JPH0771125B2

JPH0771125B2 - データ通信方法およびデータ通信システム

Info

Publication number: JPH0771125B2
Application number: JP2006055A
Authority: JP
Inventors: リチヤード・ジイー・フオグ、ジユニア; ジヨセフ・リチヤード・マーチス; カール・ザイタラー、ジユニア
Original assignee: インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン
Priority date: 1989-01-13
Filing date: 1990-01-13
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: EP0378401A3; JPH02228855A; EP0378401A2; US4995056A

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は、コンピュータ・システム間で使用するための
直列通信技術に関するものである。

B.従来の技術及びその課題直列データ・リンクを介したコンピュータ・システム間
のデータ通信はきわめて一般的なものとなっている。多
数のプロトコルと標準データ交換書式が開発されてい
る。一般に高いデータ伝送速度を有する同期式通信プロ
トコルを用いると、データが同期的にまたは非同期的に
通信できる。

同期式通信側システムは、データを離散ブロックとして
通信する。このような離散ブロックは、フレームまたは
パケットとも呼ばれる。データ・フレームは典型的に
は、データ自体の他に、ブロックの始めと終わりを表す
標識、巡回冗長検査文字（CRC）、及びその他の制御情
報を含んでいる。通信は同期式に行なわれるので、送信
側と受信側が、同じタイム・ベースを有するクロックを
使用する必要がある。これは一般に、受信データからの
クロックを送信側に再生させることによって実現され
る。

このようなフレーム・ベースの同期式通信側システムで
は、データの歩調合せの点で問題が生じる可能性があ
る。受信データは通常、バッファに置かれ、そこから受
信側が抽出する。なんらかの理由で、受信リンクを介し
てデータが送信されるのと同じ速度で受信側がバッファ
からデータを除去することができない場合には、結果的
にデータのオーバランが発生する。このような場合、デ
ータは失われるか、あるいは何らかの回復プロトコルに
よって、どのデータが失われたかを判定し、それを再伝
送するよう要求しなければならない。このような状況
は、受信側システムが複数の入出力システムを含んでい
たり、あるいは考慮中のデータ交換以外のタスクによる
負荷がかかりすぎた場合などによく発生する。受信側シ
ステムは、単一の入出力サブシステムには容易について
いくことができるが、複数のサブシステムが存在する
と、受信側システム全体が特定の入出力チャンネルにつ
いていけなくなる可能性がある。

現在、システムは、典型的には、受信側システムが常に
その入出力サブシステムのすべてを取り扱うのに十分な
能力を持ち、データ・オーバランの可能性がないように
設計されている。入出力チャンネルのすべてが同時に能
力一杯で動作することはほとんどないので、受信側シス
テムは大部分の時間、能力を遊ばせている。このような
過剰設計要件のため、システムが必要以上に高価なもの
になっている。さらに、全チャンネルの総入出力帯域幅
が、システムが取り扱える帯域幅よりも小さくなければ
ならないので、このようなシステムは、拡張能力が限ら
れている。

したがって、受信側システムの応答時間とは無関係に、
データ・オーバランの可能性をなくすような、通信シス
テム及び通信方法を実現することが望ましい。さらに、
受信側システムがそのようなデータ伝送速度を取り扱う
ことができる時に、そのようなシステムが最大能力でリ
ンクを介してデータを伝送できるなら、一層望ましい。

C.課題を解決するための手段本発明の目的は、通信リンクを介したデータ伝送速度
を、受信側システムが十分に取り扱えるような伝送速度
に動的に調整する、直列データ通信のためのシステム及
び方法を提供することにある。

したがって、本発明によれば、データ転送の開始前に、
送信側システムが受信側システムの動作環境を決定す
る。送信側システムからの照会に応じて、受信側システ
ムは、受信側システムで利用可能なデータ・バッファの
サイズと数を示す情報を送る。次に送信側システムがデ
ータ・フレームの送信を開始する。このデータ・フレー
ムは、受信側システムのバッファに置かれる。受信側シ
ステムは、バッファからすべてのデータを除去して、他
のデータが受入れできるように開放し、そのことを示す
メッセージを送信側システムに送信する。送信側システ
ムはこのようなメッセージをカウントして、送信データ
・フレームの数が、受信側のバッファから除去されたフ
レームの数を、受信側が有するバッファの数以上に越え
てはいないことを確認する。

D.実施例第１図は、２つのコンピュータ・システム１と２の間で
のデータ通信用のシステムを示す。以下の考察では、シ
ステム１は送信側と呼び、システム２にデータを送信す
る。システム２は受信側と呼ぶ。両システムはともに送
信機としても受信機としても動作できることが望まし
い。

システム１には、システム・バス14を介して主システム
・メモリ12に結合されているプロセッサ10がある。シス
テム・バス14には、それぞれ単一の入出力チャンネルを
サポートする２つの入出力制御装置16と18も接続されて
いる。

システム２には主システム・メモリ22に結合されている
プロセッサ20がある。プロセッサには、４個の入出力制
御装置24、26、28、30も接続されており、これらは入出
力バス32を介してプロセッサ20と通信を行なう。

システム１は、入出力装置16及び18と同じバス14を介し
てプロセッサ10に接続されている主システム・メモリ12
を有するものとして示されている。システム２は、その
入出力バス32とは無関係に、プロセッサ20に接続されて
いる主システム・メモリ22を有する。これらは、２つの
典型的はコンピュータ・システムの構成であるにすぎ
ず、このようなシステム構成の詳細は、本発明にとって
重要ではない。

２つのシステム１及び２は、データ・リンク34によって
接続されている。このリンク34は単純な直接接続でもよ
く、またコンピュータ・ネットワーク制御装置、電話交
換システム、衛星通信データ・リンクを含むものでもよ
い。通信リンク34の詳細な性質は、本発明にとって重要
ではないが、好ましい実施例は、少なくとも下記に説明
するようにリンクを介して限られた形式の全二重通信を
含んでいる。

入出力装置18は４個の送信／受信バッファ36、38、40、
42を含む。これらのバッファは、当技術分野で周知のピ
ンポン式バッファとして使用できるように構成されてい
る。入出力装置30は、４個のバッファ44、46、48、50も
含んでいる。

入出力装置18中のバッファはすべて同じサイズであるこ
とが望ましい。典型的サイズは256もしくは512バイトで
ある。入出力装置30中のバッファ44、46、48、50もすべ
て同じサイズであることが望ましいが、入出力装置18の
各バッファとはサイズが異なっていてもよい。各入出力
装置18と30中の正確なバッファの数は異なっていてもよ
いが、ピンポン・バッファ配置には少なくとも２個のバ
ッファが必要である。本発明を利用するシステムは、以
下に説明するように、送信側システムと受信側システム
で同じ数のバッファを有しないことがしばしば生じるも
のと予想される。

第２図は、本発明で典型的に使用されるようなデータ・
フレームを示す。各フレームは、開始シーケンス60で始
まる。この開始シーケンスは、受信側システムによって
新しいフレームの始めとして認識される一義的に識別可
能なビット・シーケンスである。その後にヘッダ62が続
く。ヘッダは、ネットワークを介したコンピュータ・シ
ステムの送受信アドレスなどの制御情報を含む。その次
にはデータ64、さらに巡回冗長検査（CRC）情報66が続
く。データ・フレームの最後の項目は、停止マーカ68で
ある。開始60、ヘッダ62、CRC66及び停止68の各フィー
ルドは、送信回路によって加えられ、受信側によって除
去される。データ64だけは、受信端でバッファに置かれ
る。さらに、データ・フィールド64はそれ自体、０挿入
／削除などの技法を用いて符号化され、データ64は、バ
ッファに置く前に受信側によって複合される。データの
符号化が行なわれる場合、それがどんな性質のものであ
るかは本発明には含まれない。符号化されないデータ・
フィールド64のサイズは、受信バッファ44、46、48及び
50のサイズより小さいか、またはそれに等しくなければ
ならない。

第３図は、データが送信側１から受信側２に送信される
ときの送信側入出力装置18の動作を表す流れ図である。
この処理は、送信側装置18が通信リンク34を介して受信
側装置30に、メッセージを送信する旨の要求（RQ_SEN
D）を送信する（100）ことにより開始する。受信側装置
30はRQ_SENDを受信すると、メッセージRS_SENDを送信側
装置18に送り戻す（102）。メッセージRS_SENDは、受信
バッファ30の能力に関する情報を含んでいる。好ましい
実施例では、このような情報にはバッファ44、46、48、
50のサイズ及び利用可能なバッファの数が含まれる。第
１図に示した例では、４個の利用可能なバッファが示さ
れており、RS_SENDはそこにあるバッファの数を知らせ
る。

ステップ104で、送信側装置18は、いま説明したフレー
ム・サイズとバッファの数を決定し、これらの値を保持
する。データ・フィールド64の符号化されないサイズ
は、受信バッファ44、46、48、50のフレーム・サイズ、
または送信バッファ36、38、40、42のバッファ・サイズ
のどちらか小さいほうに設定される。このように、送信
側装置18は、受信側装置30に、単一の受信バッファに適
合しないデータ・ブロックを送信しない。またステップ
104で、値Ｎが、受信側装置30に含まれるバッファの数
に設定される。

バッファ・サイズは、２ビート・フィールドなど事前に
配置されたコードを用いて送信することができる。この
フィールドの値は、既知のバッファ・サイズに一致して
もよい。たとえば、次のコーディング方式を用いて、バ
ッファ・サイズを通信することができる。00−256バイ
ト;01−512バイト;10−1024バイト;11−特殊値を、整数
として別々に通信することができる。また２個の追加ビ
ットを使って、バッファの数を通信することができる。
たとえば、次のようなコーディング方式が使用できる。
00−バッファ２個;01−バッファ４個;10−バッファ６
個;11−バッファ８個。

ステップ106で、カウンタＵが０に設定される。このカ
ウンタは、送信側装置18から受信側装置30に、下記に説
明するようなまだ肯定応答されていないデータ・フレー
ムがいくつ送られたかを示すのに使用される。

次に送信側装置18は、ループに入り、伝送が完了するま
でそこに留まる。始めに１個のフレームが送信される
（108）。このフレームが送信されるとき、カウンタＵ
が増分され（110）、ＵがＮより小さいか否かを調べる
ため検査が行なわれる（112）。小さい場合、受信側30
はデータ・フレームを受信するのに利用できる少なくと
も１個のバッファを有し、ステップ108に戻る。ＵがＮ
に等しい場合は、受信側30のバッファがすべてが満杯で
あり、それ以上データは送信できない。

受信側装置30が入出力バッファ44、46、48、50のどれか
１つの内容を主メモリ22またはそれ以外の場所に転送し
てそのバッファを空にすると、そのバッファは新しいデ
ータを受け入れることができるようになる。バッファが
空になると、そのことを示すメッセージが受信側装置30
から送信側装置18に送信される。このメッセージは、受
信側装置30のバッファがクリアされたことを示す肯定応
答信号としての役割を果す。受信側装置18でこのメッセ
ージを受け取ると、割込み信号が生成され（114）、こ
の割込み信号によってＵが減分される（116）。Ｕの減
分後、送信側装置18は割込みから復帰する（118）。

したがって、第３図からわかるように、Ｕはフレームが
送信されると増分され（110）、受信側装置30のバッフ
ァが空になると減分される（116）。この機構により、
全送信済みフレーム数が、肯定応答された（すなわち、
受信側装置30によってバッファから除去された）フレー
ムの数を越えないことが保証される。

第３図は、送信側装置18内のマイクロ制御装置で使用す
るのに適した処理を示す。すなわち、肯定応答メッセー
ジの受信時に、割込み機構を用いてＵを減分することを
示している。PALなどのハードワイヤ式ランダム論理制
御機構をマイクロ制御装置の代わりに使用する場合は、
割込み機構は使用しない。ただし、肯定応答メッセージ
の受信時にカウンタを減分するための同等の機能がやは
り実行される。第３図に関しては説明したものと同等の
機能を実行するどんな制御機構でも、本発明で使用でき
る。

第４図は、受信側装置30の動作を示す流れ図である。RQ
_SENDメッセージが受信されると（120）、RS_SENDメッ
セージが送信側に送り戻される（122）。この時点で、
２つの平行処理が開始する。ステップ124で、新しいデ
ータ・フレームが絶えず次の利用可能バッファに受け取
られる。受信側装置30はシステム２の残りの部分とは無
関係にこれを行なう。これと並行して、システム２は、
バッファ44、46、48、50からデータをアンロードし、そ
のデータを主メモリ22またはシステムのその他の部分へ
コピーする（ステップ126）。バッファが完全にクリア
されたとき、メッセージRS_ACKが送信側に送り戻される
（128）。RS_ACKは、送信側18が割込みを生成する（11
4）のに使用する肯定応答メッセージである。これら２
つの処理は、データ伝送が完了し、最後に受信されたフ
レームが肯定応答されるまで、並行して続けられる。

プロセッサ20または入出力バス32に対する追加要求によ
り、システム２は、必ずしもデータがリンク34を介して
通信されるのと同じ速度で受信側装置30からバッファを
アンロードすることができないことがある。同様に、プ
ロセッサ10は、リンク34の最大チャネル容量を十分に利
用ぜきるだけの速度で送信側装置18のバッファをロード
することができないことがある。バス14と32上のトラフ
ィックにより、両端のバッファが十分な速度でロードま
たはアンロードできるときには、データはリンク34を介
して最大チャネル容量で伝送される。いずれかのシステ
ムが十分な速度でそのバッファをロードまたはアンロー
ドできない場合には、連続したデータ・フレーム間の時
間が増大し、全体的にデータ伝送速度が低下する。ただ
し、初期接続信号RS_ACKを使用し、かつ受信側装置30に
どれだけのバッファが存在するかを送信側装置18が知っ
ているので、データは失われない。

第５図は、これらの機能が通信側システムの動作にどの
ように影響するかを示すタイミング図である。第５図に
示した信号のタイミングは、通信の例のほんの一部にす
ぎず、各種事象のタイミングは、システムの各種機能を
示すように選択してある。第５図で、低い値は、特定の
メッセージが伝送されていないことを示し、高い値は、
特定のメッセージが送信または受信されている時間を示
している。第５図は、メッセージが送信され、受信され
ることを送信側装置18が知る時間を示したものである。
伝送の遅延により、受信側装置30の同様のタイミング図
では、同じ事象が、信号が送信されるのとわずかに異な
った時間に発生する。

時刻t₁で、RQ_SENDが送信側装置18から送信される。次
に時刻t₂に、受信側装置30が、RS_SENDメッセージで応
答する。このメッセージは、受信バッファのサイズとバ
ッファの数を含んでいる。時刻t₃で、送信側装置18がデ
ータ・フレームの送信を開始する。時刻t₄で、最初のフ
レームの伝送が完了し、時刻t₅で２番目のフレームの伝
送が始まる。通信システムは連続フレーム間で特定の最
小遅延時間（t₅−t₄）をもつのが通常であるが、必ずし
もその必要はない。２番目のフレームの伝送中に、最初
のデータ・フレームがバッファからクリアされたことを
示すRS_ACKメッセージが受信側装置30から送信される。
時刻t₇に、３番目のフレームが送信される。

t₈の直前に、３つのフレームが送信され、１つのRS_ACK
信号が受信された。すなわち、第３図の流れ図によれ
ば、Ｕの値は２となる。２は受信側装置30のバッファの
数より小さいので、送信側装置18はデータの送信を続け
ることができる。したがって、さらに２つのフレームが
時刻t₈及びt₉に送信される。時刻t₈に始まるフレームの
送信前の遅延は、システム１上のシステム・ローディン
グによって生じる遅延が好ましくない影響を与えないこ
とを示している。送信側装置18は、次のフレームが送信
可能となるまで待つだけである。

時刻t₁₀に、RS_ACKが再度送信される。したがって、時
刻t₁₁に、Ｕ＝３となり、別のデータ・フレームが送信
できることを示す。送信すべき次のフレームがあるとす
ると、これは、余分な遅延なしに行なわれる。

時刻t₁₁に始まるフレームが送信された後、６個のフレ
ームが送信され、２つのRS_ACKメッセージが受信され
た。したがってＵ＝４となり、この時それ以上フレーム
は送信できない。送信側装置18は、次のRS_ACKメッセー
ジを受信するまで遅延する。次のRS_ACKメッセージの受
信は時刻t₁₂に行なわれる。これに応じて、時刻t₁₃に次
のフレームが送信される。時刻t₁₄、t₁₆及びt₁₇に、受
信側プロセッサ20が高速で送信側装置30からバッファを
アンロードできるようになっていることを示すいくつか
の追加RS_ACKメッセージが送信される。これにより、デ
ータが、時刻t₁₅、t₁₈及びt₁₉に最小のシステム遅延で
送信される。

第５図に示した処理は、伝送が完了するまで継続され
る。伝送の完了は、当技術分野で周知の特殊な伝送終了
メッセージの送信によって示すことができる。

送信側装置18が送信するデータを含むバッファを有し、
受信側装置30が利用可能なバッファを有するとき、デー
タがシステムによって許される最高速度でリンク34を介
して伝送されることを理解されたい。受信側装置30がつ
いていけない場合、そのバッファ44、46、48、50がすべ
て満杯となり、それ以上データは送信されない。受信側
装置30が、この状態を示す特殊なメッセージを送信する
必要はない。送信側装置18は、どれだけのデータを安全
に送信できるかを知っている。送信側装置18がついてい
けない場合でも、システムに問題は生じない。

このような通信の段取りは、送信側装置18と受信側装置
30の間に大きな伝送遅延がある場合に特に有効である。
この遅延は、衛星通信リンクの場合に見られるような長
距離にわたるテータの送信や、リンク34に沿って各種電
子スイッチによって生じる可能性がある。大きな伝送遅
延のある通信リンクは、しばしばデータのオーバランを
防止するため、適時にデータの送信を停止するためのメ
ッセージを通信できなくなることがよくある。上記で説
明したシステムでは、送信側装置18は、あらかじめ、受
信側装置30がどれくらいのデータを処理できるかを知っ
ているので、このようなメッセージは必要ではない。

前記に説明したシステムのもう１つの機能は、RS_ACKメ
ッセージによって示される、受信済みデータ・フレーム
の数についての検査である。送信側装置18が受信したRS
_ACKメッセージの数は、送信されたデータ・フレームの
数と同じでなければならない。同じでない場合は、１つ
または２つのフレームが失われていることになる。送信
側装置18は、最終フレームの送信後、所定のある長さの
時間だけ待ち、RS_ACKメッセージの数に誤りのある場合
には、伝送エラーがあったことを知らせなければならな
い。この時、データが再送信され、または他の適切な処
置が開始される。

前記に説明したシステムには、大型ネットワーク内の各
プロセッサが、可能なあらゆる受信側の構成を知る必要
がないという別の利点がある。データ転送が行なわれる
とき、受信環境（すなわちバッファのサイズ及びバッフ
ァの数）が決定されるので、１つのシステムを再構成し
たり、新しいシステムをネットワークに追加する際に、
システム全体に及ぶパラメータの更新を試みる必要はな
い。

前記に説明したシステム及び方法が、直列技術のみなら
ず並行技術を使用してデータ伝送を行なう通信システム
でも利用できることは、当業者にとって自明のはずであ
る。

前記に説明したシステムの変形によると、受信側装置30
は、送信側装置18は「受信要求」メッセージを送ること
により通信を開始することができる。このメッセージに
は、RS_SENDに通常含まれるバッファのサイズと数の情
報が含まれるる。このメッセージを受信すると、送信側
装置は、前述の方法でデータを送信する。唯一の相違
は、転送開始装置の識別である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、２つのコンピュータ・システムとそれらの間
の通信リンクの構成図である。第２図は、データ・フレームの構造を示す図である。第３図は、送信側装置の動作を示す流れ図である。第４図は、受信側装置の動作を示す流れ図である。第５図は、システムの動作を示すタイミング図である。１……送信側コンピュータ・システム、２……受信側コ
ンピュータ・システム、10、20……プロセッサ、12、22
……主システム・メモリ、14……システム・バス、16、
18……送信側入出力制御装置、24、26、28、30……受信
側入出力制御装置、32……入出力バス、34……データ・
リンク、36、38、40、42……送信バッファ、44、46、4
8、50……受信バッファ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献欧州特許出願公開72614（ＥＰ，Ａ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一のシステムから第二のシステムにデー
タフレームを送信する方法であって、データフレームの送信に先立って前記第一のシステムか
らの要求に応答して前記第二のシステムから前記第一の
システムに対して前記第二のシステム内にある利用可能
な同一サイズの受信バッファの数および前記各受信バッ
ファのサイズを含むメッセージを送信するステップと、前記第一のシステムから送信されるべきデータフレーム
のサイズを、前記受信バッファのサイズおよび前記第一
のシステムの送信バッファのサイズのいずれをも越えな
いサイズに設定するステップと、前記第一のシステムから前記第二のシステムに対して前
記設定されたサイズのデータフレームを送信するステッ
プと、前記第二のシステムの前記受信バッファに受信したデー
タフレームを保持するステップと、受信した前記データフレームを前記受信バッファから除
去するステップと、前記各データフレームが前記受信バッファから除去され
るたびに前記第一のシステムに対して肯定応答信号を送
信するステップとよりなり、前記第一のシステムから前記第二のシステムへのデータ
フレームの送信を、受信した前記肯定応答信号の数と既
に送信されたデータフレームの数の差が前記受信バッフ
ァの数よりも小さい場合にのみ許可することを特徴とす
るデータフレーム送信方法。
【請求項２】第一のシステムから第二のシステムに通信
リンクを介してデータフレームを送信する行うシステム
であって、前記第二のシステムは、少なくとも二つの同一サイズの
受信バッファと、前記第一のシステムが前記第二のシス
テムにデータフレームの送信を開始するに先立って前記
第一のシステムからの要求に応答して前記受信バッファ
の数と前記各受信バッファのサイズを前記第一のシステ
ムに通知する手段と、前記第一のシステムから送信され
前記受信バッファに格納されている前記データフレーム
が前記受信バッファから除去されたときに前記第一のシ
ステムに肯定応答信号を送信する手段とを有し、前記第一のシステムは、前記第二のシステムから送られ
る前記肯定応答信号の数、前記第二のシステムの前記受
信バッファの数および前記各受信バッファのサイズをそ
れぞれ保持する手段と、送信されるべきデータフレーム
のサイズを、前記受信バッファのサイズおよび前記第一
のシステム内にある送信バッファのサイズのいずれをも
越えないサイズに設定する手段と、前記設定されたサイ
ズのデータフレームを前記第二のシステムに送信する手
段と、受信した前記肯定応答信号の数と既に送信された
データ・フレームの数の差が前記受信バッファの数より
も小さい場合にのみ前記送信する手段をイネーブルにす
る手段とを有する、ことを特徴とするデータフレーム送信システム。