(57)【要約】【課題】  多数のノードが接続されている通信ネットワークでは、通信の衝突が頻繁に発生し、通信路の能力が持っている能力を発揮できず、通信の遅延が発生している。衝突をせずに高速な通信が行える通信システムを提供する【解決手段】  通信ネットワーク上にリズム・ノードを設置し、上り通信ではリズム・ノードから送信督促メッセージを同報で送信し、各ドミナント・ノードがその送信督促メッセージを受信した後、所定の待ち時間をおいて上り通信を行う。下り通信は、リズム・ノードがトニック・ノードに下り通信権を割当てる。【選択図】        図５【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信督促メッセージを送信するリズム・ノードと、送信督促メッセージを受信したことを契機としてデータを送信するドミナント・ノードと、通信路とを備え、
リズム・ノードが送信督促メッセージを送信し、各ドミナント・ノードが送信督促メッセージを受信することを契機として、各ドミナント・ノードがそれぞれ保有するその待ち時間後に、ドミナント・ノードからデータを上り通信として送信する、通信システム。
【請求項２】
請求項１記載の通信システムにおいて、
送信督促メッセージを同報で送信するリズム・ノードを有する、通信システム。
【請求項３】
請求項１記載の通信システムにおいて、
リズム・ノードから下り通信権を割当てられることにより、トニック・ノードからドミナント・ノードに下り通信を行うトニック・ノードを有する、通信システム。
【請求項４】
請求項１記載の通信システムにおいて、
自己の通信順序番号を持ち、リズム・ノードからの送信督促メッセージを受信することを契機として、自己の通信順序番号に従った待ち時間後に、データ信号を送信する、ドミナント・ノード。
【請求項５】
請求項１記載の通信システムにおいて、
上り通信権割当情報格納領域を備える、通信システム。
【請求項６】
請求項１記載の通信システムにおいて、
リズム・ノードから下り通信権を割当てられることにより、トニック・ノードからドミナント・ノードに下り通信を行うトニック・ノードと、
下り通信権割当情報格納領域とを備える、通信システム。
【請求項７】
請求項１記載の通信システムにおいて、
通信路の途中に配置される通信装置を備え、
通信装置は、トニック・ノードとドミナント・ノードの少なくとも一方の機能を有する、通信システム。
【請求項８】
請求項７記載の通信システムにおいて、
通信装置は、リズム・ノードの機能を有する、通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信方式に関り、ノード間の高速な通信を実現するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の通信方式は、古くは主に汎用機で使用されたＢＳＣやＨＤＬＣから、最近ではインターネットで使用されているＴＣＰ／ＩＰが主流となってきている。ＴＣＰ／ＩＰが用いられている衝突検出型の通信は、ＬＡＮやＷＡＮなど、様々な範囲の通信をカバーできるが、一方で、通信の衝突が発生しやすく、そのために通信路が持っている性能を十分に生かせていない。特に通信が混み始めるとその傾向は強まり、本来の通信能力の数十分の１程度の能力しか出なくなってしまう。本来、能力が必要な時に、能力低下が発生する、という面を有していた。【０００３】
ＢＳＣやＨＤＬＣにおいて、サーバーとクライアントといった構成を採る場合に、通信が衝突しないようにする制御方式としてポーリングが用いられてきた。ポーリングは、図１に示すように、ノード０（０）から、各ノード（１、２、３、４）に対して、順次、ポーリングを送信し、ポーリングを受信したノードにおいて送信すべきデータがある場合には、ＡＣＫと送信すべきデータをサーバーに送信する。ノード（１）においては、送信するデータが存在するのでＡＣＫと送信すべきデータをサーバーに送信している。ノード（２）では、送信すべきデータが無いので、ＮＡＣＫをサーバーに返している。サーバーでは、次のノード（３）に対してポーリングを送信している。図１では、ノード（３）から、ＡＣＫと送信すべきデータをサーバーに送信している。それ以降の動作は省略している。【０００４】
一方、ＴＣＰ／ＩＰでは、各ノードが自由にデータを送信することを特徴としている。ＴＣＰ／ＩＰを用いた通信を行う場合、或る一定の地域内の通信には、ＬＡＮを使用することが一般的である。ＬＡＮでは、通信路に方向性が無く、データを乗せた電気信号は、ＬＡＮ上のどの方向にも伝わっていく。一般的に通信では、特定のノード宛てのデータも、通信路上の他のノードに送信される。そのデータが、目的外のノードによって処理されないのは、送信データには宛先が付いており、自分宛てでは無いデータは無視するからである。これは、通信機構が行っている。このように特定のノード宛ての通信に対して、同報通信も用いられる。同報通信とは、全ノード宛や、幾つかのノードをグループ化し、そのグループに属するノード宛、などの通信がある。送信するノードは、宛て先のノード毎に送信データを送信することなく、１回の送信で済むことになり、送信ノードの負荷と通信路の負荷が低減できる。このような方式により、ノード間の通信が自由に行える設計となっている。ところが、図２に示すように、或るノードからデータを送信する場合に、ＬＡＮ上の双方向にそのデータが流れる。図２の場合はデータＳ２０とデータＳ２１が、それぞれ図上の、左と右に向かって伝わっていっている。ノード４は、ノード３からのデータ（Ｓ２１）がＬＡＮ上を伝わっていることを認識できるが、ノード５は、電気的な遅延があるため、図２の時点ではデータＳ２１がＬＡＮ上に存在していることを認識できない。このため、ノード５からデータを送信すると、データＳ２１と衝突することになる。衝突が発生すると、双方のデータが破壊されてしまうため、各々のノードは、破壊されたデータを再送信する。再送信の場合に、すぐに再送信を行うと再度衝突が発生するため、適当な時間差を設けて再送信を行うことにより、衝突の発生の可能性を低くしている。しかしながら、ＬＡＮ上の通信量が増加すると、衝突の可能性が高まるため、ＬＡＮが本来持っている能力に比べて、低い能力しか発揮できないものであった。【０００５】
この他には、トークン・リング方式という通信方法がある。これは、ノード間をリング状の通信路で接続する。ノードからの送信は、トークンと呼ばれる送信権を保持している時点だけ送信が行えるものである。このため、通信速度の上限が低く、更に、リングを構成するノードの１つに障害が発生すると、通信ネットワーク全体が停止してしまう、という脆弱性を持ったものであった。
以上は、有線での通信に関して述べたものであるが、無線の場合も、衝突を回避するために有効な方法は存在しかなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、通信ネットワーク（例えばＬＡＮ）が高速化しても、その能力を十分に引き出すための通信方式または手段が不十分であり、その能力を十分に生かせていない。一般的なオフィス環境では、クライアントはサーバーとの通信が主体であるが、このような通信は、通信量が大きくなりやすく、通信が双方向であるため衝突が発生しやすい。【０００７】
ノード間で時間的に完全な同期をとることができれば、各々が占有するタイム・スロットを決めて通信を行うことが理論的には可能であるが、実際には、サーバーやＰＣに搭載されているタイマーでは、２４時間当りで１秒から２秒くらいの狂いが出る程度の精度しかないので、運転を行っている間に、時間的な同期が狂ってしまうからである。
ＬＡＮを含む通信ネットワークにおいて、衝突を発生させず、高速な通信を実現できる方式と手段を、あらゆるネットワーク・トポロジーに対応できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の実施の態様は、送信督促メッセージを送信するリズム・ノードと、送信督促メッセージを受信したことを契機としてデータを送信するドミナント・ノードと、通信路とを備え、リズム・ノードが送信督促メッセージを送信し、各ドミナント・ノードが送信督促メッセージを受信することを契機として、各ドミナント・ノードがそれぞれ保有するその待ち時間後に、ドミナント・ノードからデータを上り通信として送信する、通信システムにある。
（２）前記（１）に記載の通信システムにおいて、送信督促メッセージを同報で送信するリズム・ノードを有する、通信システムにある。
（３）前記（１）に記載の通信システムにおいて、リズム・ノードから下り通信権を割当てられることにより、トニック・ノードからドミナント・ノードに下り通信を行うトニック・ノードを有する、通信システムにある。
（４）前記（１）に記載の通信システムにおいて、自己の通信順序番号を持ち、リズム・ノードからの送信督促メッセージを受信することを契機として、自己の通信順序番号に従った待ち時間後に、トニック・ノードに対してデータ信号を送信する、ドミナント・ノードにある。
（５）前記（１）に記載の通信システムにおいて、上り通信権割当情報格納領域を保有する、通信システムにある。
（７）前記（１）に記載の通信システムにおいて、上り通信権割当情報格納領域を備え、リズム・ノードは、各ドミナント・ノードの識別情報と通信順序番号を通信権割当情報格納領域に書き込み、変更できる、通信システムにある。
（６）前記（１）に記載の通信システムにおいて、リズム・ノードから下り通信権を割当てられることにより、トニック・ノードからドミナント・ノードに下り通信を行うトニック・ノードを有し、下り通信権割当情報格納領域を保有する、通信システムにある。
（７）前記（１）に記載の通信システムにおいて、リズム・ノードから下り通信権を割当てられることにより、トニック・ノードからドミナント・ノードに下り通信を行うトニック・ノードと、下り通信権割当情報格納領域とを備え、リズム・ノードは、トニック・ノードの識別情報と下り通信権割当状態を通信権割当情報格納領域に書き込み、変更できる、通信システムにある。
（７）前記（１）に記載の通信システムにおいて、リズム・ノードがドミナント・ノードに対して通信順序番号を割振ることにより、ドミナント・ノードに上り通信権を与える通信システムにある。
（８）前記（１）に記載の通信システムにおいて、リズム・ノードからの通信権を与えられたことにより、トニック・ノードからドミナント・ノードへの送信を行う、トニック・ノードにある。
（９）前記（１）に記載の通信システムにおいて、ドミナント・ノードに対し、送信督促メッセージを送信し、各ドミナント・ノードが送信督促メッセージを受信することを契機として、ドミナント・ノードがそれぞれ保有する待ち時間後に、ドミナント・ノードからトニック・ノードに対してデータを送信することを仕向ける、リズム・ノードにある。
（１０）前記（１）に記載の通信システムにおいて、トニック・ノードとドミナント・ノードを接続する通信路の途中に設置され、トニック・ノードの機能とドミナント・ノードの機能とを備える、終段通信装置にある。
（１１）前記（１）に記載の通信システムにおいて、トニック・ノードとドミナント・ノードを接続する通信路の途中に設置され、リズム・ノードを備える、中間通信装置にある。
（１２）前記（１）に記載の通信システムにおいて、トニック・ノードとドミナント・ノードを接続する通信路の途中に設置され、リズム・ノードからの督促信号の送信により、ドミナント・ノードから送信されたデータ信号の情報を蓄積し、リズム・ノードからの通信権を与えられたことにより、トニック・ノードから送信されたデータ信号の情報を蓄積する送信蓄積装置を備える、中間通信装置にある。
（１３）前記（１）に記載の通信システムにおいて、トニック・ノードとドミナント・ノードを接続する通信路の途中に設置され、リズム・ノードからの督促信号の送信により、受信蓄積装置に蓄積されたデータ信号の情報をトニック・ノードに送信し、リズム・ノードからの通信権を与えられたことにより、受信蓄積装置に蓄積されたデータ信号の情報をドミナント・ノードに送信する受信蓄積装置を備える、中間通信装置にある。
（１４）前記（１）に記載の通信システムにおいて、トニック・ノードとドミナント・ノードを接続する通信路の途中に設置され、リズム・ノードを備える、中間通信装置にある。
（１５）前記（１）に記載の通信システムにおいて、データ信号をスロットに分けて通信を行う、通信システムにある。
（１６）前記（１）に記載の通信システムにおいて、トニック・ノードは基地局とし、ドミナント・ノードは通信機器とし、基地局と通信機器を無線で行う、通信システムにある。
【発明の効果】
【０００９】
通信の衝突の発生を抑え、通信システムの最大能力を可能な限り発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】は、ポーリングを使用した通信の図である。
【図２】は、一般的なＬＡＮによる通信の図である。
【図３】は、中間通信装置を、双方向通信可能とし、トニック・ノードを不要とした場合の図である。
【図４】は、カスケード接続による通信システムの図である。
【図５】は、カスケード接続による通信システムで、同報による送信督促メッセージを用いたタイム・チャートの図である。
【図６】は、カスケード接続による通信システムで、同報による送信督促メッセージを用いたタイム・チャートで、ドミナント・ノードと終段通信装置間の通信において、上り通信が他のドミナント・ノードに下り通信として伝送される場合の図である。
【図７】は、カスケード接続による通信システムの例で、通信路を全て上りと下り用に分離した図である。
【図８】は、カスケード接続による通信システムの例で、通信路を全て上りと下り用に分離した場合の終段通信装置の機能を説明した図である。
【図９】は、カスケード接続による通信システムの例で、空きパケットを他のドミナント・ノードが利用する場合のタイム・チャートの図である。
【図１０】は、カスケード接続による通信システムの例で、多階層リズム・ノードを使用した場合の図である。
【図１１】は、ドミナント・ノード毎に送信パケット数が異なる場合の、送信督促メッセージの形式の図で、各ドミナント・ノードの待ち時間を含む形式である。
【図１２】は、ドミナント・ノード毎に送信パケット数が異なる場合の、送信督促メッセージの形式の図で、各ドミナント・ノードの待ち時間を含まない形式である。
【図１３】は、カスケード接続による通信システムの例で、通信路の一部を上りと下り用に分離し、終段通信装置とドミナント・ノード間を上りと下りに分離していない場合の図である。
【図１４】は、カスケード接続による通信システムの例で、通信路の一部を上りと下り用に分離し、終段通信装置とドミナント・ノード間を上りと下りに分離していず、終段通信装置が、トニック・ノードとドミナント・ノードの機能を有している場合の図である。
【図１５】は、送信督促メッセージを同報ではなく、連続して送信する場合のタイム・チャートの図である。
【図１６】は、カスケード接続による通信システムの例で、通信路の一部を上りと下り用に分離し、終段通信装置とドミナント・ノード間を上りと下りに分離していない場合で、ＨＵＢを用いた場合の図である。
【図１７】は、カスケード接続による通信システムの例で、通信路の一部を上りと下り用に分離し、終段通信装置とドミナント・ノード間を上りと下りに分離していない場合で、多階層リズム・ノードを使用しており、ＨＵＢを用いた場合の図である。
【図１８】は、カスケード接続による通信システムの例で、トニック・ノードが複数存在し、トニック・ノードが中間通信装置にＢＵＳ型に接続されている場合の図である。
【図１９】は、カスケード接続による通信システムの例で、トニック・ノードが複数存在し、トニック・ノードが中間通信装置にスター型に接続されている場合の図である。
【図２０】は、中間通信装置の中に、通信蓄積装置を組み込んだ例である。
【図２１】は、カスケード接続による通信システムの例で、トニック・ノードが複数存在し、トニック・ノードが中間通信装置にスター型に接続されている場合で、トニック・ノード同士を通信路で接続した場合の図である。
【図２２】は、中間通信装置を複数使用して、通信の集中を低くした場合の例である。
【図２３】は、カスケード接続による通信システムの例で、複数フロアにまたがるような通信システムの図である。
【図２４】は、カスケード接続による通信システムの例で、複数建て屋にまたがるような通信システムの例で、送信蓄積装置を説明した図である。
【図２５】は、カスケード接続による通信システムの例で、複数建て屋にまたがるような通信システムの例で、受信蓄積装置を説明した図である。
【図２６】は、カスケード接続による通信システムの例で、トニック・ノードが複数存在し、トニック・ノードが複数の中間通信装置にスター型に接続されている場合の図である。
【図２７】は、ＢＵＳ型による通信システムで、下り通信に両分岐を用いた図である。
【図２８】は、ＢＵＳ型による通信システムで、下り通信に片分岐を用いた図である。
【図２９】は、ＢＵＳ型による通信システムにおいて、同報による送信督促メッセージを使用したタイム・チャートの図である。
【図３０】は、ＢＵＳ型による通信システムにおいて、同報による送信督促メッセージを使用したタイム・チャートで、空きメッセージを他ノードが利用する場合の図である。
【図３１】は、ＢＵＳ型による通信システムにおいて、同報による送信督促メッセージを使用したタイム・チャートで、空きメッセージを他ノードが利用する場合の構成の図である。
【図３２】は、ＢＵＳ型による通信システムにおいて、同報による送信督促メッセージを使用し各ドミナント・ノードで適切な待ち時間をとることにより、衝突を回避する方式のタイム・チャートの図である。
【図３３】は、リング型による通信システムの図である。
【図３４】は、上り通信権を動的に与えるようにした場合のタイム・チャートである。
【図３５】は、上り通信権要求のメッセージの図である。
【図３６】は、上り通信権を動的に与える場合の、上り通信権要求のメッセージである。
【図３７】は、上り通信権を動的に与える場合の、上り通信権要求と上り通信権返上のタイム・チャートである。
【図３８】は、上り通信権を持つドミナント・ノードの数を可変にした場合の、通信順序番号の変遷を示した図である。
【図３９】は、無線方式の場合の基地局と通信機器の模式図である。
【図４０】は、無線方式の場合の基地局と通信機器の距離に関する模式図である。
【図４１】は、無線方式の場合のタイム・チャートである。
【図４２】は、無線方式でリズム・ノードとドミナント・ノードの距離が長い場合のタイム・チャートである。
【図４３】は、多階層通信ユニットの図である。
【符号の説明】
【００１１】
０、００、０１、０２、０３、０４・・・・・トニック・ノード
１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２・・・ドミナント・ノード
２０、２１、２２、２３、２４・・・・リズム・ノード
３０１、３０２・・・支線通信路
３１１、３１２、３１３・・・支線通信路
３２１、３２２・・・支線通信路
３３１、３３２・・・支線通信路
４１、４２、４３・・・通信路
５０、５４、５５、５７・・・中間通信装置
５１、５２、５３、５６・・・終段通信装置
５４１、５５１・・・送信蓄積装置
５４２、５５２・・・受信蓄積機能
６１、６２、６３、６４、６５、６６・・・通信路
７１、７２、７３、７４、７５、７６・・・通信路
６１０、６１１、６１２、６１３、６１４・・・通信路
７１０、７１１、７１２、７１３、７１４・・・通信路
６２１、６２２、６２３、６２４・・・通信路
６３１、６３２、６３３・・・通信路
６４１、６４２、６４３、６４４・・・通信路
８０、８１、８２・・・ＨＵＢ
８９・・・ルーター
９１、９２、９３・・・通信機構
１００・・・通信ユニットε
１０１・・・通信ユニットζ
Ｓ１・・・送信督促
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５・・・ドミナント・ノードからの上り通信
Ｓ２０、Ｓ２１・・・通信メッセージ
Ｓ３０、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３・・・送信蓄積装置への通信
Ｓ３４、Ｓ３５、Ｓ３６、Ｓ３７・・・送信蓄積装置への通信
Ｓ４０、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３・・・受信蓄積装置からの通信
４００・・・送信督促が伝送される時間帯
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
通信システムや通信ネットワークとは、クライアント、サーバー間通信に代表されるため、本明細書の説明は、そのようなネットワークに関する説明を主体とする。しかしながら、特にこのような通信に限定されるものではなく、例えば、コンピューター・システムにおける内部的な通信や、複数のＣＰＵを組み合わせた計算装置内の通信など、データ通信全般に適用できるものである。更に、有線方式の通信以外に無線方式にも適用できるものである。通信路とは、メタリック・ケーブルやファイバー・ケーブルなど有線通信に用いられるもの以外に、無線による伝送に用いる周波数帯も含む。【００１３】
通信における衝突を発生しないようにするためには、各ノードに対して規則的に通信を行なわせるようにすれば実現できる。規則的な動作を行わせる方法の一つとして、ネットワーク上のノード全体の時間的な同期をとった上で、各々のノードが、決められた時間的な規則によって通信を行う方法がある。しかしながら、発明が解決しようとする課題の中で述べたように、時間的な同期を完全にとるのはタイマイーの精度上困難である。ところが、短時間に限定すれば、現在のＰＣに搭載されているようなタイマーの精度であっても、時間的な同期をとることは可能である。これは、どのようなことかというと、特定のノードから同期信号を同報で送信し、その同期信号を受信したことを契機として、即ち、その同期信号を受信すると、ノードが順番に通信を行うようにすれば、衝突の発生を防ぐことが可能となり、通信の密度を高めることが可能となる。このような、同期信号を送信督促メッセージと呼ぶことにする。また、この送信督促メッセージを送信するノードをリズム・ノードと呼ぶことにする。【００１４】
１０Ｇｂｐｓの速度を持つ通信路上では、１ｎｓ（ナノ秒）当り１０ビットの通信が可能であり、１バイトの通信には０．８ｎｓが必要となる。２５６バイトを送信するための時間は、２０４．８ｎｓとなる。余裕を見て、２１０ｎｓとした場合、例えば、１０００台のドミナント・ノードが存在しており、それらのドミナント・ノードから２５６バイトのメッセージを１つづつ送信した場合には、その時間は２１０μｓ（マイクロ秒）となる。タイマーの狂いが１０万分の１であるとすると、２１０μｓに対する狂いは、２．１ｎｓとなる。もう少しＬＡＮの速度が遅くて１００Ｍｂｐｓの場合には、ドミナント・ノードから２５６バイトのメッセージを１つづつ送信した場合には、２１ｍｓ（ミリ秒）となる。タイマーの狂いが１０万分の１であるとすると、２１ｍｓに対する狂いは、２１０ｎｓとなる。タイマーに狂いが生じるとしても、この程度の範囲であり、この分を待ち時間に入れたとしても、ネットワークの伝送効率が問題になるほどのものではない。ところが、１時間累積した場合のタイマーの狂いは、３６ｍｓにもなってしまい、効率的な通信には使用できない。【００１５】
一般的なオフィス環境では、サーバーとクライアント間の通信、若しくはそれに類する通信が大半を占めており、クライアント同士の通信は少なくなっている。一般的に、クライアントから発信する通信量よりも、サーバーが発信する通信量の方が多い。また、クライアントはネットワーク中に多数存在するのに対し、サーバーの数は限定される。このような通信を効果的に衝突無く行うために、リズム・ノードという機能または装置をネットワークに設ける。また、本明細書では、リズム・ノードの他に、トニック・ノードとドミナント・ノードという用語を用いて説明する。リズム・ノードは、ドミナント・ノードに対して、送信督促メッセージを送信する。また、リズム・ノードは、トニック・ノードに対して下り通信権を割当てて、トニック・ノードに下り通信を行わせる。トニック・ノードからのデータ送信を下り通信と呼ぶ。ドミナント・ノードは、各々が通信順序番号を持ち、その通信順序番号と通信路の通信速度、通信路の長さなどの情報を元に、ドミナント・ノードがそれぞれ保有する待ち時間（所定の待ち時間）を定めておく。各ドミナント・ノードは、リズム・ノードから送信督促メッセージを受信したら、所定の待ち時間を経過した後にデータ送信を行う。ドミナント・ノードからのデータ送信を上り通信と呼ぶ。この所定の待ち時間に関しては、この後で、詳しく説明する。【００１６】
リズム・ノードは、通信を円滑に行うために、送信督促メッセージを送信する。この送信督促メッセージの受信を契機に、ドミナント・ノードは時間の計測を行い、所定の待ち時間後に上り通信メッセージを送信する。各ドミナント・ノードは、ネットワーク上で通信順序番号を持ち、その通信順序番号などに基づいて所定の待ち時間を設定する。通信路が上り用と下り用に分離されていない場合は、各ドミナント・ノードからの上り通信が一巡したら、リズム・ノードはトニック・ノードに、下り通信権を割り当て、トニック・ノードは下り通信を行う。下り通信が終了したら、再度、リズム・ノードは送信督促メッセージを送信する。ドミナント・ノードでは、新たな送信督促メッセージの受信を契機に、新たに時間の計測を行う。このように、ドミナント・ノードにおいて時間を計測するのは、送信督促メッセージを受信してからの一定時間以内となる。この時間は短時間であるため、タイマーの狂いが少なく、同期を取ることが可能である。【００１７】
つまり、ドミナント・ノードとは、リズム・ノードからの送信督促メッセージを受信することを契機として、上り通信を行うノードのことである。送信督促メッセージは、信号であり、それが送信督促メッセージであることの情報を持ち、ドミナント・ノードに対して上り通信を行わせる契機となるメッセージである。トニック・ノードとは、リズム・ノードから、下り通信権割当を得て、下り通信を行うノードのことである。一般的にトニック・ノードに該当するものとして、メール・サーバー、業務処理サーバー、プリント・サーバー、ＤＮＳサーバー、インターネットへの出入り口に設置するルーターなどがある。これら以外の、トニック・ノードとドミナント・ノードの例としては、多数のセンサーとそのデータを集信する装置の例がある。この場合は、センサーがドミナント・ノードに該当し、集信する装置がトニック・ノードとなる。また、多数のＣＰＵを使用して計算を行わせ、その結果をセンター・システムに取り込むような形態の場合は、多数のＣＰＵがドミナント・ノードとなり、センター・システムがトニック・ノードとなる。送信督促メッセージは同報通信を用いると効果的である。送信督促メッセージに同報通信を用いる場合、トニック・ノードは、その同報通信を無視するか、リズム・ノードが送信督促メッセージを送信する際に、トニック・ノードが接続されている通信路に流さないようにすることが好ましい。ドミナント・ノードは、業務処理やメールのクライアントなどが一般的には該当するが、上記で述べたように、センサーやＣＰＵなども該当する。送信督促メッセージの送信は、上り通信の１サイクル毎に行うものとする。【００１８】
上り通信の例としては、端末から入力されたリクエストをサーバーに送信する、といったものや、メールが着信していないか問い合わせる、といったものである。下り通信の例としては、端末にリクエストの処理結果を送信する、とか、着信したメールを送信する、といったものである。一般的なオフィス環境では、トニック・ノード、ドミナント・ノード共に複数存在している。従来の方法では、トニック・ノードからの下り通信と、ドミナント・ノードからの上り通信が勝手に送信されるため、タイミングによって衝突が発生する。また、通信が混んでくると衝突の可能性が増加するという問題があった。トニック・ノード、ドミナント・ノードは相対的な関係であり、或るトニック・ノードに対してドミナント・ノードであるノードが、他のノードに対してはトニック・ノードであっても良い。このような場合の例に関しては後述する。【００１９】
リズム・ノードは、機能であって、独立したノードであるか否かは問わない。つまり、何れかのノードにリズム・ノードが内蔵されていてもよいし、特定の独立した装置であってもよい。リズム・ノードは、通信ネットワーク構成図（例えば図７）上で、必要なドミナント・ノードに対して同報送信ができる場所に位置する必要がある。このように、リズム・ノードを用いることにより、ネットワーク全体が調和し、ハーモナイズして通信を行うことになる。
【００２０】
[カスケード接続型]
まず、カスケード接続における、上りと下りの通信路が分離されていない通信路を用いた場合に関して説明する。図３は、小規模なＬＡＮにおいて、よく見られる形態である。ここで、通信装置５０、５１、５２、５３は、通常使用されるＨＵＢと同等の機能を持っているものとする。つまり、１つの通信路から入った入力は、他の通信路に流される。従来の通信システムと異なるのは、通信装置５０にリズム・ノード２０が内蔵されていることである。ノード１からノード１０までは、ドミナント・ノードである。説明を簡単にするために、各通信路の距離は等しいものとする。また、通信順序番号は、ノード１が１番、ノード２が２番、・・・、ノード１０が１０番とする。ここで、リズム・ノード２０は、送信督促メッセージを同報で送信する。すると、ドミナント・ノード１、２、３、・・・１０に、同時に送信督促メッセージが到着する。ここで、ドミナント・ノード１は、直ちに上り通信を行う。ドミナント・ノード２は、ドミナント・ノード１の通信が終了するまで待って上り通信を行う。ドミナント・ノード３は、ドミナント・ノード２の通信が終了するまで待って、上り通信を行う。以下、同様に上り通信を行う。このように上り通信を行うことにより、通信の衝突が発生しない。また、各ノードが上り通信を行うまで待つ時間が、所定の待ち時間である。この所定の待ち時間の計算に関しては、この後で詳しく説明を行う。以上の場合は、ノード１から１０がドミナント・ノードとして機能する。【００２１】
図３では、ノード１から１０がドミナント・ノードであるとしたが、ノード１はトニック・ノード、ノード２から１０がドミナント・ノードである、という場合でも機能する。通信路の距離は等しいものとする。また、通信順序番号は、ノード２が１番、ノード３が２番、・・・ノード１０が９番とする。リズム・ノード２０から送信督促メッセージを同報で送信する。ノード１はトニック・ノードであるので、この送信督促メッセージを無視する。ノード２が、直ちに上り通信を行う。ノード３は、所定の待ち時間後に上り通信を行う。順次、ノード１０まで上り通信を行う。ノード１０の上り通信が終了したら、リズム・ノード２０は、下り通信権をノード１に割当てる。ノード１は、下り通信を行う。この下り通信の量は、１つのパケットと限定する必要は無く、合理的な数のパケット数とすればよい。【００２２】
この図３の構成は単純である。しかしながら、信号は、どの通信路にも流れるため、例えばノード３の後にノード４が上り通信を行う場合、通信路６２３、６２、６３、６３１の長さを信号が通過した後に上り通信を行うことになり、その分所定の待ち時間は増加する。逆にいえば、所定の待ち時間を長くすることにより、構成を単純化できる、ということになる。図３では、リズム・ノード２０は、通信装置５０に内蔵されている場合を示しているが、通信装置５１、５２、５３に内蔵されていてもよいし、ノード１、２、３、・・・１０の何れかに内蔵されていてもよい。【００２３】
リズム・ノードは、そのネットワーク中に、トニック・ノードやドミナント・ノードがどのように存在しているかを知らないと、上り通信権割当や、下り通信権割当を行えない。これらの情報は、予めリズム・ノードに登録する方法が採れる。このようにした場合には、ドミナント・ノードに対して、固定的な通信順序番号を割当てることが可能となる。これに対して、ドミナント・ノードに関しては、稼動する都度、認識する、という方法も採れる。トニック・ノードに関しては、予めリズム・ノードに登録しておく必要がある。この登録情報に基づいて、リズム・ノードはトニック・ノードに対して、下り通信権を割当てる。【００２４】
図４は、現時点でよく用いられている、ＨＵＢやルーター８９を使用した通信ネットワークの図である。ここでは、ノード０がトニック・ノード、ノード１からノード１０までがドミナント・ノードである。８０、８１、８２は一般的なＨＵＢであるが、スイッチングＨＵＢであってもよい。まず、説明を簡単にするために、トニック・ノードと各ドミナント・ノードとの通信路の距離は等しいものとする。また、リズム・ノード２０はトニック・ノード０に内蔵されているものとする。図５のタイム・チャートを用いて説明する。図面の制約から、図４では、ドミナント・ノードが４つの場合の例としてある。ドミナント・ノードは、送信メッセージが発生すると、そのメッセージをすぐに送信せずに、ドミナント・ノード内に一旦蓄積しておく。これは、他の説明においても共通である。また、ドミナント・ノードから１回に送信するメッセージの長さは等しいものとし、この固定長のメッセージをパケットと呼ぶことにする。上り通信を制御するために、リズム・ノード２０から送信督促というメッセージを、同報を用いて送信する。同報であるので、すべてのドミナント・ノードが受信する。また、送信督促メッセージの受信タイミングは、トニック・ノードと各ドミナント・ノードとの距離が等しくなっているため、その距離分の電気的な遅延の後、すべてのドミナント・ノードに一斉に届くことになる（図５のＳ１）。ドミナント・ノードは予め、通信順序番号を割当てられており、その通信順序番号に従って、送信督促メッセージ受信後に所定の待ち時間（以下、単に待ち時間ということもある）をおいて、トニック・ノードへの上り通信を、所定の予め決められた数の送信メッセージを送信する（図５のＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）。つまり、一旦蓄積してあった送信メッセージを送信することになる。通信順序番号に関しては、追って詳しく説明する。このようにすると、上り通信は、各ドミナント・ノードがきちんと衝突しないように間隔を空けて、しかも時間的な隙間を作らずに通信が行える。ノード４までの上り通信が終了したら、リズム・ノード２０は、トニック・ノード０に下り通信権を割当てる（図５のＳ６）。トニック・ノードは下り通信を連続して行う（図５のＳ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０）。この後、トニック・ノード０は、下り通信権返上メッセージをリズム・ノード２０に送信する（図５のＳ１１）。下り通信権返上メッセージ受信後、再び、リズム・ノード２０は、送信督促メッセージを送信している（図５のＳ１２）。図５では、ドミナント・ノードからの上り通信において、各パケット間に時間的な隙間が開いているが、これは、一つのドミナント・ノードからの上り通信が終了した時点で、次のドミナント・ノードが上り通信を行うと、通信路には、先のドミナント・ノードの通信が流れているために衝突してしまうことを防ぐためのものである。このような場合に関しては、図６のタイム・チャートで詳しく説明する。【００２５】
このように、リズム・ノードからの送信督促メッセージを上り通信の契機として、各ドミナント・ノードが時間的な同期をとって、上り通信を行うことにより、上り通信の衝突が発生しない。また、上り通信中は、下り通信を行わないので、上り通信と下り通信が衝突することはなくなる。トニック・ノード０からの下り通信が終了したことを、リズム・ノード２０が、どのようにして知るか、という問題に関しては、次のようになる。まず、第１の方法は、リズム・ノード２０がすべての下り通信を監視して、下り通信が終了したことを知る、という方法である。しかしながら、この方法は、リズム・ノード２０の負荷が大きくなること、ネットワークが複雑になったときに、すべての下り通信を監視する場所に、リズム・ノード２０を設置することが困難な場合があることなどが難点である。第二の方法は、リズム・ノード２０が、下り通信権を付与するときに、予め、そのパケット数を決めておく、というものである。この場合は、その下り通信に対して要する時間を待った後に、リズム・ノード２０が次の送信督促メッセージを送信すればよい。第三の方法は、トニック・ノードからの下り通信が終了したら、トニック・ノードからリズム・ノードに対して、下り通信権返上メッセージを送信することである。図５では、この第三の方法を採った場合を図示してある。各ドミナント・ノードの所定の待ち時間は、次のようにして計算することができる。
【００２６】
[待ち時間の設定]
[通信路の距離が等しい場合]
この待ち時間は、各ドミナント・ノードが接続されている通信路の距離と送信メッセージ長、通信路の伝送速度によって決定される。送信メッセージ長をＬ（バイト）、通信路の伝送速度をＳ（ビット／秒）とする。これに対し、待ち時間をＴ（ナノ秒）とする。各ドミナント・ノードから送信される送信メッセージ長は、１回の送信督促メッセージに対して、同一の固定長であるとする。通信路（６２１、６２２、６２３）の長さが同じである場合を、まず考える。この各々の長さを、Ｄ（メートル）とする。また、通信路の長さ（６２）＝通信路の長さ（６３）＝通信路の長さ（６４）であるとする。ドミナント・ノード１、２、３の順番で、上り通信を行うとする。すると、ドミナント・ノード１が送信をし終わった瞬間（Ｔ１）には、送信情報の終端は、通信路６２１がドミナント・ノード１に接続している部分を通過している。そして、Ｄ／（３×１０＾８）秒後に、送信情報の終端は、通信路６２１がＨＵＢに接続している部分を通過している。また、その時点（Ｔ２）では、通信路６２２と通信路６２３のＨＵＢに接続している部分を通過して、ドミナント・ノード２とドミナント・ノード３に向かって進行している。１０＾８は、１０の８乗のことである。Ｔ２から、Ｄ／（３×１０＾８）秒後（Ｔ３）に、送信情報は、通信路６２２とドミナント・ノード２が接続している部分を通過している。ドミナント・ノード３も同様である。つまり、Ｔ１からＴ３までは、２Ｄ／（３×１０＾８）秒必要なことがわかる。待ち時間Ｔｎは、次の式Ａで表される。【００２７】
【数１】
2005094010.tif 000002
【００２８】
厳密には、通信路（６２１、６２２、６２３）から通信機構（９１、９２、９３）までの距離を考慮する必要があるが、同じであるとする。【００２９】
上記の場合の、タイム・チャートが図６である。ドミナント・ノードでは、リズム・ノードからの送信督促メッセージ（図６のＳ１）を受信後、自己の通信順序番号に基づいて、所定の待ち時間をおいて、ドミナント・ノードからトニック・ノードに対する通信が行われる（図６のＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）。図６で、待ちＡとあるのは、上りメッセージ長に対する待ちである。これに対して待ちＢというのは、図４のように、ドミナント・ノードが直接接続する通信装置がＨＵＢである場合に、上り通信同士が衝突するのを避けるためのものである。この待ちＢは、例えばドミナント・ノード１からの上り送信メッセージが、ドミナント・ノード２、３にも送信されるために生じるものである。この待ちＢに相当する時間は、トニック・ノードから見ると、ドミナント・ノードからの送信が無い時間帯となる。図４のような構成を採用した場合、ドミナント・ノードが直接接続されている通信路の長さに比例して、待ち時間が増加することになる。このため、ドミナント・ノードが直接接続される通信路の長さは短い程好ましい。先に挙げたのと同条件、つまり、通信路の速度を１０Ｇバイト／秒、送信メッセージの大きさを２５６バイト、挿入ビットが無い、とした場合には、１ノード当りの送信時間は２０４．８ｎ秒かかることになる。これに対して、通信路（６２１、６２２、６２３）の長さが６ｍである場合には、待ち時間Ｂは、４０ｎ秒となる。送信メッセージの送信に掛かる時間が、２０４．８ｎ秒であるので、小さくない時間と言える。送信メッセージの大きさが、２５６バイトよりも大きい場合には、待ち時間Ｂの比率は低くなる。また、通信路の通信速度が遅い場合も、待ち時間Ｂの比率は小さくなる。このため、この方式を採用する場合には、送信メッセージ長の大きさ、通信路の通信速度、ドミナント・ノードが直接接続される通信路の長さを考慮する必要がある。
【００３０】
[通信路の距離が異なる場合：１]
上記の場合は、通信路の長さが同じである場合に関して説明をした。次に通信路の長さが異なる場合に関して説明する。通信路６２１の長さをＤ１、通信路６２２の長さをＤ２、通信路６２３の長さをＤ３、通信路６３１の長さをＤ４、通信路６３２の長さをＤ５、以下、同様に、Ｄ１０までとする。一般形としてＤｎと表記する。また、ドミナント・ノード１の待ち時間はＴ１、ドミナント・ノード２の待ち時間はＴ２、以下、同様にドミナント・ノード１０の待ち時間をＴ１０とする。一般形としてＴｎと表記する。上り通信の順序は、ドミナント・ノード１、ドミナント・ノード２、ドミナント・ノード３、・・・、ドミナント・ノード１０であるとする。このドミナント・ノード毎の上り通信の順序は、ドミナント・ノード毎に定められた通信順序番号による。この場合、ドミナント・ノード１は、送信督促メッセージに対して待ち時間をとる必要は無い。リズム・ノード２０からの送信督促メッセージは、通信路６２、６３、６４の距離が等しいので、ＨＵＢに対して同時刻に到達する。ドミナント・ノード２、３、・・・１０は、各々、待ち時間をとる必要がある。この待ち時間は次の式Ｂで表される。【００３１】
【数２】
2005094010.tif 000003
【００３２】
[通信路の長さが異なる場合：２]
次に、通信路６２、６３、６４の各々の長さが異なる場合に関して説明する。通信路６２の長さをＥ１、通信路６３の長さをＥ２、通信路６４の長さをＥ３とする。この場合の、各ドミナント・ノード１、２、３、・・・１０の待ち時間をＴ１、Ｔ２、Ｔ３、・・・Ｔ１０とした場合の待ち時間を表す式は、
ＨＵＢ５１に接続しているドミナント・ノードに関しては、式Ｂが適用される。
ＨＵＢ５２に接続しているドミナント・ノードに関しては、次の式Ｃが適用される。【００３３】
【数３】
2005094010.tif 000004
【００３４】
ＨＵＢ５３に接続しているドミナント・ノードに関しては、次の式Ｄが適用される。【００３５】
【数４】
2005094010.tif 000005
【００３６】
以上のように、ドミナント・ノードに直接接続するＨＵＢ毎の待ち時間と、ドミナント・ノード毎の待ち時間を合わせたものが、各ドミナント・ノードの待ち時間となる。以上の説明では、通信路の長さによって待ち時間を設定する方法を示したが、ＨＵＢとドミナント・ノード間やリズム・ノードとドミナント・ノード間で、ＰＩＮＧ（Packet
Internet Groper）のような信号のやり取りを行い、実際の時間を測定しても良い。また、これは、ＨＵＢとルーター間の距離に関しても同様に測定することが可能である。ＨＵＢやルーターにそのような機能を搭載しておくことは好ましい。この方法の適用は、以下の説明でも同様である。以下の説明では、終段通信装置と中間通信装置を用いた説明を行っているが、距離や時間に関しては、ＨＵＢとルーターに置き換えればよい。更には、伝送路の距離の中で最大の長さを、すべてのドミナント・ノードに対する距離と定めることもできる。この場合、所定の待ち時間は、通信路の短いドミナント・ノードに関して、必要以上に長く設定されることになるが、所定の待ち時間の計算や設定は簡単になる。この方式は、以下に出てくる例にも適用できる。【００３７】
以上の説明では、上り通信に関して説明を行った。下り通信は、トニック・ノードからドミナント・ノードに対する通信である。トニック・ノードでもドミナント・ノードと同様に、通信メッセージが発生したら、すぐに送信するのではなく、一旦、トニック・ノード内に蓄積しておく。これは他の説明においても共通である。下り通信は、上り通信の１サイクルが終了したら、トニック・ノードから各ドミナント・ノードに対して、蓄積してあったメッセージの送信を連続的に行えばよい。この方法は、上りと下りの通信路が分離されていない場合に適用する。
【００３８】
[カスケード接続：上り下り分離]
上記の説明では、図５における理想的なタイム・チャートに比べて、図６のタイム・チャートのように、トニック・ノードの受信に送信メッセージ毎に空き時間が挿入されることになる。このような、空き時間をなくすようにしたのが、図７の例である。この図では、ドミナント・ノードがＨＵＢではなく終段通信装置に接続されており、その通信路（例えば、６２１と７２１）が、上り用と下り用に分離されて、２本になっていることである。この他にも中間通信装置と終段通信装置の間の通信路、ノード０と中間通信装置間の通信路も上り通信用と下り通信用に分離されている。【００３９】
ここで、終段通信装置（５０、５１、５２、５３）は、下り通信に関しては、すべてのノードに対して通信を行う。一方、上り通信では、或るノードからの通信は上り方向には送信するが、同じ通信装置に接続されている別のノードに対しては送信しない、という仕組をとっている。この通信装置の仕組について図示したのが、図８である。図８では、下り通信は、すべてのドミナント・ノードに対して送信される。終段通信装置５０では、通信路６１からの情報が、通信路６２、６３、６４に伝送されている。終段通信装置５１では、通信路６２からの情報が、通信路６２１、６２２、６２３に伝送されている。【００４０】
上り通信に関しては、図８では、ドミナント・ノード１から送信している状況を示しているが、終段通信装置５１では、ドミナント・ノード１からドミナント・ノード２、ドミナント・ノード３には送信されない。図８では、この状況を点線で表している。同様に、終段通信装置５０では、通信路７２からの上り通信を、通信路７１に伝送しているが、通信路７３、７４には伝送していない。ドミナント・ノード４からドミナント・ノード１０は、何も送信していない。【００４１】
[待ち時間]
[通信路の長さが等しい場合]
上記のような構成を採った場合の、各ドミナント・ノードの待ち時間は、次のようになる。また、リズム・ノード２０は、トニック・ノード０に設けられているものとする。【００４２】
この待ち時間は、各ドミナント・ノードが接続されている通信路の距離と送信メッセージ長、通信路の伝送速度によって決定される。送信メッセージ長をＬ（バイト）、通信路の伝送速度をＳ（ビット／秒）とする。これに対し、待ち時間をＴ（ナノ秒）とする。通信路（６２、６３、６４、７２、７３、７４）の長さは、通信路の長さ（６２）＝通信路の長さ（７２）、通信路の長さ（６３）＝通信路の長さ（７３）、通信路の長さ（６４）＝通信路の長さ（７４）、であるとする。また、通信路の長さ（６２）＝通信路の長さ（６３）＝通信路の長さ（６４）であるとする。このように、通信路（６２１、６２２、６２３）の長さが同じである場合を、まず考える。この各々の長さを、Ｄ（メートル）とする。また、通信路の長さ（６２）＝通信路の長さ（６３）＝通信路の長さ（６４）であるとする。ドミナント・ノード１、２、３の順番で、上り通信を行うとする。すると、ドミナント・ノード１が送信をし終わった瞬間（Ｔ１）には、送信情報の終端は、通信路６２１がドミナント・ノード１に接続している部分を通過している。Ｔ１の時点でドミナント・ノード２から送信メッセージを送信すれば、ドミナント・ノード１からの送信メッセージと衝突することはなくなる。待ち時間Ｔｎは、次の式Ｅで表される。【００４３】
【数５】
2005094010.tif 000006
【００４４】
厳密には、通信路（６２１、６２２、６２３）から通信機構（９１、９２、９３）までの距離を考慮する必要があるが、距離が等しいものとする。【００４５】
上記の場合の、タイム・チャートは図５である。この場合には、前述した待ちＢが無くなり、トニック・ノードが受信するドミナント・ノードからの送信メッセージが時間的な隙間無く届くことになる。
【００４６】
[通信路の長さが異なる場合：１]
上記の場合は、通信路の長さが同じである場合に関して説明をした。次に通信路の長さが異なる場合に関して説明する。通信路６２１の長さをＤ１、通信路６２２の長さをＤ２、通信路６２３の長さをＤ３、通信路６３１の長さをＤ４、通信路６３２の長さをＤ５、以下、同様に、Ｄ１０までとする。一般形としてＤｎと表記する。また、ドミナント・ノード１の待ち時間はＴ１、ドミナント・ノード２の待ち時間はＴ２、以下、同様にドミナント・ノード１０の待ち時間をＴ１０とする。一般形としてＴｎと表記する。上り通信の順序は、ドミナント・ノード１、ドミナント・ノード２、ドミナント・ノード３、・・・、ドミナント・ノード１０であるとする。この場合、ドミナント・ノード１は、送信督促メッセージに対して待ち時間をとる必要は無い。リズム・ノード２０からの送信督促メッセージは、通信路６２、６３、６４の距離が等しいので、終段通信装置に対して同時刻に到達する。ドミナント・ノード２、３、・・・１０は、各々、待ち時間をとる必要がある。この待ち時間は次の式Ｆで表される。【００４７】
【数６】
2005094010.tif 000007
【００４８】
[通信路の長さが異なる場合：２]
次に、通信路６２、６３、６４の各々の長さが異なる場合に関して説明する。通信路６２の長さをＥ１、通信路６３の長さをＥ２、通信路６４の長さをＥ３とする。この場合の、各ドミナント・ノード１、２、３、・・・１０の待ち時間をＴ１、Ｔ２、Ｔ３、・・・Ｔ１０とした場合の待ち時間を表す式は、終段通信装置５１に接続しているドミナント・ノードに関しては、式Ｆが適用される。終段通信装置５２に接続しているドミナント・ノードに関しては、次の式Ｇが適用される。【００４９】
【数７】
2005094010.tif 000008
【００５０】
終段通信装置５３に接続しているドミナント・ノードに関しては、次の式Ｈが適用される。【００５１】
【数８】
2005094010.tif 000009
【００５２】
[タイマーの狂い]
以上の式Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの説明では、タイマーの狂いを計算に入れていないが、次のような待ちＣを追加することにより、タイマーの狂いが発生しても、その分の待ち時間をとって衝突を発生しないようにできる。タイマーによる狂いの確率をＲとする。各ノード毎のタイマーの狂いを調節する時間Ｔｎを表す式Ｉは、次のようになる。【００５３】
【数９】
2005094010.tif 000010
【００５４】
上記の式Ｉでは、各ドミナント・ノード毎にタイマーの狂いをカバーするための待ちを入れることとしたが、図４のような構成を採っており、終段通信装置に接続されているノードには同じ終段通信装置に接続されている、他のノードの上り情報が送信されている場合には次のようになる。例えば、ドミナント・ノード１が送信情報を送信している時には、ドミナント・ノード２とドミナント・ノード３は、ドミナント・ノード１が送信情報を受信している。このため、ドミナント・ノード２が、ドミナント・ノード１に続いて、送信情報を送信する場合には、その間の遅延を考慮する必要が無い。これは、ドミナント・ノード３がドミナント・ノード２に続いて、送信情報を送信する場合にも同様である。つまり、図４のような構成を採る場合には、同じ終段通信装置に接続されたドミナント・ノード間では、タイマーの狂いをカバーするための待ち時間を入れる必要が無い。或る終段通信装置に接続されているドミナント・ノードから、異なる終段通信装置に接続されているドミナント・ノードに切り替わる場合に、式Ｉの待ち時間を入れる必要がある、ということになる。【００５５】
以上の説明では、上り通信に関して説明を行った。下り通信は、通信路が上りと下りに分離されているので、下り通信は、トニック・ノードが１台の場合、トニック・ノードから各ドミナント・ノードに対して連続的に行えばよい。しかしながら、次の送信督促メッセージの送信は下り通信となるので、トニック・ノードからの下り通信と衝突する可能性がある。若しくは、下り通信が終了するまで送信督促メッセージの送信を待たねばならないことになる。このようなことを避けるためには、リズム・ノードによって決められたメッセージ数をトニック・ノードから送信し、その後、下り通信を一旦終了し、リズム・ノードが送信督促メッセージを送信した後に、再度、トニック・ノードからの下り通信を行うようにすると、上り通信と下り通信が、更に円滑に行える。このように、リズム・ノードがトニック・ノードの送信メッセージ数を制限することは、通信権割当ての内の１つである。この通信権割当てを行うためには、トニック・ノードからの下り通信終了をリズム・ノードが監視するか、トニック・ノードからの下り通信が終了したことを通知するメッセージを、トニック・ノードからリズム・ノード宛てに送信し、リズム・ノードが受信する方法、下り通信の数をリズム・ノードが指定する場合には、その下り通信に要する時間を監視する方法がある。
【００５６】
[不均等な上り通信]
ところが、図４や図７の通信システムを構築した場合には、次のような問題がある。すべてのドミナント・ノードに均等に上り送信メッセージが存在する場合には、上り通信が隙間無く行われるが、実際には、上り通信が不均等に存在している場合が考えられる。上り送信メッセージが無いドミナント・ノードからは、上り送信が無い一方で、他のドミナント・ノードに上り通信が溜まってしまう可能性がある。
【００５７】
[空きパケットの利用]
このような状況を改善するには、次のような方法を採ることができる。まず、空いた上りパケットを、他のドミナント・ノードが利用するという方法である。これは、図７の構成の場合には利用できないが、図４の構成の場合には利用できる。これは、図９に示したように、ドミナント・ノード２に、送信メッセージが無い場合、ドミナント・ノード２はＮＡＣＫを送信する。この場合のメッセージ長は、1回の送信督促毎に定められた固定長ではなく、予め決めてある、ＮＡＣＫの場合の長さとし、残りの部分は無信号とする。ＮＡＣＫは、ドミナント・ノード２と同じ終段通信装置に接続されている他のドミナント・ノードに送信される。これを、ドミナント・ノード1が検知し、無信号部分を利用して、ドミナント・ノード１からの上り情報を送信するというものである。
【００５８】
［複数通信ユニット］
しかしながら、上記の方法を用いた場合では、図７の構成では利用できない他、異なるメッセージ長の上り通信が混在することになる。このようなことを解決できるのが、複数通信ユニット（多階層リズム・ノード）である。図１０を用いて説明する。ここでは、終段通信装置５１、５２、５３の上半分がドミナント・ノードとなっており、下半分がトニック・ノードとなっている。図１０の終段通信装置は、ノード０＝トニック・ノードから見た場合にはドミナント・ノードとなっている。一方、例えば終段通信装置５１は、終段通信装置に接続されている他のノード１、２、３のトニック・ノードになっている。ノード１、２、３は終段通信装置５１のドミナント・ノードである。また、ノード１、２、３は、ノード０とは関係が無いノードである。この関係は。終段通信装置５３とノード４、５、６の関係、終段通信装置５３とノード７、８、９、１０との関係にも、全く同様に適用される。
【００５９】
［通信ユニット］
ここでは、終段通信装置５１とそれに接続されているノード（１、２、３）を例にとって説明するが、他の終段通信装置（５２、５３）も全く同様である。終段通信装置５１とそれに接続されているノード（１、２、３）を、１つの通信ユニットと呼ぶ。通信ユニットには、トニック・ノードとドミナント・ノードと通信路とリズム・ノードが必要である。前述したように、リズム・ノード２２は機能であるので、この説明では終段通信装置５１に入っているものとする。終段通信装置５１は、リズム・ノードとして送信督促メッセージを同報で出す。送信督促メッセージは、通信路６２１、６２２、６２３を用いて行う。これにより、他の通信ユニットに終段通信装置５１からの送信督促メッセージが届くことは無い。ノード１、２、３はドミナント・ノードとして、送信督促メッセージ受信後、所定の待ち時間を取った後に、送信メッセージを終段通信装置５１に対して送信する。終段通信装置５１では、ドミナント・ノードからの上り通信メッセージを蓄積しておく。所定の待ち時間とは、式Ｅまたは式Ｆで示されるものに、式Ｉを加えたものである。ドミナント・ノードからの上り通信の１サイクルが終了したら、終段通信装置５１は、ノード１、２、３宛ての下り送信メッセージの送信を行う。下り通信メッセージの送信が終了したら、再度、送信督促メッセージを送信し、上り通信を行う。同様に、終段通信装置５２と終段通信装置５３もドミナント・ノードとの通信を行う。【００６０】
このようにして、終段通信装置に蓄えられた上り通信メッセージは、ノード０と中間通信装置５０、終段通信装置５１、５２、５３を通信ユニットとする通信によって、トニック・ノード０と送受信を行う。この通信ユニットを通信ユニットαと呼ぶ。また、終段通信装置５１とノード１、２、３からなる通信ユニットを通信ユニットβ、終段通信装置５２とノード４、５、６からなる通信ユニットを通信ユニットγ、終段通信装置５３とノード１、２、３からなる通信ユニットを通信ユニットδと呼ぶことにする。通信ユニットαでは、リズム・ノード２０がトニック・ノード０に実装されているとする。リズム・ノード２０は、まず、送信督促メッセージを同報で送信する。この場合、完全な同報で送信すると、ノード１、２、３、・・・１０にもその送信督促メッセージが届いて通信が混乱するため、グループ同報とする。グループ同報とは、通信ネットワークの中で、特定のノードを集めてグループとするものである。このようにグループ同報を用いることにより、リズム・ノード２０からの、送信督促メッセージは、終段通信装置５１、５２、５３に宛てて送信される。各終段通信装置は送信督促メッセージを受信後、所定の待ち時間をおいて上り通信を行う。この場合の上り通信メッセージは、ドミナント・ノード１、２、３から送信されて蓄積されていたメッセージである。上り通信が１サイクル終了したら、トニック・ノードからの下り通信を行う。下り通信への切り替えは、リズム・ノードが行う。この場合の待ち時間は、所定の待ち時間とは、式Ｅまたは式Ｆで示されるものを読み替えて、それに、式Ｉを加えたものである。読み替えるとは、式Ｅまたは式Ｆでは、終段通信装置とドミナント・ノードとの距離に関する式になっているが、これをトニック・ノードと終段通信装置との距離と解釈する。ここで、通信ユニットα、通信ユニットβ、通信ユニットγ、通信ユニットδの各々のリズム・ノードはお互いの同期を取る必要が無く、個別に動作可能である。
【００６１】
[多段階構成]
前記では、終段通信装置の上下で通信ユニットを分離する構成を説明したが、中間通信装置の上下で通信ユニットを分離する構成であっても良い。また、前記では、上下２段の多階層リズム・ノードであったが、更に階層を増やしても全く同様に機能する。このように、多階層リズム・ノードを使用した場合、ドミナント・ノードと終段通信装置の間の通信路の速度が、他の通信路の速度に比較して遅い場合であっても、全体的な通信速度を向上させることが可能となる。更に、単一の通信ユニットでドミナント・ノードの数が多い場合には、タイマーの狂いが相対的に大きくなるため、そのための待ち時間が増加するが、全体が１つの通信ユニットである場合に比較して、多階層リズム・ノードの場合には、１つの通信ユニット当りのドミナント・ノード数を少なくできるため、タイマーの狂いによる待ち時間を小さくすることが可能となる。また、イーサネット（登録商標）では段数制限があるが、多階層リズム・ノードでは、段数制限は必要無い。このように、複数の通信ユニットを設け、多段階に構成することにより、フラクタルな通信システムを容易に構成することが可能となる。
【００６２】
[複数メッセージ送信]
通信ユニットαでの、上り通信は、各ドミナント・ノードから１メッセージづつ行うようにしても良いが、終段通信装置の数が少ない場合には、送信督促メッセージを送る回数が増加し、タイム・チャートで見ると、メッセージ送信の時間に対し、メッセージ送信以外の時間が相対的に増加することになる。これを避けるため、通信ユニットαでは、ドミナント・ノードからの上り通信を、１回の送信督促メッセージに対して例えば１０メッセージを連続して送信することとしてもよい。これは、予め上り通信の量を決める際に、各ドミナント・ノードからの送信量を１０メッセージとする、ということである。この場合の各ドミナント・ノードの所定の待ち時間が、１０メッセージに対応した値になるのは、当然のことである。
【００６３】
［ドミナント・ノードの通信権取得］
ドミナント・ノードにおいて、朝、電源を入れて、夜には電源を切るような運用をしている場合に、ドミナント・ノードの順序番号をどのように定めるかが問題となる。この通信順序番号を割り振るということは、上り通信権を与えることになる。一つの方法は、すべてのドミナント・ノードに固定的に順序番号を割り振る、という方法である。もう一つは、ドミナント・ノードが立上った時点で順序番号を割り振るという方法である。また、ドミナント・ノードは、電源を入れて立上った時点でブロードキャスト・メッセージを出し、自己が通信ネットワークに接続したことを他のノードに連絡している。ドミナント・ノードが立上った時点で順序番号を割り振る、という方法を採用している場合には、そのメッセージをリズム・ノードに送信する必要がある。これらのメッセージは何時発行されるか予測できないものであるので、本明細書のような通信を行っていると、衝突の原因になる可能性がある。リズム・ノードが送信督促メッセージを出す際に、各ドミナント・ノードからの上り通信が終了した後、一定の時間をおいて、次の送信督促メッセージを送信するようにすると、ドミナント・ノードが立上がったメッセージが、その通信の空き時間に送信される可能性があり、衝突の可能性は低下する。しかしながら、通信路の利用率は低下する。一方、ドミナント・ノードの番号を固定的に決めておくと、リズム・ノードからの送信督促により、上り通信を行うドミナント・ノードが固定的になるため、或るドミナント・ノードの電源がオンになった時点のブロードキャスト・メッセージも、送信督促の中に含むことが可能となり、衝突の可能性は無くなる。しかしながら、固定的に順序番号を割当てる方法を採った場合、立上がっていないドミナント・ノードの数が多いと、やはり、通信の非効率につながる。【００６４】
このような状況に対して、送信督促後の最初のパケットを空けておく、という方法を採ることが出来る。この最初のパケットは、その時点で順序番号を持っていないドミナント・ノードが通信できるものとする。このようにしても、その最初のパケットにおいて衝突が発生する可能性は存在するが、衝突した場合には、自分の通信順序番号が通知されないので、適当な間隔をおいて再度ドミナント・ノードから送信することにより、通信順序番号の確立を行う。
【００６５】
［特定のドミナント・ノード宛送信督促］
前記のような工夫を行った場合においても、各終段通信装置毎の上り通信の量が、一時点において大幅に異なる可能性がある。このような、通信量の偏りに対処する方法として、次のような方法を採ることができる。通常の送信督促メッセージは、同報で、その通信ユニットの全てのドミナント・ノードに対して送信されるが、特定のドミナント・ノード宛てに送信督促メッセージを送信する。特定のドミナント・ノード宛ての送信督促メッセージの場合には、それを受信したドミナント・ノード（ドミナント・ノードＸ）は、所定の待ち時間を置かずに、上り通信を行う。この場合、次の送信督促メッセージが、再度、別のドミナント・ノード（ドミナント・ノードＹ）に対する送信督促メッセージである場合には、ドミナント・ノードＹが所定の待ち時間を置かずに上り送信を行うため、ドミナント・ノードＸとトニック・ノードとの距離、ドミナント・ノードＹとトニック・ノードとの距離の関係によっては、ドミナント・ノードＸの上り通信と、ドミナント・ノードＹの上り通信が衝突する可能性がある。リズム・ノードは、ドミナント・ノードＹに対する送信督促メッセージを出す場合に、各々の距離による伝送遅延を計算して送信督促メッセージを出すか、ドミナント・ノードＸからの上り通信が終了してからドミナント・ノードＹに対する送信督促メッセージを出す。また、どのドミナント・ノードに上りメッセージが多く存在しているか、に関しては、ドミナント・ノードから上りメッセージを送信する際に、蓄積されている上り通信量を送信メッセージ中に付けて送信するとか、或る送信メッセージを上り通信量を通信するために使用する、といった方法で、リズム・ノードに知らせる。もしくは、送信督促メッセージに属性を付けて、上り通信用の属性と、上り通信メッセージ数送信用に分離する。上り通信メッセージ数送信用の送信督促メッセージを送信し、各ドミナント・ノードからの上り通信メッセージ数をさせる。蓄積されている上り通信量を送信メッセージ中に付けて送信する方法を採った場合には、リズム・ノードはトニック・ノード宛ての送信メッセージを読むことになる。一方、或る送信メッセージを上り通信量を通信するために使用する、という方法の場合には、その送信メッセージの宛先をリズム・ノードにすると良い。
【００６６】
[通信順序番号の複数割当て]
また、前記以外の方法として、概ね、特定のドミナント・ノードの通信量が多い場合には、そのドミナント・ノードに対して、複数の通信順序番号を割り当てる、ということが可能である。例えば、ノード１の通信量がノード２、３と比較して多いため、ノード１には、通信順序番号として１、２、３を割当て、ノード２には通信順序番号４、ノード３には通信順序番号５を割り当てる。このようにすると、１回の送信督促メッセージで、ノード１は３回の上り通信を行い、ノード２、３は１回づつの上り送信を行うことになる。この場合の所定の待ち時間は、通信順序番号に従った待ち時間となる。つまり、Ｔｎは、ノード２では、ｎ＝４となる。【００６７】
上記のように、ドミナント・ノードから上りメッセージの数を通信するような方法を採った場合、次のような方法で、ドミナント・ノード毎の待ちメッセージを最小化する方法も可能である。これは、図１１に示すような送信督促メッセージをリズム・ノードから送信することである。図１１では、図を簡略にするためドミナント・ノードが１から４までの場合を示している。また、宛先情報などは省略してある。通信順序番号毎に割当てパケット数を決めて、それを記載する。割当てパケット数が全て１である場合と、割当てパケット数が１以外のものがある場合とでは、各ドミナント・ノードの所定の待ち時間が異なってくるため、その待ち時間を送信督促メッセージに記載することが好ましい。この場合の待ち時間は、各通信順番のドミナント・ノードに割当てられたパケット数をＰｎとした場合のＴｎは、式Ｊで表される。【００６８】
【数１０】
2005094010.tif 000011
【００６９】
但し、Ｔｎにおいて、Ｐｎ＝０の場合を除く。通信パケット数が０の場合は、Ｔｎを計算しない。また、Ｔｎ＋１の計算をする場合の、ｎ＋１をｎと読み替えることにより、式Ｊは成立する。また、式Ｇ、式Ｈにおいても、Ｐｎを適用することで同様に計算可能である。このように、各ドミナント・ノード毎のパケット数と待ち時間を一回毎に割当てると、送信督促メッセージの長さは長くなるが、通信効率は最大化する。【００７０】
更に、図１２のように、各ドミナント・ノードに対する割当てパケット数のみを持った送信督促メッセージを送信することも可能である。各ドミナント・ノードにおける待ち時間は、ドミナント・ノード毎に計算する、というものである。この場合、前提となる計算式や条件が予めトニック・ノードからドミナント・ノードに送信されていなければならない。【００７１】
前記の方法は、図４のように、ドミナント・ノードからの上りと下りの通信路が分離されていない場合でも、終段通信装置において或るドミナント・ノードからの上り通信が別のドミナント・ノードに送信されないようになっている場合には適用できる。この場合の、待ち時間は、式Ａまたは式Ｂで示したものとなる。
【００７２】
[カスケード接続：上り下り一部分離]
さて、以上で、カスケード接続された通信ネットワークで、通信路が上りと下りに分離されていない場合と、分離されている場合に関して説明した。この折衷案的な構成が、図１３である。この図では、終段通信装置と中間通信装置、中間通信装置とトニック・ノードの間は、上りと下りを分離した通信路になっている。一方、終段通信装置とドミナント・ノードの間は、上りと下りを分離せず、１本の通信路となっている。この場合には、図１３全体で、１つの通信ユニットを構成する方法と、前述したように通信ユニットα、β、γ、δの４つに分離する方法がある。【００７３】
まず、図１３全体で１つの通信ユニットを構成している場合に関して説明する。この場合、ノード１、２、３、・・・・１０がドミナント・ノードであり、ノード０がトニック・ノードである。通信の仕組は、図７で示した構成の場合と基本的な部分は同じである。リズム・ノードによって、送信督促メッセージを同報で送信し、ドミナント・ノードが所定の待ち時間後、順次、上り送信メッセージをトニック・ノード宛てに送信する。上り送信は、このように行うので、衝突は発生しない。或るドミナント・ノードからの上り通信を、そのドミナント・ノードが接続されている終段通信装置に接続されている他のノードに対して、送信する場合には、待ち時間として、式Ａまたは式Ｂを適用する。また、或るドミナント・ノードからの上り通信を、そのドミナント・ノードが接続されている終段通信装置に接続されている他のノードに対して、送信しない場合には、待ち時間として、式Ｅまたは式Ｆを適用する。【００７４】
この場合に、下り通信はトニック・ノードから、上り通信と並行して行われるので、通信路６２１、６２２等において、上り通信と下り通信が衝突する可能性がある。このような可能性を避けるために、トニック・ノードからの下り通信を、送信督促メッセージを出した直後に行う場合に、ドミナント・ノード１から始めるのではなく、例えばノード５から始めるといったように、上り通信の相手と下り通信の相手が異なるようにすることで、衝突が発生する可能性が低くなる。更に厳密に行う場合には、下り通信の宛先ドミナント・ノードからの上り通信が届いた後に、そのドミナント・ノードに対する下り通信を行うこととすれば、衝突の可能性は無くなる。【００７５】
次に、図１４のように、終段通信装置にトニック・ノードとドミナント・ノードの機能を持たせ、複数の通信ユニットとする構成が採れる。この構成の場合は、終段通信装置で、上り下りの通信メッセージを蓄積するため、通信路６２１等において衝突が発生する可能性は無い。
【００７６】
［ドミナント・ノード間通信］
上記のように、トニック・ノードとドミナント・ノード間の通信が問題なく、衝突せずに行う方法を説明した。しかしながら、このような形態の通信ネットワークでは、ドミナント・ノード間での通信が行えないことになる。図１３で、ドミナント・ノード間から終段通信装置への通信が、同じ終段通信装置に接続されている他のドミナント・ノードへ伝送されるようになっている場合には、例えば、ドミナント・ノード１とドミナント・ノード２、３の通信は、終段通信装置５１を介して行える。しかしながら、ドミナント・ノード１とドミナント・ノード４、５、６、・・・１０との通信は行えないことになる。また、図１３を初めとして、図７、図８、図１０等で、ドミナント・ノード間から終段通信装置への通信が、同じ終段通信装置に接続されている他のドミナント・ノードへ伝送されないようになっている場合には、例えば、ドミナント・ノード１とドミナント・ノード２、３の通信も行えない。このような通信に対しては、トニック・ノードとして、ドミナント・ノード間通信用トニック・ノードを設置する。例えば、ドミナント・ノード１とドミナント・ノード４が通信を行う場合、通信ユニットβ内で、ドミナント・ノード１からの上り通信は、まず、終段通信装置５１（この場合はトニック・ノードとしての機能）に送信される。その次に、通信ユニットα内で、終段通信装置５１（この場合はドミナント・ノードとしての機能）から、ノード間通信用トニック・ノードに上り通信として送信される。次に、通信ユニットα内で、ノード間通信用トニック・ノードから下り通信として、終段通信装置５２（この場合はドミナント・ノードとしての機能）に送信される。次に、通信ユニットγ内で、終段通信装置５２（この場合はトニック・ノードとしての機能）から、ドミナント・ノード４に対して、下り通信として送信される。ドミナント・ノード４から、ドミナント・ノード１宛ての通信は、逆向きに行われる。
【００７７】
［通信宛先］
ところが、上記のように通信ユニットを複数に分割した場合に、前記の説明で、例えば、ドミナント・ノード１からドミナント・ノード４に対する通信の場合の宛先をどうするのかが問題となる。この問題を解決するためには、一次宛先と二次宛先という２つの宛先を使用する。図１０を用いて説明する。ドミナント・ノード１からドミナント・ノード４に対する通信は、前記説明で述べたように、終段通信装置５１、中間通信装置５０、ノード間通信用トニック・ノード（図１０のノード０をノード間通信用トニック・ノードと仮定する）、中間通信装置５０、終段通信装置５２を経由して、ドミナント・ノード４に届くことになる。この場合、ドミナント・ノード１からの最終的な宛先はドミナント・ノード４であるが、ドミナント・ノード１からの上り通信メッセージの宛先がドミナント・ノード４となっていては、通信が行えない。ドミナント・ノード１からノード間通信用トニック・ノード０までの通信と、ノード間通信用トニック・ノード０からドミナント・ノード４までの通信を分離する。ドミナント・ノード１から上り通信メッセージを送信する時には、ノード間通信用トニック・ノード０を宛先とする。これを一次宛先とする。一時宛先しか持たないメッセージはドミナント・ノード４に届かなくなってしまう。このため、上り通信メッセージに二次宛先を持ち、その内容は、ドミナント・ノード４とする。ドミナント・ノード１からノード間通信用トニック・ノード０までの通信においては、一次宛先と二次宛先を持った形のメッセージとし、一次宛先により、ノード間通信用トニック・ノード０に通信メッセージが届く。ノード間通信用トニック・ノード０では、そのメッセージの二次宛先を見て、その二次宛先を新たな宛先とした通信メッセージを作成し、ノード間通信用トニック・ノード０からの下り通信メッセージとして送信する。このように、一次宛先と二次宛先をメッセージに入れることにより、ノード間通信用トニック・ノード０を利用した、ドミナント・ノード間の通信が行える。
【００７８】
［通信宛先のルーティング］
上記では、一次宛先と二次宛先を使用する方法に関して説明したが、中間通信装置に宛先による振分け機能を持たせ、ノード間通信用トニック・ノードが自己宛て以外のノード間通信メッセージを取り込む、とすることにより、一次宛先と二次宛先を使用せずに、ルート制御によって通信を行うことも可能である。例えば、ドミナント・ノード１からドミナント・ノード４宛ての通信の場合、通信メッセージの宛先としては、ドミナント・ノード４としておく。中間通信装置５０は、その通信がトニック・ノード宛てではなく、ノード間通信用であることを確認し、ノード間通信用トニック・ノードに、そのメッセージを送信する。ノード間通信用トニック・ノードでは、そのメッセージを受け取り蓄積しておく。次に、リズム・ノードから下り送信権を割当てられた時点で、そのメッセージを下り通信として送信する。そのメッセージをドミナント・ノード４が受信する。
【００７９】
［同報以外の送信督促］
以上の説明では、リズム・ノードから送信督促メッセージを同報で送信する場合に関して説明を行った。また、通信ユニットが複数存在する場合の通信ネットワークでは、同報はグループ同報を用いるとした。しかしながら、グループ同報を用いると、その同報は、通信ネットワークに接続されており、通信が可能なすべてのノードに届くことになる。これは、ルーターのように、宛先によって通信を割振る機能があっても、割振ることが出来なくなってしまう。これに対して、送信督促メッセージをドミナント・ノード毎に送信する方法を採ることができる。図４の構成の場合、同報の送信督促メッセージを送信する場合のタイム・チャートが図５となるが、送信督促メッセージをドミナント・ノード毎に連続して送信するのが、図１５に示したタイム・チャートである。ここでは、ノード０がリズム・ノードとなっており、連続的にドミナント・ノード１、２、３、４に対して送信督促メッセージを送信している。各ドミナント・ノードは、送信督促メッセージ受信後、所定の待ち時間を置いた後に、上り送信メッセージを送信する。この場合の、所定の待ち時間は、送信督促メッセージをリズム・ノードが送信する時間分だけ、図５の場合に比較して短くなる。しかしながら、この方法は、トニック・ノードからの下り通信を行える時間が短くなる、という欠点がある。
【００８０】
［ＨＵＢの利用］
図１０、図１３の構成では、ドミナント・ノードは終段通信装置に直接接続されていた。しかしながら、終段通信装置のポート数があまり多くない場合に、多数の終段通信装置を使用しなくても、ＨＵＢを利用することで、多数のドミナント・ノードを１台の終段通信装置に接続することができる。そのような構成を示したのが、図１６と図１７である。図１６は、終段通信装置５１がトニック・ノードの機能を有しておらない場合の例である。これに対して、図１７は、終段通信装置５１が、トニック・ノードとドミナント・ノードの機能を有している場合の例である。何れも、終段通信装置５１にＨＵＢ８０が接続され、ＨＵＢ８０にドミナント・ノード１１と１２が接続されている。この場合のドミナント・ノード１１、１２の通信路の距離は、ドミナント・ノード１１が通信路６２１＋通信路６２１１、ドミナント・ノード１２が通信路６２１＋通信路６２１２となる。この距離に応じた待ち時間をドミナント・ノード毎に設定すればよい。【００８１】
図を簡略にするため、ＨＵＢは１台しか記載していないが、１台の終段通信装置に複数のＨＵＢを設置したり、終段通信装置に接続されているＨＵＢから更に下位のＨＵＢに接続するような構成も可能である。特に、図１７のように、終段通信装置がトニック・ノードとドミナント・ノードの機能を持つ場合には、終段通信装置が高価になる可能性があり、終段通信装置の台数を減らす上で有効である。このように使用するＨＵＢは、バッファリングしない形式のものが好ましい。何故ならば、バッファリングを行うと伝送遅延が発生するため、例えば、ノード１１の次にノード３が送信しようとした場合に、伝送遅延によって衝突が発生するからである。
【００８２】
［複数トニック・ノード］
以上の説明では、トニック・ノードが１台の場合に関して説明してきた。実際の環境では、トニック・ノードが複数台ある場合の方が一般的である。複数台のトニック・ノードが存在する場合に関して以下で説明する。図１８はトニック・ノードが３台存在する場合の例である。ノード００、ノード０１、ノード０２がトニック・ノードである。これらは、通信路４１と通信路４２に接続されている。トニック・ノード００、トニック・ノード０１、トニック・ノード０２の間の距離は、短いことが好ましい。このような通信ネットワークが単一の通信ユニットを構成しているとする。この通信ユニットにリズム・ノードを設定する。リズム・ノードは、以前の説明の中で記述したように、機能であり、単独機能のハードウエアを設置しても良いし、トニック・ノード００、０１、０２の何れか、または中間通信装置５０に内臓または設置しても良い。以下の説明では中間通信装置５０に内蔵されているとする。【００８３】
図１９は、複数トニック・ノードが中間通信装置５４から見て、スター型に接続されている例である。この中間通信装置５４は、中間通信装置５０と逆向きに設置されている。図１８、図１９とも同様の効果を得ることが可能であるが、実際の形態としては図１９の方が多いと思われるので、図１９を例にとって説明する。図１９の場合は、リズム・ノード２０が中間通信装置５４に内蔵されているとする。また、中間通信装置５０にリズム・ノードが内蔵されていても同じ効果を得られる。【００８４】
上り通信に関する説明をまず行う。リズム・ノード２０は、送信督促メッセージを送信する。送信督促メッセージは同報で出すことが好ましいが、個別宛先であっても良い。送信督促メッセージは、通信路６２、６３、６４を通じて、終段通信装置５１、５２、５３に届き、更に、通信路６２１、６２２、６２３等を通じてドミナント・ノード１、２、３、・・・・１０に届く。送信督促メッセージを受信した各ドミナント・ノードは、所定の待ち時間を置いた後に、トニック・ノード宛ての通信メッセージを送信する。この場合、通信メッセージは、どのトニック・ノード宛てのものであっても良い。ドミナント・ノード１、２、３、・・・・１０が送信を終了したら、再度、送信督促メッセージを出し、各ドミナント・ノードに対して上り通信を行わせる。【００８５】
ドミナント・ノードが持っている上り通信メッセージの数が不均等である場合には、これまで説明したように、特定ドミナント・ノード宛てに送信督促メッセージを送信するとか、特定ドミナント・ノードの通信順序番号割当てを増加させる、更には、送信督促メッセージ中に、各ドミナント・ノードに対するメッセージ割当て数を記載して、その分の通信を許す、などの方法が採れる。
【００８６】
［下り通信］
以上で、複数のトニック・ノードが存在する場合に、上り通信を衝突させないための方法に関して説明した。次に、トニック・ノードからの下り通信に関して、図１９を用いて説明する。トニック・ノードからの下り通信は、各トニック・ノードから順番に下り通信を行うとするのが最も単純な方法である。ドミナント・ノードに対して行ったように、リズム・ノードがトニック・ノードに対して送信督促を行い、順番に下り通信を行う、という方法である。しかしながら、トニック・ノードの数は、ドミナント・ノードの数に比較して少ないことが一般的であり、また、下り通信量も多い。送信督促では、そのためのオーバーヘッドが相対的に大きくなってしまう。【００８７】
そこで、リズム・ノードは、トニック・ノードに順次、下り通信権を割当てて行く。まず、トニック・ノード００に下り通信権を割当てる。割当ては、例えば、１００パケットといったように、ある程度大きな量とすることが好ましい。トニック・ノード００の下り送信が終了したら、次にトニック・ノード０１、トニック・ノード０２と割当てていく。このようにサイクリックに下り通信権を割当てる方法が最も単純である。【００８８】
次の方法としては、サイクリックに割当てるという点では、前記の方法と同様であるが、各トニック・ノードの下り通信メッセージが無くなるまで、下り通信権を割当てる、という方法も採れる。この方法の場合は、リズム・ノードが、下り通信権を持っているトニック・ノードからの下り通信が無くなったことを監視して、確認したら次のトニック・ノードに下り通信権を割当てるという方法と、下り通信権を持っているトニック・ノードで、下り送信メッセージが無くなったら、その旨をリズム・ノードに通知して、それを受けて、リズム・ノードが次のトニック・ノードに通信権を割当てる、という方法が採れる。しかしながら、何らかの障害により、或るトニック・ノードからの下り通信量が異常に多くなる場合などが考えられるので、１回あたりの通信量の上限を設けることが好ましい。また、リズム・ノードからの送信督促メッセージを送信する必要があるので、それが妨げられないように、下り通信を制御する必要がある。
【００８９】
［上り用と下り用のリズム・ノード］
リズム・ノードは、上り用と下り用を１つのリズム・ノードで行うことも可能であるし、通信路が上り用と下り用に分離されている場合には、上り用と下り用の２つのリズム・ノードとしてもよい。また、リズム・ノードは重要な機能であるので、故障などに備えてバックアップを設けておくことが好ましい。【００９０】
トニック・ノードとドミナント・ノードの特殊な形態に関して、説明する。図２０では、中間通信装置５４に、リズム・ノード２０と、通信蓄積装置０９が内蔵されている。この場合、見かけ上、ドミナント・ノードとリズム・ノードだけから構成されているように見えるが、通信蓄積装置０９がトニック・ノードの機能を果たしていることが分かる。図２０では、ドミナント・ノードからの上りメッセージは中間通信装置５４に到達し、リズム・ノード宛以外のメッセージは、通信蓄積装置０９に格納される。上り通信が終了したら、通信蓄積装置０９からの下り通信を行う。このような通信蓄積装置は、トニック・ノードの１種類である。
【００９１】
［トニック・ノード間通信］
これまで、トニック・ノードとドミナント・ノード間の通信、ドミナント・ノードとドミナント・ノード間の通信に関して説明してきた。これに対して、トニック・ノード間での通信が必要になる場合がある。これは、例えば、アプリケーション・プログラムが、複数のサーバーに分散して格納されており、必要に応じてそれらが稼動する、などといった場合である。このような場合に、例えば、図１９で、ノード００から通信路６１０に対して送信したメッセージを、通信路６１１や６１２に伝送し、ノード０１、０２が、そのメッセージを受け取ることにより、トニック・ノード間の通信を行う、という方法が採れる。しかしながら、この方法では、トニック・ノードがリズム・ノードから下りの通信権を受け取った時点で通信が可能になるため、ノード００からノード０１、その後に、ノード０１からノード００への通信が行われるような場合には、通信が遅延してしまう可能性がある。【００９２】
これに対して、図２１では、トニック・ノード間の通信用に、通信路４３を設け、トニック・ノードとは、通信路４３１、４３２、４３３で接続されている。トニック・ノード間の通信は、通信路４３を用いて衝突検出型の通信を行っても、衝突が発生する可能性は小さいと考えられる。また、通信路４３は、トニック・ノード間の通信専用であるため、他の通信との衝突はありえないことになる。以上の説明は、複数のトニック・ノードが存在する通信ネットワークに関する説明において共通である。しかしながら、特にトニック・ノード間の通信に関して触れない場合には、図中においてトニック・ノード間の通信路を省略している。【００９３】
上記では、複数トニック・ノード間を、直接的に通信路で接続する方式に関して説明したが、トニック・ノード間の距離が長くて、直接的に接続することが困難である場合には、図１９の中間通信装置に他のトニック・ノード宛ての通信メッセージを保管する装置を設置し、一旦、その通信メッセージ保管装置に保管した通信メッセージを、宛先のトニック・ノードに送信するようにする方法も採れる。図２１では、中間通信装置は１台で、すべてのトニック・ノードの通信が集中するようになっているが、図２２のように、４台の中間通信装置を使用し、終段通信装置は中間通信装置５０、または、中間通信装置５４に接続し、中間通信装置５４、５５を通信路６６、７６で接続する、という構成も可能である。このような構成を採ることにより、図２１における中間通信装置５０、５４の負荷を低減することが可能となる。この方式を拡大することにより、複数台の中間通信装置を使用して、負荷分散を行うことが出来る。
【００９４】
［複数建て屋間の接続：共通通信ユニット］
次に、大きな建物のフロア間通信や、建て屋が離れている場合の通信に関して説明する。図２３は。そのような例である。図の右側には、一点鎖線１０１で囲まれた、中間通信装置５５、終段通信装置５６、ノード１１、１２、１３、１４で構成される通信ネットワーク１０１がある。図の右側には、一点鎖線１００で囲まれた、通信ネットワーク１００がある。この通信ネットワーク１００と１０１は、通信路６６、６７によって接続されている。例えば、通信ネットワーク１００は、ある建物の１階にあり、通信ネットワーク１０１は同じ建物の２階にあるような場合である。通信ネットワーク１０１は、独立した通信ユニットを構成しておらず、通信ユニットとしては、図２３全体が一つの通信ユニットであるとする。この場合には、この通信ユニットに対してリズム・ノード２０を設置し、上り通信に関しては、全てのドミナント・ノードに対して送信督促メッセージを送信し、その送信督促メッセージをドミナント・ノードが受信したことを契機として、所定の待ち時間後にドミナント・ノードからの上り通信を行う。リズム・ノード２０は、中間通信装置５４に内蔵されているものとする。この場合、ノード１１、１２、１３、１４は、トニック・ノードからの距離が遠くなる場合が一般的であるため、上りの送信サイクルの中で順番を後にする方が、全体の通信時間を短縮できる。下り通信は、トニック・ノードから各ドミナント・ノードに対して順次行っていく。【００９５】
前記の説明では、通信ユニットが図全体で一つである場合に関して説明したが、図１７で示したように、終段通信装置がトニック・ノードとドミナント・ノードの双方の機能を持つようにした多階層リズム・ノードの場合であっても、上記の説明は成り立つし、３段階以上の多階層リズム・ノードであっても良い。３段階以上の多階層リズム・ノードの場合には、例えば、中間通信装置５０の他に、数台の中間通信装置があり、それらが複数の終段通信装置に接続されているような場合、中間通信装置と終段通信装置とで、通信ユニットを構成する、といった方法である。これは、本明細書の全体を通じて共通である。
【００９６】
[複数階層通信ユニット]
上記のように、複数階層を持つ場合の例が、図４３である。図４３では、中間通信装置５０と５４は、トニック・ノードとドミナント・ノードの機能を持っており、更に、リズム・ノードを内蔵している。中間通信装置５０と終段通信装置５１、５２が１つの通信ユニットαを構成している。また、中間通信装置５４と終段通信装置５３、５６が、１つの通信ユニットβを構成している。また、その上位には、中間通信装置５５と中間通信装置５０、５４が、１つの通信ユニットγを構成している。終段通信装置５１、５２は、中間通信装置５０のドミナント・ノードとなっている。中間通信装置５０から見ると、この通信ユニットαでは、自分自身がトニック・ノードであり、ドミナント・ノードである終段通信装置５１、５２が接続されている。終段通信装置５１、５２の上り通信は、中間通信装置５０に内蔵されているリズム・ノード２１からの送信督促メッセージを契機として行われる。この場合のように、上り通信データの量が多いと考えられる場合には、１回の送信督促メッセージ毎に送信する、上り通信データの量は、必ずしも１パケットずつである必要は無く、複数パケットずつと決めてもよい。中間通信装置５０では、終段通信装置５１、５２からの上り通信データを、一旦、蓄積しておく。その蓄積された上り通信データは、中間通信装置５５に内蔵されている、リズム・ノード２０からの送信督促メッセージを契機として、中間通信装置５０から中間通信装置５５に送信される。中間通信装置５４、５３、５６に関しても、同様である。以上の説明では、リズム・ノードは、これらの通信装置（終段通信装置、中間通信装置）に内蔵されている、としたが、リズム・ノードを別の装置として、これらの通信装置に接続できるようにしてもよい。
【００９７】
［複数建て屋］
次に、図２４の場合を説明する。例えば、複数の建て屋があるような場合である。図２４では、図２３に対して、右側の通信ネットワーク１０１にトニック・ノード０３とトニック・ノード０４が接続されている。そして、中間通信装置５４と中間通信装置５５が、通信路６６と通信路７６によって接続されている。図面の左側、すなわち、ノード００、０１、０２、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０と、中間通信装置５０、５４と、終段通信装置５１、５２、５３が、１つの通信ユニットε（１００）を構成している。一方、図面の右側、すなわち、ノード０３、０４、１１、１２、１３、１４と、中間通信装置５５と、終段通信装置５６が、１つの通信ユニットζ（１０１）を構成している。通信ユニットεと通信ユニットζは、各々の通信ユニット内で、各々のリズム・ノード（２０、２１）によって、その通信ユニット内の通信を行う。リズム・ノード２０は、中間通信装置５４に内蔵されており、リズム・ノード２１は中間通信装置５５に内蔵されているものとする。ここではリズム・ノードが中間通信装置に内蔵されているものとするが、リズム・ノードの設置形態としては中間通信装置の外側に接続する形式であっても良い。ここでは、通信ユニットεが１つの通信ユニットであり、通信ユニットζが１つの通信ユニットである場合に関して説明したが、図２３の説明で触れたように、各々の通信ユニットは、多階層リズム・ノードの構成を採っていても全く同様に機能できるし、３段階以上の多階層リズム・ノードであっても良い。
【００９８】
［通信ユニット間の通信］
［送信蓄積装置、受信蓄積装置］
ここで、通信ユニットε内や、通信ユニットζ内の通信は、問題なく行える。これに対して、例えば、ドミナント・ノード１１がトニック・ノード００と通信をしたい場合、若しくは、ドミナント・ノード１２がドミナント・ノード２と通信をしたい場合には、各々の通信ユニットが独立していると通信を行えなくなってしまう。そこで、通信ユニットεと通信ユニットζを接続している中間通信装置５４、５５に特殊な装置を搭載することによって、各々の通信ユニット間の通信を行えるようにする。特殊な装置とは、送信蓄積装置と受信蓄積装置のことである。図２４では、中間通信装置５４、５５を拡大して示している。中間通信装置５４、５５は、送信蓄積装置（５４１、５５１）と、受信蓄積装置（５４２、５５２）を有している。図２４では送信蓄積装置に関して詳しく図解してある。まず、通信ユニットζの場合を見てみる。通信ユニットζでは、その通信ユニットのリズム・ノード２１により、トニック・ノードに下り通信を割当てるが、トニック・ノード０３またはトニック・ノード０４から、通信ユニットεに属するノードに対する通信を、中間通信装置５５の送信蓄積装置５５１に宛てて出す。図２４では、トニック・ノード０３が下り通信を行っている場合となっている。トニック・ノード０３からの下り通信は、通信路６１３を通じて行われ、そのメッセージの中で送信蓄積対象のものは、Ｓ３２の経路を経て送信蓄積装置５５１に蓄積される。一方、ドミナント・ノード１１、１２、１３、１４宛てのメッセージはＳ３３を経て下り通信として伝送される。この場合の一次宛先は送信蓄積装置５５１となり、二次宛先は通信ユニットεに属するノードとなる。送信蓄積装置５５１では、それらのメッセージを蓄積しておく。ここでは、一次宛先と二次宛先という説明を行っているが、これは論理的なもので、実際のアドレスを指定する場合には、二次宛先のみを指定し、中間通信装置のルーティング機能で振り分けても良いし、実際に、２つの宛先を記述するようにしても良い。【００９９】
通信ユニットε内で、リズム・ノード２０は、送信督促メッセージによりドミナント・ノード１１、１２、１３、１４に対して上り通信を行わせる。この際に、トニック・ノード００、０１、０２宛ての送信メッセージはトニック・ノード００、０１、０２に届けられる（Ｓ３４、３５、３６）が、通信ユニットζに属するノード宛ての通信は、送信蓄積装置５５１に蓄積される（Ｓ３７）。このようにして、上り通信と下り通信で通信ユニットε宛てのメッセージが送信蓄積装置５５１に蓄えられる。通信ユニットε内でも、通信ユニットζ内の動作と同様に、通信ユニットζ宛てのメッセージが送信機能５４１に蓄積される。
【０１００】
［送信蓄積装置と受信蓄積装置間の通信］
次に、送信蓄積装置５５１に蓄積されたメッセージを、如何にして、受信蓄積装置５４２に送信するか、ということになるが、この通信は一旦蓄積されるため、特にリズム・ノードなどによる通信を行わなくとも、中間通信装置５４と５５間で、コンテンションのような方式を用いて転送すればよい。また、例えば、送信蓄積装置５５１はリズム・ノードεに従って送信することとしても良い。
【０１０１】
［受信蓄積装置からのメッセージ配信］
次に、受信蓄積装置５４２に蓄積されたメッセージをトニック・ノード００、０１、０２やドミナント・ノード１、２、３、・・・１０に、如何に送信するかに関して図２５を用いて説明する。図２５は、通信ネットワークの構成としては図２４と全く同じである。図２５は、受信蓄積装置を説明するためのものである。通信ユニットε内でも、そのリズム・ノード２０により、上り通信と下り通信が行われる。その際に、受信蓄積装置５４２からトニック・ノード宛ての上り通信と、ドミナント・ノード宛て下り通信を分離して行う。上り通信の場合は、送信督促によって行われるが、その際には、受信蓄積装置５４２はドミナント・ノードとしてトニック・ノード００、０１、０２宛ての上りメッセージを送信する（Ｓ４０、Ｓ４１、Ｓ４２）。一方、下り通信は、受信蓄積装置５４２がトニック・ノードの１つとして機能する。つまり、リズム・ノード２０によって、トニック・ノード００、０１、０２は下り通信権を割当てられるが、その中に受信蓄積装置５４２が含まれることになる。Ｓ４３は、受信蓄積装置がトニック・ノードとして、下り通信権を割当てられている時点で、ドミナント・ノード宛てに下り通信を行っている状態を示している。受信蓄積装置５４２からの上り通信は、量が多くなる可能性があるため、ドミナント・ノードとして、複数の通信順序番号を持つなど、通信量の不均等に対応できるようにしておくことが好ましい。【０１０２】
上記では、通信ユニットζから通信ユニットεに対する通信に関して説明したが、この説明の通信ユニットを逆に読み替えれば、通信ユニットεから通信ユニットζに対する通信も、全く同様に行える。このことにより、通信ユニットεに属するノードと、通信ユニットζに属するノードの間で問題ない通信が行える。このように、送信蓄積装置と受信蓄積装置を用いることにより、複数通信ユニット間の通信が問題なく行える。【０１０３】
このような構成を採った場合、通信ユニットεと通信ユニットζ間の距離が長い場合や、通信路６６、７６の通信速度が、他の通信路の速度に比較して遅い場合でも、通信路の伝送能力一杯の通信が行える。
【０１０４】
［送信蓄積装置と受信蓄積装置にリズム・ノードを適用］
前記の説明では、送信蓄積装置と受信蓄積装置との間で、コンテンションのような方法でメッセージの送受信を行う、としたが、次のような方法も可能である。１つ目は、送信蓄積装置を保有しない方法である。この方法では、例えば、通信ユニットζから通信ユニットε宛てのメッセージを考えた場合、トニック・ノードからの下り通信やドミナント・ノードからの上り通信で、送信蓄積装置５５１に蓄積する、としていたものを、メッセージが到着する都度、通信路６６に送信する、というものである。この方法は、通信路６６の速度が通信路６１３や６１４、７５と同等以上でないと、オーバーフローが発生してしまう。２つ目の方法は、送信蓄積装置は保有するが、受信蓄積装置を保有しない、というものである。この方法は、１つ目の方法と同様に、例えば、通信ユニットζから通信ユニットε宛てのメッセージを考えた場合、送信蓄積装置５５１に蓄積されたメッセージを、通信ユニットεのリズム・ノードによって送信を行い、通信路６６を伝送されたメッセージを、中間通信装置５４で、直接、上り通信と下り通信に分離して、各々の通信路に伝送するものである。この方法の場合も、通信路７６の速度が、通信路７１０、７１１、７１２、６１に比較して同等でないと、通信路７６からのメッセージ到着が遅いため、通信ユニットε側の通信路に空きが出来てしまう。【０１０５】
中間通信装置に送信蓄積装置または受信蓄積装置を設ける場合には、ノード間通信用トニック・ノードの機能を、中間通信装置の送信蓄積装置または受信蓄積装置に持たせても良い。
【０１０６】
［サーバーの設置位置］
主要なサーバーなどはトニック・ノードとして、通信ネットワーク構成図（例えば図１９）の頂点に位置することが好ましい。頂点というのは上り通信の終点であり、下り通信の起点である。何故ならば、ドミナント・ノードとの通信距離が短くなり、通信のバランスが良くなるからである。しかしながら、前述したように、ノード間通信用トニック・ノードを設置することにより、通信ネットワーク上のどの位置にあっても、ドミナント・ノードとの通信は行える。リズム・ノードは、通信ネットワーク上で、必要なドミナント・ノードに対して同報送信ができる場所に位置する必要がある。
【０１０７】
［下り通信路の追加］
下り通信の量が多い場合に、下り用の通信路を増加するようにして、上り通信路の容量と非対称にすることが可能である。【０１０８】
複数通信ユニットを応用すると、図２６のように、中間通信装置５４と５９を有するような通信ネットワークで、中間通信装置５９からも、トニック・ノード００、０１、０２宛てに通信路を設けてあるような構成においては、中間通信装置５４と通信路６１、７１に接続されているノードからなる通信ユニットηと、中間通信装置５９と通信路６７、７７に接続されているノードからなる通信ユニットθとに分割し、各々の通信ユニットが独立して上り下りの通信を行うこととする。図２６では、中間通信装置５９とトニック・ノード０１、０２間の通信路を細線の曲線で示しているが、これは重なりをなくし見やすくするためのもので、特に意味があるものでない。【０１０９】
例えば、図１９で、中間通信装置５４から下り通信方向には、１組の通信路６１、７１しか設けていないが、これが、複数であっても問題なく、通信ネットワークが構成できる。これは、他の通信ネットワーク構成図においても同様である。
【０１１０】
［ＢＵＳ型通信ネットワークの説明］
以上で、カスケード接続の場合の説明を終わる。次にＢＵＳ型通信路を用いた場合の、リズム・ノードを用いた通信に関して説明する。【０１１１】
図２７は、通信路４１にノード０からノード７までが接続されている。このうち、ノード０はサーバーのように多くのリクエストを受付処理する機能を有しており、ノード１からノード７まではクライアントのように別のノードに対してリクエストを送り、その処理結果を受け取る機能を有しているとする。ノード０をトニック・ノード、ノード１から７までをドミナント・ノードと呼ぶことにする。トニック・ノードからドミナント・ノードに対する通信を下り通信、ドミナント・ノードからトニック・ノードに対する通信を上り通信と呼ぶことにする。通信路は、トニック・ノード０から見て、下り用の通信路４１と、上り用の通信路４２となっている。これは、ＨＤＬＣなどにおける全二重通信と同じ考え方である。【０１１２】
以下の説明では、リズム・ノード２０はトニック・ノード０に設置されているものとする。トニック・ノード０は、支線通信路３０１によって、通信路４１に接続されており、支線通信路３０２によって、通信路４２に接続されている。ドミナント・ノード１から７も支線通信路によって、通信路４１と通信路４２に接続されている。通信路４２は片分岐となっている。片分岐とは、例えば、ドミナント・ノード３からの通信データは、トニック・ノード０の方向に流れるが、ドミナント・ノード４、５、６、７の方向には流れない、また、ドミナント・ノード３からトニック・ノード０に向けて通信データが流れるが、その通信路の途中にあるドミナント・ノード２とドミナント・ノード１には、通信データは流れない、という構造になっている。片分岐自体は、通信で従来から用いられている方法である。このように、上り通信路に片分岐を使用することに加えて、以下で説明する方法を用いることにより、複数のドミナント・ノード１、２、・・・７からノード０への上り通信を衝突無く行うことが可能となる。【０１１３】
通信路４１は両分岐を用いている。両分岐では、例えば、ドミナント・ノード３からの通信データは、トニック・ノード０の方向にも、ドミナント・ノード４、５、６、７の方向にも流れる、また、ドミナント・ノード３からトニック・ノード０に向けて通信データが流れるが、その通信路の途中にあるドミナント・ノード２とドミナント・ノード１にも、通信データは流れるし、他のドミナント・ノード４、５、６、７にも通信データは流れる、という構造になっている。トニック・ノード０からの通信データは、ドミナント・ノード、２、３、４、５、６、７に対して流れる。【０１１４】
図２８は、通信路４１にも片分岐を使用した場合の例である。下り通信路には、両分岐を用いても方分岐を用いても同様の効果を発揮することが可能である。
【０１１５】
［距離による衝突回避］
図２７および図２８の場合に、ドミナント・ノード１とドミナント・ノード２の距離Ｄ１と、ドミナント・ノード２とドミナント・ノード３の距離Ｄ２、その他のドミナント・ノード間の距離Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６を等しくしておく。このような状態で、上り通信を衝突無く行う方法を、以下で説明する。一般的に通信では、特定のノード宛てのデータも、通信路上の他のノードに送信される。そのデータが、目的外のノードによって処理されないのは、送信データには宛先が付いており、自分宛てでは無いデータは無視するからである。これは、通信機構が行っている。このように特定のノード宛ての通信に対して、同報通信も用いられる。同報通信とは、全ノード宛や、幾つかのノードをグループ化し、そのグループに属するノード宛、などの通信がある。送信するノードは、宛て先のノード毎に送信データを送信することなく、１回の送信で済むことになり、送信ノードの負荷と通信路の負荷が低減できる。【０１１６】
図２９を用いて、非衝突型通信を実現する手法に関して説明する。リズム・ノード２０（トニック・ノード０に設置）から、送信督促メッセージを同報通信で送信する。送信督促メッセージを受信したドミナント・ノードでは、送信データがあればすぐに送信を行う。このようにすると、各ノードが勝手に送信を行い衝突が発生するように思われるが、次のようにすることで、衝突が発生しない仕組となっている。各ノード間の距離Ｄ１、Ｄ２、・・・Ｄ７はすべて同じであるとした。１０Ｇｂｐｓの速度を持つ通信路上では、２５６バイトを送信するための時間は、２０４．８ｎｓとなる。２０４．８ｎｓに対して余裕を見て、２１０ｎｓとした場合、２１０ｎｓで電気が進む距離は６３ｍとなる。図２９では、リズム・ノードから、送信督促メッセージを同報で送信している。送信督促メッセージはリズム・ノードから各ドミナント・ノードまでの距離に応じて遅延して、各ドミナント・ノードに受信される。各ノードでは、送信督促メッセージを受信後直ちに送信情報を送信している。トニック・ノードにドミナント・ノードからの送信情報が届くのは、トニック・ノードとドミナント・ノードの距離を電気信号が進む時間の２倍＋送信督促メッセージを受信する時間となる。送信督促メッセージを受信する時間は各ノードとも一定であるので、Ｄ１、Ｄ２、・・・Ｄ７が３１．５ｍ以上であれば、送信督促メッセージを受信したドミナント・ノードが、送信督促メッセージ受信後に直ちに送信情報を送信しても、衝突は発生しないことになる。【０１１７】
このように、リズム・ノード２０から送信督促メッセージを同報通信を用いて送信し、それを契機に各ドミナント・ノードが、送信情報を送信することにより、上りデータの衝突が発生しないことになる。
【０１１８】
［不均等な上り通信］
しかしながら、すべてのドミナント・ノードに均等に送信情報が存在する場合には、上り通信路の利用効率が最大となるが、実際には、送信情報が不均等に存在する可能性が大きい。このような場合、次のようにすると、不均等に存在する送信情報を効率よく送信することが可能となる。図３０と図３１を用いて説明する。リズム・ノードからの送信督促メッセージに対して、ドミナント・ノード２（２）には、送信情報が存在しなかったとする。その場合、ドミナント・ノード２はＮＡＣＫを返す。図３１の構成図では、図２８の構成図と比較して、各ドミナント・ノードに通信路４２に対する支線通信路が追加されているのが分かる。ドミナント・ノード１に追加されているのは、支線通信路３１３である。この支線通信路は、通信路４２上の上り通信を各ノードで読取ることにある。【０１１９】
図３０では、ドミナント・ノード２が、ＮＡＣＫを送信した。ＮＡＣＫは通常は１バイトの情報である。宛先や自己のアドレスを入れても、２０バイト程度にしかならない。このため、２５６バイトのパケットとせず、６４バイト程度の予め決めておいた長さで送信し、その後の、本来メッセージがある部分は無信号としておく。この無信号の部分を使用して、ドミナント・ノード１が自己の送信情報をその無信号部分に、２５６バイトより短いパケットに入れて送信する。メッセージに入る情報の長さは、実際には、支線通信路３１３の距離と支線通信路３１２の距離分だけ遅延が発生するため、その分だけ短くなる。しかしながら、支線通信路３１２、３１３を十分に短くしておくことにより、時間ロスを最小限とすることができる。一般的なＬＡＮでは、プリアンブルとして７バイト、宛先ＭＡＣアドレスとして６バイト、送信元ＭＡＣアドレスとして６バイトを使用しており、その後に続く情報部は６４バイトから１５１８バイトとなっている。また、その後に続く情報部の中には、通信プロトコルで使用している、宛先アドレスや送信元アドレスを含んでいる。従来のＬＡＮの規約を守る場合には、以上の長さを守る必要がある。【０１２０】
このようにした場合、図３１のドミナント・ノード７以外は、それ自身よりも図上で右方にあるドミナント・ノードの無信号部分を利用して、割り当てられたメッセージ以上の情報を送信できる。しかしながら、ドミナント・ノード７は、それより右方にドミナント・ノードが存在しないため、均等に割当てられたメッセージしか利用できない。このため、ドミナント・ノード７に送信情報が沢山存在する場合には、ドミナント・ノード７の処理が遅延する可能性がある。このような場合、トニック・ノード０に対しては、ドミナント・ノード７からの送信情報が最後に届くことになるので、予め決められたメッセージ数以内であれば、複数のメッセージを送信することが可能である、とすることにより、最終ノードの処理遅延が発生しないようにすることができる。【０１２１】
上記の方法を、より、一般化する場合には、最終ドミナント・ノードで複数メッセージを送信した後に、１つ乃至幾つかのＮＡＣＫメッセージを送信し、そのメッセージを、最終メッセージ以前のドミナント・ノードが使用する、という方法を採ることも可能である。
【０１２２】
［待ち時間による衝突回避］
各ノードが、均等な距離上に並べられている場合に関して説明した。また、その距離は、送信メッセージの長さと、通信路の速度によって決定される。しかしながら、このように、等距離にノードを設置することが困難な場合がある。また、同一の通信路上のノード数が多い場合には、通信路の制限長を超えてしまう可能性もある。また、メッセージ長の変更を行いたい場合にも、物理的な距離が固定では変更が困難になってしまう。このような場合には、ノード間の距離を短縮しても、非衝突型とすることが可能である。図３２を用いて説明する。リズム・ノードからの送信督促メッセージを受信後、一定の間隔を空けて各ノードから送信情報を送信することにより衝突を回避できる。これは、リズム・ノード０からの送信督促メッセージを一種の同期信号として捉えて、送信督促メッセージ受信を契機とする待ち時間を設けるものである。【０１２３】
この待ち時間は、各ドミナント・ノード間の距離とメッセージ長、通信路の伝送速度によって決定される。各ドミナント・ノード間の距離をＤ（メートル）、メッセージ長をＬ（バイト）、通信路の伝送速度をＳ（ビット／秒）とする。これに対し、待ち時間をＴ（ナノ秒）とする。また、トニック・ノードから最も近いドミナント・ノードの番号を１として、ｎ番目のドミナント・ノードをｎ番目とする。ｎ番目のドミナント・ノードの待ち時間をＴｎ（ナノ秒）とすると、その待ち時間Ｔｎを表す式Ｋは次のようになる。【０１２４】
【数１１】
2005094010.tif 000012
【０１２５】
上記では、各ドミナント・ノード間の距離が等しいと言う前提の式であるが、各ノード間の距離を、ドミナント・ノード１とドミナント・ノード２の間の距離をＤ１、ドミナント・ノード２とドミナント・ノード３の間の距離をＤ２、以下、ドミナント・ノードｎとドミナント・ノード（ｎ＋１）間の距離をＤｎとした場合には、各ノードでの待ち時間は、次の式Ｌにより表すことができる。【０１２６】
【数１２】
2005094010.tif 000013
【０１２７】
以上のように、各ドミナント・ノードで、送信督促メッセージを受信後所定の待ち時間を待機してから送信情報を送信することにより、各ドミナント・ノード間の距離をメッセージの長さによって制限される長さよりも短くしても、衝突しない通信を行うことが可能となる。式Ｋ、および式Ｌでは、挿入ビットやメッセージを構成するための情報に関しては、長さに算入していないので、それらが必要になる場合は、その条件をＬに算入する。以下の式でも同様である。【０１２８】
以上の式Ｋ、Ｌの説明では、タイマーの狂いを計算に入れていないが、これはカスケード接続で説明したように、式Ｉを入れることにより狂いをカバーできる。
【０１２９】
［不均等な上りメッセージ］
ドミナント・ノードが持っている上り通信メッセージの数が不均等である場合には、これまで説明したように、特定ドミナント・ノード宛てに送信督促メッセージを送信するとか、特定ドミナント・ノードの通信順序番号割当てを増加させる、更には、送信督促メッセージ中に、各ドミナント・ノードに対するメッセージ割当て数を記載して、その分の通信を許す、などの方法が採れる。
【０１３０】
［多階層への適用］
上記では、単純な形式のＢＵＳ型に関して説明したが、ＢＵＳ型の通信ネットワークを中間通信装置を用いて、複数接続するような形態も可能である。また、このような場合に複数通信ユニットや多階層リズム・ノードを採用することも可能である。また、トニック・ノードの数が1つの場合の説明であったが、トニック・ノードが複数であっても同様である。
【０１３１】
［リング型］
次に、ＢＵＳ型を応用したリング型の通信ネットワーク形態に関して説明する。図３３が、リング型の形態を採った場合の例である。一見、トークン・リング型と似ているが、異なっているのは、支線通信路３１１と３１２間で通信路４１が切れずに繋がっていることである。このように、通信路４１が繋がっているために、トークン・リングの欠点であった、ノードの１つが故障すると通信ネットワーク全体が停止してしまう、という問題がなくなっている。通信路４１を流れている通信は、トニック・ノードによってパッシングされる。ここでは、トニック・ノード０と、ドミナント・ノード１、２、３、・・・、９からなっている。また通信路はリング型であるため、通信路４１の単線となっている。このため、通信路４１は、上り通信と下り通信が分離されていない。便宜上、トニック・ノードからドミナント・ノード方向への通信を下り通信、ドミナント・ノードからトニック・ノード方向への通信を上り通信と呼ぶが、通信路４１を流れている通信が上り通信であるか、下り通信であるかは、その宛先による。各ドミナント・ノードは支線通信路３１１、３１２等によって、通信路４１と接続されている。各支線通信路は片分岐となっており、支線通信路３１１、３２１等は、下り通信の受信用に使用され、支線通信路３１２、３２２等は、上り通信の送信用に用いられる。
【０１３２】
［上り通信］
ここでは、トニック・ノード０にリズム・ノード２０が設けられているとする。まず、上り通信に関しては、リズム・ノード２０から送信督促メッセージを同報で送信する。ドミナント・ノードは、送信督促メッセージを受信した後、各ドミナント・ノード間の距離により、所定の待ち時間をおいて上りメッセージを送信する。この場合の所定の待ち時間とは、ＢＵＳ型通信ネットワークにおける、式Jまたは式Kを使用する。また、リング型の場合は、上り通信に限定せずにドミナント・ノード宛てのメッセージであっても良い。トニック・ノードでは自己宛てのメッセージを受信し、それ以外のメッセージは再度、通信路に下り通信として伝送する。再度伝送する下りメッセージは、ドミナント・ノードから他のドミナント・ノードに対するものである。例えば、ドミナント・ノード１からドミナント・ノード３宛てのメッセージは、最初のループでドミナント・ノード３によって受信されるが、ドミナント・ノード５からドミナント・ノード２宛てのメッセージは、受信されることが無いからである。しかしながら、ドミナント・ノード１からドミナント・ノード３宛てのメッセージも、ドミナント・ノード５からドミナント・ノード２宛てのメッセージも、再度、トニック・ノードから送信すると、ドミナント・ノード３では、重複して受信ししまうことになる。このようなことを防ぐために、リズム・ノードから送信督促メッセージを送信する際に連番を付しておく。更に、２回目のループに下りトニック・ノードから送信メッセージを送信する場合に、２回目のループである旨のメッセージ（再帰メッセージ）をメッセージ群の先頭に置き、その再帰メッセージには、先の送信督促メッセージ送信時の連番を付しておく。送信督促メッセージを読んだ後に来たメッセージは、その連番に属するものとする。そうすると、２回目のループ時に受信したメッセージは、再帰メッセージの連番から、２回目のメッセージであることが分かるので、ドミナント・ノード３では受信しない、とする。このようにすることで、重複受信は避けられる。トニック・ノードでは、２回目のループによって受信されたメッセージ（再帰メッセージの後に来るメッセージ）を全て破棄する。
【０１３３】
［下り通信］
次に、リズム・ノードはトニック・ノード０に対して下り通信を割り当てる。そこで、トニック・ノード０は、下り通信を行う。下り通信を行って、トニック・ノードに戻ってきた通信メッセージは全て破棄する。
【０１３４】
［メッセージの破棄］
上記では、トニック・ノードが１台の場合であったが、トニック・ノードが複数存在する場合には、リズム・ノードが、通信メッセージの破棄を行うようにする。
【０１３５】
［多段階］
上記では、最も単純な場合に関して説明したが、図３３のトニック・ノードの位置に中間通信装置を用いて、複数のリング状通信ネットワークを連結することも可能である。この場合に、単一通信ユニットとすることもできるし、複数通信ユニットとすることも可能である。また、図３３中のドミナント・ノードの位置に終段通信装置やＨＵＢに相当する機器を設置し、複数のドミナント・ノードが接続されるようにし、通信順序番号を適切に付番することにより、通信を行うことが可能である。
【０１３６】
［不均等な上りメッセージ］
また、ドミナント・ノードからの通信量が不均等である場合には、カスケード接続で説明したように、特定ドミナント・ノード宛てに送信督促メッセージを送信するとか、特定ドミナント・ノードの通信順序番号割当てを増加させる、更には、送信督促メッセージ中に、各ドミナント・ノードに対するメッセージ割当て数を記載して、その分の通信を許す、などの方法が採れる。【０１３７】
以上のように、通信ネットワークの形態に拘らず、リズム・ノードを使用した通信システムの構築が可能である。
【０１３８】
［メッセージ長の変更］
以上の説明では、メッセージ長に関して固定長である、という説明を行ったが、情報の種類によって、決められたメッセージ長では、長すぎたり短すぎたりする可能性がある。このような場合、予め何種類かのメッセージ長を決めておき、それに番号を付しておく。例えば、メッセージ長が１６バイトの場合を１、２５６バイトの場合を２、１０２４バイトの場合を３としておく。リズム・ノードが送信督促メッセージを送信する場合に、送信督促メッセージの中にメッセージ長の番号を入れておき、その番号によってドミナント・ノードからの送信情報のメッセージ長を変更すると、パケットの空きが少なくなる。実際には、ドミナント・ノードで送信督促メッセージを受信してから番号を読み取り、その長さにメッセージ長を変更する方法がある。この方法では、変更時間だけ送信に要する時間が長くなるが、全体としては、１回分に相当する時間のみである。もう一つの方法は、予め決められたメッセージ長に入る情報を、メッセージ長毎に分類しておき、送信督促メッセージに合ったメッセージ長の送信情報を送信する、と言う方法を採ることもできる。【０１３９】
また、更に、ドミナント・ノードから送信情報を送信する際に、そのドミナント・ノードが持っている送信情報の大きさにより、次回以降の送信に使用するメッセージ長をリクエストし、そのリクエストをリズム・ノードで統計的に処理して、次回のメッセージ長を決定する、という方法を採ることができる。これは、ドミナント・ノード宛てのメッセージの一部に、メッセージ長を入れてリクエストし、それをリズム・ノードが読む、という方法と、トニック・ノード宛てのメッセージの後に、短いリズム・ノード宛てのメッセージをドミナント・ノードから送信する、という方法が採れる。
【０１４０】
［通信順序番号の付与方法］
以上の説明では、ドミナント・ノードからの送信順序を決定する方法、言い換えれば、通信順序番号の付与方法、に関しては、特に説明をしていない。送信順序は、トニック・ノードから見て最も近いドミナント・ノードの順序を早くし、最も遠いドミナント・ノードの順序を遅くすることが好ましい。遠いドミナント・ノードの順序を早くすると、遠いドミナント・ノードとの間の距離に由来する遅延分だけ、送信時間が遅くなるからである。遠いドミナント・ノードの送信順序が遅い場合は、待ち時間を適切に設定することで、遅延が発生しないようにすることが可能となる。また、この通信順序番号は、予めドミナント・ノード毎に固定的に決める方法が可能である他、ＤＨＣＰのように、ドミナント・ノードを立ち上げる都度、付番するという方法も可能である。また、その場合、新しく立ち上がるドミナント・ノードの順番が後になると、送信時間に不具合が生ずる場合には、付番し直すことも可能である。【０１４１】
ドミナント・ノードが立ち上がる都度、通信順序番号を付番するような方法を採った場合、ドミナント・ノード毎の待ち時間の設定が面倒になる可能性がある。この待ち時間に関しては、リズム・ノードからドミナント・ノードに知らせる方式が好ましい。
【０１４２】
［メモリー管理への適用］
これまでの説明を応用すると、メモリー管理テーブルに応用することが可能となる。マルチＣＰＵのシステムで、各ＣＰＵが稼動する場合に、必要なメモリーを獲るために、メモリー管理テーブルを参照し書き換える、ということを行っている。しかしながら、ＣＰＵの数が多くなると、その競合が多くなり、ＣＰＵの数を増やしても、ＣＰＵの数に比例した能力を発揮できていない。トニック・ノードをメモリー管理テーブルそのもの、または、メモリー管理テーブルを保有する装置とし、ドミナント・ノードを、マルチＣＰＵにおける各ＣＰＵとする。従来の方法では、各ＣＰＵが勝手なタイミングでメモリー管理テーブル、または、メモリー管理テーブルを保有する装置に対して参照と書き換えを行おうとしていた。これに対して、送信督促メッセージを、リズム・ノードから送信し、各ＣＰＵが順番に送信情報を送信することにより、通信の衝突が発生せず、更に、メモリー管理テーブルの競合も発生しない。【０１４３】
上記の説明を更に拡張すると、各ＣＰＵでメモリー管理テーブルのコピーを持つことも可能である。メモリー管理テーブルに変更が発生した場合には、トニック・ノードから、その変更を同報により送信する。また、その変更を各ドミナント・ノードが適用し、変更完了通知をトニック・ノードに送信するまでは、リズム・ノードから送信督促メッセージを送信しない。このようにしておくと、各ＣＰＵでは、最新のメモリー管理テーブルの状況を自己が管理する部分で参照できる。参照後、必要なリクエストをトニック・ノードに送信する。【０１４４】
また、これまでの説明を応用できる例として、ＢＵＳがある。従来のＢＵＳは、ＬＡＮのように双方向通信が可能となっているが、その分、衝突を避けるため、一時点では１つの装置が占有するようになっており、そのための通信も必要であった。これに対して、ＣＰＵから見て、上りと下りの通信路を分け、同報による送信督促を行うことにより、高速な通信を実現できる。
【０１４５】
［シミュレーションへの適用］
更に、シミュレーションへの応用も可能である。シミュレーションは多岐に渡るケースを計算することになる。そのような場合に、多くのＣＰＵによって実行する方が有利である。しかしながら、或る条件の基づいて多数の計算を行い、その中から最適と思われる解を選択し、更に、その選択した解の条件を新たな条件として、多数の計算を行う、というような状況を想定した場合に、複数のドミナント・ノードで条件式を保有し、それに基づいてドミナント・ノード１はケース１を、ドミナント・ノード２はケース２を計算する、といった具合に実行できる。更に、例えば、ドミナント・ノード３で計算した解が最適であった場合に、その解や条件を、トニック・ノードに伝送し、トニック・ノードから各ドミナント・ノードに伝送することにより、各ドミナント・ノードは新たな同じ条件を保有することになる。この際の、トニック・ノードからドミナント・ノードに宛てる通信は、内容が同じであるので、同報を用いると効果的である。この新しい条件に基づいて、ケース１１、１２、１３、・・・といった具合に新たな計算を各ドミナント・ノードにおいて実行する、と言うものである。
【０１４６】
[上り通信権の動的割当]
以上の説明では、ネットワークに接続してあるか、若しくは、或る時点で稼動しているドミナント・ノードに対して、上り通信権を固定的に割当てる方法を、主に説明した。しかしながら、一時点を採ってみると、全体のドミナント・ノードに対して、通信を行っているドミナント・ノードの比率は、それほど高くないと考えられる。このような場合に、通信路を効率的に使用する方法として、上り通信権を動的に割当てることが効果的である。例えば、全部で５台のドミナント・ノードがあり、一時点で３台のドミナント・ノードが上り通信を行う場合に関して、図３４を用いて説明する。リズム・ノード２０から送信督促メッセージを送信する（Ｓ１）。送信督促メッセージは、すべてのドミナント・ノードが受信する。しかしながら、この図３４では、上り通信権を持っているドミナント・ノードは、ドミナント・ノード２、３、５の３台である。ドミナント・ノード１は、上り通信権を持っていないので何もしない。ドミナント・ノード２は、上り通信権を持っており、通信順序番号が１であるとすると、送信督促メッセージを受信したら直ちに、上り通信を行う（Ｓ２）。次に、ドミナント・ノード３は、上り通信権を持っており、通信順序番号が２であるとすると、所定の待ち時間後に上り通信を行う（Ｓ３）。ドミナント・ノード４は上り通信権を持っていないので何もしない。ドミナント・ノード５は、上り通信権を持っており、通信順序番号が３であるとすると、所定の待ち時間後に上り通信を行う（Ｓ４）。この後、リズム・ノード２０は、トニック・ノードに下り通信権を割当てる（Ｓ５）。トニック・ノード０は、下り通信を行う（Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）。【０１４７】
このように上り通信権を動的に割当てる通信は、通信ユニットに属するドミナント・ノードに、上り通信権を常に与えるのではなく、上り通信を必要とする時点で、上り通信権を与える方法である。上り通信権が必要なドミナント・ノードは、その時点で、上り通信権要求を出す。このような方法を採った場合、上り通信権の要求をどのように出すのか、という点と、上り通信権をどのように割当てるのか、また、上り通信権が不要になったら、どのようにするのか、という点が問題になるが、次のようにすることで解決できる。
【０１４８】
[上り通信権要求]
上り通信権の要求が勝手なタイミングで送信されると、通信の衝突が発生することになり、好ましくない。上り通信権を要求する方法として、例えば、通信順序番号１を常に空けておき、上り通信権要求が発生したら、通信順序番号１に相当する上り通信を行うことにより、実行するという方法が採れる。つまり、上り通信権を必要とするドミナント・ノードは、送信督促メッセージを受信したら、直ちに、上り通信権要求メッセージを出して、上り通信権を要求することによる。上り通信権要求は、当然のことながら、リズム・ノードに対して行われる。このメッセージの形式の一例を、図３５に示す。データ部の中に「上り通信権要求」であることを記述する。勿論、これは１バイト乃至数バイトの情報で十分であり、このような言葉が記述されている必要はない。これに対して、リズム・ノードでは、上り通信権を割当てる。上り通信権割当は、送信督促メッセージの中に含むと、効率的である。上り通信権割当の例を、図３６に示す。この図では、割当ドミナント・ノード番号としてあるが、ドミナント・ノードを識別する方法としては、ＩＰアドレスなどであってもよい。リズム・ノードは、自己が参照、更新可能な上り通信権割当情報格納領域に、上り通信権の割当情報を保有している。上り通信権割当情報格納領域は、リズム・ノード内に設けることが効率的であるが、他のシステム上にあってもよい。上り通信権の割当情報とは、ドミナント・ノードを識別する情報と、通信順序番号のことである。図３８は、後述するように、上り通信権の遷移を示した図であるが、上り通信権割当情報をテーブルとして持つ場合の形式の例となる。つまり、図３８は、上り通信権割当情報をテーブル形式で保持する場合の例である。
【０１４９】
[上り通信権の返上]
通信路を効率良く使用するためには、上り通信が終了したら直ちに上り通信権をリズム・ノードに返すことが好ましい。しかしながら、一般的なサーバーとクライアントの関係を考えてみると、まず、クライアントから上り通信を行う。上り通信が終了してから、サーバーで処理を実行し、下り通信として先ほどのクライアントに通信を返す。この際に、例えば、ＴＣＰ／ＩＰでは、パケットを受信する都度、ＡＣＫやＮＡＣＫを送信するので、ドミナント・ノードからの上り通信が終了しても、トニック・ノードからの下り通信を受信するに伴って、上り通信が発生する。このような場合、上り通信が発生する都度、上り通信権を要求するのは、却って非効率になってしまう。このようなことを避けるには、リズム・ノードが、トニック・ノードからの下り通信を監視し、或るドミナント・ノード宛のメッセージにフィニッシュが含まれていたら、そのドミナント・ノード宛の上り通信権割当てを解除する、という方法を採る事が一つの解決法である。もう一つの解決法は、ドミナント・ノードでフィニッシュを受け取った後にＡＣＫを返すが、その後、リズム・ノード宛に上り通信権返上を通知することである。【０１５０】
上記の例を図示したのが図３７である。一番左側の列がリズム・ノード２０である。左から２番目の列が、トニック・ノード０である。左から３番目以降の列がドミナント・ノード１、２、３、４である。この図では、上り通信権を２つのドミナント・ノードに対して与え、更に通信順序番号１に対する上り通信権は、上り通信権要求に使用するものとしてある。つまり、一時点で上り通信権を与えるドミナント・ノードの数を２つに固定している。この図の、最初の時点では、上り通信権を持っているのは、ドミナント・ノード２のみである。リズム・ノード２０からの送信督促メッセージＳ１に対して、ドミナント・ノード１から、通信順序番号１の上り通信権を使用して上り通信権要求Ｓ２を、リズム・ノード２０に対して送信している。また、通信順序番号２を使用して、ドミナント・ノード２が所定の待ち時間後に上り通信Ｓ３を行っている。通信順序番号３は、何れのドミナント・ノードにも割当てられていない。このため、通信としては空きとなっている。次に、リズム・ノード２０は、下り通信権をトニック・ノード０に割当てる（Ｓ４）。トニック・ノード０は、下り通信を行う（Ｓ５）。この時点では、ドミナント・ノード２に対するものだけである。次に、トニック・ノード０は、リズム・ノード２０に対して下り通信権を返上するため、下り通信権返上メッセージを送信する（Ｓ６）。次に、リズム・ノード２０は送信督促メッセージを送信する（Ｓ７）。この送信督促メッセージには、ドミナント・ノード１に対して上り通信権割当情報が含まれている。ドミナント・ノード１に対して、通信順序番号３を割当てている。ドミナント・ノード２が、通信順序番号２を利用して、所定の待ち時間後に上り通信を行う（Ｓ８）。その次に、ドミナント・ノード１が、所定の待ち時間後に通信順序番号３として、上り通信を行う（Ｓ９）。【０１５１】
次に、リズム・ノード２０はトニック・ノード０に対して、下り通信権を割当てる（Ｓ１０）。トニック・ノード０は、下り通信をドミナント・ノード１、２に対して行う（Ｓ１１、Ｓ１２）。次に、トニック・ノード０は、リズム・ノード２０に対して、下り通信権返上メッセージを送信する（Ｓ１３）。次に、リズム・ノード２０は、送信督促メッセージを送信する（Ｓ１４）。この送信督促メッセージに対して、ドミナント・ノード２は、所定の待ち時間後に、通信順序番号２を使用して上り通信を行っている（Ｓ１４）。ドミナント・ノード１は所定の待ち時間後、通信順序番号３を使用して、上り通信権返上を送信している（Ｓ１５）。また、この図では、ＳＹＮやＡＣＫなどの通信に関しては省略している。【０１５２】
リズム・ノードは、自己が参照、更新可能な上り通信権割当情報格納領域に、下り通信権の割当情報を保持している。上り通信権割当情報格納領域は、リズム・ノード内に設けることが効率的であるが、他のシステム上にあってもよい。下り通信権の割当情報とは、トニック・ノードを識別する情報と、下り通信権割当状態のことである。
【０１５３】
[上り通信権の複数割当]
一時点で、上り通信権の空きが十分にある場合や、或るドミナント・ノードの通信を優先したい場合には、特定のドミナント・ノードに複数の上り通信権を割当ててもよい。この場合には、或るドミナント・ノードから、複数のパケットを連続して送信するため、ＢＳＣやベーシックなＴＣＰ／ＩＰのように、パケットを送信する都度、ＡＣＫやＮＡＣＫを送信するようなプロトコルには向かないが、ウインドー制御を用いたＴＣＰ／ＩＰやＨＤＬＣ（High
Level Data Link Control）やＬＡＰＢ（Link Access Procedure Balanced）のように、連続してデータを送信するプロトコルを使用した場合には有効である。【０１５４】
一時点における上り通信権の数を固定にした場合、新たに上り通信権を割当ててもらおうとするドミナント・ノードが多くて、上り通信権の空きが無い場合には、待ち行列を作って処理することが望ましい。また、上記のように、或るドミナント・ノードに複数の上り通信権を割当てている場合には、その返却をリズム・ノードから要求することも可能である。この方法を使用した場合でも、各ドミナント・ノードの通信路の距離による待ち時間を正確に反映した所定の待ち時間を設定することが可能であるが、簡易化して、最大距離による所定の待ち時間を設定しても、全体の効率には支障が大きくならない。
【０１５５】
[上り通信権の数を可変化]
上り通信権の数を固定すると制御が単純になるが、通信を効率的に行うには、上り通信権の数を可変とすることもできる。図３８を用いて説明する。或る時点で７台のドミナント・ノードに対して上り通信権を与えており、その直後に１つのドミナント・ノードから上り通信権を要求された場合には、次のようになる。通信順序番号２から通信順序番号８までが、通信を行っている各々のドミナント・ノードに割当てられ、通信順序番号１は、上り通信権要求に使用されるものとする。この時点での通信順序番号を示したのが図３８の４１０である。上り通信権が必要になったドミナント・ノードｘが、上り通信権要求を出すものとする。ドミナント・ノードｘは、上り通信権が必要になった直後の送信督促メッセージを受信したら、すぐに、通信順序番号１を使用して上り通信権要求をリズム・ノードに伝える。リズム・ノードでは、ドミナント・ノードｘに対して、通信順序番号９を割当てる。その次の送信督促メッセージで、ドミナント・ノードｘに対して、通信順序番号９を割当てたことを通知する。この送信督促メッセージの形式の例が、図３６である。この時点での、通信順序番号を示したのが、図３８の４１１である。この送信督促メッセージをドミナント・ノードｘが受信したら、自分の通信順序番号を認識し、所定の待ち時間を計算する。または、リズム・ノードが所定の待ち時間を計算して、ドミナント・ノードに通知するようにしてもよい。この送信督促メッセージ以降は、ドミナント・ノードｘは、通信順序番号９を使用して上り通信を行うことが出来る。
【０１５６】
[上り通信権の数を可変化]
上り通信権を割当てたドミナント・ノードが、上り通信権を返上してきた場合には、次のようにする。上記の例で、通信順序番号９までが使用されている。ここで、例えば、通信順序番号５のドミナント・ノードｈが上り通信権の返上を送信してきたとする。すると、リズム・ノードは、それまで、通信順序番号６であった、ドミナント・ノードｍに対して、新たに通信順序番号５を割当てる。同様に、ドミナント・ノードｐに対しては、それまでの通信順序番号７に対して６を割当てる。以下同様に、ドミナント・ノードｘに対しては、それまでの通信順序番号９に対して８を割当てる。この時点で上り通信権を持っているドミナント・ノードは７台ということになる。このような、通信順序番号の割当は、送信督促メッセージに含むと、通信量を削減することができる。また、このように、通信順序番号を変更すると、ドミナント・ノードが直ちに、所定の待ち時間を変更して、上り通信を行うために要する時間が必要であるため、通信が遅延する可能性がある。このような場合には、通信順序番号を含む送信督促メッセージを受信して、すぐの上り通信は、それまでの通信順序番号を使用することとし、その次の送信督促メッセージの受信から、新しい通信順序番号を使用する、としてもよい。【０１５７】
このように、上り通信権の数を可変とした場合に、一時点で上り通信権を持つドミナント・ノードの数が少なくなり、相対的に、上り通信権要求のためのパケットが増加することが考えられる。例えば、一時点で１台のドミナント・ノードが上り通信権を持っている場合に、通信順序番号１が上り通信権要求用で、通信順序番号２がそのドミナント・ノードの上り通信用であるとすると、上り通信の実質的な有効使用率は５０％になってしまう。このようなことを避けるためには、上り通信権の数の最低限を、例えば、９個と定め、１回の送信督促メッセージに対して、９個の上り通信と１個の上り通信権要求をし、更に、９個の上り通信権を同じドミナント・ノードに割当てることにより、上り通信の有効使用率は９０％となる。
【０１５８】
[無線への適用]
以上では、有線の通信路を用いた場合に関して説明を行ってきた。無線に適用する場合に関して、次に説明する。無線を用いた代表的な応用例は、携帯電話や無線ＬＡＮである。無線の場合には、基地局と通信機器の通信ということになる。基地局をトニック・ノードとし、通信機器をドミナント・ノードとする。図３９は、基地局と通信機器の模式図である。また、基地局が１つの場合に関して詳細な説明を行うが、携帯電話などに使われているように、複数基地局を使用した場合にも、適用可能である。また、無線方式の場合には、トニック・ノードにリズム・ノードを設置することが有効であるが、トニック・ノードとは別にリズム・ノードを設けることも可能である。【０１５９】
無線方式の場合には、周波数帯を分割して通信機器毎に割当てる方式と、周波数帯を分割せずに、時分割多重によって複数の通信機器との通信を可能とする方式があるが、本明細書による方式の適用は、時分割多重によるものとする。無線の場合、通信機器が固定的に設置されている場合があるが、それに対して可変的に設置されている場合もある。可変的というのは、通信機器の設置場所が移動することと、基地局から見た通信機器が変動することである。このように設置場所が移動する場合、固定的な距離割当てを行えない、ということになる。しかしながら、携帯電話の場合には、基地局と通信機器との距離は最大で５ｋｍほどである。５ｋｍの距離を電波が伝わる時間は、１６．７μ秒となる。一方、無線の場合は、有線に比較して伝送スピードが低くなっている。有線では１Gｂ／秒やそれ以上の高速な伝送速度が実現されてきているが、無線の場合には、最大で１０Mｂ／秒程度であり、通常は２Mｂ／秒程度とされている。このことは、ある一定の長さのパケットを送信するための時間が、有線に比較して長く掛かるということである。もう一つの大きな相違は、基地局から見て、通信機器が変動することである。通信を開始しようとする際に、ドミナント・ノードの数が増加し、通信を終了するとドミナント・ノードの数が減少する。また、ドミナント・ノードの移動により、ドミナント・ノードが無くなったり増加したりする。【０１６０】
２Ｍｂ／秒の速度で、２５６バイトのパケットを送信するための時間は、１０２４μ秒となる。１０Ｍｂ／秒の速度で、２５６バイトのパケットを送信するための時間は、２５６μ秒となる。このように、データ伝送の速度が遅いために、ドミナント・ノードとトニック・ノードとの距離の差を待ち時間によって調整する、という方法を採っても、非効率に成らない。特に、無線ＬＡＮのように、電波の到達距離が２００ｍ程度である場合には、その到達時間は、０．７μｓとなるので、殆ど問題にならない。この方法の場合、有線方式のように、各ドミナント・ノードからのパケットが時間的に連続してトニック・ノードに到達するのではなく、空き時間が生じることになる。【０１６１】
図４０は、トニック・ノードとドミナント・ノードとの距離と位置を模式化した図である。図４１は、通信機器と基地局との距離の差を待ち時間（待ちＤと待ちＡの合計時間）によって調整する場合のタイム・チャートである。ここで待ちＤがどのようになるかを検討してみる。トニック・ノード０から、送信督促を同報で送信すると、各ドミナント・ノード１、２、３、４は、トニック・ノードからの距離に応じて、伝送遅延を生じて受信する。ここで、ドミナント・ノード２、ドミナント・ノード３とドミナント・ノード４の場合に関して説明する。ドミナント・ノード２、４は、リズム・ノード２０からの送信督促を、殆ど遅延なしに受け取る。一方で、ドミナント・ノード３は受信限界付近に在るため、その分の遅延を伴って送信督促を受信することになる。リズム・ノードと受信限界にあるドミナント・ノード間の遅延時間を、Ｑとする。ドミナント・ノード３が、送信督促を受信して、それ以前に上り通信を行うドミナント・ノードの通信時間に見合った待ち時間を置いて、上り通信を行うとすると、ドミナント・ノード２からの上り通信が完了する前にドミナント・ノード３からの通信が開始されることになる。何故なら、ドミナント・ノード２は、ドミナント・ノード３に比較して、Ｑだけ遅く送信督促を受信し、更に、ドミナント・ノード２からの上り通信は、ドミナント・ノード２から送信された時点よりＱだけ遅れてトニック・ノード０に到達するからである。【０１６２】
次に、ドミナント・ノード３からの上り送信が完了した後に、ドミナント・ノード４からの上り通信を行う場合に関して説明する。ドミナント・ノード３からの上り送信が完了した時点をＴ１とすると、トニック・ノード０の受信も同時に完了する。しかしながら、ドミナント・ノード３からの電波は、ドミナント・ノード４の方向にも向かっている。これはＴ１からＱ経過後にドミナント・ノード４に到着する。つまり、ドミナント・ノード４は、ドミナント・ノード３の送信完了後に、Ｑだけ遅れて送信を開始する必要がある、ということになる。ところが、ドミナント・ノード４は、送信督促をリズム・ノード２０から送信したＱ後に受け取っているため、送信督促受信後、待ちＡの時間を待機したのち直ちに上り送信を開始しても良いことになる。しかしながら、この説明では、ドミナント・ノード間の距離を厳密に測定せず、各ドミナント・ノードからの上り通信を、所定の待ち時間とることにより解決する場合のものである。【０１６３】
この、待ちＤとは、リズム・ノードとドミナント・ノードとの距離の差を調整するために設定した時間であり、Ｑの２倍の整数倍となる。ドミナント・ノード１は０倍、ドミナント・ノード２はＱの２倍の２倍（４倍）、ドミナント・ノード３はＱの２倍の３倍（６倍）、ドミナント・ノード４はＱの２倍の４倍（８倍）である。リズム・ノードとドミナント・ノードとの距離が最大５ｋｍの場合は、Ｑは片道を伝送するのに必要な時間、１６．７μ秒となる。【０１６４】
図４１に関して説明する。リズム・ノード２０から、送信督促を送信している（Ｓ１）。ドミナント・ノード１、２、３、４は、まちまちに送信督促を受信しているが、これは、各ドミナント・ノードがリズム・ノードから異なった距離にあるからで、その距離に見合った遅延を生じている。台形４００は、送信督促が伝わる時間帯（つまり、距離０の場合から、電波到達限界距離の場合）を示したものである。送信督促をドミナント・ノードが受信すると、待ちＤと待ちＡの双方の待ち時間を合計した時間経過後に、データ通信を行う。【０１６５】
待ちＡとは、有線方式の場合に説明してきたもので、各ドミナント・ノードの順序番号により、他のドミナント・ノードの通信と衝突しないように設けられた時間のことである。この場合は、有線のＨＵＢ型のように、各ドミナント・ノードに対して同時に送信督促が到達する場合と同じと見なすことができるので、図５で説明したように数５（式Ｅ）が適用される。このようにして、各ドミナント・ノード１、２、３、４から、順番にデータ送信を行う。トニック・ノード０では、各ドミナント・ノードからの送信データを受信するが、受信タイミングは、有線の場合のようにパケット間の時間が均一ではなく、待ちＤの範囲内で前後にずれることになる。図４０では、Ｓ２とＳ３は近接しているが、Ｓ３とＳ４は離れている。【０１６６】
前述のように、特に無線の場合には、或る一時点で通信を行っているドミナント・ノードの数は限定されるため、対象となるドミナント・ノードすべてに対して上り通信権を常に与えるのは無駄が多い。通信を効率化するためには、有線方式でも述べたように、上り通信権を動的に与える方法が有効である。つまり、或るドミナント・ノードが上り通信を必要とする場合に、リズム・ノードに対して、上り通信権要求を送信し、リズム・ノードから通信順序番号を割当ててもらう、という方法である。通信順序番号の割当や、上り通信権の返上などは、有線方式の場合と同様である。しかしながら、音声通信の場合のように、各ドミナント・ノード当たりの通信速度の最低限が決まっている場合には、一時点における上り通信権の数の上限を定め、それを上回らないように上り通信権の割当を行う。また、上り通信権を必要とするドミナント・ノードの数が少ない場合には、一つのドミナント・ノードに対して、複数の上り通信を割当ててもよい。有線方式でも述べたように、一時点での上り通信権の最低限を定めておき、帯域が有効に使用されるようにすることが好ましい。【０１６７】
トニック・ノードからドミナント・ノードへの送信は、使用周波数帯が上り方向と下り方向で異なっている場合には、全二重通信が行えるので問題はない。同じ周波数帯を使用している場合には、送信督促を送信し、上り通信を行った後に、トニック・ノードからの下り通信を行うようにすれば、半二重通信での双方向通信となる。
【０１６８】
[長距離の無線]
上記では、無線ＬＡＮや携帯電話といった、比較的近距離の無線通信に関して説明したが、上記の方式を応用することで、航空機との通信や人工衛星を利用した通信にも適用可能である。航空機の場合は、地上１０ｋｍくらいの上空を飛ぶので、地上の基地局との距離はそれほど大きなものではない。基地局から見て半径３０ｋｍくらいを通信可能エリアとすると、基地局と航空機の距離は、最大で３２ｋｍくらいになる。３２ｋｍを電波が進む時間は、１１０μｓとなるので、通信密度が大きくない場合には、上り通信の間の空き時間を大きくすればよい。航空機間の電波干渉を避けるためには、電波が地上方向にのみ送信されるよう、アンテナが指向性をもったものであることが好ましい。【０１６９】
これに対して、人工衛星のように、地上との距離が数百キロメートルとか数万ｋｍになる場合には、その間の電波到達時間が問題となる。例えば３００Ｋｍとした場合には、電波が到達する時間は１ｍｓとなる。また、人工衛星自体が高速で移動しており、高度３００ｋｍの円軌道である場合で、秒速７．７ｋｍくらいになる。以下では、高度３００ｋｍの円軌道の人工衛星を例にとって説明するが、他の場合であっても、条件に基づいて所定の待ち時間を設定することにより、適用可能である。人工衛星の通信が、人工衛星からの垂線に対して４５度であるとした場合に、人工衛星と地上局との距離は、３００ｋｍから４３０ｋｍ程度となる。４３０ｋｍを電波が進む時間は１．４３ｍｓである。前述したように、１０Mｂ／秒の速度で、２５６バイトのパケットを送信するための時間は、２５６μ秒である。【０１７０】
人工衛星をリズム・ノードを内蔵したトニック・ノードとし、地上局をドミナント・ノードとした場合に、リズム・ノードから送信督促を送信してから、人工衛星から垂直下にあるドミナント・ノードが送信を行うのは、１ｍｓ後になる。トニック・ノードがその送信を受け取るのは、更に１ｍｓ後となる。このように、２ｍｓの空きができてしまうのは、貴重な電波の無駄と言える。この場合、一時点での上り通信権の数と上り通信のパケットの大きさを予め決めておく。そうすることにより、一回の送信督促で送信される上り通信の総時間が決まることになる。例えば、２５６μｓを１パケットとし、１０パケットを１回の送信督促に対する通信量とすれば、必要な時間は２．５６ｍｓとなる。この場合は、パケット間の待ち時間を入れていないので、その待ち時間を含んで仮に３ｍｓとする。図４２に示すように、最初の送信督促をリズム・ノードから送信後、トニック・ノードでは、一定時間は何も受信しないことになる。３ｍｓ後に、２回目の送信督促を送信する。図４２では、その後に１回目の送信督促に対する受信を受け付けている。【０１７１】
このように、リズム・ノードとドミナント・ノードの距離が大きい場合には、送信督促メッセージの送信タイミングを、ドミナント・ノードからの送信データをすべて受信した後と限定せず、等間隔に送信督促メッセージを送信することにより、切れ目の無い通信を行うことができる。リズム・ノードとドミナント・ノードとの距離は、送信督促送信の数回から数十回程度毎に電波到達時間を計測し、所定の待ち時間を設定しなおすことが好ましい。このようにすることにより、上り通信の間の空き時間を短縮することが可能となる。地上局は、地上局同士の電波干渉を避けるため、指向性を持ったアンテナを使用することが好ましい。通信順序番号は、リズム・ノードに最も近いドミナント・ノードから付番することが好ましい。このようにすることで、最初に送信するドミナント・ノードからの通信が、最短時間でトニック・ノードに到達することになる。【０１７２】
人工衛星を使用した通信のように、リズム・ノードと各ドミナント・ノードの距離が、様々な値をとり、値の上限と下限の差が大きくなる場合、通信順序番号１を上り通信権要求用にしておいても、その時間内に上り通信要求が収まらなくなる可能性がある。このような場合、上り通信権要求は、通常の上り通信と異なる周波数帯を使用して行う方が、衝突の可能性を小さくすることができる。また、上り通信権要求用のメッセージは大きくないので、その周波数帯は、上り通信を行う周波数帯に比べて狭帯域で構わない。この他、光ファイバーを用いた通信のように、複数の周波数帯の通信が同時に行えるような場合にも、同様なことが言える。
【０１７３】
有線方式の説明では、ＬＡＮやＷＡＮといった、同一企業内の通信に焦点を当てて説明を行い、無線方式では、企業内のＬＡＮ以外に携帯電話や広域の無線システムに関して説明を行った。以上の仕組みを応用すれば、インターネット・サービス・プロバイダーにも応用可能である。末端局から加入者までの区間に対して、リズム・ノードを適用した方式にすると共に、末端局と上位の局の間に関しても、同様にリズム・ノードを適用した方式とすることにより、通信の効率化を図ることができる。
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【国際調査報告】
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