JPH0329338B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は、ビデオ，オーデイオ，音声，データ
のあらゆる情報を１つの伝送路で伝送する周波数
分割多重方式のネツトワークにおいて、ブロード
バンドの周波数チヤンネルの争奪をベースバンド
制御信号で行なう方式に関するものである。

＜背景＞ 情報化社会の進展に伴い、家定内においても、
防犯・防災のためのセンサ網をもつホームセキユ
リテイシステムをはじめ、インタホンやドアホ
ン、親子電話などの機能を合わせもつホームテレ
ホンが実用化され、いわゆる家庭情報通信ネツト
ワークとして、今後さらに発展するものと思われ
る。従来から家庭で用いられてきた家電機器も、
マイクロコンピユータ等を組み込むとによつてイ
ンテリジエント化し、CATV，文字放送，キヤ
プテンなどのニユーメデイア機器と共に、家庭内
情報通信ネツトワークに取り込まれ、将来的に
は、これらすべての機器をホームコンピユータで
集中的にに監視・制御することによつて、省エ
ネ・省力化を図ろうと考えられている。

このように、家庭内情報通信ネツトワークは、
制御信号，音声信号，映像信号など種々の信号を
取り扱わねばならず、システムの拡張・変更が容
易で且つ、生産性や経済性にすぐれ、外観をも損
わないように配慮されたものでなければならな
い。

現在、家庭内の伝送媒体としては、微弱電波や
赤外線などの無線媒体や、同軸ケーブル，ツイス
トペア線，光フアイバケーブルなどの有線媒体が
考えられている。しかし、有線媒体を用いる場合
に、機器の数だけ線を張り巡らせるのは、拡張性
や外観上の点において非現実的であり、無線媒体
を用いる場合にはいうまでもなく、多重伝送の技
術が必要不可欠である。多重伝送の技術として
は、(i)周波数分割多重、(ii)時分割多重、(iii)符号分
割多重が考えられる。

現在のところ、家庭用として経済性などの点か
ら、(i)の周波数分割多重方式が実用上最適である
と考えられる。また、既に普及しているホーム共
聴システムは、オン・エアのテレビ放送電波をア
ンテナから各部屋に分配しているのみで、同軸ケ
ーブルの広帯域伝送特性を充分に活用していると
は言えないのが現状である。したがつて、未使用
の周波数帯を、デジタル信号や音声信号その他の
伝送に用いれば、配線工事も不要であり、システ
ムの変更や拡張、または美観などの点においても
すぐれており、周波数分割による多重伝送は極め
て妥当な考え方である。

さて、以上のような周波数分割多重のネツトワ
ークにおいて、周波数チヤンネルをどのように使
用するかを決めなければならない。２つのモジユ
ール間で通信するためには、使用周波数チヤンネ
ルを合わさなければならず、したがつて、任意の
モジユール間で通信しようと思えば、個々のモジ
ユールは全周波数チヤンネルを使用できる構成に
なつていなければならない。

すなわち、通信を始めようとする２つのモジユ
ールは何らかの方法で空チヤンネルを探し、お互
いそのチヤンネルで通信する確認をとつた後、実
際の通信を始めるという形になる。したがつて、
各モジユールは空チヤンネルを探す方法と、通信
前に使用周波数チヤンネルを可変にできる構成を
必要とする。

＜発明の目的＞ 本発明は、通信を行なおうとする２つのモジユ
ールが確実に空チヤンネルを争奪できるようにす
る方式を提供するものである。すなわち、発呼モ
ジユールは、使用周波数帯域上をサーチするキヤ
リア検出回路で空チヤンネルを探すと、そのチヤ
ンネル情報を含んだ発呼パケツトを被呼モジユー
ルに送出し、それを受信した被呼モジユールは、
自分のキヤリア検出回路でそのチヤンネルが本当
に空であるのを確認すれば直ちにアクノリツジパ
ケツトを返送し、かつまたこの２つのパケツト間
に他のモジユールのパケツトが割り込むことがな
いようにして、確実にチヤンネルの争奪を行なう
ものである。

＜実施例＞ 以下、図面に従つて本発明の実施例の詳細な説
明を行なう。

第４図はネツトワークに各モジユールの接続さ
れた形態、第５図はそのモジユールのインタフエ
ース部の構成例を示す。

第４図の１０はネツトワークを構成する伝送路
でバスと呼び、例えば１本の同軸ケーブルより成
る。１１〜１４はそのバスに接続されるモジユー
ルで、１つのモジユールは機器１５とバスへのイ
ンタフエイス１６より成る。

第５図はインタフエイス１６の詳細な構成を示
し、大きくはベースバンド部２０，ブロードバン
ド部２１，及び制御部２２より成り、復調出力線
３６と変調入力線３７により機器１５が接続され
る。この機器１５との接続形式は一義的でなく、
機器によつて異なり、またインタフエイス部も若
干異なつてくる。ベースバンド部２０はベースバ
ンド制御部２３，送信部２４，受信部２５より成
り、制御部２２とはデータ伝送線（複数本）３
０，送信開始線３１，送信完了線３２，受信完了
線３３を介して接続される。ブロードバンド部２
１はキヤリア検出部２６，復調部２７，変調部２
８より成り、キヤリア検出出力が線３５を通して
制御部２２へ入力されると同時に、制御線（複数
本）３４の信号でブロードバンド部２１全体が制
御される。

まず、ベースバンドのプロトコル概要を説明す
る。

ベースバンドの回線争奪方法は、CSMA／CD
型である。すなわち、送信しようとするモジユー
ルはバスがアイドルであるか（バス上に他のモジ
ユールの送信信号がない）を確認してからバス上
に信号を送出し、さらに送出した信号に異常がな
いか（他のモジユールの送信信号と衝突していな
いか）どうかを絶えず受信しながら確認する。も
し異常があれば自らの送信を停止し、ある可変時
間後に再送信を試みるというものである。又、あ
らかじめバスがビジーである（バス上に他のモジ
ユールの送信信号がある）場合は、バスがアイド
ルになる（その送信が完了する）まで待つて、一
定時間後に自らの送信を開始する。

第６図に２つの信号パケツトがつづいて送信さ
れる場合のタイミングを示す。

同図で４０はあるモジユールの信号パケツト、
４１はT₂期間に送信を開始しようとした別のモ
ジユールの信号パケツトである。ここで、少なく
とも前パケツト４０が終了してから、T₁期間後
でないと次パケツト４１は送出できないことを示
す。さらにT₁期間後であつても、モジユールの
種類，信号の種類により、αT₀（α０の整数）
後で初めてパケツト４１は送出できる。

もし、T₂期間内に２ケ以上のモジユールが送
信を開始しようとしたとすれば、それらのパケツ
トはt₀時刻後にほぼ同時に送信を始めようとする
ので、その時両パケツトのαがいくらであるかが
問題となる。もし、αが異なつていると、小さい
αを持つパケツトが先に送出されるので、大きい
αを持つパケツトは再び送信を待たなければなら
ない。αが同一である時に衝突が生じる。すなわ
ちαは、パケツトのバス争奪の優先度を決める要
素となり、αが小さい程優先度が高いということ
になる。T₁はパケツトの分離を完全にするため
に設ける期間である。

上記の細かいタイミングやプロトコルは、第５
図でいうベースバンド制御部２３がすべて管理し
ているため、制御部２２は直接関与することがで
きず、制御線３０〜３３でもつて知るだけであ
る。データ伝送線３０は、送信時制御部２２より
ベースバンド制御部２３へ送信データを送つた
り、受信時逆に受信データを受け取つたりする線
である。送信開始線３１はベースバンド部２０へ
送信のスタートをかける制御線，送信完了線３２
は正常に送信が完了したことを示す制御線，受信
完了線３３は自分宛のデータを正常に受信し完了
したことを示す制御線である。

第７図はモジユール１１がモジユール１２に、
少し遅れてモジユール１３がモジユール１４に送
信した時のバス上のタイムチヤートと、各モジユ
ールの制御線３１〜３３の動作を示す。

４２はモジユール１１からモジユール１２への
送信パケツト，４３はモジユール１３からモジユ
ール１４への送信パケツトである。時刻t₄にモジ
ユール１１の制御部２２が送信を開始しようとし
て送信開始信号３１（制御線と同じ符号を使用、
以下他も同じ）を出すと、そのベースバンド制御
部２３はバスがアイドルであるのですぐ送信パケ
ツト４２を出力できる。時刻t₅にモジユール１３
の制御部２２がモジユール１４へ送信を行なおう
として送信開始信号３１を出すが、モジユール１
３のベースバンド制御部２３はバスがビジーであ
るので送信を待つ。

時刻t₆にパケツト４２が完了すると、モジユー
ル１１のベースバンド制御部２３は送信完了信号
３２を出し、モジユール１２のベースバンド制御
部２３は受信完了信号３３を出す。t₆よりT₁＋
αT₀だけ遅れた時刻t₇になつて、t₅で発生したモ
ジユール１３の送信要求はパケツト４３となつて
モジユール１４へ送信され、t₈でモジユール１３
では送信完了信号が３２が、モジユール１４では
受信完了信号３がでる。

ここで注目すべきことは、モジユール１３の送
信パケツト４３のタイミングである。モジユール
１１のようにバスがアイドルで衝突もなく、すぐ
送信パケツト４２が出れば、送信開始信号３１と
送信完了信号３２の時間幅は自分の出す送信パケ
ツト４２の時間幅からすぐわかるが、モジユール
１３のようにバスがアイドルでなかつたり、衝突
したりして送信パケツト４３が遅れて出ると、当
然送信完了も遅れその時間は制御部２２からみて
予測することはできない。いいかえれば、自分が
送信開始信号３１を出しても、その間に他のモジ
ユールのパケツトがどれだけバス上に現われたか
は、制御部２２からみて全くわからないというこ
とである。

次にブロードバンドチヤンネルの使用法を説明
する。

ブローバンドチヤンネルで扱う信号は原則とし
て何でもいいわけで、ベースバンドで扱う以外の
データ信号、音声，映像等のアナログ信号、RF
信号等が考えられ、各信号は１つの周波数チヤン
ネルを通信中はずつと占有するという形が最も単
純である。同時に、通信を行なうモジユールが増
えれば、新しい空チヤンネルを探して通信すると
いうのが、最もフレキシブルでかつ周波数の有効
利用が計れることになる。そのかわり、各モジユ
ールは任意の周波数チヤンネルで通信できるよう
な構成になつており、常に通信に先立つて、使用
チヤンネルを決定しなければならない。

本発明は、ブロードバンド伝送をしようとする
２つのモジユールのチヤンネル争奪を、前述のベ
ースバンド制御プロトコルで確実に行なうもので
ある。

第１図が本方式を説明するタイムチヤートであ
る。モジユール１１がモジユール１２に対してチ
ヤンネルｎを使つて通信を行なう場合を示す。

時刻t₉にモジユール１１が空チヤンネルを探
し、チヤンネルｎ上にキヤリアがないことを確認
する。それを認識した制御部２２は、その直後
t₁₀において、送信開始信号１３をベースバンド
制御部２３へ出力する。その時、ベースバンドバ
ス上にキヤリアがなければ、チヤンネルｎの情報
を含んだ通信要求パケツト４４をモジユール１２
に対して送出する。時刻t₁₁において、モジユー
ル１１の制御線には送信完了信号３２が出、モジ
ユール１２の制御線には受信完了信号３３が出て
制御部２２へ知らせる。モジユール１２の制御部
２２は、そのパケツト４４がチヤンネルｎを使う
通信要求パケツトであることを知り、時刻t₁₂に
おいてチヤンネルｎキヤリアなしを確認し、時刻
t₁₃においてモジユール１１へのアクノリツジ
（ACK）パケツト４５を送出する。

ここで、t₁₃−t₁₁＝T₁，α＝０とすることによ
り、このアクノリツジパケツト４５は必ずt₁₃の
タイミングで出ることを保証する。すなわち、他
のパケツトはすべてα１とすることにより、
t₁₃のタイミングでは絶対衝突が生じないように
決めておく。そして、モジユール１２はほぼt₁₃
のタイミングで、チヤンネルｎに周波数分割多重
（以下単にFDMと略記する）キヤリア５０を送出
する。チヤンネルｎ上にキヤリアが出てしまえ
ば、他のモジユールはこのキヤリアがなくならな
い限り、このチヤンネルに割り込むことはあり得
ないので、モジユール１１，１２は占有して、こ
のチヤンネルｎを使えることになる。

もし、時刻t₁₂にモジユール１２がチヤンネル
ｎを調べた時、キヤリアがあれば時刻t₁₃でアク
ノリツジ（ACK）パケツト４５を返送しない。
この時、ノンアクノリツジ（NAK）パケツト
（後述、第２図４９）を返送し、モジユール１１
はチヤンネルｎを使つて通信できないことを知
る。

なお、被呼モジユール１２自身がビジイー状態
であれば、キヤリアのある・なしに関わらず、ノ
ンアクノリツジ（NAK）パケツトを返送するこ
とはもちろんである。上記は被呼モジユール１２
自身がアイドルであつて、かつ時刻t₁₂でチヤン
ネルｎを調べた時キヤリアがある場合である。

それではなぜ、時刻t₉にキヤリアのなかつたチ
ヤンネルｎに、時刻t₁₂になつてキヤリアが出現
したかということであるが、その場合を第２図に
示す。

第２図は、モジユール１１がモジユール１２
へ、モジユール１３がモジユール１４へチヤンネ
ルｎを使つてほぼ同時に通信を始めようとした場
合で、モジユール１３が時刻t₁₅で、モジユール
１１が時刻t₉でチヤンネルｎを調べていずれもキ
ヤリアなしと判断し、モジユール１１，１３がほ
ぼ同時に送信関始信号３１を出した時である。ベ
ースバンド上でモジユール１３の出す通信要求パ
ケツト４６が優先されたとすると、第１図と同様
のシーケンスでモジユール１３，１４は時刻t₁₈
でチヤンネルｎを争奪し、モジユール１２がチヤ
ンネルｎを調べる時刻t₁₂にはすでにキヤリア５
０が出現している。

すなわち、第１図のパケツト４４と４５の間に
他のパケツトが割り込むことはないが、第２図に
図示のように、時刻t₉のチヤンネルｎのキヤリア
なし判断とパケツト４４の間に、他のパケツトが
割り込んでチヤンネルｎを使われてしまう可能性
があるので、時刻t₁₂で再びチヤンネルｎのキヤ
リアのチエツクが必要となる。

逆に時刻t₁₂でのチエツクさえあれば、時刻t₉で
のチエツクは不必要にみえるが、モジユール１２
が通信要求パケツト４４を受けて（時刻t₁₁）か
ら、そのパケツトを解釈してアクノリツジ
（ACK）パケツト４５又はノンアクノリツジ
（NAK）パケツト４９を出す（時刻t₁₃）までの
時刻はT₁で、これは単にパケツトを区別するた
めの時間であるから、あまり大きくすることはベ
ースバンド利用効率を下げることになり望ましく
なく、時刻t₁₂でのキヤリア検出は短時間に行な
う必要がある。したがつて、この間に空チヤンネ
ルを探して（周波数をスキヤンしていくのでチヤ
ンネルが増えると時間がかかる）キヤリア検出を
して使用チヤンネルを決定することは困難である
ので、あらかじめ決められた１チヤンネルのキヤ
リア有無のチエツクにとどめるためである。

第３図はモジユール１１がモジユール１２に通
信要求を出して、モジユール１２がチヤンネルｎ
にキヤリアを出す例を示しているが、これではモ
ジユール１２から１１への単方向通信しかできな
い。電話等の双方向の通話を考えると、通話路は
１チヤンネルだけではなくて２チヤンネル必要
で、その場合のチヤンネル争奪方法を第３図に示
す。

チヤンネルｎとは、チヤンネルn_Lとチヤンネル
n_Uのペアで必ず使用するものと規定する。単方向
通信の時はどちらかだけを使用し、もう一方のチ
ヤンネルは実際は空いているが、他のモジユール
がそれを使用することは許されない。したがつ
て、キヤリア有無の検出は単方向通信でも使用さ
れる方のチヤンネル上で行ない（第３図ではn_L）、
モジユール１２は時刻t₁₂でチヤンネルn_Lのキヤ
リア無を検出して、時刻t₁₃でアクノリツジ
（ACK）パケツト４５を出すと同時に、n_L上にキ
ヤリア５０を出す。アクノリツジ（ACK）パケ
ツト４５を受信したモジユール１１は時刻t₁₄で、
自らのキヤリアをチヤンネルn_U上に５１として送
出する。他のモジユールはそれ以後、チヤンネル
n_L上のキヤリアをみて、このチヤンネルn_L，n_Uは
使用できないことを知る。モジユール１１から１
２への送信は、チヤンネルn_U上のキヤリア５１を
使つて、モジユール１２から１１への送信は、チ
ヤンネルn_L上のキヤリア５０を使つて行なわれ
る。

＜発明の効果＞ 以上のように本発明は、ベースバンド制御信号
とブロードバンド各種信号を扱うネツトワークに
おいて、ベースバンドでブロードバンドチヤンネ
ル争奪の制御を確実に行なうものであり、ブロー
ドバンド信号に一切特殊なプロトコルを持たせる
ことなく、かつ周波数チヤンネルの有効利用ので
きる方式を提供し、音声，音楽，映像，RF信号
等を１つのバスに載せて伝送するのに非常に有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すチヤンネル争
奪時のタイミング図、第２図は第１図と異なる状
況下におけるチヤンネル争奪時のタイミング図、
第３図は双方向通信におけるチヤンネル争奪時の
タイミング図、第４図はネツトワークの形態例を
示すシステム図、第５図は第４図のインタフエイ
ス部の詳細例を示すブロツク図、第６図はベース
バンドパケツトの基本的送受例を示すタイミング
図、第７図は同制御の具体例を示すタイミング図
である。 １０……ネツトワークバス、１１〜１４……モ
ジユール、１５……機器、１６……インタフエイ
ス、２０……ベースバンド部、２１……ブロード
バンド部、２２……制御部、２６……キヤリア検
出部、３１……送信開始信号（線）、３２……送
信完了信号（線）、３３……受信完了信号（線）、
４４，４６……通信要求パケツト、４５，４７…
…アクノリツジ（ACK）パケツト、４９……ノ
ンアクノリツジ（NAK）パケツト、５０，５１
……ブロードバンドキヤリア。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ベースバンドを含む周波数分割多重伝送にあ
   つて、ブロードバンド周波数チヤンネルの占有，
   開放をベースバンドのパケツトにより制御するネ
   ツトワークにおいて、 送信局はキヤリア検出用受信周波数を可変させ
   て空チヤンネルを探し出し、該探し出したチヤン
   ネル情報を含めて通信要求パケツトを送出し、 受信局は前記通信要求パケツトを受信すると、
   自らにおいて、前記パケツト内情報に指定の１チ
   ヤンネルが空であるか否かを再検出し、該再検出
   結果に基づき、他のパケツトに優先して、前記送
   信局にアクノリツジ（ACK）パケツト又はノン
   アクノリツジ（NAK）パケツトを返送し、上記
   指定の１チヤンネルの再検出は、前記通信要求パ
   ケツト受信と前記アクノリツジ（ACK）パケツ
   ト又はノンアクノリツジ（NAK）パケツト返送
   の限られた期間内に行なう ことを特徴とするブロードバンドチヤンネル争奪
   方式。