(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なるデータ通信速度のノードを通信媒体で接続したネットワークシステムにおいて、前記各ノードは、通信に先立ち、キャリアセンスを行うキャリア検出手段と、パケット通信のサイクル時間をビットレートの異なる複数の時系列通信域に分け、その中で自己に割り当てられたビットレートの通信域に送信パケットを割り付ける通信域割付手段とを具備し、この通信域割付手段は、あらかじめ設定された時間内にキャリアを検出しない場合、パケット送信を開始し、あらかじめ設定された時間内にキャリアを検出した場合、ベースバンド信号のプリアンブルビット周期によって、高速データパケットと低速データパケットとを判別し、パケット先頭からの時間を計測して、送信タイミングを決定することを特徴とするネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なった伝送レートのノード間を単一の伝送路にて通信可能とするネットワークシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の家電機器をネットワークで接続する場合、その伝送レートは、各家電機器の制御内容や、必要とする情報量、通信所用時間、必要応答時間によって決定される。
【０００３】
図１５は、従来のネットワークシステムの概略構成を示す。ホストノード１３が、高速データライン１１にて高速ビットレートノード１６，１７と接続され、さらにゲートウェイ１４を介して、低速データライン１２にて低速ビットレートノード１５，１８に接続されている。
【０００４】
例えば、ＡＶ(Audio Visual)機器では、画像、音声などの情報量の大きいデータをリアルタイムで通信する必要があり、１００Ｍｂｐｓ、２００Ｍｂｐｓ、４００Ｍｂｐｓなどの高速伝送レートで送られ、さらに高速化の方向に進んでいる。
【０００５】
一方、エアコン、電子レンジ、照明などの白物家電では、制御データが主で、数十Ｋバイト程度の少ないデータの送受信のみであり、リアルタイムで通信を行う必要もない。このため、伝送レートも、現在で９．６Ｋｂｐｓ、将来的にも１００Ｋｂｐｓ程度で十分である。
【０００６】
このように扱うデータの異なる通信では、プロトコルもそれぞれ異なり、伝送レートも大きく異なるため、二つの系に分離して伝送し、最終的にゲートウェイで接続する方法が用いられている。例えばＡＶ系はＩＥＥＥ１３９４などの同期転送型(isochronous transfer)を含むプロトコルを用い、白物家電系はＨＢＳやＬＯＮＷＯＲＫＳのような非同期データ転送型(asynchronous trnsfer)のプロトコルが選ばれ、その物理仕様も異なるため、異なるトランシーバを持つ二つの伝送ラインが併存している。伝送媒体が有線であれば、２系統の配線が家庭内に敷設され、無線であれば、異なった二つの周波数の電波が用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２系統の配線を行うことによって設置工事がコスト高となり、無線の場合は異なった二つの周波数の電波を用いることによって貴重な周波数資源を消費することになる。いずれにしても伝送レートの異なる二つの変復調器を持つトランシーバが必要であり、高速ネットワーク、低速ネットワークそれぞれのノードでの標準化、コストダウンの阻害要因となっている。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、異なった伝送レートでも同一伝送路で通信できるネットワークシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明のネットワークシステムは、異なるデータ通信速度のノードを通信媒体で接続したネットワークシステムにおいて、前記各ノードは、通信に先立ち、キャリアセンスを行うキャリア検出手段と、パケット通信のサイクル時間をビットレートの異なる複数の時系列通信域に分け、その中で自己に割り当てられたビットレートの通信域に送信パケットを割り付ける通信域割付手段とを具備し、この通信域割付手段は、あらかじめ設定された時間内にキャリアを検出しない場合、パケット送信を開始し、あらかじめ設定された時間内にキャリアを検出した場合、ベースバンド信号のプリアンブルビット周期によって、高速データパケットと低速データパケットとを判別し、パケット先頭からの時間を計測して、送信タイミングを決定することを特徴とする。
【００１０】
以上の構成によって、異なった伝送レートでも同一伝送路で通信できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、（ａ）に本発明のネットワークシステムの概略構成を、（ｂ）に本発明の通信方法によるパケット列を示す。
【００１３】
ホストノード２が、データライン１にて高速ビットレートノード４，５および低速ビットレートノード３，６に接続されている。データライン１は、有線、電波、光などであり、高速パケットおよび低速パケットが混在して伝送される。高速ビットレートノード４はＤＶＤ(Digital Video Disc)、高速ビットレートノード５はＨＤＴＶ(High Density Television)であって、共に１００Ｍｂｐｓでパケットの送受信を行う。また、低速ビットレートノード３はエアコン、低速ビットレートノード６は電子レンジであって、共に１００Ｋｂｐｓでパケットの送受信を行う。
【００１４】
各ノードはサイクルタイムＴでパケットの送受信が可能で、サイクルタイムＴが高速パケット域と低速パケット域とに分けられ、データライン１によって接続された高速ビットレートノード４，５および低速ビットレートノード３，６はそれぞれに割り当てられたパケット域でのみ通信可能である。低速パケットが割当時間ｔ以内、高速パケットが時間（Ｔ−ｔ）以内であれば、サイクルタイムＴ内で高速・低速パケットを混在して伝送可能である。なお、三つ以上の異なるビットレートのパケット通信域に分割することもできる。
【００１５】
図２は、本発明のネットワークシステムを構成するノードの第１の構成例を示す。ＯＳＩ(Open Systems Interconnection)モデルの１〜７層１０１は、ＯＳＩ１層の一部１０２とベースバンドパケットの交換を行い、さらにトランシーバ１０３を介して他のノードとデータパケットの交換を行う。メモリ１０４は、ビットレート値、Ｔ値、ｔ値、通信域割当値（通信可能域）を記憶している。
【００１６】
ＯＳＩ１層の一部１０２では、ＯＳＩ１〜７層１０１から受けたベースバンドパケットがパケットバッファ１０２ａにいったん記憶され、ＯＳＩ１〜７層１０１からのビットレート指定に従い、ビット周期発生器１０２ｂからビット周期が発生され、パケットバッファ１０２ａのデータがトランシーバ１０３に出力され、変調器１０３ａにて変調され、データライン１に送出される。
【００１７】
データライン１からのパケット信号は、復調器１０３ｂにて復調されて、ビットレート判別器１０２ｄにてビットレートを判別され、メモリ１０４によって自己に割り当てられたビットレート値のパケットが、パケット透過判定器１０２ｄにて選択されてパケットバッファ１０２ｃに記憶され、ＯＳＩ１〜７層１０１に送られる。
【００１８】
次に、各ノードの送信タイミングの決定方法を説明する。送信ノードは、図３に示すようにＴ時間キャリアを監視し、その間にキャリアを検出できなかった場合、監視終了後、所定のビットレートでパケット送信を開始する。このとき各ノードは、タイムスロット（時間幅ｔｓ）を持っており、監視終了後にランダムな値ｎを決定し、このｎ番目のタイムスロットｎからパケット送信を開始する。ただしｎ＊ｔｓ（＊は乗算を表す。以降同様。）はＴに対して充分小さく選ぶ。この送信前のキャリア監視によって複数ノードの同時送信によるパケット衝突を回避できる。
【００１９】
Ｔ時間のキャリア監視時にキャリアを検出した場合は、検出したパケットのプリアンブル時刻を判定する。復調器１０３ｂにて受信信号をベースバンド信号に復調した後、パケット先頭に付加されているプリアンブルパルスの周期をビットレート判別器１０２ｄにて計測することによって、高速パケットか低速パケットかを判別する。また、同時にプリアンブルパルスの最初の出現時刻を検出する。
高速または低速のパケットを複数検出したときは、それぞれの最初のプリアンブルの検出時刻をサイクルタイム内の高速パケット域または低速パケット域の開始時刻と判定する。サイクルタイムＴの間に少なくとも一つのパケットが検出されれば、次のサイクルで各ノードの送信タイミングはビットレート判定結果、プリアンブル開始時刻、ｔ値によって一義的に決定される。
【００２０】
例えば図４に示されるように最初に高速パケットのみを検出した場合、この先頭プリアンブルより時間Ｔ経過後に高速ビットレートノードが送信権を持つ。また低速ビットレートノードは、（２Ｔ−ｔ）経過後に送信権を持つ。高速パケット域または低速パケット域のタイミング情報取得後は各ノードがキャリアセンスによって送信開始時刻をそれぞれ判断する。なお、ビットレートの判定は、あらかじめ各ノードのメモリに記憶されている自己またはその他ノードのビットレート値と照合して行われる。
【００２１】
各ノードの通信処理部の物理層（ＯＳＩ１層）にはビットレート周期信号発生器（図１のビット周期発生器１０２ｂ）が設けられており、この周期は各ノードに割り当てられたパケット通信域のビットレート周期に対応する。通常各ノードはビットレート周期が固定であるがホストノード２（集中制御装置）は、高速・低速それぞれのビットレート周期に対応して切り替え可能なビットレート周期信号発生器を有し、送信先に応じて切り替える。
【００２２】
受信したパケットは、ビットレート値に対応してパケットバッファメモリに貯えられ、ＯＳＩ上位層に渡される。
【００２３】
各ノードは、ビットレート値に１：１で対応するプロトコルを持ち、ビットレート値、Ｔ値、ｔ値、通信域割当値を記憶する。ここで通信域割当値とは、１サイクルタイムをビットレートごとのパケット域に分割したとき、例えば図５（ａ）に示すように順番に０、１などの値を領域に割り付けた値であり、図５（ｂ）に一例としてノード１のメモリデータを示す。本例ではノード１が、送信ビットレート１００Ｋｂｐｓで、通信域割当値１なので、サイクルタイムの後半に送信権を持つ。
【００２４】
特に各パケット域で複数パケットが交換される場合、それぞれの指定領域をはみ出さないように管理する必要がある。まず、一つの最大パケット長は、高速用が（Ｔ−ｔ）、低速用は時間ｔ以内である。特に高速用は扱うデータ量が多く、一回のパケットで全てのデータを送ることが不可能なことが多く、複数サイクルタイムにわたって送信される場合が多い。ここで、アプリケーション層（ＯＳＩ７層）で生成される電文は、ＯＳＩ上位層からＯＳＩ下位層に渡され、順次データが付加され、最終的に送信パケットバッファ１０２ａに蓄えられる。送信パケットバッファ１０２ａに蓄えられたパケットを構成する全ビット数を、その占有メモリサイズによって割り出す。これをｍバイトとすると、パケット送信時間Ｔｐ＝（８＊ｍ／送信ビットレート（ｂｐｓ））秒となる。
【００２５】
図６は、時間ｔの低速パケット域で複数の低速ノードがパケットを送信する例を示す。Ｂノードは、Ａノードのパケット送信終了時刻から残された許容時間ｔremain＝ｔ−（Ａ終了時刻−Ａ開始時刻）として得ることができる。
【００２６】
図７のフローチャートを参照して、２回目以降のサイクルタイムのパケット送信アルゴリズムを説明する。まず、ｎ＝２として（ＳＴ１）、送信したいパケット長Ｔｐを計算する（ＳＴ２）。そしてキャリアセンスを行い（ＳＴ３）、終了したら（ＳＴ４）、ｔremainを計算する（ＳＴ５）。ここでα＝タイムスロット幅ｔｓ＊最大スロット数の時間分とすると、ｔremain≧Ｔｐ＋２＊αならば（ＳＴ６）、Ｂノードが送信し（ＳＴ７）、ｎ＝ｎ＋１として、すなわち三回目のパケットでは３＊αを加算し（ＳＴ８）、ステップＳＴ２に戻る。そうでなければ送信せず、次のサイクルタイムまで待つ（ＳＴ９）。
【００２７】
次に異なるビットレートのノードに送信する場合を説明する。図８は、ノード３のメモリデータを示し、自己送信ビットレート値および自己通信域割当値を二つ持ち、異なったビットレートのノードと通信できる。例えば、ノード５にパケットを送信する場合、メモりテーブルから１００Ｍｂｐｓで通信域割当値０で送信しなければならい。
【００２８】
図９に本発明のネットワークシステムを構成するノードの第２の構成例を示す。アプリケーション層２０１は、ＯＳＩ１〜６高速用レイヤ２０２またはＯＳＩ１〜６低速用レイヤ２０３とデータ交換を行い、ＯＳＩ１層の一部２０４とベースバンドパケットの交換を行い、さらにトランシーバ２０５を介して他のノードと変調後のデータパケットの交換を行う。メモリ２０６は、ビットレート値、Ｔ値、ｔ値、通信域割当値を記憶している。
【００２９】
ＯＳＩ１層の一部２０４では、ＯＳＩ１〜６高速用レイヤ２０２またはＯＳＩ１〜６低速用レイヤ２０３から受けたベースバンドパケットがパケットバッファ２０４ａにいったん記憶され、ＯＳＩ１〜６高速用レイヤ２０２またはＯＳＩ１〜６低速用レイヤ２０３からのビットレート指定に従い、ビット周期発生器２０４ｃからビット周期が発生され、パケットバッファ２０４ａのデータがトランシーバ２０５に出力され、変調器２０５ａにて変調され、データライン１に送出される。
【００３０】
データライン１からのパケット信号は、復調器２０５ｂにて復調されて、ビットレート判別器２０４ｆにてビットレートを判別され、メモリ２０６によって自己に割り当てられたビットレート値のパケットが、パケット透過判定器２０４ｅにて選択されてパケットバッファ２０４ｄに記憶され、ＯＳＩ１〜６高速用レイヤ２０２またはＯＳＩ１〜６低速用レイヤ２０３に送られる。
【００３１】
復調器２０５ｂにて復調されたパケットは、そのプリアンブル部の周期がビットレート判別器で判別される。単一ビットレートノードでは、この判別内容で自己宛パケットか否かが判定される。もし異なれば、判別信号フラグでパケット通過判定器２０４ｅ内部のスイッチを開き、パケットバッファ２０４ｄには伝送されないようにする。高速・低速ビットレートで通信可能なノードの場合は、ビットレート判別器２０４ｆでビットレートが判別された後、判別信号フラグによって高速または低速レイヤが選択された後、選択された方の上位層レイヤに渡され、パケット内の宛先アドレスと自己アドレスとの比較後、パケットの取捨が行われる。
【００３２】
このノードに特有な機能が二つ有り、第１に送信データ長を通信ビットレートごとに通信域に納める機能がある。すなわち送信相手のビットレート値、通信域時間から送信データの許容長に収まるようにデータを分割し、パケット符号を付加し、次のサイクルタイムに残りデータをパケット化して送信する。オーババッファメモリ２０４ｂは送信パケットバッファ２０４ａとは別に設けられていて、電文データの許容値を超えた部分がストアされ、１サイクルタイム終了後にストア値が読み出される。
【００３３】
図１０のフローチャートを参照して、この機能を説明する。オーババッファメモリ２０４ｂを初期化して（ＳＴ１１）、オーババッファメモリ２０４ｂからデータを読み出し（ＳＴ１２）、イベント（入力装置からの入力など）に基づき送信電文を生成する（ＳＴ１３）。そして生成電文とオーババッファメモリ２０４ｂからのデータと付加データ（アドレス、誤り訂正符号など）との合計データビット長を計算する（ＳＴ１４）。ここでデータ通信域の許容ビット長＝通信域時間＊通信レート（ｂｐｓ）として、データ通信域の許容ビット長を読み出し（ＳＴ１５）、送信パケット長＜許容ビット長か判定し（ＳＴ１６）、否ならば許容オーバビットをオーババッファメモリ２０４ｂにストアする（ＳＴ１７）。そして送信パケットバッファ２０４ａに許容データ分をストアし（ＳＴ１８）、パケット番号を付加する（ＳＴ１９）。ステップＳＴ１６で、送信パケット長が許容ビット長より短ければ送信パケットバッファ２０４ａにストアする（ＳＴ２０）。そしてキャリアセンス後送信し（ＳＴ２１）、次のサイクルタイムまでウェイトして（ＳＴ２２）、ステップＳＴ１２に戻る。
【００３４】
図１１は、上記アルゴリズムでデータを複数のパケットに分割して送信する例を示す。
【００３５】
プロトコル解釈機構は、高速ノード間のみ、低速ノード間のみの通信では、各々同じプロトコル通信レイヤが用意されている。しかし高速ノードから低速ノードに、あるいはその逆に送信する場合は相手にプロトコルが正しく解釈されることが必要である。このため第２の機能として、高速用レイヤ２０２と低速用レイヤ２０３とを用意し、送り先によって選択する。また、前述の分割されたパケット番号の付加されたパケットを受信したときはパケット番号を解釈して、順次再組立する機構がＯＳＩレイヤの中に必要であり、公知の技術である。通常は高速または低速レイヤのいずれか一方を持っていればよい。
【００３６】
次に、Ｔ値、ｔ値を可変して送信する場合について説明する。アプリケーションにより、例えば低速パケット側に多くのノードがアクセスしたい場合、低速パケット域の占有時間帯を広げたい場合がある。また、その逆に高速パケット域を広げたい場合もある。このようなとき、高速・低速両方に含まれるホストノード２が全ノードに対してＴ値、ｔ値をｓｅｔコマンドと共に同報し、他のノードのメモリテーブルを書き換える。
【００３７】
図１２に示すようにＴ値、ｔ値、ｓｅｔコマンドなどの電文を、ホストノード２が同報モードで異なる二つのビットレートのパケットにて送信する。図１３は、この電文の一例を示し、同報コマンド、ｓｅｔコマンドの次に、Ｔ＝２０ｍｓｅｃ、ｔ＝８ｍｓｅｃに指定するコマンドを挿入する。このパケットを受け取ったノードは、直ちにメモリのデータを書き換えた後、ＡＣＫ（アクノリッジ）を任意のタイミングで送信元のホストノード２に返す。ホストノード２は、ＡＣＫの戻らないノードに対してＡＣＫが戻るまで書換パケットを再送する。このようにして全ノードのメモリデータが書き換えられ、以降新しいＴ値、ｔ値にて通信を開始する。
【００３８】
また、ｒｅｓｅｔコマンドを同報すると、予め各ノードに用意されているデフォルトのＴ値、ｔ値に設定される。この書換手順もｓｅｔコマンドの場合と同様である。
【００３９】
次に、トランシーバ２０５の変調器２０５ａ、復調器２０５ｂの機能について説明する。変調器２０５ａにはパケットのビット列が入力され、変調されて出力される。変調方式にはＡＳＫ(Amplitude Shift Keing)、ＦＳＫ(Frequency Shift Keing)、ＰＳＫ(Phase Shift Keing)、ＳＳ(Spread Spectrum)などの変調方式が選ばれるが、全てのノードは復調器も含め、同一の方式に統一され、かつ出力レベル、変調周波数、変調度などの物理的なパラメータも共通に設定されている。
【００４０】
復調器２０５ｂは、変調された信号を復調するが、変調方式は全ノード間で統一されているため、本ネットワークシステム内の全てのノードの出力である変調信号は受信ノードでベースバンド信号に復調することができる。
【００４１】
ベースバンド信号にて周期を測定して、ビットレートの判別を行うため、ベースバンド方式の符号は論理１、０の両期間で必ずパルスの出る符号を用いる。
【００４２】
図１４は、ベースバンド方式の符号波形を示し、（ａ）は符号Ａの波形、（ｂ）は符号Ｂの波形を示す。符号Ａ、符号Ｂ共に周期測定によるビットレートの判別が行える。各ノードはこのビットレートの判定が行えればよく、異なるプロトコルの解釈を行う必要がない。特に通信媒体を有線としてベースバンド伝送方式を用いた場合、同一信号線上にパルスが出るため、信号レベルを高速用、低速用の各ノード間で整合をとることで、パルスの周期測定ができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のネットワークシステムは、パケット通信のサイクル時間をビットレートの異なる複数の時系列通信域に分け、その中で自己に割り当てられたビットレートの通信域に送信パケットを割り付けると共に、あらかじめ設定された時間内にキャリアを検出しない場合、パケット送信を開始し、あらかじめ設定された時間内にキャリアを検出した場合、ベースバンド信号のプリアンブルビット周期によって、高速データパケットと低速データパケットとを判別し、パケット先頭からの時間を計測して、送信タイミングを決定するので、複数ノードの同時通信によるパケット衝突を回避しつつ異なった伝送レートでも同一伝送路で通信でき、ネットワークを構成するノードの標準化が容易となり、またシステムのコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のネットワークシステムの概略構成図、（ｂ）は本発明の通信方法によるパケット列を示す図である。
【図２】本発明のネットワークシステムを構成するノードの第１の構成例を示す図である。
【図３】送信タイミングの決定方法の説明図である
【図４】高速・低速パケットの信号例を示す図である。
【図５】（ａ）は通信領域に割り付て値を付した例を示し、（ｂ）はノード１のメモリデータの一例を示す図である。
【図６】低速パケット域で複数の低速ノードがパケットを送信する例を示す。
【図７】パケット送信アルゴリズムを説明するフローチャートである。
【図８】ノード３のメモリデータの一例を示す図である。
【図９】本発明のネットワークシステムを構成するノードの第２の構成例を示す図である。
【図１０】送信データ長を通信ビットレートごとに通信域に納める機能を説明するフローチャートである。
【図１１】データを複数のパケットに分割して送信する例を示す図である。
【図１２】ホストノードの送信する電文の一例を示す図である。
【図１３】同報モードの電文の一例を示す図である。
【図１４】ベースバンド方式の符号波形を示し、（ａ）は符号Ａの波形、（ｂ）は符号Ｂの波形を示す図である。
【図１５】従来のネットワークシステムの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１…データライン，２…ホストノード，３…低速ビットレートノード，４…高速ビットレートノード，５…高速ビットレートノード，６…低速ビットレートノード。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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