JPH0821891B2 - コンピユ−タ・ベ−スド教育装置とその方法 - Google Patents

コンピユ−タ・ベ−スド教育装置とその方法

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JPH0821891B2
JPH0821891B2 JP61265727A JP26572786A JPH0821891B2 JP H0821891 B2 JPH0821891 B2 JP H0821891B2 JP 61265727 A JP61265727 A JP 61265727A JP 26572786 A JP26572786 A JP 26572786A JP H0821891 B2 JPH0821891 B2 JP H0821891B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はデータ通信装置に関し、特に、コンピュータ
・ベースド教育（CBE）分野におけるデータ通信装置に
関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕
CBEはこの25年間に開発された分野であり、限定され
た範囲で過去20年にわたり採用されている。従来技術に
おいて認められているCBE装置は、最初にイリノイ大学
で開発され、本明細書中にも参考として取入れられてい
る米国特許第3,405,457号に記載されるPLATO装置であ
る。
多数の文献がPLATO装置の様々な面及びCBEにおける実
現性を論じている。たとえば、Alpert及びBitzerによる
「Advances in Computerbased Education」,Science,16
7巻、1582〜1590ページ（1970年３月）を参照された
い。
PLATOは接続される１千台の表示端末装置にリアルタ
イム会話形式で対応することができる大形メインフレー
ム中央プロセッサ装置である。中央コンピュータは、学
習者／ユーザーに、多種多様な科目の何万時間にも及ぶ
コースを学習者用端末装置に表示される教育資料の形態
で利用できるようにする。
学習者は、通常、CRTなど電子表示装置とキーボード
を利用することができる。情報はテキスト及び／又は図
表（テキストブックに類似のもの）の形で提示される。
学習者は提示されている資料の内容を完全に検討したこ
とを指示することによりキーボードを介して応答するこ
とができ、追加資料の提示を待機する態勢に入る。学習
者はさらに質問などに答えることにより資料を理解した
ことを示すこともできる。
学習者の質問及び命令に対する中央コンピュータの応
答の速度は非常に重要である。コンピュータが新しい表
示を提供すること又はキーボード操作に応答することに
多くの時間を費している間に学習者は無駄にただ座って
いたくはない。簡単にいえば、申し分のないCBE会話を
実現するには何分の一秒の応答、従って高速スクリーン
表示が必要である。
PLATO装置に採用される端末装置は、アプリケーショ
ンプログラムの大半が中央コンピュータで実行される一
方、表示プログラムは端末装置において実行されるとい
う点で、比較的「dumb」ものであって良い。中央コンピ
ュータと関連端末装置とのデータ伝送の多くは端末装置
に電話回線を介して表示を発生させるために必要な情報
を送信すること及び端末装置からコンピュータに同じ回
線を介してユーザーのキーボード入力を送信することか
ら成る。
コスト上のいくつかの主要な要因がこれまで中央コン
ピュータCBEサービスを多くの潜在ユーザーに経済的に
普及させることを妨げていた。第１の要因は中央プロセ
ッサ及び関連機器それ自体のハードウェアコストであっ
た。しかしながら、近年、技術の進歩によりさらに安い
コストでまさるとも劣らない性能、多くの場合は以前に
まさる性能を有する機器が生産されるようになった。た
だし、もう１つの主要なコストである通信費は下がるど
ころか、場合によってはさらに増加している。
電話回線の料金は、通常月極の端末装置接続料の基本
料金の２倍又は３倍になる。たとえば、中央コンピュー
タCBE装置にアクセスするために通常は端末装置１台当
たり毎月250〜500ドルを支払うのは珍しいことではない
が、電話回線の料金によりその月額は端末装置１台当た
り毎月1000〜1200ドルにまで増加してしまう。数台の端
末装置で１本の電話回線を共用したとしても通信費は同
様に高くなる。
１本の電話回線を共用することができる端末装置の台
数を制限する要因は、回線が対応しうるデータ速度、た
とえば毎秒9600ビットである。通常、CBE装置において
は、制御するのは逆方向チャネルデータ流れ、すなわち
端末装置からコンピュータへではなく順方向チャネルデ
ータ流れ、すなわちコンピュータから端末装置へであ
る。たとえば、PLATO CBE装置における順方向チャネル
データ流れは平均で端末装置１台当たり毎秒250〜300ビ
ットである。9600bps回線でローディング係数を約0.7と
すると、１本の電話回線に16〜20台の端末装置をマルチ
プレクスすることができる。これに対し、そのような装
置の逆方向チャネルデータ流れははるかに低速であり、
平均で端末装置１台当たり毎秒20ビット未満である。こ
のようにデータ伝送速度が低いのは、逆方向チャネルデ
ータ流れの殆どが適正な経路指定情報を伴なうキースト
ロークデータのみであるためである。
１本の電話回線に接続される端末装置の台数を制限す
る他の要因は、ユーザーを満足させるために短い応答時
間が要求されることである。学習者にとって申し分ない
装置は、学習者の質問や命令に「瞬時に」答える装置で
あろう。このような応答特性を得るためには、ユーザー
が座って「順番」を待つことを余儀無くするキューイン
グ、ポーリング又はその他の通信プロトコルが殆ど又は
全くないことが必要である。学習者に対する十分の数
秒、たとえば約0.3秒、という装置の平均応答時間が得
られて始めて、装置を真に「対話形（インタラクティ
ブ）」と呼ぶことができる。
現在の中央プロセッサに基づくCBE装置本来の通信費
を低減するために、電話回線以外のデータ伝送モードが
開発された。本件出願と同一の譲受人に譲渡された同時
係属米国特許出願、第514,906号、名称「Multiple Acce
ss Communication on a CATV Reverse Channel」には、
ユーザーに対する急速な応答を維持するように既存のCA
TV通信チャネルを使用するためのプロトコルが記載され
る。
局所で発生されるテレビジョン形信号を使用する順方
向チャネルデータ送信方法もイリノイ大学でPLATO装置
に採用されており、この場合、逆方向チャネル通信は電
話回線を介して行なわれる。この装置は、処理可能なト
ラフィックの量を大幅に減少するタイムスロット式デー
タ伝送プロトコルを採用した。詳細にいえば、装置の各
端末装置に１つのタイムスロットが割当てられ、TV信号
は時分割方式でマルチプレクスされる。すなわち、端末
装置に送信すべきデータが存在しないか又は時分割で対
応しうるほどのデータが存在しない場合、タイムスロッ
トの空白部分は浪費される。この装置では対応できる端
末装置の数は非常に限られている。さらに、TV信号の発
生は本質的に視線（line of sight）であり、潜在的ユ
ーザーの基準数を制限し、TV信号はその他の中央演算装
置と共にそれぞれの中央場所で再生されなければならな
いのでコスト高でもあった。
他の通信モード、すなわち衛星を介する方法も開発さ
れている。近年まで衛星トランスポンダ空間は不足し、
コスト高であったが、現在では状況は変わった。現在、
T1チャネル（1.544メガビット／秒）を妥当な費用で利
用することができる。しかしながら、衛星と通信するた
めの機器は高価である。たとえば、従来の衛星装置の通
信チャネルの両端には、二方向通信を可能にするために
アップリンク／ダウンリンク組合せアンテナが必要であ
る。アップリンクアンテナ及び関連機器は高価であり、
設置料は30万ドルに近い。ダウンリンク受信機はそれよ
り１桁安い。標準的設備を使用し、衛星を介してCBEデ
ータを分配する試みには、相当の数のユーザー端末装置
が集まっている箇所毎に高価なアップリンクを設置しな
ければならない。さらに、同様の問題となるのは、静止
衛星を介する一方向データ送信の遅延時間が約0.25秒に
もなることである。データはそのような装置では順方向
チャネル方向と逆方向チャネル方向の双方に進むので、
総遅延時間は0.5から0.6秒になると考えられ、これはユ
ーザーが許容しうると感じる時間のほぼ２倍である。
〔問題を解決するための手段及び作用〕
従って、本発明の目的は、通信が最も経済的な方法で
実施される改良されたCBE装置を提供することである。
本発明の他の目的は、衛星データ送信を採用し、しか
もユーザーに対する最適応答速度を保持する改良された
CBE装置を提供することである。
本発明のさらに他の方法は、複数の遠隔CBE場所に中
央場所から衛星を介して経済的にサービスが与えられる
中央コンピュータ・ベースドCBE装置を提供することで
ある。
ここに記載される高速応答CBE装置の会話はコンピュ
ータとコンピュータとの関係ではなく、コンピュータと
人間（ユーザー）との関係を正確に目標としている。そ
のために、教育ソフトウェアを記憶して実行し、高速デ
ータ出力流れを提供する大形の中央コンピュータは複数
台の遠隔場所に配置されたキーボード操作式表示端末装
置と通信する。順方向チャネルの通信は衛星リンクを介
して実施され、逆方向チャネルの通信は１つ又は複数の
専用陸地ベースドリンク（たとえば電話回線）を介す
る。順方向チャネル衛星リンクはマルチメガビット速度
のデータを受入れ、衛星トランスポンダごとに何万台も
のユーザー端末装置に対応することができる。逆方向チ
ャネルリンクは毎秒キロビット範囲のデータ速度しか受
入れられないが、ユーザー操作端末装置で発生されるデ
ータが低速であるため、何百台ものユーザー操作端末装
置からの出力を受入れることができる。
〔実施例〕
以下、添付の図面のそれぞれを参照して本発明による
CBE装置の実施例を説明する。装置全体の構成をまず考
慮し、その動作を総体的に詳細に説明する。続いて、主
要サブアセンブリをその通信プロトコルと共にそれぞれ
説明し、最後に、本発明を完全に理解できるようにする
ため、装置のプロトコル及びデータフォーマットを説明
する。
第１図に関して説明すると、中央コンピュータ（コン
トロールコンピュータ）10は、ディスクドライブ、拡張
記憶装置など、複雑な内容をもつ教育資料を個々の学習
者であるユーザーに提供できるようにするための周辺装
置と組合されたメインフレーム高速中央処理装置であ
る。装置のレッスン実行、処理、統計解析及びその他の
データ処理はほぼ全て中央コンピュータ10の内部で実行
される。中央コンピュータ10の出力は本質的にはネット
ワークに対する表示コードと監視命令である。表示コー
ドは、学習者用端末装置にその表示スクリーンに表示さ
れるべき情報のフォーマット及び内容を命令するコード
である。これにより端末装置ごとのデータ流れの量を最
小限に抑えることができ、主要な処理を中央コンピュー
タ10の内部で実行することが要求される。
中央コンピュータ10が主に表示コードを提供するにも
かかわらず、中央コンピュータ10と通信する各端末装置
は平均して順方向チャネルデータ１秒当たり250ビット
を必要とすることが統計的に示されている。これに対
し、概してキーストローク情報である逆方向チャネルデ
ータは端末装置ごとに毎秒約20ビットを必要とするのみ
である。
中央コンピュータ10はネットワークインタフェース装
置（ユニット）（NIU）12を介してネットワークと通信
する。NIU12はいくつかのタスクを実行する。NIUは、下
流側装置が処理不可能なデータでオーバラン状態となら
ないように保証するためにデータ出力を計測し、また、
ネットワーク内の各コンテンションポイントにおいて端
末装置間で帯域幅が適正に割当てられるようにする。NI
U12は大量のデータの記憶には関与しない。そのタスク
は中央コンピュータ10が実行するもので、中央コンピュ
ータ10はNIU12より許容が与えられたときにのみ特定の
端末装置にデータを提供する。NIU12はさらに電話回
線、たとえば14及び16を介して全ての逆方向チャネルデ
ータを受信すると共に、必要に応じて順方向データチャ
ネルトラフィックに関するエンクリプション（encrypti
on）能力を有する。
次に第２図に関して説明すると、NIU12はCPU10からバ
ス15を介して順方向チャネルデータを受信する。逆方向
チャネルデータはバス17を介してCPU10に供給される。
入出力インタフェース装置19は、本質的には、CPU10に
対して64ビット語を送受信し、直列インタフェース装置
21,23からの16ビット語を受信して記憶し、さらに回線2
7を介して受信される制御指令に基づいて通信処理用プ
ロセッサ13に対してバス25を介して16ビット語を送受信
する２重ポート記憶装置又はバッファである。通信処理
用プロセッサ13は関連するランダムアクセス記憶装置及
び記憶装置モジュールを有するHeurikon HK68/M10プロ
セッサであるのが好ましい。通信処理用プロセッサ13は
ネットワーク内のそれぞれの下流側装置に対して設定さ
れたガイドラインに従ってデータを割当てることにより
Ｔ−1 1.544mbs信号を発生すると共に、データでオーバ
ラン状態となる装置が出ないように確実に保証する。
以下にさらに詳細に説明するように、順方向チャネル
データは限定されたデータ内容をもつ複数のフレームと
して構成され、それらのフレームはマルチプレクスさ
れ、中断のない流れとして使用中の端末装置へ伝送され
る。個々のフレームは下流側装置によりそれに含まれる
見出し情報に従って分類される。このデータ伝送方法は
効率が良く、Ｔ−１キャリアはこの方法により最高4000
台の同時に動作する端末装置についてデータ流れを受入
れることができる。
第１図に戻って説明を続けると、NIU12の出力はアッ
プリンク送信機18に供給され、アップリンク送信機18は
毎秒1.544メガビットのＴ−１信号を静止衛星20へ送信
する。静止衛星20は信号をいくつかの遠隔ダウンリンク
受信機22,24等々に向けて発信する。各ダウンリンク受
信機はＴ−１信号を関連するバス29に印加し、バス29は
信号を１台又は複数台のリンクアクセス装置（LAU）26,
28,30,32等々に供給する。各LAUは最高255個の「ポー
ト」についてネットワークにアクセスを与える。たとえ
ば、LAU26は255本の出力信号線36を含み、それぞれの出
力信号線を「ポート」という。各ポートは使用の定常度
に応じて１台又は複数台の端末装置38,40等々に対応し
ていれば良い。各LAUは入力バスから順方向チャネルト
ラフィックを回収し、さらに、それぞれの端末装置から
の逆方向チャネルトラフィックを送信のために専用電話
回線（たとえば電話回線14）に集中する。ポート36は専
用モード又はダイアル呼出しモードで動作されれば良
い。すなわち、ポートはハードワイヤード状態とされる
か、又はダイアル呼出し電話回線ネットワークを介して
個々の端末装置に接続されれば良い。
加入者密度が低く、LAUを使用するのが妥当であると
思われない場合は遠隔リンクアクセス装置（RLAU）50を
採用すれば良い。RLAUは全二重毎秒9600ビット回路52を
介してLAUに接続され、最高16台の加入者端末装置に対
応して動作することができる。１台のLAUに16台のRLAU
が接続可能である。逆方向チャネル集信装置（RCC）56
はオプションの装置であり、最高３台のLAU（765台の加
入者端末装置）からの逆方向チャネルトラフィック流れ
を集中するために使用されても良い。RCCは２台以上のL
AUが配置されている領域で使用すべきである。RCC56か
らの集信トラフィック流れは専用電話回線16を介してNI
U12に戻される。
第１図に示される装置の動作は次の通りである。学習
者は端末装置、たとえば38でオンサインを発する。この
オンサイン情報はLAU26により電話回線14を介してNIU12
に送られる。NIU12はオンサインデータを中央コンピュ
ータ10に供給し、中央コンピュータ10は所望のレッスン
を指示するために端末装置38に対する要求を開始する。
中央コンピュータ10からの要求はNIU12を介してアップ
リンク送信機18に送られ、さらに、静止衛星20を介して
全てのダウンリンク受信機22,24に送られる。中央コン
ピュータの要求は、端末装置38と関連するLAU26のみが
要求を受取り、それを端末装置38へ送るように適正アド
レスされる。次に、学習者が戻り専用電話回線を介して
要求及び回答を提供し、中央コンピュータ10からのデー
タは静止衛星20を介して端末装置20に供給されるような
対話が成立する。
上述のデータ流れ方法の経済性は従来の装置と比較し
て驚くほどすぐれている。前述のように、電話通信費が
CBEサービスの月極料金よりはるかに高くなってしまう
ことは珍しくない。本発明の実施例の衛星に基づく装置
の場合、加入者を約6000人とすると、総通信費は端末装
置１台当たり毎月10〜12ドルを越えないことがわかって
いる。このように低コストで済む理由は概して２つ、す
なわち、毎月１万ドルの概算レンタル料でトランスポン
ダ空間を利用できることと、毎月１マイル当たり１ドル
25セント〜１ドル50セントのレンタル料で専用リース回
線を利用できることである。前述のように、電話回線ネ
ットワークのみを使用する従来のCBE装置においては、
順方向チャネルデータの速度が比較的速いために、端末
装置ごとの逆方向チャネルデータ流れ条件が相当にゆる
やかであっても、１本の回線に接続可能な端末装置の台
数は不自然なほど限られていた。本発明は、（１）高速
の順方向チャネルトラフィックを広帯域ネットワーク
（広大な地理的領域にわたり何万台もの端末装置に同時
に対応することができる）を介して分岐すること、及び
（２）逆方向チャネルデータ流れに対しては比較的帯域
の狭い電話回線を使用することにより、双方のデータ通
信装置の固有能力を最大限に高めることができる。この
通信プロトコルは、ネットワークへの端末装置のデータ
流れが比較的低いレベルにある場合、たとえばオペレー
タによりキーストロークデータが提供される場合に最も
効率が良くなることを理解しておくのは大切である。さ
らに詳細にいえば、この装置は人間とコンピュータとの
データ通信をコンピュータ間のデータ通信と対照して最
適化するように精密に設計された方式で動作する。
次に、LAU,RLAU及びRCCを構成するために採用される
サブアセンブリを説明する。第３図に示される直列イン
タフェースモジュール（SIM）70と、第５図に示される
リンクインタフェースモジュール（LIM）100の２つの基
本モジュールが採用される。各LIMはSIMをネットワーク
に接続するために使用され、各SIMは加入者と逆方向チ
ャネルインタフェースを接続するためのポートを構成す
る。第３図に関して説明すると、SIM70は順方向チャネ
ル相互接続部72を介して並列に接続される１対の通信制
御装置74及び76を含む。通信制御装置の出力は逆方向チ
ャネルバス78に供給される。それぞれの通信制御装置7
4,76の入出力信号線80は個々の端末装置に接続し、端末
装置のデータ流れを制御する。各通信制御装置は第４図
にさらに詳細に示されている。
各通信制御装置は、バスアセンブリ82を介して１対の
直列制御装置83,84に接続される通信処理用プロセッサ8
1を含む。直列制御装置はそれぞれ２台の端末装置に接
続する。読出し専用記憶装置（ROM）85は通信処理用プ
ロセッサ81に関する制御プログラムを記憶し、ランダム
アクセス記憶装置（RAM）86は端末装置に対して送受信
されるべきデータを記憶するために使用される。各通信
制御装置は、逆方向チャネルトラフィックを受取り、そ
れを逆方向チャネルバス78に送る逆方向バスインタフェ
ースモジュール88をさらに具備する。それぞれの通信処
理用プロセッサ81はIntel Corporationにより製造され
ている8344形コミュニケーションコントローラであるの
が好ましい。直列制御装置83,84は同様にIntel Corpora
tionにより製造されている8274形マルチプロトコルシリ
アルコントローラであるのが好ましい。
各SIMはいくつかの機能を実行する。SIMは順方向チャ
ネルから情報を回収し；その情報を記憶し；それを関連
する端末装置の１つに伝送する。関連する端末装置から
受信される逆方向チャネル情報も記憶され、逆方向バス
インタフェースを介して逆方向チャネルバスに伝送され
る。コンフィギュレーションスイッチ87のセッティング
に応じて、SIMは最高16台の端末装置に関する情報を１
本の電話回線に集中するマルチプレクス集信装置として
動作することもある。マルチプレクスモードの場合、全
ての情報は１つのポート（たとえばT0）に制限され、そ
の他の７つのポート（T1〜T7）は使用されない。
逆方向バスインタフェース88は通信処理用プロセッサ
81からの逆方向チャネルトラフィックを受信し、それを
逆方向チャネルバス78に送る。逆方向チャネルバス78
は、動作されたときにこのバス78を介する情報の転送を
全て禁止する「ロード状態」信号線を含む。ロード状態
信号線が動作されていないときにのみ逆方向バスインタ
フェース88は逆方向チャンネルバス78に対してアクセス
することができる。
次に第５図に関して説明すると、リンクインタフェー
スモジュール（LIM）は２つのサブアセンブリ、すなわ
ちマイクロプロセッサアセンブリ102及び増幅器104を含
む。増幅器104は順方向チャネルを緩衝し、相互接続さ
れるSIMを駆動するために全ての入力データトラフィッ
クに対してパワー利得を与えるだけのものである。マイ
クロプロセッサアセンブリ102は逆方向チャネルに接続
され、相互に接続されるSIMからの全ての逆方向トラフ
ィックを集信して逆方向チャネルに送る。
マイクロプロセッサアセンブリ102は、第６図に詳細
に示されるように、マイクロプロセッサ106と、読出し
専用記憶装置108と、ランダムアクセス記憶装置110と、
直列制御装置112と、逆方向バスインタフェース114と、
ボーレート発生器116とを含む。これら全ての装置はバ
スアセンブリ118を介して互いに接続される。マイクロ
プロセッサ106は、それぞれ接続されるSIMが送信を待機
中のデータを有しているか否かを判定するために、逆方
向バスインタフェース114を介して各SIMをポーリングす
る。送信待機中のデータがあれば、マイクロプロセッサ
106はそのデータを受信し、RAM110に記憶する。接続さ
れるSIMがデータを有していない場合は、マイクロプロ
セッサ106は全サイクルを完了するまで順次次のSIMへ進
む。ボーレート発生器116は、本質的には、毎秒1200ビ
ット、2400ビット、4800ビット及び9600ビットの速度で
クロックパルスを発生する４周波数発生器である。これ
ら４つのクロック速度は連続して発生され、逆方向バス
インタフェース114により逆方向チャネルバス78に印加
される。それぞれのSIMは４つのボーレートの中から１
つを選択すれば良い。SIMの各ポートは、それらのボー
レートの中の１つを受入れ且つその速度でデータの送受
信を実行するように、遠隔制御による構成決定が可能で
ある。
次に、リンクアクセス装置（LAU）を示す第７図に関
して説明する。前述のように、LAUはＴ−１データリン
クから順方向トラフィックを回収し、逆方向トラフィッ
クを送信のために逆方向チャネルに集中する。各LAUは
順方向チャネル相互接続部72と逆方向チャネルバス78と
の間に接続される複数のSIMモジュールから構成され
る。前述のように、各LIMは順方向のチャネルデータに
対するパワー増幅器として動作するのみであり、データ
経路指定機能は個々のSIMにおいてそれぞれ実行され
る。各LAUは、前述のように、最高255個の別個のポート
からのデータの出入りを制御することができる。
第８図に示されるように、遠隔リンクアクセス装置
（RLAU）は、本質的には、16のポートの接続のみを可能
にするように構成されたLAUである。前述のように、RLA
Uは端末装置の数が少ない遠隔設備のために使用され
る。RLAUはLAUとほぼ同様に機能する。逆方向チャネル
集信装置（RCC）は第９図に示されており、本質的にはL
IMモジュールにデータを供給する２つのSIMモジュール
を含む。逆方向チャネル集信装置の機能は複数のLAUか
らの出力を組合せ、そのデータ流れを１本の専用電話回
線に集中することである。
装置内部のあらゆるデータ通信は１バイト又は２バイ
ト以上のメッセージトラフィックを含むフレームを使用
して行なわれる。不要なデータトラフィックを減少させ
るために、全ての順方向チャネル送信は妥当な時間、こ
の時間は最長ループ送信時間より長い、の中で否定応答
が受信されない限り、正しく受信されたものと仮定され
る。必要なデータ流れを減少させる代替肯定応答プロト
コルも、全ての送信が正しく受信されたものと仮定する
（否定応答が受信された場合を除く）が、プリセットさ
れたフレームカウントに達すると、受信の肯定応答（確
認応答）を要求する監視フレームが必ず送信される。こ
のように、通信チャネルの保全性は間欠的に積極的に検
査される。これらの順方向チャネル暗黙肯定（確認）応
答プロトコルは、各フレームを積極的に肯定応答する装
置と比べて必要なデータ流れを著しく減少させるという
点で重要である。逆方向チャネルにおいてはデータのロ
ーディングは相当に軽く、プロトコルは全てのフレーム
が特定肯定応答されることを要求し、発信局は発信トラ
フィックをそれが受信局で正しく受信されるまで保持す
る。
フレームには情報フレームＩと、監視フレームＳの２
種類がある。Ｉフレームは加入者トラフィックを含み、
Ｓフレームはネットワークを制御するための監視データ
を含む。順方向チャネルの場合、Ｉフレームは全て衛星
リンクと、LAUとを介して特定してアドレスされたポー
トに送信される。監視フレームも同様に衛星リンクによ
り監視チャネル制御のためにLAUに送信される。逆方向
チャネルにおいては、端末装置から中央コンピュータに
向かう全てのＩフレームは、装置の様々な構成要素から
の監視フレームの一部と共に、専用電話回線を介して送
信される。しかしながら、この場合、一部の逆方向チャ
ネル監視フレームは逆方向チャネル監視制御のために順
方向にも送信される。多くの場合、リース回線を全二重
方式で追加料金なしで利用できるため、逆方向チャネル
監視動作の一部を追加費用なしで逆方向に実行させるこ
とが可能になるのは重大な利点である。
順方向チャネルトラフィックは次のようなフォーマッ
トのフレームとしてパッケージされる。
Ｆ＝フラグバイト AL＝LAUアドレスバイト AP＝ポートアドレスバイト Ｃ＝制御バイト Ｉ＝情報フィールド FCS＝フレーム検査バイト フレームは全て、フレームの同期性を維持するために
も使用されるフラグバイトで始まり、フラグバイトで終
わる。１つのフラグバイトは１つのフレームの閉鎖フラ
グであると共に、次のフレームの開始フラグとして作用
しても良い。それは６つの連続する１ビットを含んでい
ても良い唯一のフレームである。
ALアドレスバイトはどのLAUが特定フレームを受信す
べきかを指定する。LAUアドレスは０から254の範囲にあ
れば良く、アドレス255はネットワークに存在する全て
のLAUにより受入れられる大域アドレスである。LAU/RLA
Uリンクにおいて、アドレスされたLAUは関連するRLAUに
フレームを送信する前にそのフレームからバイトを取除
く。APアドレスバイトはLAU（又はRLAU）のどのポート
がフレームを受信すべきかを指定する。ポートアドレス
は０から254の範囲であり、アドレス255はLAU又はRLAU
にフレームを全てのポートに供給するように命令する大
域ポートアドレスである。
Ｃ制御バイトはフレームの種類とシーケンスナンバー
を指定する。前述のように、フレームは情報と監視の２
種類のうちいずれか一方である。このバイトの一部は情
報フレームではフレーム送りシーケンスナンバーＮ
（Ｓ）を含み、監視フレームでは監視機能を含む。好ま
しい動作モードにおいては、情報フレームは０から63ま
で順次番号付けされるが、監視フレームはシーケンスナ
ンバーを含まない。
順方向チャネルのＩ情報フィールドはＣ制御バイトに
より指定されるトラフィック情報又は監視情報を含む。
このフィールドは多数のバイト（たとえば64バイトま
で）含んでいても良いが、通常は多くとも12のトラフィ
ック情報バイトに制限される。ユーザー用端末装置で感
じられる遅延を最小限に抑えて装置を動作させることが
できるようにするために、トラフィックを少数のセグメ
ントに制限することは重要である。NIUが１度に複数の
長いデータセグメントを１台の端末装置に送信すべき場
合、下流側の端末装置は上流側の端末装置のトラフィッ
クが受信されるまで待機しなければならないと考えられ
る。これを阻止するために、ネットワークインタフェー
ス装置12は、順方向チャネルにおいてフレームごとのト
ラフィックのバイトの数（及び毎秒フレーム数）を制限
するように中央コンピュータ10からの出力を制御する。
このように、順方向チャネルは毎秒1.5メガビットの速
度でデータを受入れることができるので、ユーザーは順
方向チャネルデータが個々の端末装置に表示されるとき
にデータの遅延を感じることはない。
逆方向チャネルについても同じ問題が起こる。各端末
装置のトラフィックは関連するLAUのバッファに入力さ
れる。LAUはそれぞれのバッファをポーリングし、そこ
に存在しているデータバイトの数にかかわらず、次のバ
ッファ及びそのデータに移行する前にNIU12に戻し送信
すべき12個以下のバイトを受入れる。このように、フレ
ームははるかに大きなデータセグメントを受入れること
ができるサイズを有しているが、装置は順方向チャネル
と逆方向チャネルの双方においてユーザーに対する応答
時間劣化を回避するために不連続セグメントに精確に制
限する。これは、見出し・データ比を低下するためにで
きる限り多くのデータを「見出し」情報に付着させるこ
とにより帯域幅を最も効率良く使用しようとしていた従
来のネットワークプロトコルとは異なる。ただし、従来
のプロトコルではフレームごとの遅延が長くなり、ユー
ザー側遅延は許容しえないほどになってしまう。
監視フレームは装置を適正に動作させる上で重要ない
くつかの機能を実行する。たとえば、監視フレームは、
逆方向チャネル受信機が受信可能状態にあること；逆方
向チャネル受信機が受信可能状態になっていないこと；
シーケンス誤りが逆方向チャネルで検出されたこと、ア
ドレスされた順方向チャネルボックスが誤り状態指示を
クリアすべきであること、データを暗号化すべきである
ことなどを指示する。
FCSフレーム検査バイトは、フレーム内容をLAUアドレ
スバイトの最初のバイトから始めて、情報フィールドの
最終バイトで終わるまで検査するコードを含む。それら
のバイトは、当該技術において良く知られている周期冗
長検査（CRC）を使用しても良い。
ネットワーク内の各ポートは受信したシーケンスナン
バーＮ（Ｒ）を維持する。このナンバーは次に受信され
るべきフレームの期待番号であり、CRC誤りがなけれ
ば、受信されるフレームごとに１ずつ増分される。シー
ケンス誤りは、Ｎ（Ｒ）に適合しないシーケンスナンバ
ーＮ（Ｓ）を含むフレームが受信された場合に起こる。
CRC誤りが検出されると、そのフレームは放棄され、結
果としてシーケンス誤りが起こる。ポートは適正なＮ
（Ｒ）を有していないフレームを全て拒否するが、シー
ケンス誤りに続く監視フレームには応答するので、ネッ
トワーク制御を維持することができる。
シーケンス誤りの発生によって、LAUは期待フレーム
のＮ（Ｒ）を含む「順方向チャネルシーケンス誤り」パ
ケットを逆方向チャネルを介してNIU12へ送信する。好
ましいモードにおいては、この送信は誤り状態がクリア
されるまで二分の一秒ごとに繰返される。NIU12は送信
シーケンスナンバーＮ（Ｓ）と、ネットワーク内のポー
トごとのＮ（Ｒ）のコピーとを維持する。Ｎ（Ｓ）はフ
レームが送信された後、そのたびに１ずつ増分される。
NIU12はＮ（Ｒ）の更新後のコピーをそのような情報を
要求する監視フレームを送信することにより要求しても
良い。そのようにしてアドレスされたポートは更新後の
Ｎ（Ｒ）で応答する。NIU12は最後の２秒間のデータト
ラフィックのコピーを維持し、その時間に誤りが報告さ
れなければ、最も古いフレームは放棄され、新しいフレ
ームが記録に追加される。
逆方向チャネルに関しては幾分異なるフレーム構成が
採用される。LAU/RLAUリンクを除いて、全ての逆方向チ
ャネルは全二重方式である。一次逆方向チャネルはNIU1
2に向かうトラフィックを搬送し、二次逆方向チャネル
は順方向の監視情報を搬送すると共に、一次逆方向チャ
ネルにおけるトラフィックを制御するために使用され
る。LAU/RLAUリンクにおいては、順方向チャネルが監視
情報をも搬送する。一次逆方向チャネルのトラフィック
は次のようなフォーマットのフレームとしてパッケージ
される。
Ｆ＝フラグバイト Ｃ＝制御バイト Ｉ＝情報フィールド FCS＝フレーム検査シーケンス ＦフラグとFCSフレーム検査シーケンスのバイトは形
態及び機能の点で順方向チャネルフレームの場合と全く
同じである。Ｃ制御バイトはフレームの種類を指定し、
情報フレームではフレームの「送信シーケンスナンバ
ー」Ｎ（Ｓ）を含み、監視フレームでは監視機能を含
む。Ｉフレームは０から63まで順次番号付けされるが、
監視フレームはシーケンスナンバーを含まない。このバ
イトのビットの１つはポーリングビットである。一方の
状態にセットされたこのビットを含むフレームの受信に
より、受信局は受信シーケンスナンバーＮ（Ｒ）を含む
フレームで応答することを要求される。
逆方向チャネル監視フレームは二次逆方向チャネルに
沿って送信され、チャネルの様々な装置の間の動作を制
御するために使用される。そのようなフレームの１つ
は、一次逆方向チャネル受信機がトラフィックを受信可
能な状態になったことを指示する「RRR」監視フレーム
である。このフレームの情報フィールドは、「RRR」を
送信する局の受信シーケンスナンバーＮ（Ｒ）を含む。
このフレームは、通常、一次逆方向チャネルでセット状
態のポーリングビットを含むフレームが受信されたとき
に送信される。このフレームは、「RRR」を送信する局
がＮ（Ｒ−１）までの全てのフレームを正しく受信し、
追加のフレームを受信できる状態にあることを示す肯定
応答である。
「RRNR」監視フレームは、一次逆方向チャネル受信機
が一時的に追加フレームを受信できない状態にあること
を示す。このフレームは、通常、「受信バッファ満杯」
などの使用中状態が発生したときに送信される。「RRE
J」（逆方向チャネル拒否）監視フレームは、そのよう
なフレームを送信する局が一次逆方向チャネルで、期待
シーケンスナンバーＮ（Ｒ）に適合しない送信シーケン
スナンバーＮ（Ｓ）を含むフレームを受信したことを指
示するために使用される。このフレームの情報フィール
ドは期待フレームのＮ（Ｓ）を含む。
次に、逆方向チャネルにおいて採用されるＩ情報フィ
ールドのフォーマットについて説明すると、フィールド
は１バイト又は複数バイトから成る逆方向トラフィック
（すなわち「パケット」）又は監視データを含む。同じ
フレームの中に数人の加入者からのパケットがあっても
良い。パケットのフォーマットは次の通りである。
Ｔ＝パケットの種類 Ａ＝加入者ポートアドレス Ｉ＝トラフィック 各パケットのＴタイプ情報部分は、そのパケットが情
報であるか又は監視であるかによって異なる。パケット
が情報である場合、パケットのＴ部分のデータはそれが
「優先順位の高い逆方向トラフィック」であること又は
「優先順位の低い逆方向トラフィック」であることを指
示しても良い。パケットのＴ部分が監視である場合に
は、順方向チャネル受信機が受信準備完了状態にある又
はないこと、あるいは順方向チャネルシーケンス誤りが
検出されたことを指示すれば良い。
「FRR」形パケット（順方向／逆方向チャネル受信可
能）は順方向チャネル受信機がトラフィックを受信でき
る状態にあることを指示する。このパケットのＩフィー
ルドはアドレスバイトにより指定されるポートの順方向
チャネルシーケンスナンバーＮ（Ｒ）を含む。このパケ
ットは、通常、順方向チャネルでPOLLフレームを受信し
たときに送信される。このパケットは、FRRパケットを
送信するポートが先に送信された順方向チャネルフレー
ムを全て受信したことを示す肯定応答である。さらに、
FRRパケットはポートが一時使用中状態に続いてトラフ
ィック受信を回復する状態になったことを指示するため
にも使用される。
「FRNR」パケット（順方向／逆方向チャネル受信不可
能）は、順方向チャネル受信機が一時的に追加情報フレ
ームを受信できない状態にあることを指示する。このパ
ケットはFRRパケットと共に、順方向チャネルの流れ制
御を実行する手段を構成する。最後に、「FREJ」パケッ
ト（順方向チャネル拒否）は、そのパケットを発信する
ポートが順方向チャネルで、期待ナンバーに適合しない
送信シーケンスナンバーを含むフレームを受信したこと
を指示する。このパケットの命令フィールド部分は期待
フレームの受信シーケンスナンバーＮ（Ｒ）を含む。
上述のパケットは逆方向チャネルにおけるデータ流れ
を制御するために使用される。ネットワークの１つのポ
ートに到達した加入者逆方向チャネルトラフィックは複
数のフレームとしてアセンブルされ、逆方向チャネルを
介して中央コンピュータへ送信される。フレームは局か
ら局へと送信され、局で誤りなく受信されたフレームは
次の局へ送られる。各局は、一次チャネルにおいて次に
受信されるべき期待フレームのナンバーである受信シー
ケンスカウントＮ（Ｒ）を維持する。各局は順方向チャ
ネルにおいて次に送信されるべきフレームのナンバーで
ある送信シーケンスカウントＮ（Ｓ）をさらに維持す
る。局がシーケンス誤りを含むフレームを受信した場
合、そのフレームは拒否され、Ｎ（Ｒ）はこのフレーム
に対して増分されず、また、正しいＮ（Ｓ）を含むフレ
ームが受信されるまで後続するフレームに対しても増分
されない。シーケンス誤りが発生したとき、受信局は、
直ちに、そのフレームを発信した局に対してRREJフレー
ムを逆方向チャネルを介して送信する。このフレームを
受信すると、発信局はその時点で受信したRREJフレーム
に含まれていたフレームＮ（Ｒ）で始まる全てのトラフ
ィックを再び送信する。各局は、次の局へのループ送信
時間より長い周期を有するタイマを維持する。送信され
るフレームごとに、このタイマはその周期にリセットさ
れる。タイマがフレームを残したまま時間切れになった
場合、送信局は受信局にＮ（Ｒ）で応答することを要求
するようにセットされたポーリングビットを含む監視フ
レームを送信する。送信局がRRNRフレームを受信した場
合は、送信局はRRRフレームが受信されるまで送信を一
時停止する。
以上の詳細な説明は本発明を明確に理解することのみ
を目的としてなされたものであり、当業者には多数の変
形は自明であるため、以上の説明から不要な制限を理解
してはならない。たとえば、主送信路としてここでは電
話回線が使用されていたが、毎秒キロビットのデータ速
度を同等に経済的に処理することができるその他の長距
離通信媒体を電話回線の代わりに使用することも可能で
ある。
〔効 果〕
以上に述べたように、本発明によれば、通信が最も経
済的な方法で実施される改良されたCBE装置が提供され
る。
本発明によればまた、衛星データ送信を採用し、しか
もユーザーに対する最適応答速度を保持する改良された
CBE装置が提供される。
本発明によればさらに、複数の遠隔CBE場所に中央場
所から衛星を介して経済的にサービスが与えられる中央
コンピュータ・ベースドCBE装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従って構成されたCBE装置のブロッ
ク線図、 第２図は、ネットワークインタフェース装置（NIU）の
ブロック線図、 第３図は、第１図に示される装置を構成するために使用
される標準インタフェースモジュール（SIM）のブロッ
ク線図、 第４図は、第２図の通信制御装置部分のさらに詳細なブ
ロック線図、 第５図は、第１図の本発明の構成に使用される別の標準
サブアセンブリであるリンクインタフェースモジュール
（LIM）のブロック線図、 第６図は、第３図に示されるマイクロプロセッサアセン
ブリのさらに詳細なブロック線図、 第７図は、リンクアクセス装置（LAU）の詳細なブロッ
ク線図、 第８図は、遠隔リンクアクセス装置（RLAU）の詳細なブ
ロック線図、及び 第９図は、逆方向チャネル集信装置（RCC）のブロック
線図である。 （符号の説明） 10……中央コンピュータ（コントロールコンピュー
タ）、 12……ネットワークインタフェース装置（ユニット）、 13……通信処理用プロセッサ、 14……電話回線、15……バス、 16……電話回線、 18……アップリンク送信機（トランスミッタ）、 19……入出力インタフェース装置（ユニット）、 20……静止衛星、 21……直列（シリアル）インタフェース装置 22……ダウンリンク受信機（レシーバ）、 23……直列（シリアル）インタフェース装置（ユニッ
ト）、 24……ダウンリンク受信機（レシーバ）、 26,28,30,32……リンクアクセス装置（ユニット）、 27……回線、29……バス、 36……出力信号線（ポート）、 38,40……端末装置、 50……遠隔（リモート）リンクアクセス装置（ユニッ
ト）、 52……全二重毎秒9600ビット回路、 56……逆方向（リバース）チャネル集信装置（コンセン
トレータ）、 70……直列（シリアル）インタフェースモジュール、 72……順方向チャネル相互接続部、 74,76……通信制御装置（コミュニケーションコントロ
ーラ）、 78……逆方向チャネルバス、 80……入出力信号線、 100……リンクインタフェースモジュール、 102……マイクロプロセッサアセンブリ、 104……増幅器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル ダブリュ．ウォーカー アメリカ合衆国，イリノイ 61801，アー バナ，ウェスト ハイ 511 (72)発明者 クラランス イー．ケリー アメリカ合衆国，イリノイ 61821，シャ ンペーン，ブレア ドライブ 3006 (72)発明者 ドナルド ディー．パーキー アメリカ合衆国，イリノイ 61820，シャ ンペーン，サウス スィックスス ストリ ート 403 (72)発明者 ドナルド エー．リー アメリカ合衆国，イリノイ 61820，シャ ンペーン，ピー．オー．ボックス 1685

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】コンピュータに教育用ソフトウェアを記憶
    し、 一方向衛星データリンクを介して、前記コンピュータか
    ら遠隔に配設されたキーボード起動形表示端末装置に、
    速い速度で表示すべきデータの出力流を提供し、 地上通信リンクを介して、前記端末装置から前記コンピ
    ュータに、１秒当り遅い速度でユーザーキーストローク
    データの入力流を提供する、 諸段階を具備する、コンピュータ・ベースド教育を提供
    する方法。
  2. 【請求項２】教育ソフトウェアを記憶して実行し、高速
    順方向チャネルデータ流を提供するのに適した中央コン
    ピュータ手段であって、前記データ流は端部のそのデー
    タ形態が端部へ向って複数のデータフレームをマルチプ
    レクスされたものであり、該マルチプレクスされたデー
    タフレームの各々がそのフレームについて意図した受信
    者を示す見出し情報を含むものと、 前記データ流の各部分を受信し、その各部分を表示し且
    つユーザー開始キーストロークデータを出力として提供
    するのに適した複数台の遠隔に配置されたキーボード操
    作形ユーザー表示端末装置であって、前記キーストロー
    クデータ流の速度が前記中央コンピュータ手段が発信す
    る出力データ流の速度よりもおそいものと、 前記順方向チャネルデータ流を前記ユーザー表示端末装
    置へ一方向に送信するための専用の高速通信手段であっ
    て、前記高速通信手段はアップリンク衛星送信手段と、
    少なくとも１つのダウンリンク衛星受信手段とを含むも
    のと、 前記キーストロークデータを前記複数台のユーザー表示
    端末装置から前記中央コンピュータ手段へ送信する逆方
    向チャネルを含む通信手段と、 を具備するコンピュータ・ベースド教育装置。
  3. 【請求項３】前記アップリンク衛星送信手段及びダウン
    リンク衛星受信手段は単方向順方向チャネルデータ転送
    専用である、特許請求の範囲第２項記載のコンピュータ
    ・ベースド教育装置。
  4. 【請求項４】前記ダウンリンク衛星受信手段は順方向チ
    ャネルデータに接続される端末装置に分配するリンクア
    クセス手段を含み、前記リンクアクセス手段は前記見出
    し情報に基づいてデータフレームを分類する、特許請求
    の範囲第３項記載のコンピュータ・ベースド教育装置。
  5. 【請求項５】前記リンクアクセス手段は接続される各端
    末装置からの情報を受信して記憶し且つ前記情報から複
    数の逆方向チャネルデータパケットをアセンブルし、前
    記データパケットは、それぞれ、前記端末装置から受信
    される情報の量にかかわらずプリセットされた情報量に
    制限される、特許請求の範囲第４項記載のコンピュータ
    ・ベースド教育装置。
  6. 【請求項６】前記リンクアクセス手段は接続された端末
    装置のそれぞれから受信された記憶情報を順次ポーリン
    グし、前記記憶情報から取出された、データ長が制限さ
    れた複数の逆方向チャネルデータパケットをアセンブル
    して送信し、接続される端末装置からの全ての記憶情報
    がデータ長が制限された逆方向チャネルデータパケット
    に構成されるまで前記順次ポーリングを継続する、特許
    請求の範囲第５項記載のコンピュータ・ベースド教育装
    置。
  7. 【請求項７】前記順方向チャネルデータ流及び逆方向チ
    ャネルデータ流は、各端末装置に対する又は各端末装置
    からのプリセットメッセージ長を越えない長さでマルチ
    プレクスされた長さが限定された複数のデータフレーム
    から構成され、前記メッセージ長さの制限により当該装
    置が高速な対話形応答特性を示すことができる、特許請
    求の範囲第５項記載のコンピュータ・ベースド教育装
    置。
  8. 【請求項８】特定の受信者に対して送信されるべき前記
    データフレームはそれぞれ１つの一連フレームナンバー
    を有する、特許請求の範囲第２項記載のコンピュータ・
    ベースド教育装置。
  9. 【請求項９】前記ダウンリンク衛星受信手段は、 ダウンリンクアンテナと、 該ダウンリンクアンテナと複数台の前記ユーザー表示端
    末装置との間に接続されると共に、電話回線通信手段に
    さらに接続され、特定の受信者に対する次の期待データ
    フレームのフレームナンバーを記憶し、受信した一連フ
    レームナンバーが記憶されている前記期待データフレー
    ムのフレームナンバーと一致しない場合にのみ前記電話
    回線通信手段に信号を供給するアクセス手段と、をそれ
    ぞれ含む、特許請求の範囲第８項記載のコンピュータ・
    ベースド教育装置。
  10. 【請求項１０】前記中央コンピュータ手段は、プリセッ
    トされた複数のデータフレームを前記アクセス手段に送
    信した後、前記アクセス手段にその受信を確認応答する
    ことを要求する特殊フレームを送信する、特許請求の範
    囲第９項記載のコンピュータ・ベースド教育装置。
  11. 【請求項１１】前記通信手段は、前記高速通信手段の送
    信速度よりもおそい速度でデータを送信するための少な
    くとも１本の専用電話回線を含む、特許請求の範囲第２
    項記載のコンピュータ・ベースド教育装置。
  12. 【請求項１２】教育ソフトウェアを記憶して実行し、高
    速順方向チャネルデータ流を提供するのに適した中央コ
    ンピュータ手段であって、前記データ流は受信用表示端
    末装置により表示されるべきデータを示すコード順より
    大きくされているものと、 前記データ流の各部分を受信し、その各部分を表示し且
    つユーザー開始キーストロークデータを出力として提供
    するのに適した複数台の遠隔に配置されたキーボード操
    作形ユーザー表示端末装置であって、前記キーストロー
    クデータ流の速度が前記中央コンピュータ手段が発信す
    る出力データ流の速度よりも遅いものと、 前記順方向チャネルデータ流を前記ユーザー表示端末装
    置へ一方向に送信するための専用の高速通信手段であっ
    て、前記高速通信手段はアップリンク衛星送信手段と、
    少なくとも１つのダウンリンク衛星受信専用手段とを含
    むものと、 前記キーストロークデータを前記複数台のユーザー表示
    端末装置から前記中央コンピュータ手段へ送信する逆方
    向チャネルを含む地上通信手段と、 を具備する対話形コンピュータ・ベースド教育装置
  13. 【請求項１３】前記逆方向チャネルにおけるデータ流の
    速度が前記順方向チャネルにおけるデータ流の速度より
    おそい、特許請求の範囲第12項に記載の教育装置。
  14. 【請求項１４】前記地上通信手段が電話地上回線を具備
    する、特許請求の範囲第13項に記載の教育装置。
  15. 【請求項１５】前記順方向データ流および逆方向データ
    流がマルチプレクスされ限定された長さのデータフレー
    ムを具備し、該データフレームが前記端末装置に対する
    又は前記端末装置からのプリセットメッセージ長より短
    かく、該メッセージ長の制限が当該教育装置を迅速な対
    話応答特性で動作可能とする、特許請求の範囲第14項に
    記載の教育装置。
  16. 【請求項１６】前記中央コンピュータ手段は、プリセッ
    トされた複数のデータフレームを前記アクセス手段に送
    信した後、前記アクセス手段にその受信を確認応答する
    ことを要求する特殊フレームを送信する、特許請求の範
    囲第15項に記載の教育装置。
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