JP7423367B2

JP7423367B2 - 通信システム、デバイス、及び通信方法

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Publication number: JP7423367B2
Application number: JP2020050472A
Authority: JP
Inventors: 学渡邉
Original assignee: Kioxia Corp
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Description

本実施形態は、通信システム、デバイス、及び通信方法に関する。

コントローラと複数のデバイスとを有する通信システムでは、コントローラと複数のデバイスとが通信路を介してパケットを転送する。このとき、パケットを効率的に転送することが望まれる。

国際公開第２０１１／０３７１６８号特開２００９－２３９６５６号公報特開２０１４－５９８８３号公報

一つの実施形態は、パケットを効率的に転送できる通信システム、デバイス、及び通信方法を提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、コントローラと複数のデバイスと通信路とを有する通信システムが提供される。通信路は、コントローラ及び複数のデバイスをリング状に接続する。通信路は、差動シリアル信号の通信フレームを伝送可能である。通信路で伝送される通信フレームは、複数のパケットで構成される。複数のパケットは、互いに均等な固定データ長を有する。デバイスは、所定の条件に応じて、受信した通信フレームに含まれるパケットに対するデータの挿抜が可能である。

図１は、第１の実施形態にかかる通信システムの構成を示す図である。図２は、第１の実施形態にかかる通信システムの構成及び動作を示す図である。図３は、第１の実施形態における通信フレームの構成を示す図である。図４は、第１の実施形態における通信システムの動作を示す図である。図５は、第２の実施形態における通信システムの構成及び動作を示す図である。図６は、第３の実施形態における通信システムの構成及び動作を示す図である。図７は、第３の実施形態における通信フレームの構成を示す図である。図８は、第４の実施形態における通信システムの構成及び動作を示す図である。図９は、第４の実施形態における通信フレームの構成を示す図である。図１０は、第５の実施形態におけるヘッダの構成を示す図である。図１１は、第５の実施形態における各デバイス内の制御回路の構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる通信システムを詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかる通信システムは、コントローラと複数のデバイスとを有し、コントローラと複数のデバイスとが通信路を介して接続される。通信システムは、コントローラと複数のデバイスとが通信路を介してパケットを転送する。例えばデバイスは、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリであり、通信システムは、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）である。

コントローラ及び複数のデバイスが通信路で接続された通信システムでは、大容量化・高速化が求められ、超広帯域（例えば、２００ＧＢ／ｓ以上）・大容量が要求されることがある。通信システムがＧＰＵ（ＧｒａｐｈｉｃＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）で扱うデータのストレージに応用される場合、ＧＰＵの処理能力を生かすためには、通信システムがＧＰＵに対して大容量のデータを高速で授受できることが要求される。また通信システムがＡＩ（ＡｒｔｉｆｉｔｉａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）プロセッサの機械学習に応用される場合、ＡＩプロセッサの機械学習を効率的に行うためには、通信システムがＡＩプロセッサに対して大容量のデータを高速で授受できることが要求される。

高速通信を行う際、ノイズ耐性に優れる差動信号を用いた通信が好ましい。差動信号を用いた通信によれば、受信時に差動信号間のノイズをキャンセル可能で、信号の受信処理を精度よく行うことできるため、通信の信頼性を容易に向上できる。

コントローラ及び複数のデバイスがピア・ツー・ピアの通信路で接続された通信システムにおいて、超広帯域・大容量を実現するために、コントローラ及び複数のデバイス間の通信路を多数本の通信線で構成する第１の技術が考えられる。第１の技術では、コントローラに膨大な数の接続ピンを設けることになる。例えば、各デバイスが２Ｇｂｐｓ／ｐｉｎのピンを２０ピン有しており、８ビットのデータを同時に差動で送受信可能である場合、通信路の帯域として２００ＧＢ／ｓを実現するためには、１００個のデバイスを接続することになる。コントローラには、２０×１００＝２０００ピンを設けることになる。これにより、通信システムのコストが顕著に増大する可能性がある。すなわち、第１の技術は、現実的ではない。

それに対して、コントローラ及び複数のデバイスがリング状の通信路で接続された通信システムを構成し、通信路を介して差動シリアル信号をコントローラが複数のデバイス間に対して排他的に伝送する第２の技術が考えられる。第２の技術では、各デバイスに高速シリアルＩ／Ｆを搭載し、複数のデバイスがコントローラに対してリング接続されるので、高速な通信を小ピンで実現可能であるようにも考えられる。

しかし、コントローラから複数のデバイスへの信号伝送が排他的であるため、コントローラから各デバイスへのデータ転送効率に限界があり、超広帯域・大容量の実現が困難である。

そこで、本実施形態では、通信システムにおいて、リング状の通信路で伝送される通信フレームにそれぞれが固定データ長を有する複数のパケットを含ませ、各デバイスが所定の条件に応じて通信フレームに対してパケットを挿抜できるようにすることで、通信の超広帯域化・大容量化を図る。

具体的には、通信システム１は、図１に示すように構成され得る。図１は、通信システム１の構成を示す図である。

通信システム１は、システムボード２、コネクタ３、コントローラ４、複数のメモリカード５（５－１～５－ｎ）、及び複数の通信路８（８－１～８－ｎ）を有する。

システムボード２は、例えば、超広帯域（例えば、２００ＧＢ／ｓ以上）・大容量に対応したアクセラレータ・ボードである。

コネクタ３は、システムボード２の一部に配され、他の装置（コンピュータ等）が接続され得る。コントローラ４は、コネクタインタフェース回路４ａを有し、コネクタインタフェース回路４ａ及びコネクタ３を介して他の装置と情報を授受する。

メモリカード５－１～５－ｎは、基板７及び直列接続された複数のデバイス６（６－１～６－４）を有する。複数のデバイス６－１～６－４は、基板７上に実装されている。複数のデバイス６－１～６－４は、基板７の長手方向に沿って配列され得る。各デバイス６は、例えば、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等のメモリデバイスである。コントローラ４は、メモリインタフェース回路４ｂを有し、メモリインタフェース回路４ｂ及び通信路８を介して複数のデバイス６－１～６－４に通信可能に接続されている。

コントローラ４は、メモリインタフェース回路４ｂ及び通信路８を介して各デバイス６と情報を授受する。メモリインタフェース回路４ｂは、差動シリアル信号の送受信が可能なように構成されている。

複数の通信路８－１～８－ｎは、複数のメモリカード５－１～５－ｎに対応している。各通信路８は、メモリインタフェース回路４ｂと対応するメモリカード５に備えられた複数のデバイス６－１～６－４とをリング接続する。すなわち、コントローラ４とデバイス６－１の間、デバイス６－２～６－４間、デバイス６－４とコントローラ４との間、はそれぞれ通信路８で接続される。各通信路８は、差動シリアル信号を伝送可能である。

各デバイス６－１～６－４は、差動シリアル信号の送受信が可能なように構成されている。各デバイス６－１～６－４は、通信路８を介して通信フレームを差動シリアル信号で送受信する。通信フレームは、複数のパケットを含む。複数のパケットは、それぞれ、固定データ長を有する。各デバイス６－１～６－４は、所定の条件に応じて、通信フレームに対するパケットの挿抜を実行する。このとき、通信フレームは、要求される帯域と各デバイスの帯域とに応じた個数のパケットを含み得る。

なお、通信システム１は、システムボード２が省略された構成であってもよい。また、コネクタインタフェース回路４ａは、コネクタ３を介さず外部装置に直接接続されてもよい。また、システムボード２と基板７とは一体で形成されてもよい。

例えば、各デバイス６は、図２に示すように、受信部（Ｒｘ）６１、送信部（Ｔｘ）６２、プロトコル変換部（ＰＣＳ）６３、制御回路（ｃｏｎｔ）６４、内部バス６５、メモリ６６を有する。図２は、通信システム１の構成及び動作を示す図であり、コントローラ４と１つのメモリカード５との接続構成を示している。制御回路６４は、内部バス６５を介してメモリ６６にアクセス可能に接続されている。メモリ６６は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等の不揮発性メモリであってもよい。１つのメモリカード５に要求される通信帯域をＢ_ＲＥとし、内部バス６５の通信帯域をＢ_６５とすると、通信フレームに含めるべきパケットＰＫの個数Ｎ_Ｐは、次の数式１で求められ得る。
Ｎ_Ｐ≧Ｂ_ＲＥ／Ｂ_６５・・・数式１

例えば、通信システム１に要求される通信帯域が２００［Ｇｂｐｓ］であり、コントローラ４に並列に接続されるメモリカード５の数ｎ＝４である場合、１つのメモリカードに要求される帯域はＢ_ＲＥ＝２００／４＝５０［Ｇｂｐｓ］となる。内部バス６５の通信帯域がＢ_６５＝１４［Ｇｂｐｓ］であれば、数式１を満たす最小の整数としてＮ_Ｐ＝４［個］が求まる。この場合、通信フレームＦＲは、図３に示すように、４個のパケットＰＫ（ＰＫ－１～ＰＫ－４）を含み得る。図３は、通信フレームＦＲの構成を示す図である。図３は、通信フレームＦＲが４個のパケットを含む構成を例示している。各パケットＰＫ－１，ＰＫ－２，ＰＫ－３，ＰＫ－４は、固定データ長Ｌ_ＰＫ－１，Ｌ_ＰＫ－２，Ｌ_ＰＫ－３，Ｌ_ＰＫ－４を有する。各パケットＰＫの固定データ長Ｌ_ＰＫは次の数式２を満たす。
Ｌ_ＰＫ－１＝Ｌ_ＰＫ－２＝Ｌ_ＰＫ－３＝Ｌ_ＰＫ－４・・・数式２

各パケットＰＫは、ヘッダＨ及びペイロードＰを含む。複数のパケットＰＫ－１～ＰＫ－４においてヘッダＨのデータ長が異なるものがあってもよく、ペイロードＰのデータ長が異なるものがあってもよいが、各パケットＰＫの固定データ長Ｌ_ＰＫは、数式２を満たす。

図２に示すように、コントローラ４から通信路８を介して通信フレームＦＲが送信されると、各デバイス６－１～６－４は、所定の条件に応じて、通信フレームＦＲに対するパケットＰＫの挿抜を実行する。すなわち、数式１のように決められた個数Ｎ_Ｐに応じて、図３に示すように構成された通信フレームＦＲをコントローラ４が通信路８に送信する。各デバイス６－１～６－４が順次並行的に通信フレームＦＲ内のパケットＰＫを挿抜することで、要求される通信帯域Ｂ_ＲＥを実現することができる。

各デバイス６は、通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、通信フレームＦＲに含まれた複数のパケットＰＫのそれぞれのヘッダＨを確認する。デバイス６は、パケットＰＫのヘッダＨが送信先として自デバイスの識別情報を含むことに応じて、通信フレームＦＲに対するパケットＰＫを挿抜する。すなわち、デバイス６は、自デバイスの識別情報を含むヘッダＨに対応したパケットＰＫに対して、所定の情報を挿抜することができる。あるいは、デバイス６は、パケットＰＫがヌルパケットであることに応じて、通信フレームＦＲへのパケットＰＫの挿入が可能である。ヌルパケットは、ペイロードＰに有効データを含まず、ペイロードＰが実質的に空（Ｎｕｌｌ）であるパケットＰＫである。ヌルパケットは、ヘッダが送信先の情報を含まないか送信先が空（Ｎｕｌｌ）であることが多い。デバイス６は、送信先の情報を含まないか送信先が空（Ｎｕｌｌ）であるヘッダＨに対応したペイロードＰに対して、所定の情報を挿抜することができる。

各デバイス６において、Ｒｘ６１は物理層であり、コントローラ４又は前段のデバイス６から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信する。Ｒｘ６１は、受信した通信フレームＦＲに波形等化等の物理的な処理をしてＰＣＳ６３へ供給する。ＰＣＳ６３は、物理層であるＲｘ６１から供給された通信フレームＦＲを、より上位層の通信フレームへプロトコル変換する。上位層は、通信層構造を大まかに２つに分けた場合における物理層より上位の層であり、例えば、コネクション層及びプロトコル変換層を含む。ＰＣＳ６３は、上位層に変換された通信フレームＦＲを制御回路６４へ供給する。

制御回路６４は、通信フレームＦＲに含まれる複数のパケットＰＫのそれぞれのヘッダＨを確認する。制御回路６４は、パケットＰＫのヘッダＨが送信先として自デバイスの識別情報を含む場合、そのパケットＰＫのペイロードＰから情報を抜き出す。抜き出された情報がライトコマンド及びライドデータである場合、制御回路６４は、ライトコマンドに応じて、内部バス６５経由でメモリ６６にアクセスしてメモリ６６にライトデータを書き込む。

制御回路６４は、そのパケットＰＫに含めるべき情報がある場合、そのパケットＰＫのヘッダＨにおける送信先を自デバイスの識別情報からコントローラ４の識別情報に変換し、送信元をコントローラ４の識別情報から自デバイスの識別情報に変換し、そのパケットＰＫのペイロードＰに所定の情報を含めて、通信フレームＦＲを更新する。所定の情報が受信済みの通信フレームＦＲに含まれるリードコマンドに対するリードデータである場合、制御回路６４は、内部バス６５経由でメモリ６６から受けたリードデータをそのパケットＰＫのペイロードＰに含める。制御回路６４は、そのパケットＰＫに含めるべき所定の情報がない場合、そのパケットＰＫのヘッダＨ及びペイロードＰの情報を消去して空（Ｎｕｌｌ）の状態にして、通信フレームＦＲを更新する。制御回路６４は、更新後の通信フレームＦＲを上位層の通信フレームＦＲとしてＰＣＳ６３へ供給する。

ＰＣＳ６３は、上位層の通信フレームＦＲを受けると、上位層の通信フレームＦＲを物理層の通信フレームＦＲへプロトコル変換する。ＰＣＳ６３は、物理層の通信フレームＦＲをＴｘ６２へ供給する。Ｔｘ６２は物理層であり、ＰＣＳ６３から供給された通信フレームＦＲに波形等化等の物理的な処理をして後段のデバイス６又はコントローラ４に向けて、通信路８へ送信する。

例えば、図２に示すユースケースが考えられる。通信システム１において、コントローラ４、デバイス６－１、デバイス６－２、デバイス６－３、デバイス６－４の識別情報を、それぞれ、ＩＤ０，ＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３，ＩＤ４とする。コントローラ４は、４個のパケットＰＫ－１，ＰＫ－２，ＰＫ－３，ＰＫ－４のヘッダＨに、それぞれ、送信先として識別情報ＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３，ＩＤ４を指定して、対応するペイロードＰに、その識別情報で指定されるデバイス６に送りたい情報を含めた通信フレームＦＲを作成する。コントローラ４は、作成された通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。デバイス６に送りたい情報は、送るべき情報又は送る必要がある情報を含む。

デバイス６－１は、コントローラ４から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス６－１は、確認の結果、例えばパケットＰＫ－１の送信先が自デバイス（ＩＤ１）であることを認識し、パケットＰＫ－１から情報を抜き出す。また、デバイス６－１は、コントローラ４へ送りたい情報がある場合、パケットＰＫ－１のヘッダＨの送信先をコントローラ４（ＩＤ０）に送信元を自デバイス（ＩＤ１）に書き換え、ペイロードＰにその送りたい情報を含めて、通信フレームＦＲを更新する。デバイス６－１は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス６－２は、デバイス６－１から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス６－２は、確認の結果、例えばパケットＰＫ－２の送信先が自デバイス（ＩＤ２）であることを認識し、パケットＰＫ－２から情報を抜き出す。また、デバイス６－２は、コントローラ４へ送りたい情報がある場合、パケットＰＫ－２のヘッダＨの送信先をＩＤ０に送信元を自デバイス（ＩＤ２）に書き換え、ペイロードＰにその送りたい情報を含めて、通信フレームＦＲを更新する。デバイス６－２は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス６－３は、デバイス６－２から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス６－３は、確認の結果、例えばパケットＰＫ－３の送信先が自デバイス（ＩＤ３）であることを認識し、パケットＰＫ－３から情報を抜き出す。また、デバイス６－３は、コントローラ４へ送りたい情報がある場合、パケットＰＫ－３のヘッダＨの送信先をＩＤ０に送信元を自デバイス（ＩＤ３）に書き換え、ペイロードＰにその送りたい情報を含めて、通信フレームＦＲを更新する。デバイス６－３は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス６－４は、デバイス６－３から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス６－４は、確認の結果、例えばパケットＰＫ－４の送信先が自デバイス（ＩＤ４）であることを認識し、パケットＰＫ－４から情報を抜き出す。また、デバイス６－４は、コントローラ４へ送りたい情報がある場合、パケットＰＫ－４のヘッダＨの送信先をＩＤ０に送信元を自デバイス（ＩＤ４）に書き換え、ペイロードＰにその送りたい情報を含めて、通信フレームＦＲを更新する。デバイス６－４は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

コントローラ４は、デバイス６－４から通信路８を介して更新後の通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。コントローラ４は、確認の結果に応じて、例えば通信フレームＦＲに含まれた各パケットＰＫ－１～ＰＫ－４に対して所定の受信処理を行い、各パケットＰＫ－１～ＰＫ－４のペイロードＰに含まれた情報を取り出して所定の処理を行う。コントローラ４は、受信した通信フレームＦＲを確認した結果、各パケットＰＫ－１～ＰＫ－４の送信先が自身であることを確認して、所定の受信処理及び所定の処理を行えばよい。

あるいは、図４（ａ）に示すユースケースが考えられる。図４は、通信システム１の他の動作を示す図である。通信システム１において、コントローラ４は、４個のパケットＰＫ－１，ＰＫ－２，ＰＫ－３，ＰＫ－４のヘッダＨが空（Ｎｕｌｌ）でありペイロードＰが空（Ｎｕｌｌ）である通信フレームＦＲを作成する。すなわち、４個のパケットＰＫ－１，ＰＫ－２，ＰＫ－３，ＰＫ－４はヌルパケットである。コントローラ４は、作成された通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス６－１は、コントローラ４から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス６－１は、確認の結果、送信先が自デバイス（ＩＤ１）であるパケットが存在しないことを認識する。また、デバイス６－１は、コントローラ４へ送りたい情報がない場合、通信フレームＦＲを更新せずに通信路８へ送信する。

デバイス６－２は、デバイス６－１から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス６－２は、確認の結果、送信先が自デバイス（ＩＤ２）であるパケットが存在しないことを認識する。また、デバイス６－２は、コントローラ４へ送りたい情報がない場合、通信フレームＦＲを更新せずに通信路８へ送信する。

デバイス６－３は、デバイス６－２から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス６－３は、確認の結果、送信先が自デバイス（ＩＤ３）であるパケットが存在しないことを認識する。また、デバイス６－３は、コントローラ４へ送りたい情報がない場合、通信フレームＦＲを更新せずに通信路８へ送信する。

デバイス６－４は、デバイス６－３から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス６－４は、確認の結果、送信先が自デバイス（ＩＤ４）であるパケットが存在しないことを認識する。また、デバイス６－４は、コントローラ４へ送りたい情報がない場合、通信フレームＦＲを更新せずに通信路８へ送信する。

コントローラ４は、デバイス６－４から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。コントローラ４は、確認の結果に応じて、通信フレームＦＲに含まれた各パケットＰＫ－１～ＰＫ－４に対して所定の受信処理を行う。例えばコントローラ４は、受信した通信フレームＦＲを確認した結果、各パケットＰＫ－１～ＰＫ－４の送信先が自身であるパケットＰＫがないことを確認する。

あるいは、図４（ｂ）に示すユースケースが考えられる。コントローラ４は、４個のパケットＰＫ－１，ＰＫ－２，ＰＫ－３，ＰＫ－４のヘッダＨが空（Ｎｕｌｌ）でありペイロードＰが空（Ｎｕｌｌ）である通信フレームＦＲを作成する。すなわち、このユースケースでも、４個のパケットＰＫ－１，ＰＫ－２，ＰＫ－３，ＰＫ－４は、ヌルパケットである。コントローラ４は、作成された通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス６－２は、デバイス６－１から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス６－２は、確認の結果、送信先が自デバイス（ＩＤ２）であるパケットが存在しないことを認識する。また、デバイス６－２は、コントローラ４へ送りたい情報がある場合、通信フレームＦＲに含まれる任意のヌルパケットを選択して、その送りたい情報を挿入できる。デバイス６－２は、例えばパケットＰＫ－１を選択し、パケットＰＫ－１のヘッダＨに送信先をコントローラ４（ＩＤ０）に送信元を自デバイス（ＩＤ２）に指定する情報を追加し、ペイロードＰにその送りたい情報を含めて、通信フレームＦＲを更新する。デバイス６－２は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

コントローラ４は、デバイス６－４から通信路８を介して更新後の通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。コントローラ４は、確認の結果に応じて、通信フレームＦＲに含まれた複数のパケットＰＫ－１～ＰＫ－４のうちパケットＰＫ－１がヌルパケットでないことを認識する。これに応じて、コントローラ４は、パケットＰＫ－１に対して所定の受信処理を行い、パケットＰＫ－１のペイロードＰに含まれた情報を取り出して所定の処理を行う。

図２のユースケースと図４（ｂ）のユースケースとを比較すると、通信フレームＦＲにおいて、デバイス６－２がコントローラ４へ送信したい情報を含ませるパケットＰＫの位置または番号が異なっている。すなわち、通信フレームＦＲに複数のヌルパケットが含まれる場合、各デバイス６は、複数のヌルパケットから任意のパケットを選択して、その送信したい情報を含ませることができる。

以上のように、本実施形態では、通信システム１において、リング状の通信路８で伝送される通信フレームＦＲにそれぞれが固定データ長を有する複数のパケットＰＫ－１～ＰＫ－４を含ませる。各デバイス６は、所定の条件に応じて通信フレームＦＲに対してパケットＰＫを挿抜する。これにより、リング接続を介したコントローラ４及び複数のデバイス６間の通信を容易に超広帯域化・大容量化できる。

なお、第１の実施形態では、コントローラ４にリング接続されるデバイスの数が通信フレームＦＲに含まれるパケットの個数に一致する構成を例示しているが、コントローラ４にリング接続されるデバイスの数は、通信フレームＦＲに含まれるパケットの個数より少なくてもよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態にかかる通信システム１０１について説明する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

第１の実施形態では、通信フレームＦＲに複数のヌルパケットＰＫが含まれる場合、各デバイス１０６は、複数のヌルパケットから任意のパケットＰＫを選択して、送信したい情報があれば、選択したパケットＰＫにその送信したい情報を含ませることができる通信プロトコルを例示している。

リング接続されるデバイスの数が通信フレームＦＲに含まれるパケットＰＫの個数以下であれば、送信したい情報があっても送信したい情報を含めることが可能なパケットＰＫが存在しないという状況は発生しないと考えられる。

しかし、リング接続されるデバイスの数が通信フレームＦＲに含まれるパケットＰＫの個数より多い場合、コントローラ１０４にリング接続された各デバイスのうち通信路８の下流側のデバイスでは、送信したい情報があっても送信したい情報を含めることが可能なパケットが存在しない状況が発生し得る。

ここで図５を用いて、第２の実施形態にかかる通信システム１０１を説明する。具体的には、図５に示す通信システム１０１では、各メモリカード１０５が例えば５個のデバイス１０６（１０６－１～１０６－５）を有する。図５は、第２の実施形態における通信システム１０１の構成及び動作を示す図である。コントローラ１０４には、通信路８を介して、５個のデバイス１０６－１～１０６－５がリング接続されている。通信フレームＦＲには、４個のパケットＰＫ－１～ＰＫ－４が含まれている。リング接続されるデバイスの数（５個）は、通信フレームＦＲに含まれるパケットの個数（４個）より多くなっている。

例えば、通信フレームＦＲが４個のヌルパケットを含み、５個のうち４個のデバイス１０６－１～６－４がそれぞれ送信したい情報を４個のヌルパケットに含ませた場合、リング接続の最下流のデバイス１０６－５は、ヌルパケットを含まない通信フレームＦＲを受信することになる。これにより、デバイス１０６－５は、送信したい情報があっても送信したい情報を通信フレームＦＲに含ませることができない。

本実施形態では、これを回避するため、ヌルパケットＰＫのヘッダＨに送信先を示す識別情報を付加することができるようにする。送信先の識別情報が付加されたヌルパケットは、その識別情報で指定されたデバイス１０６が選択的にパケットに送信したい情報を挿入できるようにする。

例えば、図５に示すユースケースが考えられる。通信システム１０１において、コントローラ１０４、デバイス１０６－１、デバイス１０６－２、デバイス１０６－３、デバイス１０６－４、デバイス１０６－５の識別情報を、それぞれ、ＩＤ０，ＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３，ＩＤ４，ＩＤ５とする。コントローラ１０４は、４個のパケットＰＫ－１，ＰＫ－２，ＰＫ－３，ＰＫ－４のヘッダＨが空（Ｎｕｌｌ）でありペイロードＰが空（Ｎｕｌｌ）である通信フレームＦＲを作成する。このとき、コントローラ１０４は、デバイス１０６－５が優先度の高い情報を送信する可能性がある場合に、１つのパケットＰＫ（例えば、パケットＰＫ－３）のヘッダＨに送信先として識別情報ＩＤ５を指定して、他のパケットＰＫのヘッダＨに送信先を指定しない通信フレームＦＲを作成する。コントローラ１０４は、作成された通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス１０６－１は、コントローラ１０４から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス１０６－１は、確認の結果、送信先が自デバイス（ＩＤ１）であるパケットが存在しないことを認識する。また、デバイス１０６－１は、コントローラ１０４へ送りたい情報がある場合、通信フレームＦＲにおいて送信先が指摘されたパケットＰＫ－３以外の任意のヌルパケットを選択して、その送りたい情報を挿抜できる。デバイス１０６－１は、例えばパケットＰＫ－１を選択し、パケットＰＫ－１のヘッダＨの送信先をコントローラ１０４（ＩＤ０）に送信元を自デバイス（ＩＤ１）に書き換えペイロードＰにその送りたい情報を含めて、通信フレームＦＲを更新する。デバイス１０６－１は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス１０６－２は、デバイス１０６－１から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス１０６－２は、確認の結果、送信先が自デバイス（ＩＤ２）であるパケットが存在しないことを認識する。また、デバイス１０６－２は、コントローラ１０４へ送りたい情報がある場合、通信フレームＦＲにおいて送信先が指摘されたパケットＰＫ－３以外の任意のヌルパケットを選択して、その送りたい情報を挿抜できる。デバイス１０６－２は、例えばパケットＰＫ－２を選択し、パケットＰＫ－２のヘッダＨの送信先をＩＤ０に送信元を自デバイス（ＩＤ２）に書き換えペイロードＰにその送りたい情報を含めて、通信フレームＦＲを更新する。デバイス１０６－２は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス１０６－３は、デバイス１０６－２から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス１０６－３は、確認の結果、送信先が自デバイス（ＩＤ３）であるパケットが存在しないことを認識する。また、デバイス１０６－３は、コントローラ１０４へ送りたい情報がある場合、通信フレームＦＲにおいて送信先が指摘されたパケットＰＫ－３以外の任意のヌルパケットを選択して、その送りたい情報を挿抜できる。デバイス１０６－３は、例えばパケットＰＫ－４を選択し、パケットＰＫ－４のヘッダＨの送信先をＩＤ０に送信元を自デバイス（ＩＤ３）に書き換えペイロードＰにその送りたい情報を含めて、通信フレームＦＲを更新する。デバイス１０６－３は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス１０６－４は、デバイス１０６－３から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス１０６－４は、確認の結果、送信先が自デバイス（ＩＤ４）であるパケットが存在しないことを認識する。また、デバイス１０６－４は、通信フレームＦＲにおいて送信先が指摘されたパケットＰＫ－３以外のヌルパケットが存在しないことを認識する。これに応じて、デバイス１０６－４は、送信したい情報があったとしても、通信フレームＦＲを更新せずに通信路８へ送信する。

デバイス１０６－５は、デバイス１０６－４から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス１０６－５は、確認の結果、パケットＰＫ－３の送信先が自デバイス（ＩＤ５）であることを認識する。また、デバイス１０６－５は、コントローラ１０４へ送りたい情報がある場合、パケットＰＫ－３のヘッダＨの送信先をＩＤ０に送信元を自デバイス（ＩＤ５）に書き換えペイロードＰにその送りたい情報を含めて、通信フレームＦＲを更新する。デバイス１０６－５は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

コントローラ１０４は、デバイス１０６－５から通信路８を介して更新後の通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。コントローラ１０４は、確認の結果に応じて、通信フレームＦＲに含まれた各パケットＰＫ－１～ＰＫ－４に対して所定の受信処理を行い、各パケットＰＫ－１～ＰＫ－４のペイロードＰに含まれた情報を取り出して所定の処理を行う。

以上のように、第２の実施形態では、各デバイス１０６は、受信した通信フレームＦＲにおいて、ヌルパケットであり、そのヌルパケットのヘッダＨが送信先として自デバイスの識別情報を含むパケットＰＫがあることに応じて、そのパケットに送信したいデータを挿入することが可能である。また各デバイス１０６は、受信した通信フレームＦＲにおいて他のデバイス１０６が送信先になっているヌルパケットがあれば、そのパケットに送信したいデータを挿入することが可能である。これにより、そのデバイス１０６の送信すべき情報の優先度が高い場合に、その情報に対して、帯域を保証することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態にかかる通信システム２０１について説明する。以下では、第１の実施形態及び第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

第１の実施形態では、各デバイス６が送信したい情報がある場合に固定データ長のパケットＰＫのペイロードＰにその送信したい情報を含ませて送信するような通信プロトコルを例示している。

送信したい情報のデータ長がペイロードＰのデータ長に対応した長さである場合に、データの転送が効率的に行われ得る。

しかし、送信したい情報が、受信成功を示す確認応答（ＡＣＫ）又は制御用の符号のようなデータ長の短い情報である場合、パケットＰＫのデータ長が固定であるため、帯域が無駄に消費されることなどにより、データの転送効率が低下し得る。

そこで、本実施形態では、データ長が短い情報は、１つのパケットに複数入れられるようにする。また、ヌルパケット又は短い情報が入れられたパケットに空き容量情報を付加することで、各デバイスが短い情報を追加可能か判断できるようにする。

具体的には、図７（ａ）に示すように、図６に示す通信システム２０１において、コントローラ２０４及び／又はメモリカード２０５の各デバイス２０６（２０６－１～２０６－５）は、ヘッダＨにパケット識別子等に加えて空き容量情報を追加する。空き容量情報は、空（Ｎｕｌｌ）であるペイロードＰのデータ長Ｌ_Ｐ１を示している。このとき、このパケットＰＫ（ヌルパケット）のデータ長Ｌ_ＰＫは、固定である。各デバイス２０６は、ヌルパケットを含む通信フレームＦＲを生成又は更新する場合に、そのヌルパケットのヘッダＨに空き容量情報を追加する。

各デバイス２０６は、通信フレームＦＲ内にヌルパケットを認識すると、図７（ａ）に示すようなヘッダＨの空き容量情報を参照する。各デバイス２０６は、空き容量情報に応じて、短い情報Ａが追加可能である場合、情報Ａと共に新たなヘッダＨを追加する。具体的には、図７（ｂ）に示すように、各デバイス２０６は、参照したヘッダＨから空き容量情報を消去し、送信先の識別情報と送信元の識別情報とを１番目のヘッダＨ１として追加して更新し、そのペイロードＰに短い情報Ａを追加する。そして、２番目のヘッダＨ２を追加した場合の残りのペイロードＰのデータ長Ｌ_Ｐ２を求め、データ長Ｌ_Ｐ２を示す空き容量情報を生成し、２番目のヘッダＨ２として追加する。このとき、残りのペイロードＰは、空（Ｎｕｌｌ）である。

各デバイス２０６は、通信フレームＦＲ内にヌルパケットだったが短い情報Ａが追加されたパケット（準ヌルパケット）を認識すると、図７（ｂ）に示すような２番目のヘッダＨ２の空き容量情報を参照する。各デバイス２０６は、参照した空き容量情報に応じて、短い情報Ｂが追加可能である場合、情報Ｂと共に新たなヘッダＨを追加する。具体的には、図７（ｃ）に示すように、各デバイス２０６は、参照した２番目のヘッダＨ２から空き容量情報を消去し、送信先の識別情報と送信元の識別情報とを２番目のヘッダＨ２に追加して更新し、そのペイロードＰに短い情報Ｂを追加する。そして、３番目のヘッダＨ３を追加した場合の残りのペイロードＰのデータ長Ｌ_Ｐ３を求め、データ長Ｌ_Ｐ３を示す空き容量情報を生成し、３番目のヘッダＨ３として追加する。このとき、残りのペイロードＰは、空（Ｎｕｌｌ）である。すなわち、図７（ａ）～図７（ｃ）に示されるように、各デバイス２０６は、ヌルパケット内に、それぞれがヘッダ及びペイロードを含む複数のセットを挿入させることが可能である。図７（ｃ）の場合、ヘッダＨ１と情報Ａが格納されたペイロードＰとが１つのセットに含まれる。ヘッダＨ２と情報Ｂが格納されたペイロードＰとが１つのセットに含まれる。

例えば、図６に示すユースケースが考えられる。通信システム２０１において、コントローラ２０４、デバイス２０６－１、デバイス２０６－２、デバイス２０６－３、デバイス２０６－４、デバイス２０６－５の識別情報を、それぞれ、ＩＤ０，ＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３，ＩＤ４，ＩＤ５とする。コントローラ２０４は、４個のパケットＰＫ－１，ＰＫ－２，ＰＫ－３，ＰＫ－４のヘッダＨに、それぞれ、送信先として識別情報ＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３，ＩＤ４を指定して、対応するペイロードＰに、その識別情報で指定されるデバイス２０６に送りたい情報を含めて、通信フレームＦＲを作成する。コントローラ２０４は、作成された通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス２０６－１は、コントローラ２０４から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス２０６－１は、確認の結果、例えばパケットＰＫ－１の送信先が自デバイス（ＩＤ１）であることを認識し、パケットＰＫ－１から情報を抜き出す。デバイス２０６－１は、パケットＰＫ－１をヌルパケットとして扱い、そのヌルパケットのヘッダＨにパケット識別子等に加えて空き容量情報を追加する。コントローラ２０４へ送りたい情報が短い情報Ａがある場合、デバイス２０６－１は、受信したパケットＰＫのヘッダＨから空き容量情報を消去し、送信先の識別情報としてコントローラ２０４（ＩＤ０）と送信元の識別情報（ＩＤ１）とを１番目のヘッダＨ１に追加して更新し、そのペイロードＰに短い情報Ａを追加する。そして、デバイス２０６－１は、２番目のヘッダＨ２を更に追加した場合のペイロードＰのデータ長Ｌ_Ｐ２を求め、データ長Ｌ_Ｐ２を示す空き容量情報を生成して２番目のヘッダＨ２に追加して、通信フレームＦＲを更新する。デバイス２０６－１は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス２０６－２は、デバイス２０６－１から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス２０６－２は、確認の結果、例えばパケットＰＫ－２の送信先が自デバイス（ＩＤ２）であることを認識し、パケットＰＫ－２から情報を抜き出す。デバイス２０６－２は、パケットＰＫ－２をヌルパケットとして扱い、そのヌルパケット（パケットＰＫ－２）のヘッダＨにパケット識別子等に加えて空き容量情報を追加する。コントローラ２０４へ送りたい情報が短い情報Ｂがある場合、デバイス２０６－２は、通信フレームＦＲ内に準ヌルパケットＰＫ－１を認識し、２番目のヘッダＨ２の空き容量情報を参照する。デバイス２０６－２は、空き容量情報に応じて、短い情報Ｂが追加可能であるかを判断する。可能である場合、デバイス２０６－２は、２番目のヘッダＨ２から空き容量情報を消去し、送信先の識別情報（ＩＤ０）と送信元の識別情報（ＩＤ２）とを２番目のヘッダＨ２に追加して更新し、そのペイロードＰに短い情報Ｂを追加する。そして、デバイス２０６－２は、３番目のヘッダＨ３を更に追加した場合のペイロードＰのデータ長Ｌ_Ｐ３を求め、データ長Ｌ_Ｐ３を示す空き容量情報を生成して３番目のヘッダＨ３に追加して、通信フレームＦＲを更新する。デバイス２０６－２は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス２０６－３は、デバイス２０６－２から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス２０６－３は、確認の結果、例えばパケットＰＫ－３の送信先が自デバイス（ＩＤ３）であることを認識し、パケットＰＫ－３から情報を抜き出す。デバイス２０６－３は、パケットＰＫ－３をヌルパケットとして扱い、そのヌルパケットのヘッダＨにパケット識別子等に加えて空き容量情報を追加する。コントローラ２０４へ送りたい情報が短い情報Ｃがある場合、デバイス２０６－３は、通信フレームＦＲ内に準ヌルパケットＰＫ－１を認識し、３番目のヘッダＨ３の空き容量情報を参照する。デバイス２０６－２は、空き容量情報に応じて、短い情報Ｃが追加不可能であると判断する。そのため、デバイス２０６－３は、通信フレームＦＲ内にヌルパケットＰＫ－２を認識し、ヘッダＨの空き容量情報を参照する。デバイス２０６－３は、空き容量情報に応じて、短い情報Ｃが追加可能であるかを判断する。可能である場合、デバイス２０６－３は、受信したパケットＰＫ（ヌルパケットＰＫ－２）のヘッダＨから空き容量情報を消去し、送信先の識別情報として（ＩＤ０）と送信元の識別情報（ＩＤ３）とを１番目のヘッダＨ１に追加して更新し、そのペイロードＰに短い情報Ｃを追加する。そして、２番目のヘッダＨ２を更に追加した場合のペイロードＰのデータ長Ｌ_Ｐ２を求め、データ長Ｌ_Ｐ２を示す空き容量情報を生成して２番目のヘッダＨ２に追加して、通信フレームＦＲを更新する。デバイス２０６－３は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス２０６－４は、デバイス２０６－３から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス２０６－４は、確認の結果、例えばパケットＰＫ－４の送信先が自デバイス（ＩＤ４）であることを認識し、パケットＰＫ－４から情報を抜き出す。デバイス２０６－４は、パケットＰＫ－４をヌルパケットとして扱い、そのヌルパケットのヘッダＨにパケット識別子等に加えて空き容量情報を追加する。コントローラ２０４へ送りたい情報が短い情報Ｄがある場合、デバイス２０６－４は、通信フレームＦＲ内に準ヌルパケットＰＫ－２を認識し、２番目のヘッダＨ２の空き容量情報を参照する。デバイス２０６－４は、空き容量情報に応じて、短い情報Ｄが追加可能であるかを判断する。可能である場合、デバイス２０６－４は、２番目のヘッダＨ２から空き容量情報を消去し、送信先の識別情報（ＩＤ０）と送信元の識別情報（ＩＤ４）とを２番目のヘッダＨ２に追加して更新し、そのペイロードＰに短い情報Ｄを追加する。そして、デバイス２０６－４は、３番目のヘッダＨ３を追加した場合のペイロードＰのデータ長Ｌ_Ｐ３を求め、データ長Ｌ_Ｐ３を示す空き容量情報を生成して３番目のヘッダＨ３に追加して、通信フレームＦＲを更新する。デバイス２０６－４は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス２０６－５は、デバイス２０６－４から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫのヘッダＨを確認する。デバイス２０６－５は、確認の結果、例えば送信先が自デバイス（ＩＤ５）であるパケットが存在しないことを認識する。また、デバイス２０６－５は、コントローラ２０４へ送りたい情報Ｅがある場合、通信フレームＦＲに含まれる任意のヌルパケットを選択して、その送りたい情報Ｅを挿入できる。デバイス２０６－５は、例えばパケットＰＫ－３を選択し、パケットＰＫ－３のヘッダＨから空き容量情報を消去するとともにヘッダＨに送信先を（ＩＤ０）に送信元を自デバイス（ＩＤ５）に指定する情報を追加しペイロードＰにその送りたい情報Ｅを含めて、通信フレームＦＲを更新する。デバイス２０６－５は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

コントローラ２０４は、デバイス２０６－５から通信路８を介して更新後の通信フレームＦＲを受信すると、受信した通信フレームＦＲに含まれる各パケットＰＫの各ヘッダＨを確認する。コントローラ２０４は、確認の結果に応じて、通信フレームＦＲにおけるヌルパケットＰＫ－４を除く各パケットＰＫ－１～ＰＫ－３に対して所定の受信処理を行い、各パケットＰＫ－１～ＰＫ－３のペイロードＰに含まれた情報を取り出して所定の処理を行う。

なお、図６に示すユースケースにおいて、デバイス２０６－３が準ヌルパケットＰＫ－１に短い情報Ｃを追加できない場合を例示しているが、デバイス２０６－３は、準ヌルパケットＰＫ－１に短い情報Ｃを追加可能であれば追加してもよい。すなわち、デバイス２０６－３は、準ヌルパケットＰＫ－１内の空き容量情報に応じて短い情報Ｃが追加可能であると判断した場合には、３番目のヘッダＨ２から空き容量情報を消去し、送信先の識別情報（ＩＤ０）と送信元の識別情報（ＩＤ２）とを３番目のヘッダＨ３に追加して更新し、そのペイロードＰに短い情報Ｃを追加してもよい。同様に、デバイス２０６－４は、準ヌルパケットＰＫ－１内の空き容量情報に応じて短い情報Ｄが追加可能であると判断した場合には、３番目のヘッダＨ３から空き容量情報を消去し、送信先の識別情報（ＩＤ０）と送信元の識別情報（ＩＤ２）とを４番目のヘッダＨ４に追加して更新し、そのペイロードＰに短い情報Ｄを追加してもよい。

以上のように、第３の実施形態では、データ長が短い情報は、１つのパケットに複数入れられるようにする。また、ヌルパケット又は短い情報が入れられたパケットには、空き容量情報を付加することで、各デバイスが短い情報を追加可能か判断できるようにする。これにより、帯域の無駄な消費を抑制でき、データの転送効率を向上できる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態にかかる通信システム２０１について説明する。以下では、第１の実施形態～第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

第３の実施形態では、データ長が短い情報を１つのパケットに複数入れられるようにすることでデータ転送効率の向上を図っていたが、第４の実施形態では、データ長が長いパケットと短いパケットとを用意してデータ長が短い情報を短いパケットに含ませることでデータ転送効率の向上を図る。

具体的には、図８に示す通信システム３０１において、コントローラ３０４及び／又はメモリカード３０５の各デバイス３０６（３０６－１～３０６－４）は、図９に示すような長いパケット及び短いパケットを含む通信フレームＦＲを生成又は更新する。図８は、第４の実施形態における通信システム３０１の構成及び動作を示す図である。図９は、第４の実施形態における通信フレームＦＲの構成を示す図である。図９は、通信フレームＦＲが４個の長いパケットＰＫ_Ｌ－１～ＰＫ_Ｌ－４と４個の短いパケットＰＫ_Ｓ－１～ＰＫ_Ｓ－４とを含む構成を例示している。図９では、通信フレームＦＲ内で長いパケットＰＫ_Ｌと短いパケットＰＫ_Ｓとが交互に配置される構成が例示されている。しかし、長いパケットＰＫ_Ｌと短いパケットＰＫ_Ｓとは通信フレームＦＲ内で、交互ではなくそれぞれ連続して配置されてもよい。

各長いパケットＰＫ_Ｌ－１～ＰＫ_Ｌ－４は、固定データ長Ｌ_{ＰＫＬ－１}，Ｌ_{ＰＫＬ－２}，Ｌ_{ＰＫＬ－３}，Ｌ_{ＰＫＬ－４}を有する。各長いパケットＰＫの固定データ長Ｌ_ＰＫＬは次の数式３を満たす。
Ｌ_{ＰＫＬ－１}＝Ｌ_{ＰＫＬ－２}＝Ｌ_{ＰＫＬ－３}＝Ｌ_{ＰＫＬ－４}・・・数式３

各短いパケットＰＫ_Ｓ－１～ＰＫ_Ｓ－４は、固定データ長Ｌ_{ＰＫＳ－１}，Ｌ_{ＰＫＳ－２}，Ｌ_{ＰＫＳ－３}，Ｌ_{ＰＫＳ－４}を有する。各短いパケットＰＫの固定データ長Ｌ_ＰＫＳは次の数式４を満たす。
Ｌ_{ＰＫＳ－１}＝Ｌ_{ＰＫＳ－２}＝Ｌ_{ＰＫＳ－３}＝Ｌ_{ＰＫＳ－４}・・・数式４

このとき、各長いパケットＰＫの固定データ長Ｌ_ＰＫＬは、各短いパケットＰＫの固定データ長Ｌ_ＰＫＳと、次の数式５に示す関係を満たしてもよい。
Ｌ_{ＰＫＬ－１}＝Ｌ_{ＰＫＬ－２}＝Ｌ_{ＰＫＬ－３}＝Ｌ_{ＰＫＬ－４}＞Ｌ_{ＰＫＳ－１}＝Ｌ_{ＰＫＳ－２}＝Ｌ_{ＰＫＳ－３}＝Ｌ_{ＰＫＳ－４}・・・数式５

すなわち、数式３～数式５に示されるように、通信フレームＦＲに含まれる各パケットの固定データ長に非対称性を持たせて混在させる。これにより、空き容量を求める処理や短い情報を追加可能か判断する処理を不要とすることができ、簡易且つ効率的な処理で通信フレームＦＲに短い情報を含ませることができる。

例えば、図８に示すユースケースが考えられる。通信システム３０１において、コントローラ３０４、デバイス３０６－１、デバイス３０６－２、デバイス３０６－３、デバイス３０６－４の識別情報を、それぞれ、ＩＤ０，ＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３，ＩＤ４とする。コントローラ３０４は、長いパケットＰＫ_Ｌと短いパケットＰＫ_Ｓとが交互に４回配置された通信フレームＦＲを作成する。このとき、コントローラ３０４は、４個の長いパケットＰＫ_Ｌ－１，ＰＫ_Ｌ－２，ＰＫ_Ｌ－３，ＰＫ_Ｌ－４のヘッダＨに、それぞれ、送信先として識別情報ＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３，ＩＤ４を指定して、対応するペイロードＰに、その識別情報で指定されるデバイス２０６に送りたい情報を含める。コントローラ３０４は、４個の短いパケットＰＫ_Ｓ－１，ＰＫ_Ｓ－２，ＰＫ_Ｓ－３，ＰＫ_Ｓ－４のヘッダＨ及びペイロードＰを空（Ｎｕｌｌ）にする。コントローラ３０４は、作成された通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス３０６－１は、コントローラ３０４から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、長いパケットＰＫ_Ｌ－１の送信先が自デバイス（ＩＤ１）であることを認識し、長いパケットＰＫ_Ｌ－１から情報を抜き出す。コントローラ３０４へ送りたい情報が短い情報Ａ及び長い情報Ｌ１である場合、デバイス３０６－１は、短いパケットＰＫ_Ｓ－１のヘッダＨに送信先の識別情報としてコントローラ３０４（ＩＤ０）を送信元の識別情報としてＩＤ１を指定する情報を追加し、そのペイロードＰに短い情報Ａを追加する。また、デバイス３０６－１は、長いパケットＰＫ_Ｌ－１のヘッダＨの送信先の識別情報をＩＤ１からＩＤ０に送信元の識別情報をＩＤ０からＩＤ１に書き換え、そのペイロードＰに長い情報Ｌ１を追加する。これにより、デバイス３０６－１は、通信フレームＦＲを更新する。デバイス３０６－１は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス３０６－２は、デバイス３０６－１から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、長いパケットＰＫ_Ｌ－２の送信先が自デバイス（ＩＤ２）であることを認識し、長いパケットＰＫ_Ｌ－２から情報を抜き出す。コントローラ３０４へ送りたい情報が短い情報Ｂ及び長い情報Ｌ２である場合、デバイス３０６－２は、短いパケットＰＫ_Ｓ－２のヘッダＨに送信先の識別情報としてＩＤ０を送信元の識別情報としてＩＤ２を指定する情報を追加し、そのペイロードＰに短い情報Ｂを追加する。また、デバイス３０６－２は、長いパケットＰＫ_Ｌ－２のヘッダＨの送信先の識別情報をＩＤ２からＩＤ０に送信元の識別情報をＩＤ０からＩＤ２に書き換え、そのペイロードＰに長い情報Ｌ２を追加する。これにより、デバイス３０６－２は、通信フレームＦＲを更新する。デバイス３０６－２は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス３０６－３は、デバイス３０６－２から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、長いパケットＰＫ_Ｌ－３の送信先が自デバイス（ＩＤ３）であることを認識し、長いパケットＰＫ_Ｌ－３から情報を抜き出す。コントローラ３０４へ送りたい情報が短い情報Ｃ及び長い情報Ｌ３である場合、デバイス３０６－３は、短いパケットＰＫ_Ｓ－３のヘッダＨに送信先の識別情報としてＩＤ０を送信元の識別情報としてＩＤ３を指定する情報を追加し、そのペイロードＰに短い情報Ｃを追加する。また、デバイス３０６－３は、長いパケットＰＫ_Ｌ－３のヘッダＨの送信先の識別情報をＩＤ３からＩＤ０に送信元の識別情報をＩＤ０からＩＤ３に書き換え、そのペイロードＰに長い情報Ｌ３を追加する。これにより、デバイス３０６－３は、通信フレームＦＲを更新する。デバイス３０６－３は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

デバイス３０６－４は、デバイス３０６－３から通信路８を介して通信フレームＦＲを受信すると、長いパケットＰＫ_Ｌ－４の送信先が自デバイス（ＩＤ４）であることを認識し、長いパケットＰＫ_Ｌ－４から情報を抜き出す。コントローラ３０４へ送りたい情報が短い情報Ｄ及び長い情報Ｌ４である場合、デバイス３０６－４は、短いパケットＰＫ_Ｓ－４のヘッダＨに送信先の識別情報としてＩＤ０を送信元の識別情報としてＩＤ４を指定する情報を追加し、そのペイロードＰに短い情報Ｄを追加する。また、デバイス３０６－４は、長いパケットＰＫ_Ｌ－４のヘッダＨの送信先の識別情報をＩＤ４からＩＤ０に送信元の識別情報をＩＤ０からＩＤ４に書き換え、そのペイロードＰに長い情報Ｌ４を追加する。これにより、デバイス３０６－４は、通信フレームＦＲを更新する。デバイス３０６－４は、更新後の通信フレームＦＲを通信路８へ送信する。

コントローラ３０４は、デバイス３０６－４から通信路８を介して更新後の通信フレームＦＲを受信すると、通信フレームＦＲにおける各短いパケットＰＫ_Ｓ－１～ＰＫ_Ｓ－４に対して所定の受信処理を行い、各短いパケットＰＫ_Ｓ－１～ＰＫ_Ｓ－４のペイロードＰに含まれた情報Ａ～Ｄを取り出して所定の処理を行う。それとともに、コントローラ３０４は、各長いパケットＰＫ_Ｌ－１～ＰＫ_Ｌ－４に対して所定の受信処理を行い、各長いパケットＰＫ_Ｌ－１～ＰＫ_Ｌ－４のペイロードＰに含まれた情報Ｌ１～Ｌ４を取り出して所定の処理を行う。

以上のように、第４の実施形態では、データ長が長いパケットと短いパケットとを用意してデータ長が短い情報を短いパケットに含ませる。これによっても、帯域の無駄な消費を抑制でき、データの転送効率を向上できる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態にかかる通信システム４０１について説明する。以下では、第１の実施形態～第４の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

第１の実施形態～第４の実施形態では、通信路８が複数のデバイス６をリング接続しているため、通信フレームＦＲが通信路８で伝送される過程でビットエラーが蓄積されやすい。例えば、図２の構成において、コントローラ４及びデバイス６－１間のビットエラーレートが１０^－１２×１になり、デバイス６－１及びデバイス６－２間のビットエラーレートが１０^－１２×２になり、デバイス６－２及びデバイス６－３間のビットエラーレートが１０^－１２×３になり、デバイス６－３及びデバイス６－４間のビットエラーレートが１０^－１２×４になり、デバイス６－４及びコントローラ４間のビットエラーレートが１０^－１２×５になる。

このビットエラーの蓄積により通信フレームＦＲの各パケットのヘッダＨが壊れた場合、通信フレームＦＲを受信したコントローラ４は、そのパケットの送信先が分からずに再送制御もできない。そのため、コントローラ４及び複数のデバイス６間で送受信すべき情報の消失が発生する可能性がある。

そこで、第５の実施形態では、通信フレームＦＲに含まれる各パケットのヘッダに誤り訂正符号を付加し、各デバイスの受信処理時にヘッダの誤り訂正を行えるようにして、各パケットのヘッダの保護を図る。

コントローラ４及び／又は各デバイス６は、通信フレームＦＲ内のパケットＰＫを生成又は更新する際に、図１０に示すようなヘッダＨを生成する。図１０は、第５の実施形態におけるヘッダＨの構成を示す図である。

例えば、通信フレームＦＲ内のパケットＰＫが生成される際に、ペイロードＰはスランブルがかけられる。一方、ヘッダＨにスクランブルがかけられた状態でヘッダＨが１ビット壊れるとヘッダＨをデスクランブルすることで壊れるビット数が複数ビットに増加してしまうため、ヘッダＨは、スランブルがかけられない。

コントローラ４及び／又は各デバイス６は、ヘッダＨにおける送信先情報及び送信元情報を含む情報ＩＮＦ１に対して誤り訂正の符号化処理を行い、誤り訂正（ＥＣＣ）符号ＣＤ１を生成し、情報ＩＮＦ１に誤り訂正符号ＣＤ１を付加して符号語ＣＷ１を生成してヘッダＨに含ませる。符号語ＣＷ１を正転の符号語ＣＷ１と呼ぶことにする。また、コントローラ４及び／又は各デバイス６は、ＤＣバランスをとるため、符号語ＣＷ１をビット反転させて符号語ＣＷ２を生成し、追加的にヘッダＨに含ませる。符号語ＣＷ２には、情報ＩＮＦ１がビット反転された情報ＩＮＦ２と、誤り訂正符号ＣＤ１がビット反転された誤り訂正符号ＣＤ２とが含まれている。符号語ＣＷ２を反転の符号語ＣＷ２と呼ぶことにする。

各デバイス６は、通信フレームＦＲの受信処理の際に、正転の符号語ＣＷ１と反転の符号語ＣＷ２との両方に対して誤り訂正の復号化処理を行い、どちらか一方でも成功しエラービットを訂正できれば、情報ＩＮＦ１を適正に受信できる。また、各デバイス６は、誤り訂正に成功した場合、通信フレームＦＲの送信処理の際に、訂正後の情報ＩＮＦ１に対して誤り訂正の符号化処理を行い、誤り訂正（ＥＣＣ）符号ＣＤ１を生成し、情報ＩＮＦ１に誤り訂正符号ＣＤ１を付加して符号語ＣＷ１を生成してヘッダＨに正転の符号語ＣＷ１として含ませる。また、コントローラ４及び／又は各デバイス６は、ＤＣバランスをとるため、符号語ＣＷ１をビット反転させて符号語ＣＷ２を生成し、追加的にヘッダＨに反転の符号語ＣＷ２として含ませる。

これらの処理は、例えば図１１に示す構成で実現可能である。図１１は、第５の実施形態における各デバイス内の制御回路６４の構成を示す図である。

各デバイス６において、Ｒｘ６１は、通信路８を介して通信フレームに相当する信号を受信すると、受信された信号を「ＰＭＡＲｘ」回路６１１で物理層の通信フレームに変換してＰＣＳ６３へ供給する。ＰＣＳ６３は、物理層の通信フレームを「ＰＣＳＲｘ」回路６３１で上位層の通信フレームへプロトコル変換して制御回路６４の「ｄａｔａｄｅｓｃｒａｍｂｌｅ」回路６４１及び「ＨｅａｄｅｒＥＣＣ＋解析」回路６４４へそれぞれ供給する。

「ｄａｔａｄｅｓｃｒａｍｂｌｅ」回路６４１は、各パケットＰＫのペイロードＰをデスクランブルし、デスクランブル結果を「データ分配」回路６４２へ供給する。「ＨｅａｄｅｒＥＣＣ＋解析」回路６４４は、各パケットＰＫのヘッダＨに含まれた正転の符号語ＣＷ１と反転の符号語ＣＷ２との両方に対して誤り訂正の復号化処理を行う。「ＨｅａｄｅｒＥＣＣ＋解析」回路６４４は、誤り訂正に成功すれば、自デバイスのＩＤを含むパケットを「データ分配」回路６４２へ供給し、他デバイスのＩＤを含むパケットを「ＨｅａｄｅｒＥＣＣ」回路６４５へ供給する。他デバイスのＩＤを含むパケットは、「ＨｅａｄｅｒＥＣＣ」回路６４５で誤り訂正の符号化処理が行われ、正転の符号語ＣＷ１と反転の符号語ＣＷ２とを含むヘッダＨが生成され、生成後のヘッダＨがセレクタ６４９へ供給される。

「データ分配」回路６４２は、パケットＰＫの送信先が自デバイスであれば、ペイロードＰから抜き出したデータをバッファ６４３に格納し、他デバイス用に空のペイロードＰのデータをセレクタ６４８へ供給する。セレクタ６４８は、バッファ６４７に送信したい情報が格納されていればその情報をペイロードＰとして「ｄａｔａｓｃｒａｍｂｌｅ」回路６４６へ供給し、バッファ６４７が空であれば、「データ分配」回路６４２から供給された空のペイロードＰを「ｄａｔａｓｃｒａｍｂｌｅ」回路６４６へ供給する。「ｄａｔａｓｃｒａｍｂｌｅ」回路６４６は、ペイロードＰにスクランブルをかけ、スクランブル結果をセレクタ６４９へ供給する。セレクタ６４９は、「ＨｅａｄｅｒＥＣＣ」回路６４５からのヘッダＨと「ｄａｔａｓｃｒａｍｂｌｅ」回路６４６からのペイロードＰとを順次に選択してＰＣＳ６３の「ＰＳＣＴｘ」回路６３２へ供給する。

「ＰＳＣＴｘ」回路６３２は、ヘッダＨ及びペイロードＰを含むパケットＰＫを複数含む通信フレームについて、上位層の通信フレームから物理層の通信フレームへプロトコル変換してＴｘ６２へ供給する。Ｔｘ６２は、供給された物理層の通信フレームを「ＰＭＡＴｘ」回路６２で送信用の信号に変換して通信路８へ送信する。

以上のように、第５の実施形態では、通信フレームＦＲに含まれる各パケットのヘッダに誤り訂正符号を付加し、各デバイスの受信処理時にヘッダの誤り訂正を行えるようにする。これにより、各パケットのヘッダを保護でき、コントローラ４及び複数のデバイス６間で送受信すべき情報の消失を防止できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，１０１，２０１，３０１通信システム、４，１０４，２０４，３０４コントローラ、６，６－１～６－４，１０６，１０６－１～１０６－５，２０６，２０６－１～２０６－５，３０６，３０６－１～３０６－４デバイス、８通信路。

Claims

コントローラと、
複数のデバイスと、
前記コントローラ及び前記複数のデバイスをリング状に接続し、差動シリアル信号の通信フレームを伝送可能である通信路と、
を備え、
前記通信路で伝送される通信フレームは、互いに均等な固定データ長を有する複数のパケットで構成され、
前記デバイスは、所定の条件に応じて、受信した通信フレームに含まれるパケットに対するデータの挿抜が可能である
通信システム。
前記デバイスは、前記パケットに含まれるヘッダが送信先として前記デバイスの識別情報を含むことに応じて、前記パケットに対するデータの挿抜が可能である
請求項１に記載の通信システム。
前記デバイスは、前記パケットが有効データを含まないヌルパケットであることに応じて、前記パケットにデータの挿入が可能である
請求項１に記載の通信システム。
前記デバイスは、前記パケットが有効データを含まないヌルパケットであり、前記ヌルパケットのヘッダが送信先として前記デバイスの識別情報を含むことに応じて、前記パケットにデータの挿入が可能である
請求項１に記載の通信システム。
前記デバイスは、前記パケットが有効データを含まないヌルパケットであり、前記ヌルパケットのヘッダがペイロードの空き容量を示す容量情報を含み、前記ヌルパケットに含めるべきデータのサイズが前記容量情報で示される空き容量以下であることに応じて、前記パケットに対するデータの挿抜が可能である
請求項１に記載の通信システム。
前記デバイスは、前記パケットが有効データを含まないヌルパケットであり、前記ヌルパケット内にそれぞれがヘッダ及びペイロードを含む複数セットを挿入させることが可能である
請求項１に記載の通信システム。
前記パケットは、ヘッダ及びペイロードを含み、
前記ヘッダは、所定の情報と前記所定の情報に対する誤り訂正符号とを有する第１の符号語を含む
請求項１に記載の通信システム。
前記ヘッダは、前記第１の符号語のビット値を反転させた第２の符号語をさらに含む
請求項７に記載の通信システム。
コントローラ及び複数のデバイスをリング状に接続し差動シリアル信号を伝送可能である通信路が接続可能である通信インターフェースを備え、
前記通信路で伝送される通信フレームは、互いに均等な固定データ長を有する複数のパケットで構成され、
前記通信インターフェースは、所定の条件に応じて、受信した通信フレームに含まれるパケットに対するデータの挿抜が可能である
デバイス。
コントローラと複数のデバイスと前記コントローラ及び前記複数のデバイスをリング状に接続し差動シリアル信号を伝送可能である通信路とを有する通信システムにおける前記コントローラが、互いに均等な固定データ長を有する複数のパケットで構成される通信フレームを前記通信路へ送出することと、
前記デバイスが、所定の条件に応じて、受信した通信フレームに含まれるパケットに対してデータを挿抜することと、
を含む通信方法。
コントローラと、
複数のデバイスと、
前記コントローラ及び前記複数のデバイスをリング状に接続し、差動シリアル信号の通信フレームを伝送可能である通信路と、
を備え、
前記通信路で伝送される通信フレームは、それぞれが固定データ長を有する複数のパケットを含み、
前記複数のデバイスのうちの第１のデバイスは、前記コントローラから送信された第１の通信フレームを前記通信路を介して受信し、受信した前記第１の通信フレームに含まれる第１のパケットに含まれる第１のデータを所定の条件に応じて抜き出し、前記第１のパケットを第２のデータを含めた第２のパケットに更新し、前記第２のパケットを含む第２の通信フレームを前記通信路を介して前記コントローラ又は前記複数のデバイスのうちの第２のデバイスに送信する
通信システム。
コントローラに通信路を介して直列接続可能なデバイスであって、
前記通信路は、前記デバイスを含む複数のデバイス及び前記コントローラをリング状に接続し差動シリアル信号を伝送可能であり、
前記通信路で伝送される通信フレームは、それぞれが固定データ長を有する複数のパケットを含み、
前記デバイスは、
前記通信路を介して第１の通信フレームを受信する受信回路と、
前記通信路へ前記第１の通信フレームと異なる第２の通信フレームを送信する送信回路と、
前記受信回路を介して受信した前記第１の通信フレーム及び前記送信回路を介して送信する前記第２の通信フレームを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記受信回路を介して受信した前記第１の通信フレームに含まれる第１のパケットに含まれる第１のデータを所定の条件に応じて抜き出し、前記第１のパケットを第２のデータを含めた第２のパケットに更新し、前記第２のパケットを含む前記第２の通信フレームを前記通信路に送信する
デバイス。
コントローラ及び複数のデバイスをリング状に接続し差動シリアル信号を伝送可能である通信路を有する通信システムにおける通信方法であって、
前記通信路で伝送される通信フレームは、それぞれが固定データ長を有する複数のパケットを含み、
前記コントローラが、前記複数のパケットを含む第１の通信フレームを前記通信路へ送信することと、
前記複数のデバイスのうちの第１のデバイスが、前記コントローラから前記第１の通信フレームを前記通信路を介して受信し、受信した前記第１の通信フレームに含まれる第１のパケットに含まれる第１のデータを所定の条件に応じて抜き出し、前記第１のパケットを第２のデータを含めた第２のパケットに更新し、前記第２のパケットを含む第２の通信フレームを前記通信路を介して前記コントローラ又は前記複数のデバイスのうちの第２のデバイスに送信することと、
を含む通信方法。