JP4127591B2 - ループ型データ伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道用制御系などのように伝送路が長く伝送遅れ要素を含む伝送路のデータ伝送に適したループ型データ伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信技術の発達により、種々のデータ伝送ネットワークシステムが開発されている。従来、このようなシステムの中には、鉄道の列車を制御するセンタ（制御所）と複数の駅をループ状に接続したループ型データ伝送システムがあり、図８はこれを説明するための図である。
【０００３】
一次局を構成するセンタ伝送装置５１と、各駅（１）〜（４）に設置される二次局を構成する伝送装置５２が伝送路５３を介してループ型ネットワークとなっている。センタ伝送装置５１には、複数の計算機＃１、＃２が接続され、又各駅の伝送装置５２にはパーソナルコンピュータ（以下パソコンと称する）５４及び駅制御装置（駅制）５５が接続されている。
【０００４】
このような列車制御用のデータ伝送システムは、伝送装置５２間の距離が数ｋｍと長いため、長距離伝送に適した比較的伝送速度が遅い（数百ビット／秒〜数１０キロビット／秒）Ｖ．３２等の規格にあったモデムが採用され、又一次局の送信許可が無い限り、二次局ではデータが送信できない１対Ｎのデータ伝送方式を採用しており、更にループのデータ伝送方式は、例えばＩＢＭ社の提案するＳＤＬＣ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｕｓ Ｄａｔｅ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ：同期データリンク制御）による方式が用いられている。
【０００５】
このＳＤＬＣ方式によるデータ伝送システムは、図９に示すような配列のデータフレームが用いられている。このデータフレームに配列されるフラグはフレーム同期検出用データ、ＤＡは宛先アドレス、制御部は伝送制御に使用する情報、情報部は応用側の情報、ＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）はフレームの誤り検出用データである。
【０００６】
このＳＤＬＣ方式の特徴は、システム内に一つの一次局と複数の二次局とがあり、二次局である各駅（１）〜（４）の伝送装置５２がデータフレームを発信できるのは、図１０に示すように、一次局のセンタ伝送装置５１から送信許可信号としてポーリング（ＰＯＬＬ）を受けたときに限り発信できることである。
【０００７】
従って、例えば駅（１）の伝送装置５２からフレームＩ１Ｃを駅（３）の伝送装置５２に送信する場合、駅（１）の伝送装置５２は、＊１［Ｉ１Ｃ：駅（１）から駅（３）に送信するデータ］に示すようなセンタ伝送装置５１からポーリングを受けたとき、送信データフレームＩ１Ｃをセンタ伝送装置５１に送信する。センタ伝送装置５１は受け取ったフレームＩ１Ｃを駅（３）の伝送装置５２宛のフレームＩＣ３［Ｉ１Ｃと同じ］に変換し、駅（３）の伝送装置５２に送信する（図示＊１）。
【０００８】
このように二次局間でデータを授受する場合、図１０に示すごとく必ず一次局を介して目的の二次局に送信することになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、以上のようなＳＤＬＣ方式を用いた場合には、次のような不都合な点が指摘されている。
【００１０】
（１）ループ状の伝送路５３に複数のフレームを存在させることができない。その結果、常に伝送路５３に空き時間Ｔｓが生ずることがある。
【００１１】
通常、１ループの距離が短く、各伝送装置に遅れが無く、かつ、フレームの伝送速度が速く、送信したフレームの後端が送信完了する前にフレームの先頭がループを一巡して戻ってくる場合には、伝送路に空き時間Ｔｓが生ずることはなく、例え若干空き時間Ｔｓが生じてもほとんど問題にならない。
【００１２】
しかし、例えば鉄道用制御系データ伝送システムのように、伝送装置に時間遅れの要素を持つネットワークシステムでは、フレームの送信完了後、そのフレームの先頭がループを一巡して戻ってくるまでに相当の時間がかかる。又、二次局のフレーム伝送は一次局側で送信許可したときのみ可能であるので、ループ状伝送路に同時に１個のフレームしか存在できない。そのため、連続してフレームを送信することができず、伝送路上の空き時間Ｔｓが長くなり、伝送効率が悪い。
【００１３】
（２）駅相互のデータ伝送方式は１：Ｎであり、Ｎ：Ｎのデータ伝送ができないことである。すなわち、駅相互間でＮ：Ｎのデータ伝送を実現するには、駅１から駅３への直接のデータ伝送を行う必要があるが、従来のデータ伝送方式は、駅１からデータフレームを一度センタ伝送装置５１に伝送し、当該センタ伝送装置５１がフレームの内容を解読して再び駅３に転送するので、いわゆる、１：Ｎの伝送にすぎない。従って、手順が複雑であり、又データ伝送にも時間がかかるといった問題がある。
【００１４】
（３）一次局が機能停止すると、システム全体の伝送が不能になることである。つまり、二次局が「一次局停止」を検出して一次局に切り替わるリカバリ機能を持つシステムも存在するが、切り替わりのタイミングや切り替わり局の優先順位等の処理がかなり複雑であることである。
【００１５】
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、Ｎ対Ｎのデータ伝送が可能で、伝送効率向上が図れ、又故障の未然防止や故障発生時の早期検出、故障部位の特定が可能となり、より信頼性の高いループ型データ伝送システムを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための、請求項１記載の発明は、複数の伝送装置が伝送路を介してループ状に接続されるループ型データ伝送システムにおいて、前記各伝送装置は、フレーム送信系と、フレーム受信系と、内部時計をそれぞれを備え、前記フレーム送信系は外部からデータ送信要求を受けた時、先頭側に宛先アドレスフィールド及び送信元アドレスフィールドを設けたフレームを作成して前記伝送路に送信するものであり、不正フレーム判定用となる時刻データを前記フレームの先頭付近に置き、前記フレーム受信系はフレーム受信時、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前に前記受信フレームの正否判定を実施し、前記フィールドの宛先アドレス及び送信元アドレスと自アドレスとを比較し、何れのアドレスも自アドレスと不一致のときには前記受信フレームを下流側装置に中継し、何れかのアドレスが前記自アドレスと一致したときには前記受信フレームを前記伝送路から除去するものであり、前記内部時計は、前記伝送フレームには自伝送装置の持つ時刻データを設定して、ループ内で隣接する伝送装置からフレームを受信した時に受信フレーム中の時刻データから自伝送装置の内部時計を補正するものであり、各伝送装置の時刻を同期させる機能を持つことを特徴とするループ型データ伝送システムである。
【００１８】
前記目的を達成するための、請求項２記載の発明は、複数の伝送装置が伝送路を介してループ状に接続されるループ型データ伝送システムにおいて、前記各伝送装置は、フレーム送信系と、フレーム受信系と、内部カウンタをそれぞれを備え、前記フレーム送信系は外部からデータ送信要求を受けた時、先頭側に宛先アドレスフィールド及び送信元アドレスフィールドを設けたフレームを作成して前記伝送路に送信するものであり、不正フレーム判定用となる時刻データを前記フレームの先頭付近に置き、前記フレーム受信系はフレーム受信時、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前に前記受信フレームの正否判定を実施し、受信フレームの前記フィールドの宛先アドレス及び送信元アドレスと自アドレスとを比較し、何れのアドレスも自アドレスと不一致のときには前記受信フレームを下流側装置に中継し、何れかのアドレスが前記自アドレスと一致したときには前記受信フレームを前記伝送路から除去するものであり、前記内部カウンタは、伝送フレーム中に時間間隔を表すカウント値を持ち、ループ内の他伝送装置から受信したフレーム中のカウントデータから自局の内部カウンタを補正する機能を持つことを特徴とするループ型データ伝送システムである。
【００２０】
前記目的を達成するため、請求項３記載の発明は、複数の伝送装置が伝送路を介してループ状に接続されるループ型データ伝送システムにおいて、前記各伝送装置は、フレーム送信系と、フレーム受信系と、内部時計をそれぞれを備え、前記フレーム送信系は外部からデータ送信要求を受けた時、先頭側に設ける宛先アドレスフィールドと、先頭側に設ける不正フレーム廃棄用及び時刻補正用の時刻フィールドと、送信元アドレスフィールドを設けたフレームを作成して前記伝送路に送信するものであり、不正フレーム判定用となる時刻データを前記フレームの先頭付近に置き、前記フレーム受信系はフレーム受信時、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前に前記受信フレームの正否判定を実施し、受信フレームの前記フィールドの宛先アドレス及び送信元アドレスと自アドレスとを比較し、何れのアドレスも自アドレスと不一致のときには前記受信フレームを下流側装置に中継し、何れかのアドレスが前記自アドレスと一致したときには前記受信フレームを前記伝送路から除去するものであり、前記内部時計は、前記伝送フレームには自伝送装置の持つ時刻データを設定して、ループ内で隣接する伝送装置からフレームを受信した時に受信フレーム中の時刻データから自伝送装置の内部時計を補正するものであり、各伝送装置の時刻を同期させる機能を持つことを特徴とするループ型データ伝送システムである。
【００２２】
前記目的を達成するため、請求項４記載の発明は、複数の伝送装置が伝送路を介してループ状に接続されるループ型データ伝送システムにおいて、前記各伝送装置は、フレーム送信系と、フレーム受信系と、内部カウンタをそれぞれを備え、前記フレーム送信系は外部からデータ送信要求を受けた時、先頭側に設ける宛先アドレスフィールドと、先頭側に設ける不正フレーム廃棄用及び時刻補正用の時刻フィールドと、送信元アドレスフィールドを設けたフレームを作成して前記伝送路に送信するものであり、不正フレーム判定用となる時刻データを前記フレームの先頭付近に置き、前記フレーム受信系はフレーム受信時、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前に前記受信フレームの正否判定を実施し、受信フレームの前記フィールドの宛先アドレス及び送信元アドレスと自アドレスとを比較し、何れのアドレスも自アドレスと不一致のときには前記受信フレームを下流側装置に中継し、何れかのアドレスが前記自アドレスと一致したときには前記受信フレームを前記伝送路から除去するものであり、前記内部カウンタは、伝送フレーム中に時間間隔を表すカウント値を持ち、ループ内の他伝送装置から受信したフレーム中のカウントデータから自局の内部カウンタを補正する機能を持つことを特徴とするループ型データ伝送システムである。
【００２４】
前記目的を達成するため、請求項５記載の発明は、次のようにしたものである。前記各伝送装置は、フレーム送信時に前記内部時計の時刻フィールドとして送信フレームに付加し、送信局から送出されたフレーム中の送信時刻情報は、以後の再生中継では書き換え不要とし、前記各伝送装置の自装置内部時刻の歩進により生じる受信フレーム中の発信時刻情報との時間差分により、受信フレームの正常性を判定する機能を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のループ型データ伝送システムである。
前記目的を達成するため、請求項６記載の発明は、前記各伝送装置が送受信したフレーム中の時刻データ、もしくはカウントデータ、及びその伝送フレームのサイズを元にして、時刻単位の伝送負荷を求める機能を持つことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のループ型データ伝送システムである。
前記目的を達成するため、請求項７記載の発明は、前記伝送フレーム中に自伝送装置の故障状態データを持ち、ループ内に属する他伝送装置から受信したフレーム中の伝送装置の故障状態データから、自伝送装置に隣接した伝送装置および伝送路の故障状態を把握する機能、並びに自伝送装置からは検出できない自伝送装置および伝送路の故障を検出する機能を持つことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のループ型データ伝送システムである。
前記目的を達成するため、請求項８記載の発明は、前記自局検出の故障発生復帰および隣接局から受信した故障発生復帰情報を時間単位に積算し、統計をとり、時間単位の故障発生頻度を求める機能を持つことを特徴とする請求項７記載のループ型データ伝送システムである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
【００２７】
（データ伝送システムの基本構成例）
図１は本発明の実施形態に係わるループ型データ伝送システムを適用した鉄道用制御系データ伝送システムの構成例を示すブロック図である。
【００２８】
この鉄道用制御系データ伝送システムは、図１に示すように、一次局であるセンタ伝送装置１に伝送路２を介して各駅（１）〜（４）の伝送装置３が順次直列に接続され、ループ状のネットワークを構成している。
【００２９】
センタ伝送装置１には、列車の運行管理を行う計算機＃１、＃２が接続され、これらの計算機＃１、＃２の指示に従ってセンタ伝送装置１が各駅（１）〜（４）の伝送装置３に対して制御信号を送信する。
【００３０】
一方、各駅（１）〜（４）の伝送装置３にはパーソナルコンピュータ（以下パソコンと称する）５及び駅制御装置（駅制）６が接続されている。各パソコン５は、各駅（１）〜（４）での情報管理及びその管理情報をセンタ伝送装置１や他の駅に通知する場合等に用いられ、各駅制御装置６は電子連動装置と呼ばれる列車の信号機を制御する役割を持っている。
【００３１】
図２は各伝送装置１、３のモジュール構成例を示す図である。各伝送装置１、３には、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）１１が設けられ、このＭＰＵ１１から導出されるバスライン１２には、プログラム及びプログラム実行上必要な固定データを記録する記録媒体１３と、シリアルインターフェース（ＳＩＦ）１５〜１８とが接続されている。
【００３２】
なお、記録媒体１３としては、例えば磁気ディスク、磁気テープ、ＣＤ―ＲＯＭなどが用いられるが、それ以外にもＤＶＤ―ＲＯＭ、フロッピーディスク、ＭＯ、ＭＤ、ＣＤ―Ｒ、メモリカードなどを用いてもよい。
【００３３】
シリアルインターフェース１５，１６にはそれぞれ６００ｂｐｓ〜２８８００ｂｐｓ程度の伝送速度をもつモデム１９，２０が接続されている。各モデム１９，２０はそれぞれ隣接する伝送装置１，３に接続され、ループ状のネットワークを構成している。
【００３４】
シリアルインターフェース１７，１８にはそれぞれ計算機＃１、＃２又はパソコン５、駅制御装置６に接続されている。
【００３５】
また、各伝送装置１，３は、フレームを中継中でなければ、いつでも送信できるようになっている。フレームを中継中であれば、送信データを記録媒体１３内の一時送信待ちバッファに保存し、中継が完了した時点で送信を開始する。
【００３６】
一方、データ送信中に中継すべきフレームを受信した場合には、そのフレームデータを記録媒体１３内の一時中継待ちバッファに保存し、データ送信が完了した時点でフレームの中継を開始する。
【００３７】
図３は本実施形態における伝送路の接続構成を示す図である。
【００３８】
ａ〜ｅ局は図１で示された各伝送装置１，３である。これらは２本の送信回線Ｓ１，Ｓ２と、２本の受信回線Ｒ１，Ｒ２を持ち、各伝送装置１，３の記録媒体１３に格納されるソフトウェアプログラムにて、受信回線Ｒ１から受信した伝送データを送信回線Ｓ２へ、受信回線Ｒ２から受信した伝送データを送信回線Ｓ１へ再送中継（他の局へ中継するためのリピート機能）し、また伝送路を介して送信回線Ｓ１から左隣接局の受信回線Ｒ２へ、送信回線Ｓ２から右隣接局の受信回線Ｒ１へ接続することにより、右回り（時計方向：図の破線）のＹループ方向と、左回り（反時計方向：図の実線）のＸループ方向のループ伝送路を形成している。
【００３９】
図４は、ループ状伝送路に接続された局が伝送するフレームの構成及び種類を図４に示す。伝送フレームは、宛先アドレスフィールド（ＤＡ）・制御フィールド（ＣＦ）・時刻フィールド（ＴＦ）・送信局アドレスフィールド（ＳＡ）・通番の５つのデータが組み込まれたフレームヘッダ部とシステム（アプリケーション）情報がセットされる情報部、及びフレームデータの誤り検定に用いるＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ：フレームの誤り検出用のデータ）コード部にて構成される。
【００４０】
伝送フレームの種類は大別して、図４（ａ），（ｂ）に示す一般フレーム、図４（ａ）に示す同報フレーム及び優先フレーム、図４（ｃ）に示す監視フレームとに分けられる。一般フレームの中でも初期伝送手続きや伝送異常回復手続きに用いるフレームには情報部はない。
【００４１】
同報フレームはブロードキャスト伝送に用い、優先フレームは一般フレームや同報フレームよりも優先して送信／再送中継されるフレームであり、監視フレームはループ状伝送路を介して自局と隣接した局（Ｘ、Ｙ両ループに存在する）との情報授受を行うために用いる。
【００４２】
これらのフレームの識別は、図５に記載する宛先アドレスＤＡと同時にセットされるフレーム種別ビットにて判断する。
【００４３】
この伝送システムはＮ：Ｎ伝送を可能としていることから、前述の一般フレーム、同報フレーム、優先フレームについては他局が自局以外の他局へ発信したフレームを受信することがあり、この場合はすみやかに下流局へ中継するためのリピート機能（以下再送中継と称する）を持つ。
【００４４】
監視フレームは自局と隣接局との情報授受に限定しており、監視フレームを受信した場合は下流局への再送中継は行わず、監視データ取り込み後即廃棄する。
【００４５】
これらから、一般フレーム、同報フレーム、優先フレームは発信から宛先局受信に至るまでに複数局を経由するので再送中継処理による伝送遅れ時間（ＤＡ値受信から自局宛／他局宛を判定するまでのソフトウェア処理時間＋α）が生じ、局間連絡に要する時間間隔が局の接続位置によって異なってくるのに対し、監視フレームは隣接局との連絡のみであるため、局間連絡に要する時間幅が全局ほぼ均一になる。
【００４６】
そこで、一般フレーム、同報フレーム、優先フレームに付くＴＦ（時刻フィールド）は不正フレーム廃棄用、そして監視フレームに付くＴＦは局間同調を目的とした時刻補正用と役割を分ける。
【００４７】
監視フレームの発信は伝送システムであらかじめ設定される規定周期によりループに接続された全局が実施する。但し、時刻補正にも使用するフレームであることから、後着立ち上がり局が先着立ち上がり局に同調し安定した補正にさせるため、局立ち上がり初期時は規定時間経過後、または隣接局から監視フレームを受信し隣接局との同調完了以降から、自局からの監視フレーム発信が可能とする。
【００４８】
フレームヘッダ中の個々のデータの機能について簡単に説明する。
【００４９】
宛先アドレスＤＡはフレームの通知先の局アドレスであり、受信フレームが発生した時にこの値から、自局宛か否かを判定する。但し同報フレームに限り発信元の自局アドレスをセットし、同報フレーム周回後の発信局による吸収廃棄を効率化させる。
【００５０】
また、宛先アドレスＤＡには図５に示す通りのフレーム種別ビット（３ビット分）も含まれている。
【００５１】
ＣＦ（制御フィールド）はＨＤＬＣ（高水準データ制御）ライクの伝送手順制御コードである。
【００５２】
ＴＦ（時刻フィールド）はこのフレームを生成した時点の、発信局の時刻（もしくはカウント）データがセットされる。時刻データは局内管理のソフトタイマーにて１秒周期（カウントデータの場合はシステムの規定周期）にて歩進される。
【００５３】
フレーム受信時に、この時刻データを読み取り、自局時刻と一定範囲以上ずれていた場合はそのフレームは不正フレームとみなして廃棄し、宛先アドレスＤＡが他局宛でも再送中継は行わない。
【００５４】
１：Ｎ伝送では二次局は受信データの再送中継は必ず実施するが、一次局は再送中継は実施しないので、ループ内に不正なフレーム（アボートデータ等）が混入しても１周回以内には必ず一次局により廃棄されるが、Ｎ：Ｎ伝送では全ての局が再送中継をするとともに１次局相当を持たせないので、ループ内の各々の局が受信フレームの正否判定を行い、不正フレームの検出及び速やかな廃棄が必要になる。不正フレーム判定用となる時刻データをフレームの先頭付近に置き、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前にそのフレームの正否判定を実施する。
【００５５】
また、フレーム中ＤＡで示される局がダウンした場合は正常フレームが周回し、ループ内に滞ることになるが、規定時間経過後にはフレーム中ＴＦが不正値となるためにループ内のいづれかの局により吸収廃棄される。
【００５６】
ＳＡ（発信元アドレス：送信局アドレス）はフレームの発信局であり、フレームを受信した局がどの局から発信されたフレームか識別するのに用いる。
【００５７】
通番はＸ、Ｙループから同時に発信されたフレームの、後着に受信したフレーム廃棄に用いる。通番は発信フレームとして生成されたＸループ向けフレーム／Ｙループ向けフレームの両方に同一値をセットし、受信局に対し同一フレームであることを知らせる。
【００５８】
通番データは、一般フレーム、同報フレームに共通であり、何らかのフレームが送信されるごとにカウントアップされる。優先フレームに対しては、別管理の通番データを持ち、一般フレーム、同報フレームの追い越しに対応する。
【００５９】
また監視フレームは中継されないことと、隣接局間の連絡のみとしているのでＸ、Ｙ両方向に同一フレームを発信することはないため、監視フレームには使用していない。
【００６０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、上記の基本構成形態に、次の構成を加えたものである。各伝送装置には、前述のフレーム送信系及びフレーム受信系以外に、内部時計をそれぞれを備え、次のような機能を持たせたものである。各内部時計は、伝送フレームには自伝送装置の持つ時刻データを設定して、ループ内で隣接する伝送装置からフレームを受信した時に受信フレーム中の時刻データから自伝送装置の内部時計を補正するものであり、各伝送装置の時刻を同期させる機能を持つものである。
【００６１】
この場合、内部時計の補正に用いる時刻はシステム設置場所の現地時刻であり、ループ状伝送路に接続された局のいずれかひとつを基準局（親局相当）として初期値（時刻）を与える。そして、監視フレーム中の時刻フィールドＴＦには、基準局及び時刻補正が完了した局は０〜５９までの秒時刻をセットして発信するが、基準時刻に補正されていないその他の局は基準時刻へ補正されるまでは６４〜１２７の範囲で更新するカウント値を時刻データとして時刻フィールドＴＦにセットして発信する。監視フレームを受信した局は、自局管理の時刻値より監視フレーム中時刻フィールドＴＦ値の方が大きい場合に監視フレーム中時刻フィールドＴＦ値に自局時刻を合わせ込み、また自局からの監視フレーム発信周期もこれに同調させる。
【００６２】
但し、基準局は他局の時刻データには合わせ込まず、自局の時刻更新タイミングを保ち続ける。秒時刻が６０未満の時刻値で合わせ込みが完了した局は基準時刻に補正できたこととなり、以降の時刻更新は０〜５９の秒値を使用する。
【００６３】
以上述べた第１の実施形態では、基準局にのみ時刻を設定する装置を設けることにより、伝送路に接続されている伝送装置全て（局全て）の時刻を同調させることができる。
【００６４】
次に、第１の実施形態について詳細に説明する。図３のａ〜ｅ局は伝送装置としては主従関係がなくそれぞれ独立して動作するが、本発明においては時刻合わせに用いる基準時刻データを管理する局が必要であり、ａ局を基準局に設定する。
【００６５】
ａ〜ｅ局はそれぞれ起動後、自局内部初期化を実施したあと隣接局からの監視フレーム受信を待つ。監視フレームは自局及び隣接局のループ伝送路加入状況を把握するものであり、他局から監視フレームを受信することによって自局がループ伝送路に正常に加入できていると判断する。
【００６６】
まず、基準局であるａ局の動作について説明する。
【００６７】
ａ局はループ基準時刻を持つ基準局であるため起動後、即監視フレームを発信できる。監視フレームの発信周期はループ伝送システムの定数としてあらかじめ設定されており、局の内部タイマーにて生成される。
【００６８】
内部タイマーがタイムアップすると第１の割込みが発生し、監視フレーム生成プロセスが起動され、現在時刻や故障情報等を盛り込み監視フレームを生成し、フレーム発信ドライバを経由して自局発信／再送中継がないことを確認した後伝送路へ送出する。伝送路へ発信された監視フレームは伝送路を介してもよりの隣接局（図３ではｂ局、ｅ局）に受信される。
【００６９】
隣接局は受信データが発生すると第２の割込みにより受信データ入力プロセスが起動され、受信データの検定／取り込み処理が行われる。このとき受信データが監視フレームであった場合、時刻フィールドＴＦ値を元に自局の内部時刻を合わせ込む。
【００７０】
時刻補正に要する時間は、基準局の第１の割込み発生から隣接局の内部時刻合わせ込みまでであり、処理ブロックで分割すると以下のようになる。
【００７１】
１）第１の割込み発生から監視フレームの生成プロセス起動までの割込み受付け待ち時間
２）監視フレーム生成時間
３）監視フレーム発信待ち時間
４）監視フレーム伝送時間
５）第２の割込み発生から受信データ入力プロセス起動までの割込み受付け待ち時間
６）受信データ検定時間
上記の２）、６）に要する時間はソフトウェアの処理実行時間であり、計算や実測により固定値として算出できる。４）も伝送速度と監視フレームのサイズから固定値として算出できる。
【００７２】
一方、１）、５）は他割込み処理の実行時間が最大待ち時間となり、時間幅はタイミングにより異なるため、本時刻補正時の誤差範囲となってしまうが、割込み処理所要時間を一定時間（数百μ秒〜１ミリ秒以内）に抑えることと、第１、第２の割込みの優先度を他割込みよりも高くすることで誤差を極小化できる。
【００７３】
３）はフレーム発信ドライバを用いて監視フレームを発信しようとした時点で、以前の送信フレームが発信途中である場合や、上流隣接局からの受信データを再送中継中である場合に待たされる時間であり、この所要時間は伝送速度と最大フレームサイズにより大きく異なってくる。
【００７４】
最大フレームサイズを１０２４バイトと仮定してそれぞれの伝送速度での所要時間は次の通りである。
【００７５】
６００ｂｐｓ：１３．６５秒（1byte伝送時間(13.33ミリ秒)×1024）
２４００ｂｐｓ： ３．４１秒（1byte伝送時間 ( 3.33ミリ秒)×1024）
９６００ｂｐｓ： ０．８５秒（1byte伝送時間 ( 0.83ミリ秒)×1024）
２８８００ｂｐｓ： ０．２８秒（1byte伝送時間 ( 0.27ミリ秒)×1024）
実際のシステム構築時には、１フレーム伝送最大時間をおおよそ１〜２秒程度に抑えて最大フレームサイズを決定するので必ずしも上記の遅れ時間にはならないが、秒オーダーのずれがあるとＴＦ値を用いた不正フレーム廃棄処理が誤動作するおそれが有り時刻補正には適さない。
【００７６】
この対処として、監視フレームの時刻フィールドＴＦ値のＭＳＢに補正許可ビットを設け、前述の３）の発信待ちとなってしまった場合は補正許可ビットをオフしてから送信待ちバッファに待避することで、受信局側での時刻補正処理が起動しないようにする。
【００７７】
基準局以外の局は隣接局から監視フレームを受け付け時刻合わせを完了することで、自局からのフレーム発信が可能となり、以降は基準局と同様に自局に隣接する他局へ監視フレームの発信を規定周期で行うようになる。これらを繰り返してループ伝送路に接続される全局が基準局の時刻に合わせ込まれ、また規定周期もしくはその倍数の周期で補正が繰り返されるわけであり、当然基準局へ向けた監視フレーム発信も発生するのだが、基準局は他局から受信した監視フレームを用いての時刻補正は一切行わず、監視フレームは隣接局の状態監視にのみ使用するようにしている。
【００７８】
また、ＸＹの両ループから監視フレームが受信されることから、初期起動時にはＸループからの監視フレーム受信タイミングとＹループからの監視フレーム受信タイミングに差が生じることが想定される。この時間差は上記の遅れ時間から考えて微少であるが、両ループから受信した監視フレームの両方を時刻補正に用いると必ず、後着の監視フレームが有効となってしまい、ずれ幅の解消がしにくい。
【００７９】
そこで、自局時刻より受信した監視フレームのＴＦ値が大きい場合に、自局時刻をＴＦ値に合わせ込むようにし、自局と隣接局が互いに周期的な微小補正を繰り返すことでずれ幅を極小化する。
【００８０】
次に基準時刻を持たないｂ〜ｅ局について説明をする。
【００８１】
図３のｂ〜ｅ局は基準局に設定されていないので、起動後は規定時間は隣接局からの監視フレーム受信を待ち、監視フレームの受信により自局の時刻を合わせ込む。時刻の合わせ込みが完了したら、基準局と同様規定の監視フレーム発信周期にてＸＹループに接続された両隣接局へ監視フレーム発信を開始する。
【００８２】
起動後の隣接局からの監視フレーム受信待ち時間は監視フレーム発信周期の３倍とし、その時間内に監視フレームを受信できなかった場合はループ内で１番先に起動されたか、もしくは基準局がダウンしていると判断し、時刻値と異ならせた初期値６４から１２７までのカウント値をＴＦ値として両隣接局へ監視フレームを発信する。その後に隣接局から監視フレームを受け、そのＴＦ値が０〜５９までの時刻値であれば無条件で時刻の合わせ込みを行い、時刻値以外であれば６４から１２７の範囲で前記した時刻補正処理を行う。
【００８３】
次に、ループに接続された全ての局が時刻補正完了に要する時間について記載する。
【００８４】
図３のａ〜ｅ局を一斉に起動した場合、まず基準局であるａ局から監視フレームが送信される。発信はＸＹ両ループ同時に実施されるため、Ｘループ側からはｂ局へ、Ｙループ側からはｅ局へ同時に伝達できる。
【００８５】
監視フレーム発信周期を３秒とすると、ｂ局、ｅ局の時刻補正完了は最大３秒後となる。ｂ局、ｅ局は自局の時刻補正が完了したので、次の３秒後には、ｂ局はｃ局とａ局へ、ｅ局はｄとａ局へ監視フレームを発信する。
【００８６】
これらから時刻補正に要する時間は次の計算式で表され、最大構成３１局がループに接続された場合は４５秒で補正が完了することになる。
【００８７】
（全局数−１）／２×３秒＝全局時刻補正完了所要時間
但し、ループ伝送システムを運用する場合はそれぞれの局同士が遠く離れた場所に配置されるため、同時起動は実際には発生せず、１局１局が個別に起動される都度ループに加入していく形をとるのが一般的である。
【００８８】
この場合、自局が加入前に、以前にループに加入した局が時刻補正完了していると仮定すると、新規にループに加入してから３秒以内で時刻補正が完了することになる。
【００８９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、上記の基本構成形態に、次の構成を加えたものである。すなわち、各伝送装置は、前述のフレーム送信系及びフレーム受信系以外に、内部カウンタをそれぞれを備えたものである。各内部カウンタは、伝送フレーム中に時間間隔を表すカウント値を持ち、ループ内の他伝送装置から受信したフレーム中のカウントデータから自局の内部カウンタを補正する機能を持つものである。
【００９０】
監視フレーム中ＴＦには０〜１２７のカウント値がセットされる。このカウント値は初期値が０で規定時間単位で歩進し、１２７からは０へと歩進する。
【００９１】
このカウント値は時刻（時報）との関連性は無く、ループに接続されたそれぞれの局が互いに合わせ込みを行う。このため、第１の実施形態で記載したような基準局は存在しない。
【００９２】
監視フレームを受信した局は、自局管理のカウント値より監視フレーム中時刻フィールドＴＦ値の方が大きい場合に監視フレーム中ＴＦ値に自局カウント値を合わせ込み、また監視フレームの発信周期もこれに同調させる。
【００９３】
第２の実施形態によれば、ループに接続された局全てのカウント値歩進タイミング、監視フレーム発信タイミングを同調させる作用により、時刻フィールドＴＦを用いた不正フレームの廃棄が容易かつ正確に行え、伝送効率向上が図れる。
【００９４】
次に、第２の実施形態の詳細について説明する。
【００９５】
第１の実施形態では基準となる時刻データを持つ基準局が存在するが、本実施形態では基準局はない。また時刻フィールドＴＦ値に採用する数値は初期値０から１２７までのカウント値となる。
【００９６】
カウント値の補正方式は、第１の実施形態と同じであり、初期補正に要する時間や精度は第１の実施形態と同等であるが、基準局を持たずに局間で相互補正を行うため、単位時間におけるカウント幅のばらつきは修正されることなく積み重ねられる特徴を持つ。
【００９７】
第１の実施形態と比較して本実施形態における利点は、基準局が不要なことからシステム構築が容易になることと、時刻フィールドＴＦ値の幅が広がることでより正確な不正フレームの廃棄が行えることの２点が挙げられる。
【００９８】
正常フレームと判定する時刻フィールドＴＦ値を、
（自局カウント値＜受信ＴＦ値＜自局カウント値＋７）と仮定すると、
第１の実施形態では０から５９までの６０幅、もしくは６４から１２７の６４幅が有効値となり、そのうちデータ幅７までが正常扱いとなるので不正フレームの検出確率は次のようになる。
【００９９】
（１−７／６０（もしくは６４））×１００ ＝ ８８（８９）％
そして、第２の実施形態では０から１２７までの１２８幅となり、データ幅７までが正常扱いとなるので、
（１−７／１２８） ×１００ ＝ ９５ ％
が不正フレームの検出確率となる。
【０１００】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、上記の基本構成形態に、次の構成を加えたものである。第１又は第２の実施形態において、各伝送装置が送受信したフレーム中の時刻データ、もしくはカウントデータ、及びその伝送フレームのサイズを元にして、後述する時刻単位の伝送負荷を求める機能を持つものである。
【０１０１】
伝送路に接続されるそれぞれの局が、規定時間で区切った伝送バイト数を保存するテーブルを持ち、このテーブルの参照に用いるインデックスは自局内部の時刻もしくはカウント値とする。
【０１０２】
データ伝送が発生すると、内部時刻もしくはカウント値をインデックスとした記録媒体の番地に格納された伝送バイト数に積算していく。規定時間の範囲内に伝送できる最大バイト数は伝送速度で決定され、規定時間内に伝送されたフレームバイト数の合計を最大バイト数で割り伝送負荷［伝送可能な最大容量（もしくは時間）に対する実伝送容量（もしくは時間）の割合（％）のこと］を求める。
【０１０３】
第３の実施形態では、テーブルのインデックスとする規定時間の設定を変えることにより、秒別／分別／時間別／週別／月別といったようなさまざまな期間の伝送負荷の調査を実施できる。
【０１０４】
ここで、伝送負荷を別な形で表現すると、次のように表すことができる。
【０１０５】
伝送負荷（％）＝伝送済みバイト数／規定時間内に伝送可能なバイト数
次に、第３の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、第１もしくは第２の実施形態に、次の構成を加えたものである。
【０１０６】
伝送路に接続されたそれぞれの局は、図２の記録媒体１３内に図６の伝送バイト数保存用テーブルを持っている。
【０１０７】
送信データには自局発信と再送中継の２種類、受信データには自局宛フレーム受信（同報フレーム含む）と他局宛フレーム受信の２種類で合計４種類になるが、再送中継による送信と、他局宛フレーム受信は必ず同一値になるので、ここでは自局発信データ数と自局宛フレームの受信データ数と再送中継データ数の３種類で積算トレースを行っている。
【０１０８】
伝送バイト数保存テーブルの各バイト数合計値の更新は、それぞれフレーム送信ドライバ、フレーム受信ドライバで実施し、再送中継においてはフレーム受信ドライバにて他局宛フレームの判定時に実施する。
【０１０９】
前述の第１の実施形態を用いて実施する場合と、前述の第２に実施形態を用いて実施する場合との違いは時間軸インデックスに用いる時刻データの違いとなる。
【０１１０】
第１の実施形態では時刻値を時間軸インデックスに用いるので、時報に相対する積算トレースを行うことができ、時間帯における伝送負荷の把握が行える他、外部事象と伝送負荷との関連付けが行える。
【０１１１】
ここで、例えば規定時間＝１分（６０ｓｅｃ）、伝送済みバイト数＝８００ｂｙｔｅ、伝送速度＝９６００ｂｐｓの場合の伝送負荷を求めると、次のようになる。
【０１１２】
８００ｂｙｔｅ／（９６００ｂｐｓ／８ｂｉｔ）×６０ｓｅｃ＝０．０１１（１．１％）となり、伝送負荷が約１％となる。外部事象（イベントや機器操作）が多量に発生すれば、それに応じて送信情報も増え、伝送負荷が上昇する。一定値以上の伝送負荷上昇で、伝送機器間の情報連絡が停滞したり、伝送データの欠損が生じたりして、システム全体にまで影響を与えることがある。このような状況に陥った場合の解析データとして、時間軸を特定幅で区切り、それぞれの時間帯での伝送負荷を保存することで、統計情報として時間軸における伝送負荷の変化（増減）が把握できるようになる。外部事象は、通常別装置にて発生（操作）時刻のログが印字されるので、伝送負荷の変化時間帯との結び付けが容易になる。
【０１１３】
これに対し、第２の実施形態ではカウント値を時間軸インデックスに用いるので、トレース開始時を基点とした積算トレースになり時間帯における伝送負荷の把握は行えるが、伝送装置単体では外部事象との関連付けはできない。
【０１１４】
この場合、伝送装置に時刻データを持つターミナル機器を接続し、積算トレースを時々吸い上げ、タイムインデックスをつけることで外部事象と関連付けることが可能になる。
【０１１５】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、前述の第１又は第２の実施形態において、次のような構成を加えたものである。すなわち、伝送フレーム中に自伝送装置の故障状態データを持ち、ループ内に属する他伝送装置から受信したフレーム中の伝送装置の故障状態データから、自伝送装置に隣接した伝送装置および伝送路の故障状態を把握する機能を持つことまた自伝送装置からは検出できない自伝送装置および伝送路の故障を検出する機能を持つものである。
【０１１６】
この場合、監視フレームに自局の故障状態情報をセットしてＸ、Ｙループの両隣接局に対して送信を行い、それを受信した隣接局が自局故障状況を認識する。
【０１１７】
第４の実施形態では、自局で検出した故障を隣接局へ連絡することで、自局のみでは検出できない自局要因故障の認識およびループ伝送システムにおける故障部位の特定を実施できる。
【０１１８】
次に、第４の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、第１もしくは第２の実施形態に加え、次の構成を備えたものである。
【０１１９】
伝送装置は図２で示す通り、複数のモジュールから構成されており、その中でも伝送路２やモデム１９、２０の故障は自己診断のみでは検出できない場合が多い。
【０１２０】
これを改善するために両隣接局へ定周期連絡する監視フレームに図４に示すフォーマットで故障情報を添付する。
【０１２１】
図３の構成でｂ局とｃ局間の伝送路のうちＸループ方向が故障したとする。
【０１２２】
ｃ局は、Ｘ方向受信回線側からキャリアオフや受信データ異常、監視フレーム受信タイムアウトなどを検出する。これによりｃ局が故障箇所として挙げられるのは伝送路の故障とｂ局自体の故障の２点となる。
【０１２３】
また、ａ−ｂ局間は正常のためａ局は何の故障も検出しない。ｂ局からｃ局への伝送はできなくなるがＹループ方向であるｃ局からｂ局への伝送は実施可能であるので、ｃ局が検出した故障情報を監視フレームにセットしｂ局へ連絡する。そしてｂ局はｃ局から受信した監視フレームの故障情報によりＸ方向ループの回線が故障したことを検出できる。
【０１２４】
更に、ｂ局自体がダウンした場合はａ局とｃ局が監視フレーム受信タイムアウトを検出するのでｂ局ダウンと判定できる。
【０１２５】
（第５の実施形態）
第５の実施形態では、前述の第４の実施形態に、次の構成を加えたものである。すなわち、自局検出の故障発生復帰および隣接局から受信した故障発生の復帰情報を時間単位に積算し、統計をとり、時間単位の故障発生頻度を求める機能を持つものである。
【０１２６】
第４の実施形態で記載した自局および隣接局の故障情報から故障発生復帰変化を認識し、それらを第３の実施形態で記載した時間単位で積算する。単位時間は第１又は第２の実施形態で記載した時刻補正した時刻値やカウント値を基にして一定幅で区切ったものである。
【０１２７】
第５の実施形態では、各故障発生復帰の統計を時系列に積算することで故障発生頻度の時刻による変化を把握することができる。また、これと外部事象との比較検討により故障要因の早期特定、さらには故障の未然防止が可能になる。
【０１２８】
次に、第５の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、第４の実施形態に加え、第３の実施形態で記載した図６の伝送バイト数保存用テーブルと同等の構成からなっている。
【０１２９】
故障対象項目は、図７の故障検出回数保存用テーブルに示すように、監視フレーム受信タイムアウト回数、ＣＳ信号（Ｃｌｅａｒ ｔｏ Ｓｅｎｄ：モデムから通知される送信許可を示す信号）オフ検出回数、ＣＤ信号（Ｃａｒｒｉａｒ Ｄｅｔｅｃｔ：モデムから通知される受信キャリア状態を示す信号）オフ検出回数、異常フレーム受信回数、時刻フィールドＴＦ値によるフレーム廃棄回数の５種目である。
【０１３０】
これには自局で検出する故障と、隣接局が検出し監視フレームで通知される故障があるが本実施形態では特別な区別はつけていない。
【０１３１】
隣接局から受信した監視フレームはフレーム受信プロセスを経由して伝送路監視プロセスに通知される。また自局が検出した故障情報も最終的に伝送路監視プロセスに通知され処理される。
【０１３２】
図７で示すテーブルはＸＹループ分の２つを持ち、テーブルの更新タイミングは時間軸インデックスを元にした故障の発生／復帰検出時となり、次のようになる。
【０１３３】
監視フレーム受信タイムアウト回数は、伝送路監視プロセスおいて監視フレーム受信時に発信周期の３倍時間分のタイマーを起動し、タイマーがタイムアップすると故障発生として検出し、又タイマーがタイムアップ前に再度監視フレームを受信した場合は起動中のタイマーをリセット再起動し、更に故障発生検出以降に監視フレームを受信したら故障復帰検出とする。
【０１３４】
ＣＳ信号オフ検出回数は、ＣＳ信号が変化時に発生する割込みで、ＣＳ信号がオフであれば故障発生として検出し、その後再度の割込みでＣＳ信号がオンであれば故障復帰として検出とする。
【０１３５】
ＣＤ信号オフ検出回数は、ＣＤ信号が変化時に発生する割込みで、ＣＤ信号がオフであれば故障発生として検出し、その後再度の割込みでＣＤ信号がオンであれば故障復帰として検出する。
【０１３６】
異常フレーム受信回数は、フレーム受信プロセスにて検出し、又発生復帰はなく検出ごとにカウントアップする。
【０１３７】
時刻フィールドＴＦ値によるフレーム廃棄回数は、フレーム受信プロセスにて検出し、又発生復帰はなく検出ごとにカウントアップする。
【０１３８】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、次の効果が得られる。
【０１３９】
（１）独立した伝送装置間を同調させることで例えば不正フレームを廃棄する手段が得られ、その結果Ｎ：Ｎデータ伝送が可能となり従来伝送方式と比較して大きな伝送効率向上が図れるループ型データ伝送システムを提供することができる。
【０１４０】
（２）伝送路負荷監視や隣接局監視を積極的に実施することで、故障の未然防止や故障発生時の早期検出、故障部位の特定が可能となり、より信頼性の高いループ型データ伝送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるループ型データ伝送システムの基本構成例を示す図。
【図２】図１の各伝送装置の一具体例を説明するためのハード構成図。
【図３】図１の伝送路の接続構成を示す図。
【図４】本発明に係わるループ型データ伝送システムにおける伝送フレームの構成を示す図。
【図５】図４の宛先アドレスフィールドＤＡの構成を示す図。
【図６】伝送バイト数保存用テーブルを説明するための図。
【図７】故障検出回数保存用テーブルを説明するための図。
【図８】従来のＳＤＬＣ方式のループ型データ伝送システムの構成図。
【図９】図８の従来のループ型データ伝送システムで使用するフレームの構成図。
【図１０】図８の従来のループ型データ伝送システムにおけるフレームの送信状態を説明するためのフレーム伝達タイムチャート。
【符号の説明】
１…センタ伝送装置
２…伝送路
３…伝送装置
５…パーソナルコンピュータ
６…駅制御装置
１１…ＭＰＵ
１２…バスライン
１３…記録媒体
１５〜１８…シリアルインターフェース
１９，２０…モデム
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道用制御系などのように伝送路が長く伝送遅れ要素を含む伝送路のデータ伝送に適したループ型データ伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信技術の発達により、種々のデータ伝送ネットワークシステムが開発されている。従来、このようなシステムの中には、鉄道の列車を制御するセンタ（制御所）と複数の駅をループ状に接続したループ型データ伝送システムがあり、図８はこれを説明するための図である。
【０００３】
一次局を構成するセンタ伝送装置５１と、各駅（１）〜（４）に設置される二次局を構成する伝送装置５２が伝送路５３を介してループ型ネットワークとなっている。センタ伝送装置５１には、複数の計算機＃１、＃２が接続され、又各駅の伝送装置５２にはパーソナルコンピュータ（以下パソコンと称する）５４及び駅制御装置（駅制）５５が接続されている。
【０００４】
このような列車制御用のデータ伝送システムは、伝送装置５２間の距離が数ｋｍと長いため、長距離伝送に適した比較的伝送速度が遅い（数百ビット／秒〜数１０キロビット／秒）Ｖ．３２等の規格にあったモデムが採用され、又一次局の送信許可が無い限り、二次局ではデータが送信できない１対Ｎのデータ伝送方式を採用しており、更にループのデータ伝送方式は、例えばＩＢＭ社の提案するＳＤＬＣ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｕｓ Ｄａｔｅ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ：同期データリンク制御）による方式が用いられている。
【０００５】
このＳＤＬＣ方式によるデータ伝送システムは、図９に示すような配列のデータフレームが用いられている。このデータフレームに配列されるフラグはフレーム同期検出用データ、ＤＡは宛先アドレス、制御部は伝送制御に使用する情報、情報部は応用側の情報、ＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）はフレームの誤り検出用データである。
【０００６】
このＳＤＬＣ方式の特徴は、システム内に一つの一次局と複数の二次局とがあり、二次局である各駅（１）〜（４）の伝送装置５２がデータフレームを発信できるのは、図１０に示すように、一次局のセンタ伝送装置５１から送信許可信号としてポーリング（ＰＯＬＬ）を受けたときに限り発信できることである。
【０００７】
従って、例えば駅（１）の伝送装置５２からフレームＩ１Ｃを駅（３）の伝送装置５２に送信する場合、駅（１）の伝送装置５２は、＊１［Ｉ１Ｃ：駅（１）から駅（３）に送信するデータ］に示すようなセンタ伝送装置５１からポーリングを受けたとき、送信データフレームＩ１Ｃをセンタ伝送装置５１に送信する。センタ伝送装置５１は受け取ったフレームＩ１Ｃを駅（３）の伝送装置５２宛のフレームＩＣ３［Ｉ１Ｃと同じ］に変換し、駅（３）の伝送装置５２に送信する（図示＊１）。
【０００８】
このように二次局間でデータを授受する場合、図１０に示すごとく必ず一次局を介して目的の二次局に送信することになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、以上のようなＳＤＬＣ方式を用いた場合には、次のような不都合な点が指摘されている。
【００１０】
（１）ループ状の伝送路５３に複数のフレームを存在させることができない。その結果、常に伝送路５３に空き時間Ｔｓが生ずることがある。
【００１１】
通常、１ループの距離が短く、各伝送装置に遅れが無く、かつ、フレームの伝送速度が速く、送信したフレームの後端が送信完了する前にフレームの先頭がループを一巡して戻ってくる場合には、伝送路に空き時間Ｔｓが生ずることはなく、例え若干空き時間Ｔｓが生じてもほとんど問題にならない。
【００１２】
しかし、例えば鉄道用制御系データ伝送システムのように、伝送装置に時間遅れの要素を持つネットワークシステムでは、フレームの送信完了後、そのフレームの先頭がループを一巡して戻ってくるまでに相当の時間がかかる。又、二次局のフレーム伝送は一次局側で送信許可したときのみ可能であるので、ループ状伝送路に同時に１個のフレームしか存在できない。そのため、連続してフレームを送信することができず、伝送路上の空き時間Ｔｓが長くなり、伝送効率が悪い。
【００１３】
（２）駅相互のデータ伝送方式は１：Ｎであり、Ｎ：Ｎのデータ伝送ができないことである。すなわち、駅相互間でＮ：Ｎのデータ伝送を実現するには、駅１から駅３への直接のデータ伝送を行う必要があるが、従来のデータ伝送方式は、駅１からデータフレームを一度センタ伝送装置５１に伝送し、当該センタ伝送装置５１がフレームの内容を解読して再び駅３に転送するので、いわゆる、１：Ｎの伝送にすぎない。従って、手順が複雑であり、又データ伝送にも時間がかかるといった問題がある。
【００１４】
（３）一次局が機能停止すると、システム全体の伝送が不能になることである。つまり、二次局が「一次局停止」を検出して一次局に切り替わるリカバリ機能を持つシステムも存在するが、切り替わりのタイミングや切り替わり局の優先順位等の処理がかなり複雑であることである。
【００１５】
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、Ｎ対Ｎのデータ伝送が可能で、伝送効率向上が図れ、又故障の未然防止や故障発生時の早期検出、故障部位の特定が可能となり、より信頼性の高いループ型データ伝送システムを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための、請求項１記載の発明は、複数の伝送装置が伝送路を介してループ状に接続されるループ型データ伝送システムにおいて、前記各伝送装置は、フレーム送信系と、フレーム受信系と、内部時計をそれぞれを備え、前記フレーム送信系は外部からデータ送信要求を受けた時、先頭側に宛先アドレスフィールド及び送信元アドレスフィールドを設けたフレームを作成して前記伝送路に送信するものであり、不正フレーム判定用となる時刻データを前記フレームの先頭付近に置き、前記フレーム受信系はフレーム受信時、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前に前記受信フレームの正否判定を実施し、前記フィールドの宛先アドレス及び送信元アドレスと自アドレスとを比較し、何れのアドレスも自アドレスと不一致のときには前記受信フレームを下流側装置に中継し、何れかのアドレスが前記自アドレスと一致したときには前記受信フレームを前記伝送路から除去するものであり、前記内部時計は、前記伝送フレームには自伝送装置の持つ時刻データを設定して、ループ内で隣接する伝送装置からフレームを受信した時に受信フレーム中の時刻データから自伝送装置の内部時計を補正するものであり、各伝送装置の時刻を同期させる機能を持つことを特徴とするループ型データ伝送システムである。
【００１８】
前記目的を達成するための、請求項２記載の発明は、複数の伝送装置が伝送路を介してループ状に接続されるループ型データ伝送システムにおいて、前記各伝送装置は、フレーム送信系と、フレーム受信系と、内部カウンタをそれぞれを備え、前記フレーム送信系は外部からデータ送信要求を受けた時、先頭側に宛先アドレスフィールド及び送信元アドレスフィールドを設けたフレームを作成して前記伝送路に送信するものであり、不正フレーム判定用となる時刻データを前記フレームの先頭付近に置き、前記フレーム受信系はフレーム受信時、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前に前記受信フレームの正否判定を実施し、受信フレームの前記フィールドの宛先アドレス及び送信元アドレスと自アドレスとを比較し、何れのアドレスも自アドレスと不一致のときには前記受信フレームを下流側装置に中継し、何れかのアドレスが前記自アドレスと一致したときには前記受信フレームを前記伝送路から除去するものであり、前記内部カウンタは、伝送フレーム中に時間間隔を表すカウント値を持ち、ループ内の他伝送装置から受信したフレーム中のカウントデータから自局の内部カウンタを補正する機能を持つことを特徴とするループ型データ伝送システムである。
【００２０】
前記目的を達成するため、請求項３記載の発明は、複数の伝送装置が伝送路を介してループ状に接続されるループ型データ伝送システムにおいて、前記各伝送装置は、フレーム送信系と、フレーム受信系と、内部時計をそれぞれを備え、前記フレーム送信系は外部からデータ送信要求を受けた時、先頭側に設ける宛先アドレスフィールドと、先頭側に設ける不正フレーム廃棄用及び時刻補正用の時刻フィールドと、送信元アドレスフィールドを設けたフレームを作成して前記伝送路に送信するものであり、不正フレーム判定用となる時刻データを前記フレームの先頭付近に置き、前記フレーム受信系はフレーム受信時、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前に前記受信フレームの正否判定を実施し、受信フレームの前記フィールドの宛先アドレス及び送信元アドレスと自アドレスとを比較し、何れのアドレスも自アドレスと不一致のときには前記受信フレームを下流側装置に中継し、何れかのアドレスが前記自アドレスと一致したときには前記受信フレームを前記伝送路から除去するものであり、前記内部時計は、前記伝送フレームには自伝送装置の持つ時刻データを設定して、ループ内で隣接する伝送装置からフレームを受信した時に受信フレーム中の時刻データから自伝送装置の内部時計を補正するものであり、各伝送装置の時刻を同期させる機能を持つことを特徴とするループ型データ伝送システムである。
【００２２】
前記目的を達成するため、請求項４記載の発明は、複数の伝送装置が伝送路を介してループ状に接続されるループ型データ伝送システムにおいて、前記各伝送装置は、フレーム送信系と、フレーム受信系と、内部カウンタをそれぞれを備え、前記フレーム送信系は外部からデータ送信要求を受けた時、先頭側に設ける宛先アドレスフィールドと、先頭側に設ける不正フレーム廃棄用及び時刻補正用の時刻フィールドと、送信元アドレスフィールドを設けたフレームを作成して前記伝送路に送信するものであり、不正フレーム判定用となる時刻データを前記フレームの先頭付近に置き、前記フレーム受信系はフレーム受信時、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前に前記受信フレームの正否判定を実施し、受信フレームの前記フィールドの宛先アドレス及び送信元アドレスと自アドレスとを比較し、何れのアドレスも自アドレスと不一致のときには前記受信フレームを下流側装置に中継し、何れかのアドレスが前記自アドレスと一致したときには前記受信フレームを前記伝送路から除去するものであり、前記内部カウンタは、伝送フレーム中に時間間隔を表すカウント値を持ち、ループ内の他伝送装置から受信したフレーム中のカウントデータから自局の内部カウンタを補正する機能を持つことを特徴とするループ型データ伝送システムである。
【００２４】
前記目的を達成するため、請求項５記載の発明は、次のようにしたものである。前記各伝送装置は、フレーム送信時に前記内部時計の時刻フィールドとして送信フレームに付加し、送信局から送出されたフレーム中の送信時刻情報は、以後の再生中継では書き換え不要とし、前記各伝送装置の自装置内部時刻の歩進により生じる受信フレーム中の発信時刻情報との時間差分により、受信フレームの正常性を判定する機能を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のループ型データ伝送システムである。
前記目的を達成するため、請求項６記載の発明は、前記各伝送装置が送受信したフレーム中の時刻データ、もしくはカウントデータ、及びその伝送フレームのサイズを元にして、時刻単位の伝送負荷を求める機能を持つことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のループ型データ伝送システムである。
前記目的を達成するため、請求項７記載の発明は、前記伝送フレーム中に自伝送装置の故障状態データを持ち、ループ内に属する他伝送装置から受信したフレーム中の伝送装置の故障状態データから、自伝送装置に隣接した伝送装置および伝送路の故障状態を把握する機能、並びに自伝送装置からは検出できない自伝送装置および伝送路の故障を検出する機能を持つことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のループ型データ伝送システムである。
前記目的を達成するため、請求項８記載の発明は、前記自局検出の故障発生復帰および隣接局から受信した故障発生復帰情報を時間単位に積算し、統計をとり、時間単位の故障発生頻度を求める機能を持つことを特徴とする請求項７記載のループ型データ伝送システムである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
【００２７】
（データ伝送システムの基本構成例）
図１は本発明の実施形態に係わるループ型データ伝送システムを適用した鉄道用制御系データ伝送システムの構成例を示すブロック図である。
【００２８】
この鉄道用制御系データ伝送システムは、図１に示すように、一次局であるセンタ伝送装置１に伝送路２を介して各駅（１）〜（４）の伝送装置３が順次直列に接続され、ループ状のネットワークを構成している。
【００２９】
センタ伝送装置１には、列車の運行管理を行う計算機＃１、＃２が接続され、これらの計算機＃１、＃２の指示に従ってセンタ伝送装置１が各駅（１）〜（４）の伝送装置３に対して制御信号を送信する。
【００３０】
一方、各駅（１）〜（４）の伝送装置３にはパーソナルコンピュータ（以下パソコンと称する）５及び駅制御装置（駅制）６が接続されている。各パソコン５は、各駅（１）〜（４）での情報管理及びその管理情報をセンタ伝送装置１や他の駅に通知する場合等に用いられ、各駅制御装置６は電子連動装置と呼ばれる列車の信号機を制御する役割を持っている。
【００３１】
図２は各伝送装置１、３のモジュール構成例を示す図である。各伝送装置１、３には、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）１１が設けられ、このＭＰＵ１１から導出されるバスライン１２には、プログラム及びプログラム実行上必要な固定データを記録する記録媒体１３と、シリアルインターフェース（ＳＩＦ）１５〜１８とが接続されている。
【００３２】
なお、記録媒体１３としては、例えば磁気ディスク、磁気テープ、ＣＤ―ＲＯＭなどが用いられるが、それ以外にもＤＶＤ―ＲＯＭ、フロッピーディスク、ＭＯ、ＭＤ、ＣＤ―Ｒ、メモリカードなどを用いてもよい。
【００３３】
シリアルインターフェース１５，１６にはそれぞれ６００ｂｐｓ〜２８８００ｂｐｓ程度の伝送速度をもつモデム１９，２０が接続されている。各モデム１９，２０はそれぞれ隣接する伝送装置１，３に接続され、ループ状のネットワークを構成している。
【００３４】
シリアルインターフェース１７，１８にはそれぞれ計算機＃１、＃２又はパソコン５、駅制御装置６に接続されている。
【００３５】
また、各伝送装置１，３は、フレームを中継中でなければ、いつでも送信できるようになっている。フレームを中継中であれば、送信データを記録媒体１３内の一時送信待ちバッファに保存し、中継が完了した時点で送信を開始する。
【００３６】
一方、データ送信中に中継すべきフレームを受信した場合には、そのフレームデータを記録媒体１３内の一時中継待ちバッファに保存し、データ送信が完了した時点でフレームの中継を開始する。
【００３７】
図３は本実施形態における伝送路の接続構成を示す図である。
【００３８】
ａ〜ｅ局は図１で示された各伝送装置１，３である。これらは２本の送信回線Ｓ１，Ｓ２と、２本の受信回線Ｒ１，Ｒ２を持ち、各伝送装置１，３の記録媒体１３に格納されるソフトウェアプログラムにて、受信回線Ｒ１から受信した伝送データを送信回線Ｓ２へ、受信回線Ｒ２から受信した伝送データを送信回線Ｓ１へ再送中継（他の局へ中継するためのリピート機能）し、また伝送路を介して送信回線Ｓ１から左隣接局の受信回線Ｒ２へ、送信回線Ｓ２から右隣接局の受信回線Ｒ１へ接続することにより、右回り（時計方向：図の破線）のＹループ方向と、左回り（反時計方向：図の実線）のＸループ方向のループ伝送路を形成している。
【００３９】
図４は、ループ状伝送路に接続された局が伝送するフレームの構成及び種類を図４に示す。伝送フレームは、宛先アドレスフィールド（ＤＡ）・制御フィールド（ＣＦ）・時刻フィールド（ＴＦ）・送信局アドレスフィールド（ＳＡ）・通番の５つのデータが組み込まれたフレームヘッダ部とシステム（アプリケーション）情報がセットされる情報部、及びフレームデータの誤り検定に用いるＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ：フレームの誤り検出用のデータ）コード部にて構成される。
【００４０】
伝送フレームの種類は大別して、図４（ａ），（ｂ）に示す一般フレーム、図４（ａ）に示す同報フレーム及び優先フレーム、図４（ｃ）に示す監視フレームとに分けられる。一般フレームの中でも初期伝送手続きや伝送異常回復手続きに用いるフレームには情報部はない。
【００４１】
同報フレームはブロードキャスト伝送に用い、優先フレームは一般フレームや同報フレームよりも優先して送信／再送中継されるフレームであり、監視フレームはループ状伝送路を介して自局と隣接した局（Ｘ、Ｙ両ループに存在する）との情報授受を行うために用いる。
【００４２】
これらのフレームの識別は、図５に記載する宛先アドレスＤＡと同時にセットされるフレーム種別ビットにて判断する。
【００４３】
この伝送システムはＮ：Ｎ伝送を可能としていることから、前述の一般フレーム、同報フレーム、優先フレームについては他局が自局以外の他局へ発信したフレームを受信することがあり、この場合はすみやかに下流局へ中継するためのリピート機能（以下再送中継と称する）を持つ。
【００４４】
監視フレームは自局と隣接局との情報授受に限定しており、監視フレームを受信した場合は下流局への再送中継は行わず、監視データ取り込み後即廃棄する。
【００４５】
これらから、一般フレーム、同報フレーム、優先フレームは発信から宛先局受信に至るまでに複数局を経由するので再送中継処理による伝送遅れ時間（ＤＡ値受信から自局宛／他局宛を判定するまでのソフトウェア処理時間＋α）が生じ、局間連絡に要する時間間隔が局の接続位置によって異なってくるのに対し、監視フレームは隣接局との連絡のみであるため、局間連絡に要する時間幅が全局ほぼ均一になる。
【００４６】
そこで、一般フレーム、同報フレーム、優先フレームに付くＴＦ（時刻フィールド）は不正フレーム廃棄用、そして監視フレームに付くＴＦは局間同調を目的とした時刻補正用と役割を分ける。
【００４７】
監視フレームの発信は伝送システムであらかじめ設定される規定周期によりループに接続された全局が実施する。但し、時刻補正にも使用するフレームであることから、後着立ち上がり局が先着立ち上がり局に同調し安定した補正にさせるため、局立ち上がり初期時は規定時間経過後、または隣接局から監視フレームを受信し隣接局との同調完了以降から、自局からの監視フレーム発信が可能とする。
【００４８】
フレームヘッダ中の個々のデータの機能について簡単に説明する。
【００４９】
宛先アドレスＤＡはフレームの通知先の局アドレスであり、受信フレームが発生した時にこの値から、自局宛か否かを判定する。但し同報フレームに限り発信元の自局アドレスをセットし、同報フレーム周回後の発信局による吸収廃棄を効率化させる。
【００５０】
また、宛先アドレスＤＡには図５に示す通りのフレーム種別ビット（３ビット分）も含まれている。
【００５１】
ＣＦ（制御フィールド）はＨＤＬＣ（高水準データ制御）ライクの伝送手順制御コードである。
【００５２】
ＴＦ（時刻フィールド）はこのフレームを生成した時点の、発信局の時刻（もしくはカウント）データがセットされる。時刻データは局内管理のソフトタイマーにて１秒周期（カウントデータの場合はシステムの規定周期）にて歩進される。
【００５３】
フレーム受信時に、この時刻データを読み取り、自局時刻と一定範囲以上ずれていた場合はそのフレームは不正フレームとみなして廃棄し、宛先アドレスＤＡが他局宛でも再送中継は行わない。
【００５４】
１：Ｎ伝送では二次局は受信データの再送中継は必ず実施するが、一次局は再送中継は実施しないので、ループ内に不正なフレーム（アボートデータ等）が混入しても１周回以内には必ず一次局により廃棄されるが、Ｎ：Ｎ伝送では全ての局が再送中継をするとともに１次局相当を持たせないので、ループ内の各々の局が受信フレームの正否判定を行い、不正フレームの検出及び速やかな廃棄が必要になる。不正フレーム判定用となる時刻データをフレームの先頭付近に置き、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前にそのフレームの正否判定を実施する。
【００５５】
また、フレーム中ＤＡで示される局がダウンした場合は正常フレームが周回し、ループ内に滞ることになるが、規定時間経過後にはフレーム中ＴＦが不正値となるためにループ内のいづれかの局により吸収廃棄される。
【００５６】
ＳＡ（発信元アドレス：送信局アドレス）はフレームの発信局であり、フレームを受信した局がどの局から発信されたフレームか識別するのに用いる。
【００５７】
通番はＸ、Ｙループから同時に発信されたフレームの、後着に受信したフレーム廃棄に用いる。通番は発信フレームとして生成されたＸループ向けフレーム／Ｙループ向けフレームの両方に同一値をセットし、受信局に対し同一フレームであることを知らせる。
【００５８】
通番データは、一般フレーム、同報フレームに共通であり、何らかのフレームが送信されるごとにカウントアップされる。優先フレームに対しては、別管理の通番データを持ち、一般フレーム、同報フレームの追い越しに対応する。
【００５９】
また監視フレームは中継されないことと、隣接局間の連絡のみとしているのでＸ、Ｙ両方向に同一フレームを発信することはないため、監視フレームには使用していない。
【００６０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、上記の基本構成形態に、次の構成を加えたものである。各伝送装置には、前述のフレーム送信系及びフレーム受信系以外に、内部時計をそれぞれを備え、次のような機能を持たせたものである。各内部時計は、伝送フレームには自伝送装置の持つ時刻データを設定して、ループ内で隣接する伝送装置からフレームを受信した時に受信フレーム中の時刻データから自伝送装置の内部時計を補正するものであり、各伝送装置の時刻を同期させる機能を持つものである。
【００６１】
この場合、内部時計の補正に用いる時刻はシステム設置場所の現地時刻であり、ループ状伝送路に接続された局のいずれかひとつを基準局（親局相当）として初期値（時刻）を与える。そして、監視フレーム中の時刻フィールドＴＦには、基準局及び時刻補正が完了した局は０〜５９までの秒時刻をセットして発信するが、基準時刻に補正されていないその他の局は基準時刻へ補正されるまでは６４〜１２７の範囲で更新するカウント値を時刻データとして時刻フィールドＴＦにセットして発信する。監視フレームを受信した局は、自局管理の時刻値より監視フレーム中時刻フィールドＴＦ値の方が大きい場合に監視フレーム中時刻フィールドＴＦ値に自局時刻を合わせ込み、また自局からの監視フレーム発信周期もこれに同調させる。
【００６２】
但し、基準局は他局の時刻データには合わせ込まず、自局の時刻更新タイミングを保ち続ける。秒時刻が６０未満の時刻値で合わせ込みが完了した局は基準時刻に補正できたこととなり、以降の時刻更新は０〜５９の秒値を使用する。
【００６３】
以上述べた第１の実施形態では、基準局にのみ時刻を設定する装置を設けることにより、伝送路に接続されている伝送装置全て（局全て）の時刻を同調させることができる。
【００６４】
次に、第１の実施形態について詳細に説明する。図３のａ〜ｅ局は伝送装置としては主従関係がなくそれぞれ独立して動作するが、本発明においては時刻合わせに用いる基準時刻データを管理する局が必要であり、ａ局を基準局に設定する。
【００６５】
ａ〜ｅ局はそれぞれ起動後、自局内部初期化を実施したあと隣接局からの監視フレーム受信を待つ。監視フレームは自局及び隣接局のループ伝送路加入状況を把握するものであり、他局から監視フレームを受信することによって自局がループ伝送路に正常に加入できていると判断する。
【００６６】
まず、基準局であるａ局の動作について説明する。
【００６７】
ａ局はループ基準時刻を持つ基準局であるため起動後、即監視フレームを発信できる。監視フレームの発信周期はループ伝送システムの定数としてあらかじめ設定されており、局の内部タイマーにて生成される。
【００６８】
内部タイマーがタイムアップすると第１の割込みが発生し、監視フレーム生成プロセスが起動され、現在時刻や故障情報等を盛り込み監視フレームを生成し、フレーム発信ドライバを経由して自局発信／再送中継がないことを確認した後伝送路へ送出する。伝送路へ発信された監視フレームは伝送路を介してもよりの隣接局（図３ではｂ局、ｅ局）に受信される。
【００６９】
隣接局は受信データが発生すると第２の割込みにより受信データ入力プロセスが起動され、受信データの検定／取り込み処理が行われる。このとき受信データが監視フレームであった場合、時刻フィールドＴＦ値を元に自局の内部時刻を合わせ込む。
【００７０】
時刻補正に要する時間は、基準局の第１の割込み発生から隣接局の内部時刻合わせ込みまでであり、処理ブロックで分割すると以下のようになる。
【００７１】
１）第１の割込み発生から監視フレームの生成プロセス起動までの割込み受付け待ち時間
２）監視フレーム生成時間
３）監視フレーム発信待ち時間
４）監視フレーム伝送時間
５）第２の割込み発生から受信データ入力プロセス起動までの割込み受付け待ち時間
６）受信データ検定時間
上記の２）、６）に要する時間はソフトウェアの処理実行時間であり、計算や実測により固定値として算出できる。４）も伝送速度と監視フレームのサイズから固定値として算出できる。
【００７２】
一方、１）、５）は他割込み処理の実行時間が最大待ち時間となり、時間幅はタイミングにより異なるため、本時刻補正時の誤差範囲となってしまうが、割込み処理所要時間を一定時間（数百μ秒〜１ミリ秒以内）に抑えることと、第１、第２の割込みの優先度を他割込みよりも高くすることで誤差を極小化できる。
【００７３】
３）はフレーム発信ドライバを用いて監視フレームを発信しようとした時点で、以前の送信フレームが発信途中である場合や、上流隣接局からの受信データを再送中継中である場合に待たされる時間であり、この所要時間は伝送速度と最大フレームサイズにより大きく異なってくる。
【００７４】
最大フレームサイズを１０２４バイトと仮定してそれぞれの伝送速度での所要時間は次の通りである。
【００７５】
６００ｂｐｓ：１３．６５秒（1byte伝送時間(13.33ミリ秒)×1024）
２４００ｂｐｓ： ３．４１秒（1byte伝送時間 ( 3.33ミリ秒)×1024）
９６００ｂｐｓ： ０．８５秒（1byte伝送時間 ( 0.83ミリ秒)×1024）
２８８００ｂｐｓ： ０．２８秒（1byte伝送時間 ( 0.27ミリ秒)×1024）
実際のシステム構築時には、１フレーム伝送最大時間をおおよそ１〜２秒程度に抑えて最大フレームサイズを決定するので必ずしも上記の遅れ時間にはならないが、秒オーダーのずれがあるとＴＦ値を用いた不正フレーム廃棄処理が誤動作するおそれが有り時刻補正には適さない。
【００７６】
この対処として、監視フレームの時刻フィールドＴＦ値のＭＳＢに補正許可ビットを設け、前述の３）の発信待ちとなってしまった場合は補正許可ビットをオフしてから送信待ちバッファに待避することで、受信局側での時刻補正処理が起動しないようにする。
【００７７】
基準局以外の局は隣接局から監視フレームを受け付け時刻合わせを完了することで、自局からのフレーム発信が可能となり、以降は基準局と同様に自局に隣接する他局へ監視フレームの発信を規定周期で行うようになる。これらを繰り返してループ伝送路に接続される全局が基準局の時刻に合わせ込まれ、また規定周期もしくはその倍数の周期で補正が繰り返されるわけであり、当然基準局へ向けた監視フレーム発信も発生するのだが、基準局は他局から受信した監視フレームを用いての時刻補正は一切行わず、監視フレームは隣接局の状態監視にのみ使用するようにしている。
【００７８】
また、ＸＹの両ループから監視フレームが受信されることから、初期起動時にはＸループからの監視フレーム受信タイミングとＹループからの監視フレーム受信タイミングに差が生じることが想定される。この時間差は上記の遅れ時間から考えて微少であるが、両ループから受信した監視フレームの両方を時刻補正に用いると必ず、後着の監視フレームが有効となってしまい、ずれ幅の解消がしにくい。
【００７９】
そこで、自局時刻より受信した監視フレームのＴＦ値が大きい場合に、自局時刻をＴＦ値に合わせ込むようにし、自局と隣接局が互いに周期的な微小補正を繰り返すことでずれ幅を極小化する。
【００８０】
次に基準時刻を持たないｂ〜ｅ局について説明をする。
【００８１】
図３のｂ〜ｅ局は基準局に設定されていないので、起動後は規定時間は隣接局からの監視フレーム受信を待ち、監視フレームの受信により自局の時刻を合わせ込む。時刻の合わせ込みが完了したら、基準局と同様規定の監視フレーム発信周期にてＸＹループに接続された両隣接局へ監視フレーム発信を開始する。
【００８２】
起動後の隣接局からの監視フレーム受信待ち時間は監視フレーム発信周期の３倍とし、その時間内に監視フレームを受信できなかった場合はループ内で１番先に起動されたか、もしくは基準局がダウンしていると判断し、時刻値と異ならせた初期値６４から１２７までのカウント値をＴＦ値として両隣接局へ監視フレームを発信する。その後に隣接局から監視フレームを受け、そのＴＦ値が０〜５９までの時刻値であれば無条件で時刻の合わせ込みを行い、時刻値以外であれば６４から１２７の範囲で前記した時刻補正処理を行う。
【００８３】
次に、ループに接続された全ての局が時刻補正完了に要する時間について記載する。
【００８４】
図３のａ〜ｅ局を一斉に起動した場合、まず基準局であるａ局から監視フレームが送信される。発信はＸＹ両ループ同時に実施されるため、Ｘループ側からはｂ局へ、Ｙループ側からはｅ局へ同時に伝達できる。
【００８５】
監視フレーム発信周期を３秒とすると、ｂ局、ｅ局の時刻補正完了は最大３秒後となる。ｂ局、ｅ局は自局の時刻補正が完了したので、次の３秒後には、ｂ局はｃ局とａ局へ、ｅ局はｄとａ局へ監視フレームを発信する。
【００８６】
これらから時刻補正に要する時間は次の計算式で表され、最大構成３１局がループに接続された場合は４５秒で補正が完了することになる。
【００８７】
（全局数−１）／２×３秒＝全局時刻補正完了所要時間
但し、ループ伝送システムを運用する場合はそれぞれの局同士が遠く離れた場所に配置されるため、同時起動は実際には発生せず、１局１局が個別に起動される都度ループに加入していく形をとるのが一般的である。
【００８８】
この場合、自局が加入前に、以前にループに加入した局が時刻補正完了していると仮定すると、新規にループに加入してから３秒以内で時刻補正が完了することになる。
【００８９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、上記の基本構成形態に、次の構成を加えたものである。すなわち、各伝送装置は、前述のフレーム送信系及びフレーム受信系以外に、内部カウンタをそれぞれを備えたものである。各内部カウンタは、伝送フレーム中に時間間隔を表すカウント値を持ち、ループ内の他伝送装置から受信したフレーム中のカウントデータから自局の内部カウンタを補正する機能を持つものである。
【００９０】
監視フレーム中ＴＦには０〜１２７のカウント値がセットされる。このカウント値は初期値が０で規定時間単位で歩進し、１２７からは０へと歩進する。
【００９１】
このカウント値は時刻（時報）との関連性は無く、ループに接続されたそれぞれの局が互いに合わせ込みを行う。このため、第１の実施形態で記載したような基準局は存在しない。
【００９２】
監視フレームを受信した局は、自局管理のカウント値より監視フレーム中時刻フィールドＴＦ値の方が大きい場合に監視フレーム中ＴＦ値に自局カウント値を合わせ込み、また監視フレームの発信周期もこれに同調させる。
【００９３】
第２の実施形態によれば、ループに接続された局全てのカウント値歩進タイミング、監視フレーム発信タイミングを同調させる作用により、時刻フィールドＴＦを用いた不正フレームの廃棄が容易かつ正確に行え、伝送効率向上が図れる。
【００９４】
次に、第２の実施形態の詳細について説明する。
【００９５】
第１の実施形態では基準となる時刻データを持つ基準局が存在するが、本実施形態では基準局はない。また時刻フィールドＴＦ値に採用する数値は初期値０から１２７までのカウント値となる。
【００９６】
カウント値の補正方式は、第１の実施形態と同じであり、初期補正に要する時間や精度は第１の実施形態と同等であるが、基準局を持たずに局間で相互補正を行うため、単位時間におけるカウント幅のばらつきは修正されることなく積み重ねられる特徴を持つ。
【００９７】
第１の実施形態と比較して本実施形態における利点は、基準局が不要なことからシステム構築が容易になることと、時刻フィールドＴＦ値の幅が広がることでより正確な不正フレームの廃棄が行えることの２点が挙げられる。
【００９８】
正常フレームと判定する時刻フィールドＴＦ値を、
（自局カウント値＜受信ＴＦ値＜自局カウント値＋７）と仮定すると、
第１の実施形態では０から５９までの６０幅、もしくは６４から１２７の６４幅が有効値となり、そのうちデータ幅７までが正常扱いとなるので不正フレームの検出確率は次のようになる。
【００９９】
（１−７／６０（もしくは６４））×１００ ＝ ８８（８９）％
そして、第２の実施形態では０から１２７までの１２８幅となり、データ幅７までが正常扱いとなるので、
（１−７／１２８） ×１００ ＝ ９５ ％
が不正フレームの検出確率となる。
【０１００】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、上記の基本構成形態に、次の構成を加えたものである。第１又は第２の実施形態において、各伝送装置が送受信したフレーム中の時刻データ、もしくはカウントデータ、及びその伝送フレームのサイズを元にして、後述する時刻単位の伝送負荷を求める機能を持つものである。
【０１０１】
伝送路に接続されるそれぞれの局が、規定時間で区切った伝送バイト数を保存するテーブルを持ち、このテーブルの参照に用いるインデックスは自局内部の時刻もしくはカウント値とする。
【０１０２】
データ伝送が発生すると、内部時刻もしくはカウント値をインデックスとした記録媒体の番地に格納された伝送バイト数に積算していく。規定時間の範囲内に伝送できる最大バイト数は伝送速度で決定され、規定時間内に伝送されたフレームバイト数の合計を最大バイト数で割り伝送負荷［伝送可能な最大容量（もしくは時間）に対する実伝送容量（もしくは時間）の割合（％）のこと］を求める。
【０１０３】
第３の実施形態では、テーブルのインデックスとする規定時間の設定を変えることにより、秒別／分別／時間別／週別／月別といったようなさまざまな期間の伝送負荷の調査を実施できる。
【０１０４】
ここで、伝送負荷を別な形で表現すると、次のように表すことができる。
【０１０５】
伝送負荷（％）＝伝送済みバイト数／規定時間内に伝送可能なバイト数
次に、第３の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、第１もしくは第２の実施形態に、次の構成を加えたものである。
【０１０６】
伝送路に接続されたそれぞれの局は、図２の記録媒体１３内に図６の伝送バイト数保存用テーブルを持っている。
【０１０７】
送信データには自局発信と再送中継の２種類、受信データには自局宛フレーム受信（同報フレーム含む）と他局宛フレーム受信の２種類で合計４種類になるが、再送中継による送信と、他局宛フレーム受信は必ず同一値になるので、ここでは自局発信データ数と自局宛フレームの受信データ数と再送中継データ数の３種類で積算トレースを行っている。
【０１０８】
伝送バイト数保存テーブルの各バイト数合計値の更新は、それぞれフレーム送信ドライバ、フレーム受信ドライバで実施し、再送中継においてはフレーム受信ドライバにて他局宛フレームの判定時に実施する。
【０１０９】
前述の第１の実施形態を用いて実施する場合と、前述の第２に実施形態を用いて実施する場合との違いは時間軸インデックスに用いる時刻データの違いとなる。
【０１１０】
第１の実施形態では時刻値を時間軸インデックスに用いるので、時報に相対する積算トレースを行うことができ、時間帯における伝送負荷の把握が行える他、外部事象と伝送負荷との関連付けが行える。
【０１１１】
ここで、例えば規定時間＝１分（６０ｓｅｃ）、伝送済みバイト数＝８００ｂｙｔｅ、伝送速度＝９６００ｂｐｓの場合の伝送負荷を求めると、次のようになる。
【０１１２】
８００ｂｙｔｅ／（９６００ｂｐｓ／８ｂｉｔ）×６０ｓｅｃ＝０．０１１（１．１％）となり、伝送負荷が約１％となる。外部事象（イベントや機器操作）が多量に発生すれば、それに応じて送信情報も増え、伝送負荷が上昇する。一定値以上の伝送負荷上昇で、伝送機器間の情報連絡が停滞したり、伝送データの欠損が生じたりして、システム全体にまで影響を与えることがある。このような状況に陥った場合の解析データとして、時間軸を特定幅で区切り、それぞれの時間帯での伝送負荷を保存することで、統計情報として時間軸における伝送負荷の変化（増減）が把握できるようになる。外部事象は、通常別装置にて発生（操作）時刻のログが印字されるので、伝送負荷の変化時間帯との結び付けが容易になる。
【０１１３】
これに対し、第２の実施形態ではカウント値を時間軸インデックスに用いるので、トレース開始時を基点とした積算トレースになり時間帯における伝送負荷の把握は行えるが、伝送装置単体では外部事象との関連付けはできない。
【０１１４】
この場合、伝送装置に時刻データを持つターミナル機器を接続し、積算トレースを時々吸い上げ、タイムインデックスをつけることで外部事象と関連付けることが可能になる。
【０１１５】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、前述の第１又は第２の実施形態において、次のような構成を加えたものである。すなわち、伝送フレーム中に自伝送装置の故障状態データを持ち、ループ内に属する他伝送装置から受信したフレーム中の伝送装置の故障状態データから、自伝送装置に隣接した伝送装置および伝送路の故障状態を把握する機能を持つことまた自伝送装置からは検出できない自伝送装置および伝送路の故障を検出する機能を持つものである。
【０１１６】
この場合、監視フレームに自局の故障状態情報をセットしてＸ、Ｙループの両隣接局に対して送信を行い、それを受信した隣接局が自局故障状況を認識する。
【０１１７】
第４の実施形態では、自局で検出した故障を隣接局へ連絡することで、自局のみでは検出できない自局要因故障の認識およびループ伝送システムにおける故障部位の特定を実施できる。
【０１１８】
次に、第４の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、第１もしくは第２の実施形態に加え、次の構成を備えたものである。
【０１１９】
伝送装置は図２で示す通り、複数のモジュールから構成されており、その中でも伝送路２やモデム１９、２０の故障は自己診断のみでは検出できない場合が多い。
【０１２０】
これを改善するために両隣接局へ定周期連絡する監視フレームに図４に示すフォーマットで故障情報を添付する。
【０１２１】
図３の構成でｂ局とｃ局間の伝送路のうちＸループ方向が故障したとする。
【０１２２】
ｃ局は、Ｘ方向受信回線側からキャリアオフや受信データ異常、監視フレーム受信タイムアウトなどを検出する。これによりｃ局が故障箇所として挙げられるのは伝送路の故障とｂ局自体の故障の２点となる。
【０１２３】
また、ａ−ｂ局間は正常のためａ局は何の故障も検出しない。ｂ局からｃ局への伝送はできなくなるがＹループ方向であるｃ局からｂ局への伝送は実施可能であるので、ｃ局が検出した故障情報を監視フレームにセットしｂ局へ連絡する。そしてｂ局はｃ局から受信した監視フレームの故障情報によりＸ方向ループの回線が故障したことを検出できる。
【０１２４】
更に、ｂ局自体がダウンした場合はａ局とｃ局が監視フレーム受信タイムアウトを検出するのでｂ局ダウンと判定できる。
【０１２５】
（第５の実施形態）
第５の実施形態では、前述の第４の実施形態に、次の構成を加えたものである。すなわち、自局検出の故障発生復帰および隣接局から受信した故障発生の復帰情報を時間単位に積算し、統計をとり、時間単位の故障発生頻度を求める機能を持つものである。
【０１２６】
第４の実施形態で記載した自局および隣接局の故障情報から故障発生復帰変化を認識し、それらを第３の実施形態で記載した時間単位で積算する。単位時間は第１又は第２の実施形態で記載した時刻補正した時刻値やカウント値を基にして一定幅で区切ったものである。
【０１２７】
第５の実施形態では、各故障発生復帰の統計を時系列に積算することで故障発生頻度の時刻による変化を把握することができる。また、これと外部事象との比較検討により故障要因の早期特定、さらには故障の未然防止が可能になる。
【０１２８】
次に、第５の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、第４の実施形態に加え、第３の実施形態で記載した図６の伝送バイト数保存用テーブルと同等の構成からなっている。
【０１２９】
故障対象項目は、図７の故障検出回数保存用テーブルに示すように、監視フレーム受信タイムアウト回数、ＣＳ信号（Ｃｌｅａｒ ｔｏ Ｓｅｎｄ：モデムから通知される送信許可を示す信号）オフ検出回数、ＣＤ信号（Ｃａｒｒｉａｒ Ｄｅｔｅｃｔ：モデムから通知される受信キャリア状態を示す信号）オフ検出回数、異常フレーム受信回数、時刻フィールドＴＦ値によるフレーム廃棄回数の５種目である。
【０１３０】
これには自局で検出する故障と、隣接局が検出し監視フレームで通知される故障があるが本実施形態では特別な区別はつけていない。
【０１３１】
隣接局から受信した監視フレームはフレーム受信プロセスを経由して伝送路監視プロセスに通知される。また自局が検出した故障情報も最終的に伝送路監視プロセスに通知され処理される。
【０１３２】
図７で示すテーブルはＸＹループ分の２つを持ち、テーブルの更新タイミングは時間軸インデックスを元にした故障の発生／復帰検出時となり、次のようになる。
【０１３３】
監視フレーム受信タイムアウト回数は、伝送路監視プロセスおいて監視フレーム受信時に発信周期の３倍時間分のタイマーを起動し、タイマーがタイムアップすると故障発生として検出し、又タイマーがタイムアップ前に再度監視フレームを受信した場合は起動中のタイマーをリセット再起動し、更に故障発生検出以降に監視フレームを受信したら故障復帰検出とする。
【０１３４】
ＣＳ信号オフ検出回数は、ＣＳ信号が変化時に発生する割込みで、ＣＳ信号がオフであれば故障発生として検出し、その後再度の割込みでＣＳ信号がオンであれば故障復帰として検出とする。
【０１３５】
ＣＤ信号オフ検出回数は、ＣＤ信号が変化時に発生する割込みで、ＣＤ信号がオフであれば故障発生として検出し、その後再度の割込みでＣＤ信号がオンであれば故障復帰として検出する。
【０１３６】
異常フレーム受信回数は、フレーム受信プロセスにて検出し、又発生復帰はなく検出ごとにカウントアップする。
【０１３７】
時刻フィールドＴＦ値によるフレーム廃棄回数は、フレーム受信プロセスにて検出し、又発生復帰はなく検出ごとにカウントアップする。
【０１３８】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、次の効果が得られる。
【０１３９】
（１）独立した伝送装置間を同調させることで例えば不正フレームを廃棄する手段が得られ、その結果Ｎ：Ｎデータ伝送が可能となり従来伝送方式と比較して大きな伝送効率向上が図れるループ型データ伝送システムを提供することができる。
【０１４０】
（２）伝送路負荷監視や隣接局監視を積極的に実施することで、故障の未然防止や故障発生時の早期検出、故障部位の特定が可能となり、より信頼性の高いループ型データ伝送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるループ型データ伝送システムの基本構成例を示す図。
【図２】図１の各伝送装置の一具体例を説明するためのハード構成図。
【図３】図１の伝送路の接続構成を示す図。
【図４】本発明に係わるループ型データ伝送システムにおける伝送フレームの構成を示す図。
【図５】図４の宛先アドレスフィールドＤＡの構成を示す図。
【図６】伝送バイト数保存用テーブルを説明するための図。
【図７】故障検出回数保存用テーブルを説明するための図。
【図８】従来のＳＤＬＣ方式のループ型データ伝送システムの構成図。
【図９】図８の従来のループ型データ伝送システムで使用するフレームの構成図。
【図１０】図８の従来のループ型データ伝送システムにおけるフレームの送信状態を説明するためのフレーム伝達タイムチャート。
【符号の説明】
１…センタ伝送装置
２…伝送路
３…伝送装置
５…パーソナルコンピュータ
６…駅制御装置
１１…ＭＰＵ
１２…バスライン
１３…記録媒体
１５〜１８…シリアルインターフェース
１９，２０…モデム
Claims (8)
- 複数の伝送装置が伝送路を介してループ状に接続されるループ型データ伝送システムにおいて、
前記各伝送装置は、フレーム送信系と、フレーム受信系と、内部時計をそれぞれを備え、前記フレーム送信系は外部からデータ送信要求を受けた時、先頭側に宛先アドレスフィールド及び送信元アドレスフィールドを設けたフレームを作成して前記伝送路に送信するものであり、
不正フレーム判定用となる時刻データを前記フレームの先頭付近に置き、前記フレーム受信系はフレーム受信時、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前に前記受信フレームの正否判定を実施し、前記フィールドの宛先アドレス及び送信元アドレスと自アドレスとを比較し、何れのアドレスも自アドレスと不一致のときには前記受信フレームを下流側装置に中継し、何れかのアドレスが前記自アドレスと一致したときには前記受信フレームを前記伝送路から除去するものであり、
前記内部時計は、前記伝送フレームには自伝送装置の持つ時刻データを設定して、ループ内で隣接する伝送装置からフレームを受信した時に受信フレーム中の時刻データから自伝送装置の内部時計を補正するものであり、各伝送装置の時刻を同期させる機能を持つことを特徴とするループ型データ伝送システム。 - 複数の伝送装置が伝送路を介してループ状に接続されるループ型データ伝送システムにおいて、
前記各伝送装置は、フレーム送信系と、フレーム受信系と、内部カウンタをそれぞれを備え、
前記フレーム送信系は外部からデータ送信要求を受けた時、先頭側に宛先アドレスフィールド及び送信元アドレスフィールドを設けたフレームを作成して前記伝送路に送信するものであり、
不正フレーム判定用となる時刻データを前記フレームの先頭付近に置き、前記フレーム受信系はフレーム受信時、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前に前記受信フレームの正否判定を実施し、受信フレームの前記フィールドの宛先アドレス及び送信元アドレスと自アドレスとを比較し、何れのアドレスも自アドレスと不一致のときには前記受信フレームを下流側装置に中継し、何れかのアドレスが前記自アドレスと一致したときには前記受信フレームを前記伝送路から除去するものであり、
前記内部カウンタは、伝送フレーム中に時間間隔を表すカウント値を持ち、ループ内の他伝送装置から受信したフレーム中のカウントデータから自局の内部カウンタを補正する機能を持つことを特徴とするループ型データ伝送システム。 - 複数の伝送装置が伝送路を介してループ状に接続されるループ型データ伝送システムにおいて、
前記各伝送装置は、フレーム送信系と、フレーム受信系と、内部時計をそれぞれを備え、前記フレーム送信系は外部からデータ送信要求を受けた時、先頭側に設ける宛先アドレスフィールドと、先頭側に設ける不正フレーム廃棄用及び時刻補正用の時刻フィールドと、送信元アドレスフィールドを設けたフレームを作成して前記伝送路に送信するものであり、
不正フレーム判定用となる時刻データを前記フレームの先頭付近に置き、前記フレーム受信系はフレーム受信時、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前に前記受信フレームの正否判定を実施し、受信フレームの前記フィールドの宛先アドレス及び送信元アドレスと自アドレスとを比較し、何れのアドレスも自アドレスと不一致のときには前記受信フレームを下流側装置に中継し、何れかのアドレスが前記自アドレスと一致したときには前記受信フレームを前記伝送路から除去するものであり、
前記内部時計は、前記伝送フレームには自伝送装置の持つ時刻データを設定して、ループ内で隣接する伝送装置からフレームを受信した時に受信フレーム中の時刻データから自伝送装置の内部時計を補正するものであり、各伝送装置の時刻を同期させる機能を持つことを特徴とするループ型データ伝送システム。 - 複数の伝送装置が伝送路を介してループ状に接続されるループ型データ伝送システムにおいて、
前記各伝送装置は、フレーム送信系と、フレーム受信系と、内部カウンタをそれぞれを備え、
前記フレーム送信系は外部からデータ送信要求を受けた時、先頭側に設ける宛先アドレスフィールドと、先頭側に設ける不正フレーム廃棄用及び時刻補正用の時刻フィールドと、送信元アドレスフィールドを設けたフレームを作成して前記伝送路に送信するものであり、
不正フレーム判定用となる時刻データを前記フレームの先頭付近に置き、前記フレーム受信系はフレーム受信時、受信フレーム１ブロック全てが受信完了する以前に前記受信フレームの正否判定を実施し、受信フレームの前記フィールドの宛先アドレス及び送信元アドレスと自アドレスとを比較し、何れのアドレスも自アドレスと不一致のときには前記受信フレームを下流側装置に中継し、何れかのアドレスが前記自アドレスと一致したときには前記受信フレームを前記伝送路から除去するものであり、
前記内部カウンタは、伝送フレーム中に時間間隔を表すカウント値を持ち、ループ内の他伝送装置から受信したフレーム中のカウントデータから自局の内部カウンタを補正する機能を持つことを特徴とするループ型データ伝送システム。 - 前記各伝送装置は、フレーム送信時に前記内部時計の時刻フィールドとして送信フレームに付加し、送信局から送出されたフレーム中の前記時刻フィールドは、以後の再生中継では書き換え不要とし、前記各伝送装置の自装置内部時刻の歩進により生じる受信フレーム中の時刻フィールドとの時間差分により、受信フレームの正常性を判定する機能を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のループ型データ伝送システム。
- 前記各伝送装置が送受信したフレーム中の時刻データ、もしくはカウントデータ、及びその伝送フレームのサイズを元にして、時刻単位の伝送負荷を求める機能を持つことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のループ型データ伝送システム。
- 前記伝送フレーム中に自伝送装置の故障状態データを持ち、ループ内に属する他伝送装置から受信したフレーム中の伝送装置の故障状態データから、自伝送装置に隣接した伝送装置および伝送路の故障状態を把握する機能、並びに自伝送装置からは検出できない自伝送装置および伝送路の故障を検出する機能を持つことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のループ型データ伝送システム。
- 前記自局検出の故障発生復帰および隣接局から受信した故障発生復帰情報を時間単位に積算し、統計をとり、時間単位の故障発生頻度を求める機能を持つことを特徴とする請求項７記載のループ型データ伝送システム。
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