JPH1188U - 排他的アクセスを獲得可能にするプロトコル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排他的アクセスを獲得可能にする。 【解決手段】 通信回線があいていることを決定するた
めに、少なくともメツセージユニットの期間において通
信回線を監視し、もし通信回線があいていたら、有効メ
ツセージとは異なり且つ回線のアクセスを求める送信装
置に一意的であるバイナリ信号により、所定期間通信回
線を主張し、通信回線上のバイナリ信号の不在を決定す
るために、上記工程の監視期間よりも短い第２の所定期
間の間、通信回線を監視し、もしバイナリ信号が不在で
あるならば、送信装置が、通信回線への排他的アクセス
をその時点で獲得することができることを認める。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、多数の送信機が共通送信チャネルを共有する通信システムに関し、 そして特に、共通データ・バスにおいて送信機により使用される衝突のない通信 プロトコル（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】

共通送信チャネルに為いて、１つ以上の受信機と通信する多数の送信機を有す ることが望ましい状況が多数ある。１つの例をあげると、病院において、個々の 患者についての情報を中央看護婦局に送信する多数の遠隔に位置するセンサーを 有することが望ましい。そのような配置は、単独の看護婦が多数の患者の健康状 態を同時に有効に監視することを可能にする。看護婦は、中央局から、患者の健 康状態についての定期情報を受信しそして検討することができるし、あるいは危 機状態における情報を即時に受信する位置にいることもできる。そのようなシス テムは、看護婦が患者の間を間断なく移動する必要性を減少させるが、多分、緊 急事態が発生するとき、一時的にアクセス不能になる。

【０００３】 上記の病院システムのようなシステムは、各遠隔センサーを専用通信回線で専 用受信機に結合することにより構成することができる。しかし、複雑性、柔軟性 、及び費用の理由で、総てのセンサー情報を共通データ回線で１つの受信機に送 信することにより、システムを構成することが望ましい。しかし、共通回線の使 用は、一度に、１つのセンサーのみが通信回線によって情報を送信することを保 証することを必要とする。そうでなげれば、データ送信は、もつれ合いかつ歪曲 される。この間題に対する共通の解法は、シーケンシャルな順序で送信局をポー リング（ｐｏｌｌｉｎｇ）又は間い合わせする中央制御局を使用することである 。この解法は、それ自身の非所望の見地を与える。第１に、ポーリング局は、送 信機が送信するデータがあるか否かに拘わらず絶えずアクティブである。第２に 、緊急メッセージを有する送信機は、通信回線があいていても、送信を開始する ことができない。それは、ポーリングされる順番を待たなければならない。第３ に、配置は、信頼性の間題を与える。ポーリング局がポーリングを失敗するか、 又はそうでなければ正しくポーリングすることができないならば、全システムは ディスエーブルされる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、ポーリングなしにメッセージ・オーバーラップを防止するシステム に向けられる。代わりに、本考案のシステムは、回線が、送信の前にあいている ことを保証するために、各送信機に要求条件を課する。メッセージ・オーバーラ ップが除かれるならば防止されなげればならない状況は、２つの送信機による送 信の同時開始であり、この場合各々の送信機は、回線があいていることを確認す るだけである。この状況は、メッセージの送信の前に、送信機によって従わされ るプロトコル（ｐｒｏｔｏｃｏｌ）の使用により、本考案の原理によって解決さ れる。プロトコルの下で、送信機は、最初に、通信回線があいていることを決定 するために、所定期間通信回線の状態を検知する。通信回線は、検出された状態 が有効データ送信と一意的に異なるならば、あいている。通信回線があいている ことを決定されたならば、次に、送信機は、通信回線において所定状態を主張す る。送信の最後に、送信機は、別の期間の間通信回線の状態を検知する。他の送 信機がこの期間中に感知されないならば、該送信機は、自由にメッセージを送信 する。このプロトコルの使用は、１つの送信機のみが、いかなるときにも通信回 線において排他的制御を獲得することを保証する。

【０００５】

【実施例】

最初に、図１を参照すると、本考案の環境がブロック図の形式で示される。図 １において、装置＃０、装置＃１、装置＃２として示された多数の通信装置が、 共通通信回線バス１０に結合されている。通信装置は、バス１０で通信のために 非同期に動作される。各装置とバスの間の二重矢印の緒合は、装置が、バスでの 送信と、バスに保持された情報の聴話又は読み出しの両方が可能なトランシーバ ーであることを示す。バスに結合された装置は、バスにある情報を読み出すこと ができるが、バスでデータを送信することを意図された装置はまた、バスの状態 を感知又は読み出すことができなければならない。

【０００６】 図２を参照すると、本考案のさらに詳細な好ましい実施態様が示される。バス １０は、２つの送信回線１１と１２を具備する。バス１０は、差動的に動作され 、そして各装置は、３状態差動回線ドライバーＤと差動入力回線受信機Ｒを含む 差動バス・トランシーバーによって、バスにインターフェースされる。これらの 差動バス・トランシーバーは、テキサツ インストルメンツ社（ダラス、テキサ ス州）から、タイプＳＮ７５１７６インターフェース回路として市販されている 、差動バス配置において、バスの情報内容を指示するのは、２つの送信回線の相 対極性である。例えば、回線１２が、十３ボルトのポテンシャルにあり、かつ回 線１１が、−３ボルトのポテンシャルにあるならば、差動受信機Ｒは、回線にお いて「高」信号を感知し、装置により「１」又は「マーク」ビットとして解釈さ れる。回線１２がゼロ・ボルトのポテンシャルにあり、かつ回線１１が十５ボル トのポテンシャルにあるならば、２つの差は、負の符号（０マイナス５）を有し 、そして受信機Ｒは、「低」回線信号を感知し、採択された規約により、「０」 又は「スペース」ビットとして解釈する。好ましい実施態様において、送信回線 １１と１２は、ゼロおよび５ボルトに切り替えられ、そしてバスは、マーク状態 又はスペース状態のいづれかとして感知される。

【０００７】 受信機Ｒは、マーク状態とスペース状態の２つのバイナリ条件を感知すること ができることを必要とするのみである。マーク状態が、トランシーバーによって 解釈された時「高」信号であるならば、スペース状態は、「低」信号であり、そ れらを逆とすることもできる。しかし、図２の好ましい実施態様における回線ド ライバーＤは、バス１０に３つの状態を提出することができる。即ち、マーク状 態、スペース状態、及び高インピーダンス状態である。後者の高インピーダンス 状態は、装置がバスに惰報を送信していないときを示す。それは、ある時刻に唯 一の送信機がデータを送信するための予めの承認なしに、局が送信を行うことが できるようなシステムにおいて絶対に必要である。送信が継続する間、バスにお ける他の装置の回線ドライバーは、高インピーダンス状態をバスに対して示さな ければならない。図２の実施態様において、回線ドライバーＤは、ドライバー・ イネーブル回線ＤＥによって制御される。ＤＥ回線が高であるとき、ドライバー は、バスにおいて差動マーク又はスペース状態を主張している。ＤＥ回線が低で あるとき、高インピーダンス状態が、バスに対して示される。

【０００８】 図２の実施態様において、装置＃０と＃２は、装置が、それぞれのインターフ ェース回路のドライバーＤと受信機Ｒの両方に結合されるために、トランシーバ ー又は送信機として結合される。装置＃１は、インターフェース回路の受信機に 結合されているために、データを送信しない。装置は、受信イネーブル回線ＲＥ を通して受信機を制御することができるし、あるいはＲＥ回線は、装置に対して 内部的に遂行される受信データの受容または拒絶と共に、データを連続的に受信 するために低に維持することができる。

【０００９】 図２は、中央局２０に結合されたバス１０を示し、中央局は、バスにおける装 置の総てと通信する。装置と同様に、中央局２０は、それ自身のバス・トランシ ーバーにより、回線で通信する。バスはまた、抵抗器２２と２４によって終端さ れることが見られ、バスがあいているとき、通信回線において所定状態を確立す る。

【００１０】 図３は、図２におげるバスで送信された文字のシリアル・データ・フォーマッ トを示す。データ文字は、長さが１０ビットであり、スペース・ビット０で始ま り、そしてマーク・ビット１で終了する。マーク・ビットとスペース・ビットの 間に、マーク又はスペース・ビットのいづれかである８ビットのデータがある。 本考案の原理により、衝突のない通信プロトコルが提供され、多重の装置が、 互いの干渉なしに、バスで送信を可能にされる。衝突のない通信は、網における オーバーヘッドを減少し、かつエラー制御の負坦を低減させるために、望ましい 。プロトコルは、メッセージを送信することを望む任意の装置にデータ・バスで 排他的制御を獲得する手段を可能にする。好ましい実施態様のプロトコルを図４ に示す。

【００１１】 バスによってメッセージを送信するために、装置は、次の手順を呼び出す。最 初に、装置は、バスにおいて文宇送信の不在を示す回線条件に対して、受信機Ｒ を通してバスを聴話する、これは、図４において、間隔＃０として示され、Ｃビ ットの持続時間を有する。バスにおける文字送信の不在の決定は、文字フォーマ ットによる。図３の例において、文字は、１０ビットの文字ビット長内にスペー ス・ビットとマーク・ビットを含むことが見られる。このため、間隔＃０が１０ ビットの長さであり、かっ送信を望む装置が、この時間中スペース・ビットを感 知しないならば、装置は、進行する文字送信がないことを結論する。即ち、バス はあいている。間隔＃０中、装置は、図４の陰影棒によって示されたように高イ ンピーダンス状態が他の装置の総てによってバスに示されたとき、条件が確立さ れたことを判断する。装置が、間隔＃０中バスにおいてスペース・ビットを感知 するならば、それは、間隔を再開始する。

【００１２】 図２の好ましい実施態様において、末端抵抗器２２と２４は、総てのドライバ ーが高インピーダンス状態をバスに示す時間中、バスにおいてマーク状態の条件 を確立する。これらの条件中、そして図３の文字フォーマットにより、あいてい るバスは、マーク状態の連続ビットＣによって決定され、この場合Ｃは１０に等 しい。本質において、装置は、文字の初期スペース・ビットの不在を聴話する。

【００１３】 好ましい実施態様の受信機Ｒは、バスのマーク及びスペース状態を感知するこ とができることを必要とするのみである。受信機が、通信回線における他の局の 総てによって示された高インピーダンス状態の存在を感知することは必要ではな い。この軽減された要求条件は、上記のように、好ましい実施態様において、比 較的簡単な市販用のトランシーバーの使用を許容する。３つのバス状態の総てを 区別することができる受信機が使用されるならば、高インピーダンス条件を確立 する末端が使用され、そして文字送信のマーク又はスペース・ビットのいづれか が、バスがあいていないことを示すために感知される。

【００１４】 送信を望む装置が、間隔＃０の最後においてバスがあいていることを見いだす ならば、装置は、次の２つの間隔の間に、高インピーダンス条件からスペース条 件にドライバーを切り替える。これは、図４において、間隔＃１と間隔＃２とし て示され、この場合Ｃビットは文字長であり、そして「ａ」ビットは、一意的装 置識別子ビット・シーケンスである。スペース状態は、バスの高インピーダンス 条件に優先し、そしてまた、存在するならば、末端抵抗器によって確立されたマ ーク状態に優先する。間隔＃１のスペース条件のＣビットは、この例において１ ０ビット長を有し、図３の文字フォーマットが使用されるとき、無効文字を明確 に示す。こうして、文字情報をバスにおいて聴話する受信機は、第１０番目のマ ーク・ビットの不在により、無効文字として間隔＃１送信を識別する。

【００１５】 好ましい実施態様において、間隔＃１に、スペース条件の「ａ」ビットの後続 の間隔＃２が続く。これは、メッセージのソースを識別し、そしてまた、バス・ アクセスを競合する装置の中の優先度を確立するアドレス送信である。アドレス 「ａ」は、装置を一意的に識別し、そして０乃至最小（Ｎ−１）のビット長を有 し、この場合Ｎは、バスにおける送信装置の数である。図２の３装置の例におい て、０、１又は２に等しいビット長「ａ」は、３つの装置の各々を一意的に識別 する。

【００１６】 間隔＃２の後、ドライバーは、スペース条件から高インピーダンス条件に切り 替えられ、そしてバスの状態が感知される。バスが、マーク状態（即ち、他の送 信機の総ては高インピーダンス状態にある）であるとして感知されるならば、装 置は、バスの排他的制御を有し、そしてデータ文字の連続送信を開始する、デー タ送信の最後に、ドライバーは、高インピーダンス条件に再び切り替わる。

【００１７】 しかし、スペース条件が、間隔＃２の後に感知されるならば、バスはあいてお らず、そして装置はプロトコルを再開しなければならない。これは、例えば、２ つの装置が、バスを同時にアクセスしようとし、そして同時にプロトコルを開始 するとき発生する。いづれの装置も、より短いアドレス「ａ」を有する装置が間 隔＃２を終了し、かつバスの状態を感知するまで、他方の意図を気付かない。そ の時点において、それは、より長いアドレス「ａ」を有する装置によってバスに おいて主張されたスペース・ビットを感知し、そして短いアドレスを有する装置 はプロトコルを再開する。このようにして、多数の競合する装置は、長いアドレ スを有する装置が競合に置かれ、そしてバスヘの排他的アクセスを獲得するまで 、プロトコルを連続的に再開する。こうして、同時競合状況において、最長のア ドレスを有する装置が優位となり、そしてこのため、最高優先度を有する。これ によりアドレスの割り当ては、システムに優先順位を付ける。

【００１８】 図４において、間隔＃２の後の感知期間は１ビットの長さであることが見られ る。感知期間がＣビット以上であるならば、バスにおける別の装置が、自身の間 隔＃０中、アドレス・バス条件として期間を識別することが認識される。従って 、感知期間は、Ｃビットよりも小さな持続時間を有さなければならない。１ビッ ト持続時間は最短プロトコル長を確立するために最適である。しかし、バスに沿 った伝搬遅延が、重要な考慮であるならば、感知期間は、シリアル通信システム のボーレートに機能的に関連する網の伝搬遅延よりも大きくセットされなければ ならない。

【００１９】 本考案のプロトコルのさらに利点は、受信装置が、プロトコルを復号又は弁別 するための特殊な論理を必要としないということである。多数の伝統的な非同期 受信機は、Ｃビット長以上のスペース・ビットを無効文字として拒否する。図４ のプロトコルにおいて、プロトコルがバスをアクティブに主張する時間、間隔＃ １と＃２は、スペース・ビットのそのようなシーケンスからなる。こうして、バ スにおける非同期受信機は、プロトコルを単に無効送信として検出し、そしてそ れを拒絶する。有効データの受信は、装置がバスの排他的制御を獲得したとき、 文字が間隔＃４の開始において送信されるまで、発生しない。

【００２０】 バスに対する要求が高であるとき発生する連続メッセージの時間中、間隔＃０ は、２つの目的に役立つことが見られる。一方において、それは、プロトコルに おける第１手順である。他方、それは、メッセージ・フレーム間隔として役立つ 。連続文字のメッセージが終了するとき、受信装置は、一般に、装置がバスを主 張しないときメッセージに続くマーク状態の１０ビットを感知することによって 、メッセージが終了したことを知る。こうして、メッセージの最後におけるマー クの１０ビットは、受信装置にメッセージが終了したことを通知するために役立 つ。そしてマーク・ビットはまた、バスで送信するために待機した装置に対して 、間隔＃０として役立つ。

【００２１】 本考案の通信システムは、中央受信局に結合された自動血圧モニターの網におい て都合良く使用された。モニターは、自動的に血圧示度を取り、そして数時間に １回から１秒に数回の範囲の間隔において、医療情報を送信する。好ましい実施 態様のプロトコルを使用して、モニターは、干渉なしに共通回線においてデータ を非同期に送信する。非同期動作はまた、モニターが自動的に動作されず患者を 回診する看護婦によって周期的に作動されたならば発生する。本考案のプロトコ ルは、病院環境における非常に現実酌な問題を解決し、この場合１つの装置によ る長い送信の後、幾つかの待機装置は、バスの制御を取ることを同時に試行する 。プロトコルは、中央局からの介入なしに衝突を回避する。

【００２２】 好ましい実施態様は差動バスを使用するが、本考案は、単端回線システムに等 しく適用される。そのようなシステムにおいて、回線に結合された複数の送信機 の１つに対して、３状態論理又は開放コレクタ回線ドライバの使用によるような 、回繰の排他的制御を有する準備が行われる。

【００２３】 本考案の主なる特徴及び態様は以下のとおりである。

【００２４】 １．共通通信回線でメッセージを送信することができる複数の送信装置を使用 する通信網において、中央の回線アクセス制御装置から独立の該回線への排他的 アクセスを送信装置に獲得可能にするプロトコルであって、 ａ）通信回線があいていることを決定するために通信回線を監視し、もしも通 信回線があいているのならば、 ｂ）有効メッセージとは異なりそして回線のあきを求める送信装置に一意的で あるバイナリ信号により、所定期間通信回線を主張し、そして次に、 ｃ）通信回線上のバイナリ信号の不在を決定するために、第２の所定期間通信 回線を監視し、もしもバイナリ信号が不在であるならば、 ｄ）送信装置が、通信回線への排他的アクセスをその時点で獲得することがで きたことを認識する段階からなるプロトコル。

【００２５】 ２．有効メッセージは、１つ以上のメッセージ・ユニットからなり、そしてこ の場合段階ａ）は、メッセージ・ユニットを識別するバイナリ情報の不在を決定 するために、メッセージ・ユニット間隔について通信回線を監視することからな る上記１に記載の配置。

【００２６】 ３．段階ｂ）の該所定期間は、メッセージ・ユニット間隔に少なくとも等しい 第１間隔と、送信装置を一意的に識別する第２間隔とを含む上記２に記載の配置 。

【００２７】 ４．該第２所定期間は、該メッセージ・ユニット間隔よりも小さい上記３に記 載の配置。

【００２８】 ５．段階ｄ）は、通信回線でメッセージを送信することからなる上記４に記載 の配置。

【００２９】 ６．共通バスに相互連結された複数の独立の局を使用する通信システムにおい て、該局の各々は送信及び受信手段を含みそして別個のアドレス・コードを有し 、無競合分散制御のためのプロトコルは、 ａ）各ユニットは、送信に使用される必要がないならば、バスを主張しない条 件を維持し； ｂ）所与のユニットによる送信が必要とされるとき、 ｉ）該バスが無活動となるまで、少なくとも第１所定時間、送信を差し控え、 そして次に、 ｉｉ）該所与のユニットのアドレス・コードに関連した時間の間、データを送 信し、 ｉｉｉ）次に、他の局からのデータの存在に関して、第２所定時間、該バスを 監視し、 ｉｖ）データが該第２所定時間中に検出されないならば、送信が完了するまで 、必要に応じかつ中断なしに、送信を続行する； 段階とからなるプロトコル。

【００３０】 ７．該第１所定時間は、該共通バス上に通信されるデータのフォーマットに関 連するものである上記６に記載の配置。

【００３１】 ８．該第２所定時間は、該第１所定時間よりも短い持続時間である上記７に記 載の配置。

【００３２】 ９．複数の送信装置が共通通信回線に結合された通信網において、プロトコル によって、中央回線コントローラによる介入なしに、所与の装置が送信のための 回線の排他的使用を確立することができ、該プロトコルは、 ａ）通信回線が無活動であることを確証するために、間隔Ｃの間、回線を監視 し； ｂ）間隔（Ｃ＋Ａ）の間、通信回線を主張し、この場合Ａは、該所与の装置に 一意的である； ｃ）他の装置が通信回線を主張していないことを確証するために、Ｃよりも小 さな間隔の間、回線を監視し；もしも、他の装置が通信回線を主張していないこ とを確証した場合には； ｄ）該所与装置が、回線における他の送信装置から排他的に通信回線を使用す ることを確立する； 段階からなるプロトコル。

【００３３】 １０．間隔Ｃは、メッセージ・ユニットの持続時間に関連する上記９に記載の 配置。

【００３４】 １１．間隔Ａは、ゼロあるいはそれ以上である上記１０に記載の配置。

【００３５】 １２．Ａが、ゼロ乃至最小（Ｎ−１）の範囲の数であり、この場合Ｎは、通信 回線に結合された送信装置の数である上記１１に記載の配置。

【００３６】 １３．段階ｄ）は、通信回線にて連続的にメッセージを送信することからなる 上記１１に記載の配置。

【００３７】 １４．段階ｂ）は、間隔（Ｃ＋Ａ）の間の無活動条件として、他の装置によっ て認識されない通信回線における条件を確立することからなる上記１３に記載の 配置。

【図面の簡単な説明】

【図１】共通バスに結合された多数の通信装置をブロッ
ク形式において示す図。

【図２】図２は、多数の通信装置と共通バスの間のイン
ターフェースを配線図形式において示す図。

【図３】図３は、本考案の好ましい実施態様の文字デー
タ・パターンを示す図。

【図４】図４は、本考案の好ましい実施態様の通信プロ
トコルを示す図。

【符号の説明】

１０ 共通通信回路バス １１，１２ 通信回路 ２０ 中央局 ２２，２４ 抵抗器

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年５月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 共通通信回線でメツセージを送信するこ
   とができる複数の送信装置を使用し、上記メツセージが
   所定期間の１つ又は複数のメツセージユニットを有する
   通信網において、中央の回線アクセス制御装置から独立
   の該回線への排他的アクセスを送信装置に獲得可能にす
   るプロトコルにおいて、 （ａ）通信回線があいていることを決定するために、少
   なくともメツセージユニットの期間において通信回線を
   監視し、もし通信回線があいていたら、 （ｂ）有効メツセージとは異なり且つ回線のアクセスを
   求める送信装置に一意的であるバイナリ信号により、所
   定期間通信回線を主張し、 （ｃ）通信回線上のバイナリ信号の不在を決定するため
   に、上記工程（ａ）の監視期間よりも短い第２の所定期
   間の間、通信回線を監視し、もしバイナリ信号が不在で
   あるならば、 （ｄ）送信装置が、通信回線への排他的アクセスをその
   時点で獲得することができることを認める工程を含むこ
   とを特徴とするプロトコル。