(57)【要約】【課題】区域ネットワーク、都会ネットワーク、又は公衆ネットワークなどに適用可能であり、ネットワークの建設コストを減少することができ、ブロードバンド使用率を向上することができる。【解決手段】光ファイバーネットワークのノードにより光ファイバーの帯域幅の時分割多重アクセスを制御するときに、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコル（又は方法）は、情報タスクを制御する能力が必要である。【選択図】図１
2010157987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーネットワークのノードにより光ファイバーの帯域幅の時分割多重アクセスを制御するときに、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコル（又は方法）でもって情報タスクを制御することを特徴とする、
光ファイバーネットワーク時分割多重アクセスの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）方法。
【請求項２】
請求項１の光ファイバーネットワーク時分割多重アクセスの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）方法を利用し、
光ファイバーネットワークにおけるスロット流れを複数のフレームに分割し、各フレームが1/TB個のスロットを含み、TBが基本情報タスク量とされ、各ノードの情報タスク量がTBの整数倍であり、
一つのフレームが第n個のノードに到達するときに、このノードが伝送を待っている情報をフレームのアイドルしているスロットに連続に書き込み、連続に書き込み可能な最大情報数は、T（n）/TBよりも小さく、又はT（n）/TBと同じ、T（n）は第n個のノードの情報タスク量であり、
連続に書き込み可能な最大情報数は、フレームが到達する前に、逆計数カウンターにロードされ、
待ち行列にセーブされた情報数がT（n）/TBを超えた場合には、逆計数カウンターの最大値がT（n）/TBと同じ、
待ち行列にセーブされた情報数がT（n）/TBを超えていない場合には、逆計数カウンターの最大値が待ち行列内の情報数と同じ、毎度、情報を送り出す度に、逆計数カウンターが１を減らし、
逆計数カウンターが0に帰ったときに、このノードが情報の伝送を停止し、このとき、待ち行列にセーブされた情報は、次のフレームが到達したときに、次の上記のような情報タスク制御周期をリスタートすることを特徴とする、情報タスク制御方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバーネットワークのノードのメディア帯域幅アクセス権をノードらに有効で合理的に分配することができ、これにより、区域ネットワーク、都会ネットワーク、又は公衆ネットワークなどに適用可能であり、ネットワークの建設コストを減少することができ、ブロードバンド使用率を向上することができる光ファイバーネットワーク時分割多重アクセスの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）方法とそれを利用する情報タスク制御方式（システム／方法）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Hartley-Shannon定理（通路/情報容量定理）によると、メディアを伝送する通路の容量は、伝送媒体の帯域幅と、信号ノイズ比と、に規制される。このように、高帯域幅と高信号ノイズ比とを有する伝送媒体は、より大きい通路容量を有する。ワイヤと光ファイバーとを比べると、光ファイバーのノイズが極めて少なく、光ファイバーの帯域幅がワイヤの帯域幅よりも高いので、光ファイバーの通路容量がワイヤの通路容量よりも遥かに多い。これにより、通信ネットワークの建設は、ワイヤの代りに、光ファイバーを採用する。
【０００３】
媒体をシェアするネットワークの帯域幅使用率が高く、且つネットワークのトポが極めて簡単であるので、建設コストを減少することが極めて容易である。各種類のアクセス制御のステップ、例えばキャリヤ検知多重アクセス（Carrier sense multiple access,CAMA）、キャリヤ検知多重アクセス/衝突測定（Carrier sense multiple access with collision detection,CAMA/CD）、トークンリング（Token ring）、トークンバス（Token bus）、及び時分割多重アクセス（Time-division multiple access,TDMA）などは、媒体をシェアするネットワークに適用され、ネットワークノードのアクセス制御をする。
【０００４】
計算機の通信において、現在、多くの区域ネットワークがキャリヤ検知多重アクセス/衝突測定（Carrier sense multiple access with collision detection,CAMA/CD）の多重アクセスプロトコルを使用する。このプロトコルの適用可能な媒体はワイヤである。インターネットのサービスが盛んに発展している現在では、通路容量の拡大が強く要請されるが、ワイヤを採用する区域ネットワークは、伝送距離と帯域幅とが規制され、通路容量を増加すると、伝送距離が短縮され、通信品質が悪化する虞がある。これにより、通信ネットワークの建設は、ワイヤの代りに光ファイバーを採用し続ける。
【０００５】
デジタル化の発展とサービス整合との要請の下で、DQBDネットワーク（Distributed-queue Dual-bus,二待ち行列二バス、IEEE 802.6）プロトコルは、1990年に提出され、サービス整合の目的を達成する、LAN（Local Area Networks）、又はMAN（Metropolitan Area Networks）の標準とされる。このようなネットワークは、二バストポであり、時分割多重アクセス（Time-division multiple access,TDMA）技術を結合して整合サービスを提供する。
【０００６】
このようなネットワークプロトコルは、即時的（例えば音声またはマルチメディアの情報タスク）と非即時的（例えばデータの情報タスク）な情報タスクを整合する能力を有する。伝送媒体が光ファイバーであるので、コード間違率が極めて低く、高速通信サービスに適用することができ、サービスの品質が極めて高い。このようなネットワークは、時分割多重アクセス（Time-division multiple access,TDMA）を採用するので、パケットが衝突せず、帯域幅使用率が高く、ネットワークの提供する情報タスクが通路容量を超えても、通路容量に近づける高帯域幅使用率を達することができ、且つこれは二バスのトポであるので、全二重通信のサービスを達成することができる。
【０００７】
DQDBネットワークは、上記の区域ネットワークまたは都会ネットワークが持たない特性を有するが、非即時的な情報タスクの媒体アクセス制御方式（Medium Access Control,MAC）に対して、ネットワークのノードの媒体アクセス権の分配が不公平である問題があった。このような問題により、TDMA光ファイバーネットワークは、上流のノードの媒体アクセス権が下流のノードの媒体アクセス権よりも高い。これにより、同じネットワークで互いに独立する関係を有するユーザらは、帯域幅使用権利に紛争がある。
【０００８】
DQDBネットワークの各ノード（Nodes）には、情報（Messages）が発生するときに、この情報が若干のセクションに分割されて、各セクションが順次にセル（Cells）のキャリアとされて、一つ一つがバッファーにセーブされて、伝送されることを待つ。ノード内にあるバッファーは、分散式待ち行列（Distributed Queues,DQ）と、ローカル待ち行列（Local Queues,LQ ）と、の二種類に分属される。ノード内にあり分散式待ち行列に属するバッファーは、一つのセル（53ビット）のセーブ長さだけを有し、ノードにより資料をバスの空きスロットに書き込む前に、資料がこのバッファーに一時的にセーブされて、DQSM（DQDB State Mechanism）により書込みのタイミングを制御する。ローカル待ち行列は、セルが発生されたときの一時的なセーブ処であり、待ち行列に最も早くセーブされるセルが分散式待ち行列に移送されて伝送を待つ。セルがローカル待ち行列から分散式待ち行列に進入してから、このセルをバスの空きスロットに書き込む直前までの時間は、分散式待ち行列の遅延時間（DQ遅延）と称する。セルが発生されてから、ローカル待ち行列から分散式待ち行列に進入するまでの待ち時間は、ローカル待ち行列の遅延時間（LQ遅延）と称する。ノードのDQ平均遅延とLQ平均遅延とは、ネットワークにおけるこのノードの位置（スロット発生器（Slot Generator）からの距離）と、発生する情報タスク量の多くさと、によって変化する。セルの遅延時間がノードとスロット発生器との距離によって変化することは、上記のアクセスの不公平の現象である。
【０００９】
この問題は1990年の前後に盛んに討論され、上記のアクセスの不公平の現象を改善するために、多くの制御計算方法が提出され、これらの制御方法は、使用する改善対策によって２種類に大別される。一つはスロット再使用の対策であり、二つは分散式待ち行列を改善するアクセス制御計算法である。スロット再使用の対策は、元の一部の受動ノードを主動ノードに変わることにより、読み書かれたスロットを削除し、バスの下流のノードの使用可能な空きスロットを増加し、そうすると、下流のノードのDQ遅延時間を短縮することができる。なお、分散式待ち行列を改善するアクセス制御計算法の主な目的は、下流のノードが空きスロットを即時に得られるようにすると共に、上流のノードが下流のノードの多すぎる伝送要求に影響されて情報タスクが渋滞することを防止する。この目的を達成するために、アクセス制御計算法は、帯域幅を取っておくことと、帯域幅を浪費することと、をバランスすることが必要である。IEEE 802.6のDQDB MACプロトコルは、帯域幅バランシング（Bandwidth balancing）の計算法を採用し、帯域幅を取っておく方式により補償をし、そうすると、下流のノードの帯域幅アクセスが不公平である問題を改善することができる。IEEE 802.6のDQDB MACプロトコルは、帯域幅バランシング（Bandwidth balancing）の計算法を採用し、帯域幅を取っておく方式により補償をするが、下流のノードの帯域幅アクセスが不公平である問題を徹底的に改善することができない。
【００１０】
下流のノードの帯域幅アクセスが不公平である問題により、DQDBネットワークの各ノードの分散式待ち行列の遅延時間が影響される。待ち行列が複数のバッファーから構成され、なお、「分散式待ち行列」というのは、待ち行列内にあるセル又はパケットのバッファーが各ノードに分散され、DQDBネットワークにとって、各ノードが分散式待ち行列のセルのバッファーを有する。各ノードは、同じMACプロトコルを適用し、分散式待ち行列のバッファーにセーブされたセルの内容を光ファイバーのバスにある空きスロットに書き込むタイミングを独自に決定する。各ノードが分散式待ち行列のセルのバッファーの書出し時間を独自に決定するが、適用するMACプロトコルは分散式待ち行列のFirst-Come-First-Serve（FCFS）のサービス要求を達成することが必要である。ネットワークは、この特徴を利用し、各ノードがバスによって資料を伝送する順番を決め、すなわち、ネットワークが分散式の制御プロトコルにより分散式待ち行列を制御し、資料の伝送を先に申請するノードがバスにある空きスロットをより早く使用することができる。
【００１１】
DQDBネットワークのノードの分散式待ち行列の遅延特性を了解することにより、アクセス権の分配が不公平である問題を解決するために、DQDBネットワークを分析する方法が複数提出され、これらの方法は、Bisdikian氏の近似単一ノード分析モデル（an approximate single-node analytical model）を基づく。このモデルにおいて、各ノードがパケットを伝送したいときには、安定状態発生関数（the steady-state generation function）により、その下流のノードの当該ノードに伝送する「伝送要求ニーズ数」を発生する。このノードが伝送要求ニーズ数を得た後、ノードのパケットを伝送したい分散式待ち行列の遅延を容易に決定することができる。このようなモデルの分析の結果によると、DQDBネットワークのノードの分散式待ち行列の遅延がノードのネットワークにおける位置によって変化することを証明できる。簡単に言うと、従来の分析方法は、MACプロトコルの操作の詳細を考慮して、分散式待ち行列の遅延の分析を施す。DQDBネットワークのMACプロトコルが極めて複雑であるので、このプロトコルをモジュール化することにより待ち行列の遅延を分析することが極めて困難なことである。このようなMACプロトコルを基づく方法によれば、DQ遅延を精確に分析することが無理であるので、アクセス権の分配が不公平である問題を解決することができない。
【００１２】
TDMAネットワークの角度から見れば、DQDBネットワークにおける分散式待ち行列の遅延はTDMAネットワークにおける待ち時間と同じである。TDMAネットワークにおける待ち時間は、ノードの伝送したいパケットが待ち行列のバスの伝送システムと連接するバッファーに進入してから、当該パケットがバスの伝送システムの空きスロットに書き込まれるまでの時間を指す。この定義はDQDBネットワークにおける分散式待ち行列の遅延と同様である。これにより、DQDBネットワークにおける分散式待ち行列の遅延と、TDMAネットワークにおける待ち時間とは、同じ性質を有する。TDMAネットワークにおける待ち時間がネットワークのトポに従って変化すると、TDMAネットワークのノードの平均待ち時間がノードの位置の関数であり、そうすると、光ファイバーのTDMAネットワークには、アクセス権の分配が不公平である問題が何時も存在する。上記の仮設な特性が実際に存在する場合には、DQDBネットワークのアクセス権の分配が不公平である問題を解決することができない。逆に、上記の仮設な特性が実際に存在しない場合には、TDMAネットワークにおける待ち時間を分析した後、DQDBネットワークにおけるアクセス権の分配が不公平である問題を解決することができる。
【００１３】
安定なTDMAネットワークにとって、どのようなMACプロトコルを使用しても、ネットワークの受ける負荷は、ユーザの伝送要求の負荷と同じはずである。これにより、TDMAネットワークにおける待ち時間の分析は、TDMAシステムにおけるスロットの使用状況を観察によって完成可能であり、MACプロトコルの制御の操作の詳細を考慮する必要がない。TDMAシステムの使用状況を観察することから明らかなように、あるノードでのパケットの待ち時間の長さは、次の利用可能なスロットのこのノードに到達する確率に直接に影響される。なお、この確率は、ネットワークのノードの情報タスクの分布と、伝送媒体の容量とによって決定する。
【００１４】
分析の結果から、TDMAのノードの平均待ち時間が当該ノードの情報タスク量の関数であることが分かる。TDMAのシステム容量が極めて大きい場合には、ノードの平均待ち時間が分析されるノードの情報タスク量と逆比例し、すなわち、ノードの情報タスク量が大きいほど、ノードの平均待ち時間が短い。これにより、MACプロトコルが情報タスクを制御する能力をする場合には、ノードの平均待ち時間がノードのネットワークにおける位置とノードの間の距離とに関係しないことが分かる。言い換えると、TDMAの光ファイバーネットワークにおいて、MACプロトコルが情報タスクを制御する能力をする場合には、アクセス権の分配が不公平である問題は存在しない。
【００１５】
このように、出願者は、上記の分析を基づいて、光ファイバーのTDMAネットワークのMACプロトコルを提案し、これは、情報タスクを制御することにより、ノードのアクセス制御を決定する。言い換えると、MACプロトコルは、情報タスクを制御することにより、ノードの待ち行列でのセーブされる情報のバスに伝送するタイミングを決定する。そうすると、光ファイバーのTDMAネットワークにおけるノードの間のアクセス権の分配が不公平である問題を徹底的に解決することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の主な目的は、MACプロトコルは、情報タスクを制御することによって、ノードの待ち行列でのセーブされる情報のバスに伝送するタイミングを決定することにより、光ファイバーのTDMAネットワークにおけるノードの間のアクセス権の分配が不公平である問題を徹底的に解決することができ、区域ネットワーク、都会ネットワーク、又は公衆ネットワークなどに適用可能であり、ネットワークの建設コストを減少することができ、ブロードバンド使用率を向上することができる光ファイバーネットワーク時分割多重アクセスの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）方法とそれを利用する情報タスク制御方式（システム／方法）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願の第１発明に記載の光ファイバーネットワーク時分割多重アクセスの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）方法によると、光ファイバーネットワークのノードにより光ファイバーの帯域幅の時分割多重アクセスを制御するときに、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコル（又は方法）は、情報タスクを制御する能力が必要であり、該媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコル（又は方法）でもって情報タスクを制御することを特徴とする、光ファイバーネットワーク時分割多重アクセスの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）方法である。
【００１８】
本願の第２発明に記載の情報タスク制御方式によると、前記第１発明の光ファイバーネットワーク時分割多重アクセスの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）方法を利用し、光ファイバーネットワークにおけるスロット流れを複数のフレームに分割し、各フレームが1/TB個のスロットを含み、TBが基本情報タスク量とされ、各ノードの情報タスク量がTBの整数倍であり、一つのフレームが第n個のノードに到達するときに、このノードが伝送を待っている情報をフレームのアイドルしているスロットに連続に書き込み、連続に書き込み可能な最大情報数は、T（n）/TBよりも小さく、又はT（n）/TBと同じ、T（n）は第n個のノードの情報タスク量であり、連続に書き込み可能な最大情報数は、フレームが到達する前に、逆計数カウンターにロードされ、待ち行列にセーブされた情報数がT（n）/TBを超えた場合には、逆計数カウンターの最大値がT（n）/TBと同じ、待ち行列にセーブされた情報数がT（n）/TBを超えていない場合には、逆計数カウンターの最大値が待ち行列内の情報数と同じ、毎度、情報を送り出す度に、逆計数カウンターが１を減らし、逆計数カウンターが0に帰ったときに、このノードが情報の伝送を停止し、このとき、待ち行列にセーブされた情報は、次のフレームが到達したときに、次の上記のような情報タスク制御周期をリスタートすることを特徴とする情報タスク制御方式である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光ファイバーネットワーク時分割多重アクセスの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）方法とそれを利用する情報タスク制御方式によれば、次のような効果がある。
（１）MACプロトコルは、情報タスクを制御することによって、ノードの待ち行列でのセーブされる情報のバスに伝送するタイミングを決定することにより、光ファイバーのTDMAネットワークにおけるノードの間のアクセス権の分配が不公平である問題を徹底的に解決することができる。
【００２０】
（２）区域ネットワーク、都会ネットワーク、又は公衆ネットワークなどに適用可能であり、ネットワークの建設コストを減少することができ、ブロードバンド使用率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態の光ファイバーのＴＤＭＡネットワークの構築を示す模式図である。
【図２】T1（n）に対応するノード平均待ち時間の曲線図である。
【図３】T2（n）に対応するノード平均待ち時間の曲線図である。
【図４】T3（n）に対応するノード平均待ち時間の曲線図である。
【図５】ノードの間隔の第１個の情報タスク分配モデルに対する効果曲線図である。
【図６】ノードの間隔の第２個の情報タスク分配モデルに対する効果曲線図である。
【図７】ノードの間隔の第３個の情報タスク分配モデルに対する効果曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
TDMAネットワークにとって、情報を伝送したいノードは、「伝送要求」を先に送り出すことにより全ネットワークを通知し、空きスロットを予約することが必要である。予約する空きスロットの数量は、送り出される「伝送要求」の数量と同じである。予約する空きスロットの数量が多くなる場合には、そのノードの平均待ち時間が短くなる。TDMAノードの平均待ち時間がスロットアクセス権を査定する標準とされる場合には、より多い情報タスク量が発生するノードは、より多いアクセス権を有する。言い換えると、TDMAノードは、発生される情報タスク量の多くさにより媒体のアクセス権を奪い取る。TDMAノードの平均待ち時間と、そのノードの情報タスク量との関係は、下記のように導出される。
【００２３】
TDMAノードの平均待ち時間の導出は、三つのネットワーク操作条件に基づく。一つは、分析されるネットワークがフルロードの状態にある。二つは、各「伝送要求」が一つだけの空きスロットを予約可能である。三つは、ノードのアクセス制御が「伝送要求」の発送数量を規制しない。この三つのネットワーク操作条件は、全てのノードが自由に競争可能であり、任意のスロットのアクセス権を奪い取ることができる。安定でN個のノードを含むTDMAネットワークの場合には、Rをネットワークのバスでのスロットの速度とし、T（n）をネットワークにおける第n個のノードの発生する情報タスク量とし、nがノードの順番であり、且つ0≦n＜Nである。そうすると、T（n）は、
【００２４】
【数１】
2010157987.tif 000003
r（n）は、第n個のノードに取られ情報を伝送するスロットの数量である。
第１個の操作条件と公式（１）とにおいて、全てのT（n）の和は、
【００２５】
【数２】
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【００２６】
第n個のノードの角度から見れば、伝送媒体でのスロットは三種類に分けられる。これらは、使用されたスロットと、予約されたスロットと、自由スロットと、である。使用されたスロットは、上流のノードの情報を受けた。予約されたスロットは、下流のノードの情報を伝送する。自由スロットは、第n個のノードが使用可能なスロットである。これらの自由スロットは、第n個のノードに予約されたことが可能であり、予約されている可能性もある。安定なネットワークにおいて、第n個のノードに自由スロットの現れる確率は、第n個のノードの情報タスク量と同じ、又は第n個のノードの情報タスク量よりも大きい。第n個のノードの情報タスク量がT（n）であり、且つこのネットワークがフルロードであるので、第n個のノードが自由スロットを取る確率はT（n）である。
【００２７】
第n個のノードの発生する資料セクションにとって、この資料セクションは、連接するバスのバッファーに進入して、伝送されることを待つ状態になった後、このノードのi番目のスロットが自由スロットと仮設する。pw（n,i）をこの資料セクションがi番目のスロットに書き込まれる確率とし、i=1,2,…,Rであり、pw（n,i）は、
【００２８】
【数３】
2010157987.tif 000005
【００２９】
M（n）を第n個のノードの最大待ち時間とする。第n個のノードは一秒ごとにr（n）個のスロットを使用するので、M（n）は、
【００３０】
【数４】
2010157987.tif 000006
公式（４）に公式（１）のr（n）を代入すると、M（n）は、
【００３１】
【数５】
2010157987.tif 000007
【００３２】
μ（n）を第n個のノードの平均待ち時間とする場合には、μ（n）は、
【００３３】
【数６】
2010157987.tif 000008
公式（６）に公式（５）のM（n）を代入すると、μ（n）は、
【００３４】
【数７】
2010157987.tif 000009
【００３５】
ネットワークのスロット速度Rが一定であれば、公式（７）は、第n個のノードの平均待ち時間は、第n個のノードの情報タスク量だけに従って変化し、ノードの所在位置と各ノードの間の距離とに関係せず、更に、媒体のシェアを促進するMACプロトコルと関連しないことを示す。
【００３６】
高速ネットワークにとって、Rが無限大に近接する。これにより、高速ネットワークでのμ（n）は、
【００３７】
【数８】
2010157987.tif 000010
公式（８）によると、高速TDMAノードの平均待ち時間は、ノードの情報タスク量と逆比例する。簡単に言うと、高速TDMAネットワークにとって、ノードの情報タスク量が多いほど、平均待ち時間が短い。すなわち、高速TDMAネットワークにおいて、ノードの平均待ち時間はネットワークのトポと関係しない。言い換えると、高速TDMAノードの媒体アクセス権は、ノードの情報タスク量に従って変化する。このように、使用するMACプロトコルが適当な情報タスク制御能力を含めば、このネットワークの媒体アクセス権は、ノードらに有効で合理に分配されることができる。
【００３８】
光ファイバーネットワークは高容量を有する高速ネットワークであるので、上記の高速TDMAノードの平均待ち時間がそのノードの情報タスク量と逆比例する特性は、TDMAの光ファイバーネットワークにとって、極めて自然的である。これにより、TDMAの光ファイバーネットワークのMACプロトコルが適当な情報タスク制御能力を含めば、このネットワークの媒体アクセス権は、ノードらに公平で合理に分配されることができる。
【００３９】
上記の発明を実証するために、本発明は、時分割多重アクセスのネットワークに情報タスク制御能力を有するMACを適用し、アクセス制御を施すことを例にして説明する。
【００４０】
光ファイバーネットワークのTDMAネットワークのノードのMAC制御方法の効果を試験するために、若干のネットワーク稼動条件の仮設が提出され、そうすると、光ファイバーTDMAネットワークのシミュレーションが便利になる。図１は本発明の一実施形態の光ファイバーのTDMAネットワークの構築を示す模式図である。スロット発生器（slot generators）とスロットターミネータ（slot terminators）との間の媒体は一本の光ファイバーである。光ファイバーでのスロット流れは、スロット発生器から送り出されて、スロットターミネータに沈み込む。全部のネットワークには、N個のノードを有する。全てのノードは左から右へ番号が順番に付けられる。各ノードの番号も、全部のネットワークのトポのノードの位置とされる。スロット発生器により一つのスロットを光ファイバーに送り込む時間の間隔は、一つのスロット時間と称する。この他、隣接するノードと関係する間隔と、情報の長さ及びノードの間の情報タスクの分配などの稼動条件とは下記に詳細に説明する。
【００４１】
あるシミュレーションの脚本において、各対の隣接するノードの間の間隔が同じであり、この間隔はスロット長さの整数倍である。ノードの平均待ち時間がノードの間隔に従って変化するかどうかを確認するために、シミュレーションの脚本におけるノードの間の間隔が脚本によって変化するが、本来のノードの情報タスクの分配が変わらない。全部のシミュレーションの脚本において、情報の長さが一定であり、各情報の長さが一つのスロットの運び長さと同じである。ノードの情報タスクの分配は、ノードの平均待ち時間の変化を影響するので、情報タスクの分配が脚本によって変化し、これにより、光ファイバーTDMAネットワークの「理想的な公平行為」の特性を検査することができる。
【００４２】
情報タスクの制御を容易に完成するために、一つの基本情報タスク量を情報タスクの分配の根拠とする。TBを基本情報タスク量とする。TBの量は、各脚本における情報タスクの分配によって決定する。各脚本において、何れかのノードの情報タスク量はTBの整数倍であり、言い換えると、脚本における最小の可能ノード情報タスク量はTBである。TBを引用すれば、各種類の光ファイバーTDMAネットワークでの情報タスクの分配を容易に定義することができ、情報タスクの制御も各種類の情報タスクの分配に容易に合せることができる。
【００４３】
情報タスクを制御できるMACの操作の実例は下記に説明する。情報タスク制御のMACの操作はフレームによって完成する。光ファイバーでのスロット流れは複数のフレームに分割される。各フレームは1/TB個のスロットを含む。一つのスロットが第n個のノードに到達したときに、このノードが伝送を待っている情報をフレームにある空きスロットに連続に書き込み、連続に書き込み可能の最大情報数量は、T（n）/TBよりも小さく、又はT（n）/TBと同じべきであって、T（n）が第n個のノードの情報タスク量である。この連続に書き込み可能の最大情報数量は、フレームが到達する前に、逆計数カウンターにロードされる。待ち行列にセーブされた情報数量がT（n）/TBよりも大きいときには、逆計数カウンターの最大値がT（n）/TBと同じである。待ち行列にセーブされた情報数量がT（n）/TBよりも大きくないときには、逆計数カウンターの最大値が待ち行列内の情報数量と同じ筈である。そして、一つの情報を送り出すごとに、逆計数カウンターが１減らす。逆計数カウンターが0になると、このノードが情報の伝送を即時に停止し、このとき、待ち行列にセーブされた情報は、次のフレームが到達したときに、次の上記のような情報タスク制御周期をリスタートする。
【００４４】
このネットワークをシミュレーションする目的は、光ファイバーTDMAネットワークが「理想的な公平行為」の特性に合うかどうかを検査する。検査される光ファイバーTDMAネットワークは、情報タスクを制御する能力を有するMACプロトコルによりアクセスを制御することが必要である。「理想的な公平行為」というのは、ノードの情報タスク量を変わらない前提で、光ファイバーTDMAネットワークのノードの平均待ち時間はノードのネットワークにおける関連位置に従って変化する。上記の関連位置は、ノードの位置と、ノードの間の間隔と、を含む。このように、ノードの間の情報タスクの分配と間隔とは、シミュレーションの脚本に従って変化するべきである。
【００４５】
一方、公式（８）に示すように、分析によって得られるノード平均待ち時間は、シミュレーションの結果の確認に利用される。Drmsを分析とシミュレーションとのノード平均待ち時間の誤差の実効値とすれば、Drmsは、
【００４６】
【数９】
2010157987.tif 000011
公式におけるμs(n)とμ(n)とは、それぞれシミュレーションと分析とによる第n個のノードの平均待ち時間とされる。
【００４７】
下記のシミュレーションの結果を示す図面において、横軸の数字はノードのシリーズ番号である。ノードのシリーズ番号は離散な数字であるので、図面における全ての曲線が短い直線から構成される。縦軸におけるノード平均待ち時間のユニットは、スロット時間で示す。
【００４８】
ノード平均待ち時間と、「理想的な公平行為」と、に対する光ファイバーTDMAネットワークのノードの情報タスク量の影響を了解するために、３種類の情報タスクモデルを使用しシミュレーションをする。この３種類の情報タスクモデルにおいて、各ノードの情報タスク量はTBの整数倍である。光ファイバーが一方向に情報を伝送し、全てのノードの情報がこのシミュレーションネットワークイから送り出されないので、全部の情報タスク分配モデルでは、第（N-1）個のノードが情報タスク量を発生しない。第１個の情報タスク分配モデルでは、T1（n）を第n個のノードを情報タスク量とすれば、
【００４９】
【数１０】
2010157987.tif 000012
【００５０】
上記の定義において、スロット発生器に近づけるノードは最大の情報タスク量を有する。その他のノードは、ノードの番号が大きいほど、情報タスク量が少ない。この定義に基づいて、一つのフレームにおいて、第n個のノードの取り可能な最大スロット数量は（N-n-1）である。このネットワークがフルロードであるので、
【００５１】
【数１１】
2010157987.tif 000013
【００５２】
第１個の情報タスク分配モデルに応じて、一つのフレームの含むスロット数量が（F1）である。
【００５３】
【数１２】
2010157987.tif 000014
【００５４】
第１個の情報タスク分配モデルに基づくシミュレーションの結果を図２で示す。このシミュレーションのネットワークは４０個のノードを含む。図２において、実線は分析によるノード平均待ち時間の変化を示し、破線はシミュレーションによるノード平均待ち時間の変化を示す。２本の曲線は殆ど完全に重ねる。２本の曲線で示すノード平均待ち時間の誤差の実効値は、
【００５５】
【数１３】
2010157987.tif 000015
【００５６】
この誤差の実効値はほぼゼロであり、その結果、本発明のノード平均待ち時間の推論が正確であり、且つ光ファイバーTDMAネットワークに対するシミュレーションが極めて精確であることを確認である。
【００５７】
第２個の情報タスク分配モデルにおいて、ノードは、ノードのシリーズ番号が大きいほど、情報タスク量が多い。T2（n）を第n個のノードの情報タスク量とすれば、
【００５８】
【数１４】
2010157987.tif 000016
【００５９】
この定義において、スロット発生器に近づけるノードは、その情報タスク量が最も少ない。その他のノードは、ノードの番号が大きいほど、情報タスク量が多い。この定義に基づいて、一つのフレームにおいて、第n個のノードの取り可能な最大スロット数量は（n+1）である。一つのフレームの含むスロット数量F2がF1と同じであり、両者が（N（N-1））/2である。図３は第２個の情報タスク分配モデルのネットワークのノード平均待ち時間の変化の概略図である。図３において、実線と破線とはそれぞれ分析とシミュレーションとによるノード平均待ち時間の変化を示す。２本の曲線は殆ど完全に重ねる。２本の曲線で示すノード平均待ち時間の誤差の実効値は、0.047958である。n1を図２におけるノードのシリーズ番号とし、n2を図３におけるノードのシリーズ番号として、図２と図３との変化を比較すれば、その結果、n1がn2と同じかどうかにも係らず、T1（n1）がT2（n2）と同じ限り、n1とn2とのノード平均待ち時間は必ず同じである。この現象から明らかなように、光ファイバーTDMAネットワークのMACプロトコルが情報タスクを制御する能力を有する場合には、各ノードの平均待ち時間は、ノード自身の情報タスク量だけに関係し、ノードのネットワークにおける位置に関係しない。
【００６０】
上記の二つのシミュレーションの結果の比較によれば、ネットワークの情報タスクの分布が平均であるときには、各ノードの平均待ち時間が同じであることを予測できる。この予測を検査するために、第３個の情報タスク分配モデルが均一に分布されることを仮設する。第３個の情報タスク分配モデルにおいて、T3（n）を第n個のノードの情報タスク量とすれば、T3（n）=1/（N-1）=TBである。各フレームはK（N-1）個のスロットを含み、Kが自然数である。一つのフレームにおいて、各ノードの取り可能な最大スロット数量はKである。このシミュレーションにおいて、選択されるKは２である。平均に分布する情報タスク分配のシミュレーションの結果は図４で示す。
【００６１】
図４において、実線と破線とはそれぞれ分析とシミュレーションとによるノード平均待ち時間の変化を示す。２本の曲線は殆ど完全に重ねる。２本の曲線で示すノード平均待ち時間の誤差の実効値は、0.003766である。全部のノードの平均待ち時間は殆ど同じである。これは予測の結果と一致する。
【００６２】
下記のシミュレーションは、隣接するノードの間の間隔のノード平均待ち時間に対する影響を検査する。上記の三つのシミュレーションの脚本において、ノードの間の間隔は一つのスロットの長さである。以下のシミュレーションの脚本において、ノードの間の間隔は三つのスロットの長さであるが、他の稼動条件が上記の三つのシミュレーションの脚本と同じである。図５はノードの間隔の第１個の情報タスク分配モデルに対する効果曲線図であり、図６はノードの間隔の第２個の情報タスク分配モデルに対する効果曲線図であり、図７はノードの間隔の第３個の情報タスク分配モデルに対する効果曲線図である。且つノードの間の間隔は、一つのスロットの長さと、三つのスロットの長さと、を使用してシミュレーションをする。
【００６３】
図５から図７に示すように、実線は隣接するノードの間の間隔が一つのスロットの長さを使用してシミュレーションをする結果であり、破線は隣接するノードの間の間隔が三つのスロットの長さを使用してシミュレーションをする結果である。２本の曲線は殆ど完全に重ねる。図５の各曲線で示すノード平均待ち時間の誤差の実効値は0.001235であり、図６の各曲線で示すノード平均待ち時間の誤差の実効値は0.03755であり、図７の各曲線で示すノード平均待ち時間の誤差の実効値は0.000176である。各誤差の実効値はほぼゼロである。これは、ノード平均待ち時間がノードの間の間隔に影響されないことを示す。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、光ファイバーネットワークに適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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