延を一定時間以
下に保証するために、同時に集中局内に蓄積されるデー
タパケットの量を制限している。こうすることにより、
各局からパケットが一時期に集中しても、集中局のすべ
ての受信メモリからデータパケットをブロードキャスト
し終わる時間は一定時間以内となる。従って各端末局か
ら集中局に送出されたデータパケットは一定時間内にブ
ロードキャストされ、これが、システムの最大伝搬遅延
となるわけである。

しかし、このようなシステムにおいては、最大伝搬遅延
を保証しなくてもよい端末も存在する。最大伝搬遅延を
仮に10msecとすると、音声の伝送速度は64kbps（毎秒64
キロビット）であるから、音声を扱う端末局では、10ms
ecに80バイト、パケットのオーバーヘッドを含めると10
0バイト程度のパケットを送出する必要がある。従っ
て、音声１チャンネルを有する端末局に対しては、集中
局の端末局インターフェイスの受信メモリは100バイト
必要である。一方、例えばイーサネットシステム（ゼロ
ックス社製のデータ通信網）では、最大パケット長が15
00バイトとなっており、実際、こうしたコンピュータ間
通信においては、この程度のパケット長は、どうしても
必要とされている。

従って、こうしたパケットを送出するデータグラム端末
局に対しては、集中局の端末局インターフェイスの受信
メモリは1500バイト程度必要である。

「発明が解決しようとする問題点」 さて、第５図と第６図に示したような従来の星状網で
は、次のような問題があった。。

（１）回線が混み合ってくると信号が衝突する確率が大
きくなり、それにより遅延時間にばらつきが生ずるた
め、会話形の音声通信のように実時間上での送受信関係
が重視される実時間伝送には不適当となる。

（２）衝突により回線上に無駄な無効信号が流れるた
め、実際の物理的伝送容量より低い伝送容量しか保証さ
れない。

（３）システム長があまり長いと、集中局から短距離に
ある端末局と、集中局から離れた距離にある端末局とか
ら集中局にデータパケットが到達するまでの時間差が大
きくなり、集中局においてパケット衝突を検出できない
おそれがある。従って衝突検出ができるような最大シス
テム長を規定しなければならない。

最大伝搬遅延を保証した蓄積型星状網はこのデータパケ
ットの衝突を回避しているものの、新たな問題がある。
すなわち、このシステムの伝送速度を10Mbpsとすると、
音声端末局は125局接続できるのに対し、イーサネット
タイプのデータグラム端末局は８局しか接続できないこ
とになる。この原因はデータグラム端末局に対しても音
声端末局と同一の最大伝搬遅延を保証しているところに
ある。こうしたデータグラム端末局の特性としては、 コネクションを確立せずにデータ転送ができる。

デューティファクターがきわめて小さい。

最小長パケットと最大長パケットの送出確率が高い。

最大伝搬遅延を保証しなくてもよい。

といったことがあげられ、必ずしも音声端末局等と同等
に取り扱う必要はない。

本発明は以上の点に着目してなされたもので、各端末局
から送出される同期データパケットと非同期データパケ
ットとを区別して処理することにより、パケット交換網
の効率化を図った蓄積型星状網を提供することを目的と
するものである。

「問題点を解決するための手段」 本発明の蓄積型星状網は、複数の端末局と、各端末局か
ら送出されたデータパケットを受信する集中局とからな
り、この集中局は、上記各端末局から送出されたデータ
パケットを一時格納するために、各端末ごとに第１の受
信メモリと愛２の受信メモリとを用意して、上記第１の
受信メモリには同期データパケットを格納し、上記第２
の受信メモリには非同期データパケットを格納し、一定
の時間枠を設定して、上記第一の受信メモリに格納され
たデータパケットを順次読み出した後、上記時間枠を越
えない範囲でその空き時間に、上記第２の受信メモリに
格納したデータパケットを読み出し、これらのデータパ
ケットを上記各端末局にブロードキャストすることを特
徴とするものである。

「作用」 本発明の蓄積型星状網においては、端末局から送出され
るデータパケットを識別して、同期データパケットを第
１の受信メモリに格納し、非同期データパケットを第２
の受信メモリに格納する。そして、同期データパケット
をあらかじめ定められた順に読み出して一斉同報し、一
定の時間枠を定めてこれを繰り返し、最大伝搬遅延を保
証した通信を確保する。一方、その時間枠中の空き時間
を利用して、非同期データパケットを読み出し一斉同報
する。こうして、データパケットの衝突を防止し通信網
を効率よく使用することができる。

（集中局の概要） 第１図に本発明の蓄積型星状網の集中局のブロック図を
示す。

各端末局２（第５図）の送信線20は、端末ごとにそれぞ
れ設けられた分離回路31に接続され、各分離回路31には
それぞれ第１の受信メモリ321（同期用受信メモリ）
と、第２の受信メモリ322（非同期用受信メモリ）とが
接続されている。

各受信メモリ321、322はそれぞれ、端末局から送出され
るパケットの最大長分以上の容量を持っており、全端末
装置が同時にパケットを送出しても衝突は生じないよう
設定されている。受信メモリ321、322はいずれも、デー
タが空のときはエンプティ号をオン、データが入ってい
るときはエンプティ信号をオフにする機能をもってい
る。このエンプティ信号は、制御バス41を通じて制御回
路５に入力するよう結線されている。また、各受信メモ
リ321、322は、制御回路５からのリード信号がくるたび
にそこで格納したデータパケット先頭からデータバス40
上に送出し、送打が終了するとエンプティ信号をオンに
する機能をもつ。これらは、例えば先入れ先出しメモリ
（FIFO）から構成されている。トランスミッタ７は、デ
ータバス41に接続され、制御回路５から送出タイミング
信号5aを受け入れて、各受信メモリ321、322から読み出
したデータパケットを各局受信線21に送出する回路であ
る。

第１図の回路において、各端末装置から送信されたデー
タパケットは、あらかじめデータパケットの中に書き込
まれている識別子によって、同期データパケットと非同
期データパケットとに分類され、前者は同期用受信メモ
リ321に、後者は非同期用受信メモリ322に格納される。

制御回路５は、各受信メモリ321、322から出力されるエ
ンプティ信号を受け入れて各受信メモリの状態を監視
し、一定の規則に従って選択した１つの受信メモリにリ
ード信号を送出する。同時に送出タイミング信号5aがト
ランスミッタ７に伝えられ、リード信号を受け取った受
信メモリから読み出されたデータパケットが、データバ
ス40とトランスミッタ７を通じて各局受信線21に送出さ
れる。

（制御回路） 次にこの制御回路５の詳細な構成と動作を説明する。

第２図に制御回路の詳細なブロック図を示した。

この回路は、フレームカウンタ51と、送出パケット順序
記憶メモリ52と、同期制御回路53と、非同期制御回路54
と、リード信号ジェネレータ55とから構成されている。

フレームカウンタ51は、あらかじめ決められた時間枠Ｔ
（以下フレームという）に一度、フレームタイミング信
号51aを生成する回路である。この制御回路５のすべて
の動作はこのフレームを単位に行われる。

１つのフレームは第３図に示すように、同期データ域と
非同期データ域に２分される。両者の境界50は動的に変
化する。このうち同期データ域は、同期用受信メモリ32
1を、あらかじめ定められた一定の順序でポーリングし
て、その中に格納したデータパケットを読み出し、送出
するために使用される。このポーリングの順序に関する
情報が送出パケット順序記憶メモリ52に登録されてい
る。例えば、第３図の場合、同期データ域ではＡ局、Ｃ
局……Ｋ局というような順に同期用受信メモリがポーリ
ングされる。この場合、すべての端末局の同期用受信メ
モリがポーリングされるわけではない。Ａ局からＭ局ま
でのうち特定の端末局のみが選定される。そして、その
他の端末局については、非同期用受信メモリのみが使用
され、非同期データ域でポーリングされる。なお、非同
期データ域については特に使用できる局は特定せず、空
きがあればどの局でも使用できる。

具体的には、集中局において、各端末局ごとに同期用受
信メモリ321と非同期用受信メモリ322とが用意されてい
るが、特定の端末局のみがその同期用受信メモリ321に
同期データを送り込むことが許される。他の端末局は常
に非同期用受信メモリ322のみを使用することになる。
もちろん、上記特定の端末局も、非同期データの送出が
可能である。

同期制御部53は、送出パケット順序記録メモリ52に登録
されたポーリングの順序に関する情報に基づき、各同期
用受信メモリ321からのエンプティ信号をその順番にポ
ーリングする回路である。ポーリングしたエンプティ信
号がオフになっていれば、その受信メモリに入っている
データパケットを読み出して、これをトランスミッタ７
を通じて各局受信線21に送出する。エンプティ信号がオ
ンのままであれば、その端末からのデータパケットは存
在しないため、送出パケット順序記録メモリ52の次のエ
ントリに登録された受信メモリのエンプティ信号をポー
リングする。この動作を送出パケット順序記録メモリ52
のすべての登録情報について繰り返す。送出パケット順
次記録メモリ52に登録された全局について同期用受信メ
モリ321のポーリング処理が終了すると、同期データ域
から非同期データ域に移り、制御を非同期制御部54に移
す。

なお、この実施例では、送出パケット順次記録メモリ52
の内容は固定で、あらかじめ同期データを送出できる局
が決められている。しかし、これを動的に変更すること
も可能である。送出パケット順次記録メモリ52の内容の
変更には、非同期データパケットを使用して行ってもよ
いし、同期／非同期データパケット以外に、集中局に通
知するための特別のデータパケットタイプを作り、その
データパケット用に専用の受信メモリを別に割り当てて
もよい。

一方、非同期制御部54は、同期制御部53より制御が移る
と、今度は各非同期用受信メモリ322からのエンプティ
信号をポーリングする。エンプティ信号がオフならばそ
の受信メモリ内のデータパケットを読み出すためにリー
ド信号を送出し、オンならば次のメモリのポーリングを
行う。この動作は、フレームが終了するまでに各局に対
して繰り返し行われる。すなわち、同期用受信メモリ32
1は一定の順序で１順だけポーリングされて非同期デー
タ域に移るが、非同期用受信メモリ322は、空き時間内
であれば何回でも所定の順で繰り返しポーリングされ得
る。

この時、非同期データパケットのポーリング順序が一定
していると、非同期データを出力する各端末局間の優先
度が決定されてしまう。すなわち、空き時間（非同期デ
ータ式）が短い時、優先度の低い端末局はなかなかポー
リングされない。従って、優先度の高い端末局があれば
その局のポーリングを先に行うように設定すればよく、
逆に各端末送間に優先度を持たせたくない場合は、ポー
リング順序を毎回ずらすか乱数によってポーリング順序
を決定すればよい。このポーリング順序も、送出パケッ
ト順序記録メモリ52から非同期制御部54に出力される。

また、非同期データ用受信メモリを複数種類設け、その
受信メモリごとに異なる優先度をもったパケット交換を
実現することもできる。すなわち、受信メモリのうち非
同期データ用のものの種類を増やし、上記の領域でそれ
ぞれの優先度に差を付ける。集中局の入力部に設けた図
示しないパケット識別回路により、入力するデータパケ
ットの優先度を識別し、対応する受信メモリにデータパ
ケットを入力する。ポーリングは、例えば非同期データ
域で、常に優先度の高い受信メモリから順に行えばよ
い。

リード信号ジェネレータ55は、同期制御回路53あるいは
非同期制御回路54の指令により、同期用受信メモリ321
あるいは非同期用受信メモリ322に対してリード信号を
出力する回路である。この回路は、リード信号の出力と
同時に、トランスミッタ７に対してリードタイミング信
号5aを送出する。なお、リード信号ジェネレータ55は、
すべての受信メモリに対して各１本ずつの制御線で結ば
れ、この制御線を通じてリード信号が伝送されるものと
する。例えば、同期制御回路53あるいは非同期制御回路
54から、各受信メモリを特定するアドレス信号がリード
信号ジェネレータ55に供給され、リード信号ジェネレー
タ55に設けられたセレクタが、対応する制御線を選択し
てリード信号を選出するように構成する。

（動作） 以上の構成の本発明の蓄積型星状網は、次のように動作
する。この動作例を第４図のタイムチャートを用いて説
明する。

この実施例の場合、Ａ局からＤ局までの４つの端末局が
集中局に接続されているものとする。そして、Ａ局、Ｂ
局、Ｃ局が同期データパケットと非同期データパケット
の両方を送出し、Ｄ局が非同期データパケットのみを送
出するよう設定されているものとする。ここで、第２図
に示した送出パケット順序記録メモリ52には、同期用受
信メモリのポーリングの順序がＡ、Ｂ、Ｃの順序で書か
れているものとし、非同期用受信メモリのポーリングの
順序はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順序で書かれているものとす
る。なお、第４図のタイムチャートは第６図のものと異
なり、信号線を伝播する際に生じる信号の遅延は無視し
て記載されている。

まず、第１番目のフレームにおいて、このフレームが開
始される以前にＡ局とＣ局とから送出されたデータパケ
ット101、102が、各受信メモリ321（第１図）に格納さ
れているものとする。ここで、第１フレーム開始のフレ
ームタイミング信号51a（第２図）が同期制御回路53に
入力する。同期制御回路53は、同期用受信メモリ321
（第１図）を、Ａ、Ｂ、Ｃの順にポーリングし、エンプ
ティ信号がオフになっているＡ局とＣ局の受信メモリ32
1にリード信号を送り、第４図に示すように、Ａ局の同
期データパケット101とＣ局の同期データパケット102と
を各局受信線に送出する。

これでこのフレームでの同期データ域は終了する。従っ
て、このフレーム開始後にＡ局、Ｂ局およびＣ局から送
出された同期データパケット103、104、105は、その受
信メモリへの格納前にポーリングが終了しているのでこ
のフレーム中では処理されず、次のフレームで処理され
ることになる。

次に、非同期データ域が開始すると、その直前にＣ局か
ら送出された非同期データパケット106が、その非同期
用受信メモリに格納されているので、これが非同期制御
回路54に読み出されて各局受信線に送出される。このフ
レームの同期データ域が終了した後、１フレームが終了
するまでの間は、専ら、非同期データパケットの処理が
されるので、この間にＤ局から送出されたデータパケッ
ト107もただちに各局受信線に送出される。この例の場
合、非同期データ域が十分長いので、このフレーム中に
各端末局から送出された非同期データパケットはすべて
ただち一斉同報される。しかし、同期データパケットが
多く、同期データ域が長くなれば、非同期データパケッ
トが非同期用受信メモリに格納されていてもこのフレー
ム中でポーリングされない場合もある。

さて、次のフレームでは、先のフレームでＡ局、Ｂ局、
Ｃ局から送出された同期データパケット103、105、104
が順にポーリングされて一斉同報され、その後、このフ
レーム中でＡ局、Ｂ局、Ｃ局、Ｄ局から送出された非同
期データパケット108、109、110、111が一斉同報され
る。またこのフレーム中のＡ局、Ｂ局、Ｃ局から送出さ
れた同期データパケット112、113、114は次のフレーム
で処理される。

一方、端末局は、自局がパケットを送出し終わると、パ
ケット送出禁止状態になり、集中局より自局が送出した
パケットが戻って来たのを確認すると再びパケット送出
可能状態となる。ただし、受信メモリが複数あるため、
異なった種類のパケットは同時に送出可能である。

「発明の効果」 以上のような構成をとることにより、本発明の蓄積型星
状網は、集中局から厳しいシステムタイミングを与えら
れることなしにハイブリッド交換網を実現することがで
きる。また端末局は、データパケット送出時に通信線が
送出可能状態でありさえすれば、他局が送出中かどうか
の判断をせずにすぐにその送出を開始できる。すなわ
ち、衝突時のパケットの送出中止や、再送出のための処
理（バックオフアルゴリズムなど）は不要となる。もち
ろん、集中局も、衝突の検出や衝突信号の送出をする必
要がない。

一方、衝突のための無効データが回線上を流れることが
ないため、物理容量近くまで回線を効率的に使用するこ
とができる。また、衝突検出のための最大システム長の
制限がない。最大システム長は、送受信線の両端のドラ
イバ、レシーバの能力に専ら依存することになるが、そ
の能力をこえる遠距離でも、スリーレピータなどを介し
て遠方に端末装置を設置することが可能であるため、実
質的な最大システム長の制限はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蓄積型星状網の集中局の実施例を示す
ブロック図、第２図はその制御回路の詳細なブロック
図、第３図はその１フレームの構成を示すタイムチャー
ト、第４図は本発明の蓄積型星状網を動作を示すタイム
チャート、第５図は本発明の蓄積型星状網の実施に適す
る一般の星状網のブロック図、第６図はその星状網の動
作を示すタイムチャートである。 １……集中局、２……端末局、 321……第１の受信メモリ、 322……第２の受信メモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の端末局と、各端末局から送出された
   データパケットを受信する集中局とからなり、この集中
   局は、前記各端末局から送出されたデータパケットを一
   時格納するために、各端末ごとに第１の受信メモリと第
   ２の受信メモリとを用意して、前記第１の受信メモリに
   は同期データパケットを格納し、前記第２の受信メモリ
   には非同期データパケットを格納し、一定の時間枠を設
   定して、前記第一の受信メモリに格納されたデータパケ
   ットを順次読み出した後、前記時間枠を越えない範囲で
   その空き時間に、前記第２の受信メモリに格納したデー
   タパケットを読み出し、これらのデータパケットを前記
   各端末局にブロードキャストすることを特徴とする蓄積
   型星状網。