JP2001517025A

JP2001517025A - コンピュータ

Info

Publication number: JP2001517025A
Application number: JP2000512329A
Authority: JP
Inventors: コッター、デビッド
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2001-10-02
Also published as: AU753148B2; DE69841787D1; EP1016252B1; JP2001517023A; DE69837609T2; AU9089498A; WO1999014900A3; CN1270732A; CA2302260C; DE69837609D1; AU9089598A; CA2302260A1; US6731648B1; WO1999014915A2; WO1999014915A8; CA2302215A1; EP1016244B1; WO1999014915A3; EP1016244A2; EP1016252A2

Abstract

(57)【要約】【課題】コンピュータ、とくに遠隔の源から通信ネットワークを経由して検索したデータを使用してプロセスを実行するコンピュータ、さらに通信ネットワークを動作する方法を提供すること。【解決手段】ネットワークに接続されたコンピュータは、遠隔に置かれたデータ源からネットワークを経由してデータを受取ることを含む動作を開始する。コンピュータは源からデータ受取り予測時間を判断し、この予測時間以降にデータを使用してプロセスをスケジュールする。この間にコンピュータは他のプロセスを実行しておいてから、次にスケジュールされたプロセスにスイッチして、既に遠隔のデータ源から受取っているデータを処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の属する技術分野本発明は、コンピュータ、とくに遠隔の源から通信ネットワークを経由して検
索したデータを使用してプロセスを実行するコンピュータ、およびさらに通信ネ
ットワークを動作する方法に関する。

【０００２】従来の技術ネットワーク通信技術およびインターネット通信プロトコルにおけるマイクロ
プロセッサの処理速度の進歩により、ネットワークを経由する高バンド幅データ
の検索を含むアプリケーションに対するコンピュータの使用が増加している。処
理速度はさらに一層向上するので、この傾向は続いていくと予測される。このよ
うなアプリケーションを支援する広帯域光ネットワークの使用が提案されている
。本発明の発明者の出願中の特許出願EP 97307224.2(A25482) PCT/GB97/02160(A
25265) WO97/05725(A25055)を参考文献としてその内容を本明細書に取り入れる。該特許出願では、バースト状態の高バンド幅データ転送は要求に応じて非常に
僅かな待ち時間を含んで行なうように設計されているネットワークの例を記載し
、権利を主張している。しかしながら上述のような進歩にも関わらず、依然とし
てプロセッサとネットワーク技術との間には根本的な不釣り合いがあり、このた
めに処理能力の向上およびそれに対応するネットワークバンド幅の増加をもたら
す潜在的な利益を完全に実現するのが妨げられている。高速度コンピュータの設
計は、ローカルな物理的に小さいエンティティであるコンピュータに依存し、こ
のときデータは概ね少数のクロックサイクル内でほぼ得られる。対照的に、ネッ
トワークを経由して接続された外部データ源は、クロック速度と比較して長くて
しかも、源の位置にしたがって変化する遅延を経た後でデータをプロセッサに供
給するだけである。したがってプロセッサによる内部処理速度を最大にするよう
に設計された従来の戦略は、外部のネットワーク接続されたデータ源を処理する
ときに失敗する。

【０００３】発明が解決しようとする課題および手段本発明の第１の態様にしたがって、コンピュータを動作する方法であって、ａ）遠隔に置かれた源からネットワークを経由してデータを検索することと
、ｂ）前記データを検索する時間遅延に依存する時間において実行する前記デ
ータを使用するプロセスをスケジュールすることと、ｃ）続いて前記プロセスを実行することとを含む方法を提供する。

【０００４】本明細書では“コンピュータ”という用語を使用して、幅広いデータ処理シス
テムを示す。コンピュータには、例えば遠隔通信交換内のプロセッサのようなよ
り大型システムに内蔵されたデータ処理デバイス、およびワークステーションの
ような専用コンピュータシステムを含む。“ネットワーク”という用語は、例え
ば光通信ネットワーク、電子ネットワーク、およびワイヤレス（無線）ネットワ
ークを含む。ワイヤレスネットワークの場合、例えばネットワークへの接続は性
質上断続して行なわれる。

【０００５】本発明のこの態様は、遠隔の源からデータを要求する動作のときでさえ、プロ
セッサ資源の効果的な使用を可能にするコンピュータの動作方法を提供する。こ
の方法は、データが遠隔の源から到着すると予測される時を判断し、それにした
がってそのデータを要求する１以上の処理をスケジュールし、一方でこの間に空
のプロセッサ資源を他のプロセスに使用することによって達成される。従来から
、ネットワークおよび遠隔のデータ源は“クラウド(cloud)”と呼ばれていて、長くて定量化できない遅延を経た後でデータを与える源となるので、このような
源からのデータを使用してプロセスをスケジュールする試みは行なわれてこなか
った。本発明の発明者は、このような遠隔の源の遅延または待ち時間を判断し、
このデータを使用するプロセスをスケジュールすることを可能にし、それによっ
てプロセッサ資源を使用する効率を最大化すること達成した。

【０００６】この方法は、コンピュータから遠隔に置かれた源へポーリングメッセージを送
り、段階（ｃ）においてポーリングメッセージの伝送時間に関係する前記プロセ
スをスケジュールすることを含んでもよい。この場合に、この方法は前記ポーリ
ングメッセージを送る前に、コンピュータから前記遠隔に置かれた源へ呼を送り
、使用の際に、遠隔に置かれた源が前記呼に応答して、次のポーリングメッセー
ジに応答してコンピュータへデータを即座に送る準備を完了する段階を含むこと
が好ましい。

【０００７】好ましい実施形態では、コンピュータは最初の情報要求（“呼”）を行ない、
続いて第２の要求（“ポール”）を送って、要求された情報の伝送をトリガする
。ポールを送った後で、コンピュータが確実に遠隔の資源においてデータを得る
のに十分に長い遅延を経た後で呼が行われる。しかしながら好ましいのはこの方
法が、前記データの伝送前に遠隔に置かれた源によって送られた最初の応答をコ
ンピュータにおいて受取ることを含むが、前記最初の応答は前記プロセスをスケ
ジュールするときにコンピュータによって使用するデータが使用可能であるタイ
ミングについてのデータを含む。この最初の応答または“契約”は要求されるデ
ータが使用可能になると予測されるときを示す。この最初の応答または“契約”
は、要求されたデータが使用可能になると予測されるときを示す。したがって発
呼コンピュータから遠隔のデータ源への伝送路が固定され、ネットワーク内にバ
ッファ、待ち行列、または他の遅延機構はないので、ポールに応答するのにかか
る時間は定められ、予測でき、したがって戻されたデータを要求するプロセスを
スケジュールすることができる。

【０００８】好ましくは最初の応答はデータ量を示すパラメータを含み、このデータ量は次
に段階（ｅ）においてコンピュータで受取られる。

【０００９】戻されるデータ量に関する情報を提供して、コンピュータが資源を割り当てる
のを助ける。ループ形伝送路上でコンピュータと遠隔に置かれた源との間の通信
を実行するとき、この情報をもっていることがとくに有益である。したがってこ
の方法は、ｉ）ループ形信号経路上で信号をコンピュータから遠隔に置かれた源へ送る
ことと；ｉｉ）段階（ｉ）において時間スロット中に前記信号によって占有されたル
ープ形信号経路上で信号を遠隔に置かれた資源からコンピュータへ戻すこととを
含んでもよい。この場合コンピュータは遠隔に置かれた源へ、最初の応答パラメ
ータによって示される量に等しいか、またはそれよりも大きいペイロードを含む
信号を送り、遠隔に置かれた源は前記ペイロードによって占有された時間スロッ
ト中に前記データを戻すことが好ましい。

【００１０】本発明の好ましい特徴はオン−ザ−フライシグナリングを使用していること
であり、なおこれは本発明の発明者の出願中の特許出願EP 97307224.2に記載され、権利が主張されている。ループ形伝送路は、例えば多数の方向付けされたト
レールから選択した１つのトレールであってもよく、なおこれは本発明の発明者
の出願中の特許出願PCT/GB97/02146に記載され、権利が主張されている。

【００１１】好ましいのはプロセスをスケジュールする段階はオペレーティングシステムに
よって、より好ましくはコンピュータ上を走行しているマルチプログラミングオ
ペレーティングシステムによって実行されることである。

【００１２】プロセスをスケジュールする段階は多数のやり方、例えばアプリケーションプ
ログラム、またはコンピュータ上を走行しているミドルウエアにおいて実行する
ことができるが、この段階をコンピュータのオペレーティングシステム内で統合
して、その効果が全てのより高いレベルのシステムにおいてトランスペアレント
に得られることがさらに好ましい。マルチプログラミングオペレーティングシス
テムが開発されたことにより、マイクロプロセッサ、または多数の並列するマイ
クロプロセッサが動作するときの効率は最大とされた。他のプロセスに応用され
るスケジューリングアルゴリズムをネットワークに関係するプロセスに応用でき
るので、本発明をこのコンテキストで使用することがとくに効果的である。

【００１３】本発明の第２の態様にしたがって：ａ）データ処理システムと；ｂ）データ処理システムに接続されたネットワークインターフェイスと；ｃ）データ処理システムに接続され、遠隔のデータ源からネットワークイン
ターフェイスを経由して受取られたデータを使用してプロセスの処理システムに
よる実行をスケジュールするようにされたスケジューリングデバイス（スケジュ
ーラ）とを含むコンピュータを提供する。

【００１４】本発明の第３の態様にしたがって、ネットワークに接続されたコンピュータを
動作する方法であって：ａ）遠隔に置かれた源からネットワークを経由してデータを受取ることを含
む動作を開始することと；ｂ）前記源から予測されるデータ受取り時間を判断することと；ｃ）前記動作の一部を形成し、かつ前記データを要求するプロセスを予測時
間以降に実行するようにスケジュールすることと；ｄ）前記データの受取りを未処理のままと(pend)し、コンピュータ上で他の
プロセスを実行することと；ｅ）前記データをコンピュータで受取ることと；ｆ）前記データを処理することとを含む方法を提供する。

【００１５】本発明の第４の態様にしたがって、通信ネットワークを動作する方法であって
：ａ）無接続パケットネットワークを経由してデータ源とデータシンクとの間
でデータパケットを伝送することと；ｂ）次にデータ源とデータシンクとの間で回路接続を設定することと；ｃ）回路接続を経由してデータ源とデータシンクとの間で別のデータを通信
することとを含む方法を提供する。

【００１６】本発明のこの第４の態様は、先行する第１ないし第３の態様と好都合にも組み
合わされるが、より広く使用して、特定のトランザクション等の性質に最も適し
た伝送モードを取り入れる方法を用意することもできる。特定のトランザクショ
ン等と言ったのは、その他に例えば短いサーチ照会および応答を効果的に処理す
るのに必要な高速で最小の処理オーバーヘッドを与える無接続動作とか、例えば
サーチによって識別される大きいファイルをダウンロードするのに必要な保証さ
れたサービス品質を与える回路接続動作を含んでいるからである。

【００１７】ここで本発明を実現するシステムを、さらに詳しく例示的に記載し、添付の図
面を参照して従来技術と対比させることにする。

【００１８】発明の実施の形態図１に示したように、コンピュータはマイクロプロセッサ（μＰ）１および入
力／出力（Ｉ／Ｏ）コプロセッサ２を含む。ネットワークインターフェイス３は
入力／出力コプロセッサに接続されている。マイクロプロセッサおよび入力／出
力コプロセッサの両方はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４に直接にアクセス
する。ネットワークインターフェイスはネットワーク５に接続され、ネットワー
ク５はこの例では光通信パケットネットワークである。ハードディスク６はマイ
クロプロセッサに接続されている。後で詳しく記載するように、データは遠隔の
データ源５Ａ、５Ｂからネットワークを横切って検索される。到来データは入力
／出力コプロセッサによってＲＡＭ４へ書き込まれる。

【００１９】図２は、上述のようなコンピュータの通常の動作においてパケットネットワー
クへ接続されたときの動作を示している。コンピュータはマルチプログラミング
を使用している。マイクロプロセッサのオペレーティングシステムは、いくつか
の独立のプロセスをメモリへロードする。メモリは異なるプロセスに適応するよ
うに仕切られている。仕切り(partition)は固定されているか、または可変の大きさをもっていてもよい。ハードディスク上のメモリを使用するバーチャルメモ
リを使用して、関係する仕切りが非常に小さいとき、プロセスを継続的に進める
。１つのプロセスが別のデバイスからサービスを待っているとき、例えば入力さ
れるデータを待っているとき、マイクロプロセッサは１つのプロセスの現在の状
態を記憶し、別のプロセスへスイッチする。これはコンテキストスイッチと呼ば
れる。このやり方で同時に実行される(concurrent)プロセス間でスイッチするこ
とによって、マイクロプロセッサはそのアイドル時間を低減し、実効動作速度を
増加する。

【００２０】図２の例では、第１のプロセスを濃い影を付けられた領域で示し、この第１の
プロセスはマイクロプロセッサ１上を走行している。この第１のプロセスは、無
接続光通信パケットネットワーク５’上で遠隔のデータ源から情報要求（“呼”
）を生成する。呼はマイクロプロセッサ１からＲＡＭ４を経由してＩ／Ｏコプロ
セッサへ送られる。時間スロットが呼を送るネットワーク上で使用可能になるま
で、呼はＩ／Ｏコプロセッサによってバッファ内に保持される。コンピュータの
視点から、ネットワークおよび遠隔のデータ源は一緒にクラウドを形成し、クラ
ウド内の遅延量は分からない。呼は応答（“戻り”）を引き出すが、これは定量
化できない遅延後のみ実行できる。この遅延量は分からないので、マイクロプロ
セッサができることはせいぜい、要求された情報が到着するまで、第１のプロセ
スを待機状態で保持することである。要求された情報の到着時間は分からないの
で、コンピュータはプロセスのレジュームを予めスケジュールするか、またはプ
ロセスを他の関係するプロセスと一緒に時間を合わせて対応させることはできな
い。したがってスケジュールされていないコンテキストスイッチを行なわなけれ
ばならない、すなわち戻りが受取られると、第１のプロセスを待機状態にしたま
まで、別のプロセスの実行を中止しなければならないことが例にあげられる。こ
のようなコンテキストスイッチは処理時間についてコスト高となり、コンピュー
タの効率を低減する。

【００２１】図３は本発明を実現するシステムの動作を示す。これは図２のシステムと異な
り、コンピュータは遠隔の源からデータを得ることに関係する遅延を定量化する
ようにされており、遅延の知識を使用して、全ての同時実行ネットワークの集中
的なプロセスの動作をスケジュールするので、このプロセスは、ランダムな遅延
およびランダムな順序でではなく、効率的に一緒に処理される。これは頻繁なコ
ンテキストスイッチ、およびこのやり方をとらなければ発生してしまうことにな
るキャッシュミスを低減する。これによりコンピュータ上でのプロセスおよび資
源を“ぴったりと時間を合わせて(just-in-time)”スケジュールすることができ
る。遅延を定量化するコンピュータのタスクを容易にするために、ネットワーク
トポロジイおよびネットワークノードの構造および動作を選択し、ネットワーク
内に内部バッファの待ち行列または他の遅延機構をもたない、コンピュータと所
定の遠隔のデータ源との間の固定されたループ形の継続する経路を生成する。こ
のようなネットワークの例は後でさらに詳しく記載する。

【００２２】図３の距離−時間ダイヤグラムに示されているように、コンピュータからの呼
はここで、遠隔のデータ源から契約応答を呼出す。ネットワークを横切る伝送遅
延がここで適切に定量化されていても、遠隔のデータ源が呼を処理し、契約応答
を準備し、それを送る間に未知の時間遅延があるので、契約応答の到着時間はコ
ンピュータによって予め知ることはできない。呼を処理し、契約を準備し、契約
応答を送る比較的に簡単なタスクに必要な時間は、要求されるデータを含む真の
戻りを準備して送るのに必要な時間と比較して短いと仮定される。この後者の動
作は、メモリまたはファイルメモリデバイスから、またはいくつかのさらに距離
の離れた情報サイトからの情報の呼出し、およびこの情報のいくつかの処理を含
んでもよい。契約応答は発呼コンピュータに、要求される情報が、遠隔のデータ
源を特定する一定の時間を経た後に再びコンピュータを呼ぶことによる即時の要
求に応じて得られることを知らせる。この例における契約応答はさらに情報を転
送するのに必要なネットワーク資源（例えば、ペイロードのバイト数）を特定す
る。

【００２３】適切な時間として、既知のネットワーク遅延を考慮に入れた時間を経た後で−
すなわちコンピュータから遠隔のデータ源へネットワークを通るのにかかる時間
に等しい時間によって、遠隔のデータ源によって特定される時間を経過したとき
に−コンピュータはポール信号を遠隔のデータ源へ送る。この例では、このタス
クはメインプロセッサとは独立して、入力／出力コプロセッサによって実行され
る。入力／出力コプロセッサが使用可能になるには、空のパケットの時間スロッ
ト、すなわち他のネットワーク資源を待たなければならないので、ポール伝送の
精密な時間は前もって分からない。この待機時間中、ポールは、入力／出力コプ
ロセッサによって管理される出力バッファ内にある。ネットワーク資源が使用可
能になるとき、ポールが送られ、精密な伝送時間がコプロセッサによって記録さ
れ、プロセススケジューラへ送られる。プロセススケジューラの動作は、後でさ
らに詳しく記載する。発呼コンピュータから遠隔のデータ源への伝送路は固定さ
れ、ネットワーク内にバッファ、待ち行列、または他の遅延機構がないので、ネ
ットワークを横切る伝搬遅延が判断できる。この例におけるポールは、契約にお
いて特定された大きさと等しいかまたはそれよりも大きい結合された空の（また
は置換可能な）ペイロードをもつパケット流から構成される。ポールパケットは
遠隔のデータ源に到着すると、オン−ザ−フライシグナリング技術（我々の出願
中の特許出願EP 97309224.2に記載され、権利が主張されている）を使用して埋められる。出力バッファ内で得られ、待機している戻りデータは、ポールパケッ
トによって占有されている時間スロットへ書き込まれ、コンピュータへ戻る。こ
のやり方では、ポーリング信号は必要な資源を既に確保しているので、遠隔のデ
ータ源はこのデータを戻す前にネットワーク資源が使用可能になるのを待つ必要
がないことが保証される。次に戻りデータは、プロセススケジューラによって前
もって分かっている時間にコンピュータに到着する。プロセススケジューラはこ
の知識を使用して、プロセッサ資源を最適に使用する順序および時間のスケジュ
ールにしたがってプロセスを実行する。例えば、第１のプロセスが戻りデータを
待っている間に、第２のプロセスが実行される。第２のプロセスは、次の基準、
例えばこのプロセスが戻りデータの到着前に完了するほど十分に短いこと、およ
び第１のプロセスによって戻される値を入力値として必要としないことといった
基準を使用して選択することもできる。第３のプロセスは、第１および第２のプ
ロセスによって戻される値を入力値としてとり、遠隔のデータ資源からのデータ
の予測される到着時間後の所定の時間に実行するようにスケジュールされ、した
がって第３のプロセスをさらに待たずに実行することができる。

【００２４】図４は別の実施形態を示しており、ここでは遠隔のデータ源の処理時間は発呼
コンピュータによって予め分かっているか、または発呼コンピュータは、情報が
離れたサイトで適切な確率で得られるようになるのに十分な時間をとれるように
できる。この場合は契約段階は省かれる。発呼コンピュータは適切な時間に遠隔
のデータ源にポーリングし、上述の第１の例のように予めスケジュールされた時
間に戻りデータを受取る。

【００２５】この例では、スケジューラはマイクロプロセッサのオペレーティングシステム
と統合されている。マイクロプロセッサはマルチプログラミングのような既知の
技術を使用している。文献（“Computer Organization and Architecture”, Fo
urth Edition, W Stallings, Prentice-Hall, 1996 Figure 7-10, page 236）に
記載されているように、プロセススケジューリングは、多数の同時に実行される
プロセスがマイクロプロセッサを使用することを可能にしている。各プロセスは
長い期間の待ち行列内に置かれた対応する要求を生成する。資源が使用可能にな
ると、プロセスは準備完了状態に置かれ、短い期間の待ち行列内に置かれる。プ
ロセッサはオペレーティングシステム命令とユーザプロセスの実行を交互に行な
う。オペレーティングシステムはマイクロプロセッサの制御のもとでは、短い期
間の待ち行列内の何れの処理を次に実行すべきかを判断する。オペレーティング
システムはその現在のタスクを終了すると、次に引き続いてプロセッサが選択さ
れたプロセスを処理する。ディスパッチャとして知られている短い期間のスケジ
ューラはオペレーティングシステムの一部であり、短い期間の待ち行列内の何れ
のプロセスを次に実行すべきかを判断する責務を負う。実行されるプロセスは、
例えばそれがＩ／Ｏ（入力または出力）を必要とするために、あるいはオペレー
ティングシステムがマイクロプロセッサの使用を回復することを必要とするとい
った理由でサスペンドしてもよい。後者の理由でオペレーティングシステムがマ
イクロプロセッサの使用を回復することを必要とするためにサスペンドするとき
は、プロセスは準備完了状態に置かれ、短い期間の待ち行列内に戻される。しか
しながら通常は、サスペンドがＩ／Ｏ要求に関係すると、プロセスはＩ／Ｏ待ち
行列内に置かれ、Ｉ／Ｏプロセスが完了しているという判断できない後の時間に
おいてのみ短期間の待ち行列に戻されていた。この従来の解決案は図１０に示し
た。

【００２６】図１１に示したように、本発明を実現するシステムでは、オペレーティングシ
ステムは、ネットワーク以外のＩ／Ｏ（例えば、コンピュータ周辺デバイスのＩ
／Ｏ）とネットワークのＩ／Ｏとを別々に取扱う。ネットワークのＩ／Ｏを要求
する実行プロセスはサスペンドされ、ネットワークのＩ／Ｏの待ち行列内に置か
れる。次に処理の優先順位および必要なネットワーク資源の利用可能性に依存す
る時間において、メッセージをネットワークへ送る。次に、要求された情報がネ
ットワークから受取られるまで、プロセスは待機状態のまま長さを判断できない
時間の間留まるのではなく（図１０参照）、プロセスは短い期間の待ち行列へ直
ちに戻される。各プロセスは‘プロセス制御ブロック’によってオペレーティン
グシステムへ再び送られ、この‘プロセス制御ブロック’は一般的に：独特のプ
ロセス識別子；状態（プロセスの現在の状態―すなわち新しい、準備完了、など
）；優先順位；プログラムカウンタ；メモリポインタ；コンテキストデータ；Ｉ
／Ｏ状態情報（顕著な(outstanding)Ｉ／Ｏ要求、プロセスに割り当てられたＩ／Ｏデバイス、などを含む）;および会計情報を含む。さらに加えてプロセス制御ブロックは、プロセスの準備完了状態におけるフィールドを含む。これは、例
えば遠隔のデータ源によって戻される“契約”からのデータを使用して、要求さ
れるデータの予測させる伝達時間を示すように設定される。次にディスパッチャ
はプロセスの準備完了時間および優先順位に依存して実行する短い期間の待ち行
列からプロセスを選択する。オペレーティングシステムおよびユーザプログラム
はダイナミックにプロセスの優先順位を修正して、全ての同時に実行されるネッ
トワークの集約的なプロセスは一緒に効果的に動作することができる。例えば異
なるプロセスの優先順位は、コンテキストスイッチ数を最小にするように設定し
てもよい。

【００２７】図１２は、本発明を実現するオペレーティングシステムの全体図を示す。この
場合のオペレーティングシステムは、マイクロカーネルアーキテクチャを使用し
てウインドウズＮＴのようなシステムである（ウインドウズＮＴ(Windows NT)は
マイクロソフト社の登録商標である）。オペレーティングシステムは、ユーザモ
ード121およびカーネルモード122を含む。ネイティブなアプリケーション123（Ａｐｐ）（例えば、ウインドウズＮＴ環境内のWin32アプリケーション）はカーネルモード122と直接に通信する。別のアプリケーション124（例えば、ウインド
ウズＮＴ環境内のＯＳ／２アプリケーション）は、関係するＡＰＩ（アプリケー
ションプログラマインターフェイス）を支援するアプリケーションサブシステム
125を経由してカーネルモード122と通信する。カーネルモードは多数の実行サー
ビス126ａないし126ｆを含む。これらの実行サービスは、Ｉ／Ｏマネージャ、オ
ブジェクトマネージャ、プロセスマネージャ、ローカル手続き呼機能、バーチャ
ルメモリマネージャ、およびＧＵＩマネージャを含む。マイクロカーネル127はハードウエアブストラクション層（ＨＡＬ）128を経由してコンピュータ処理システムのハードウエアにインターフェイスしている。マイクロカーネル127は実行のためにスレッドをスケジュールし、低レベルのマルチプロセッサ同期化を行
ない、電源故障後にシステム回復する機能を実行する。本発明はとくに関係して
いることは、マイクロカーネルはディスパッチャオブジェクト1271を含み、この
ディスパッチャオブジェクト1271がスレッドのスケジューリングを行ない、コン
テキストスイッチに責務を負うことである。ディスパッチャデータベース1272は
、ディスパッチャオブジェクト1271と関係付けられている。ディスパッチャデー
タベース1272は、何れのスレッドが実行を待っていて、何れのプロセッサが何れ
のスレッドを実行するかのトラックを維持する。これは、ネットワークの入力／
出力要求用の待ち行列を組込んだ待ち行列機構を使用して達成される。図１１を
参照して既に記載したように、プロセス準備完了時間はこれらの要求に対して記
録され、対応するスレッドは短い期間の待ち行列へ戻される。

【００２８】オペレーティングシステムを実行するハードウエアは単一のマイクロプロセッ
サ、例えばＩｎｔｅｌＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）マイクロプロセッサか、ま
たは並列に動作する多数のマイクロプロセッサシステムを含む。

【００２９】本発明を実現するシステムでは、往復遅延時間を判断するための多数の異なる
解決案が可能である。この解決案の1つはルックアップ表を使用する。ルックアップ表は初期設定段階中に、コンピュータがネットワーク内の各データ源へ試験
信号を送って、各データ源と関係する時間遅延を記録することによってコンパイ
ルされる。次にこのルックアップ表は、必要なときにスケジューラによって参照
される。

【００３０】ルックアップ表を使用する代わりとして、毎回ポール信号を送る前にシグナリ
ング手続きに遅延測定を組込んでもよい。これはルックアップ表を維持すること
に関係するオーバーヘッドを避け、例えば装置の故障、メンテナンス、または再
構成に因るケーブル配線またはルート設定の変更によって生じる遅延値の変更を
考慮に入れることを保証する。この解決案の1つの実行において、コンピュータは、コンピュータから遠隔のデータ源への呼パケットの飛行時間を判断し、契約
パケットが送信先から送信元へ戻る飛行時間を判断し、これらの2つの飛行時間を一緒に加算して、往復遅延を求める。一般的に、コンピュータからデータ源へ
送られるパケットは、送信先から送信元へ送られるパケットとは異なる経路をと
るので、これらの２つの飛行時間は異なる。飛行時間の判断を助けるために、契
約パケットは2つの追加情報項目：すなわち呼パケットの到着時間および契約パケットの伝送時間を含む。この情報を契約パケットの到着時間と一緒に使用して
、コンピュータは要求される判断を行なうことができる。しかしながらこの解決
案を可能にするには、コンピュータおよびデータ源は精密に同期化されたクロッ
クをもたなければならない。遅延測定における別の好ましい解決案では、コンピ
ュータは１つの段階においてそれ自身以外のクロックを参照せずに遅延を測定す
る。これはオン−ザ−フライシグナリングを使用して、アクノリッジメント（
ＡＣＫ）信号をコンピュータへ戻して達成される。コンピュータは呼パケットの
伝送時間を記録する。遠隔のデータ源である送信先は呼パケットを受取るのに成
功すると、呼パケットによってもともと占有されていた時間スロット中に“ＡＣ
Ｋ”パケットをコンピュータへ戻すことによってこれをアクノリッジする。デー
タ源はＡＣＫパケットの到着時間を記録する。呼パケットの伝送時間とＡＣＫパ
ケットの到着時間との間の差は、コンピュータと送信先との間の往復伝搬遅延に
等しい。本発明を実行する際に使用に適したネットワーク、ネットワークインタ
ーフェイス、およびパケットルート設定方法をここでさらに詳しく記載すること
にする。

【００３１】ここに記載したネットワークは、上述の例におけるコンピュータのような源か
ら、遠隔のデータサイトのような送信先へ向かい、再び源へ戻る継続する一方向
の伝送路を与えている。この簡単な例は、図５に示した一方向性リングネットワ
ークである。図６に示した別の例は、双方向性リンクを含むネットワークである
。図７に示した第３の例は、‘トレールルート設定’技術を使用するマンハッタ
ンストリートネットワークであり、なおこの‘トレールルート設定’技術は本発
明の発明者の国際特許出願（発明の名称“Communication Network”、代理人の参照番号A25265/WO）において記載されている。このようなネットワークで使用するのに適したプロトコルは、後で詳しく記載する。これらの例において、ここ
では装置の故障はほとんど発生せず、より高い層のプロトコルによって検出およ
び修復されると仮定されている。ここに記載したルート設定プロトコルは、装置
の故障が起こっていない正規の場合に待ち時間の極めて少ないシグナリングを行
なうことに関するものである。さらに加えて、伝送されたメッセージは単一のパ
ケットまたは一連のパケット（パケットストリング）から構成され、パケットは
固定長の時間スロットへ挿入され、各スロットが多くとも１つのパケットを含む
ことが仮定されている。

【００３２】ここに記載したプロトコルでは、送信元ノードがメッセージを送信先ノードへ
送り始めたいときには、伝送路上の容量に空ができるまで（すなわち、スロット
式システムにおいて少なくとも１つの未使用の時間スロットができるまで）、送
信元ノードは待たなければならない。送信先ノードがメッセージを受取り、アク
ノリッジメントまたは類似の信号を送信元ノードへ戻したいとき、元のメッセー
ジによって占有された時間期間の全てまたは一部において信号を送ることによっ
て（すなわち、スロット式システムにおいて送信元ノードによって使用された１
以上の時間スロットを使用して、元のメッセージを送ることによって）これを行
なう。これは、送信先ノードは、送信元ノードによって既に確保されている時間
スロットを直ちに再使用するので、送信先ノードは伝送路上に別の空の容量がで
きて、パケットが送られるまで待つ必要がないという長所をもつ。したがって元
のメッセージの送信先ノードによって信号が送られ、光速の飛行時間によって制
限される最短時間で元のメッセージの送信元ノードによって受取られることを保
証する。伝送路上に別の空の容量ができて、信号を送ることができるようになる
まで、送信先ノードは待つ必要はない。プロトコルおよびパケットフォーマット
を適切に選択することによって、送信先ノードから送信元ノードへ戻される信号
は、（選択的に、例えばフラグ変更のようないくつかの修正を行なうか、または
全く修正せずに）１以上のもとのメッセージパケットを含むことができる。した
がって送信先ノードによってアクノリッジメントを生成するように要求される処
理は初歩的であり、最小である。このやり方では、送信先ノードは高速度でシグ
ナリング判断を行ない、一方でパケットはバッファリングを必要とせずに‘オン
−ザ−フライ’で送られる。

【００３３】プロトコルの別の特徴は、送信元ノードから送信先ノードへ行き、再び送信元
ノードへ戻るパケットの往復の飛行時間が、物理的な距離のみに依存するので、
正確に知ることができることである。したがって送信元ノードは、パケットを送
る瞬間に応答を得る精密な瞬間が分かる。送信元ノードは単一のパケットの到着
時間を使用して、メッセージおよびそれが関係している送信先ノードを識別する
ことができる。さらに、信号が予測した時間に到着し損ったとき、送信元ノード
は種々のやり方（例えば、上述のように、メッセージが意図された送信先ノード
に到着し損ったことを示すやり方）で信号が到着していないと解釈することがで
きる。‘礼儀正しい(Courteous)プロトコル’ このプロトコルは、パケットがその送信先へ向かう途中で無視されることがな
いために“礼儀正しい(courteous)”と名付けられた。パケット列が送信元ノードによって送られると、（ここでは装置が故障する確率を無視しているので、少
なくともプロトコルによって考えられるレベルにおける）送信先ノードへの到着
が保証される。コンテンションはネットワーク内で起こらず；（空の時間スロッ
トのみを使用することによって）、伝送ノードによってネットワークの端部のみ
においてコンテンションは解決される。この場合、ノードＮが所定のチャンネル
上で送られ、Ｎにアドレスされない他のパケット列が同じチャンネルに到着する
と、ノードは伝送を止めて他のパケット列に割り込まずに先へ送らなければなら
ない。コンテンションの発生に対処するために、２つの方法を採用することがで
きる。第１の方法では、空の時間スロットが使用可能になると直ぐに、ノードＮ
はその列の伝送を最初から再開する。第２の方法では、空の時間スロットが使用
可能になると直ぐに、ノードＮは割り込みされていた地点からパケット列の伝送
を再開する。この場合パケット列の最大長は別のフラグＣＯＳ（列の継続、cont
inuation of string）を含む。選択的に、パケット列の最大長を特定して、ノー
ドがネットワーク資源を不公平に捕捉するのを防ぐことができる。送信先ノード
がパケット列を受取り始めると、送信先ノードは信号を送信元ノードへ戻すこと
によって、直ちにこれをアクノリッジする。礼儀正しいプロトコルの場合、列の
到着は保証される。それにも関わらず送信先ノードは、パケット列を受取る用意
ができており、メッセージを受取るのに使用可能な資源をもっているという信号
を送る必要がある。送信先ノードがメッセージを受取ることができないと、送信
元ノードは可能な限り速く伝送を止めることを知らされなければならない。送信
先ノードがアクノリッジメント信号を送信元ノードへ送って、送信先ノードがメ
ッセージを受取るのに使用可能な資源をもつことを示したいときは、パケット列
内の第１のパケット（ＳＯＳ＝１）をその伝送路に沿って送信元ノードへ送り戻
し続けることによって、これを達成する。このパケットは送信先ノードによって
修正されず、アクノリッジメント信号として機能するとき、送信元ノードへ戻し
続けられる。送信先ノードはネットワークから（後述するように、パケット列内
の最後のパケットを除いて）パケット列の他の全ての部分を取り去らなければな
らない。パケット列の源である送信元ノードは、それ自身のアドレスをパケット
内で送信元アドレスとして判断しているので、アクノリッジメント信号が送信元
ノード、すなわち自己自身へ向けられることを認識している。送信元ノードから
送信先ノードを経由して送信元ノードへ送り戻される伝送路の往復伝搬時間に等
しい時間で送信元ノードによって、アクノリッジメント信号が受取られないとき
、送信元ノードは、送信先ノードがメッセージを受取ることができないと断定し
て、送信元ノードは直ちに伝送を止めるべきであることを知ることになる。

【００３４】別のアクノリッジメントは、送信先ノードによってパケット列の源へ送り戻さ
れて、パケット列全体を送るのに成功したことを示す。伝送に失敗する理由は、
例えば伝送エラーおよび受信機バッファのオーバーフローである。ここでもパケ
ット列を伝送するのに成功したと仮定すると、パケット列の最後のパケット（“
列の最後(End of String)”フラグをＥＯＳ＝１に設定することによって識別される）を伝送路に沿って送信元ノードへ送り戻し続けることによって第２のアク
ノリッジメントを行なうことができる。このパケットは送信先ノードによって修
正されず、アクノリッジメント信号として送信元ノードへ送り戻し続けられる。
ここでも、第２のアクノリッジメント信号が予測される時間に送信元ノードによ
って受取られないとき、送信元ノードはパケット列の伝送が不成功であったと断
定して、パケット列を直ちに伝送することを知ることになる。

【００３５】到来パケットＰに応答するノード（アドレスＮ）の動作に対する‘礼儀正しい
’プロトコル規則を次に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】上述の例に記載したプロトコルは、種々の異なるパケットルート設定方法と共
に、また異なるトポロジイをもつネットワーク内で使用されてよい。しかしなが
らこの例では方向付けされたトレールのルート設定方法を使用することができる
。これは後述で例示的に示したタイプのトポロジイをもつネットワークを１組の
別個のトレールに分割して、ネットワーク全体をつなぐ信号トレールはないが、
所定の送信元ノードから所定の送信先ノードへ通じる１つのトレールが常にある
ことを利用している。次に送信元ノードから所望の送信先ノードへリンクする適
切なトレールを単に選択することによって、ルート設定を行なうことができる。
トレール上では、パケットをいったん準一次元方法(quasi-one-dimension fashi
on)でルート設定することができる。一次元のルート設定におけるように、送信元ノードはパケットを送る前に送信元ノードから送信先ノードへの全トレールを
選択する。多数の方向付けされたサイクルから形成されるトレールに沿ってパケ
ットをルート設定する上でとくに効果的な方法は、再スケジュールされた時間に
おいて、例えば固定された周期で、中間ノードの光出力をスイッチして、１つの
サイクルを別のサイクルに接続することが分かっている。次に送信元ノードは、
スイッチングスケジュールに関係して判断されるときにパケットを出力すること
によって、パケットがしたがうトレールを判断して、トレール内で１つのサイク
ルから別のサイクルへスイッチする。スイッチングは、ネットワークのリンクを
外して方向付けされたサイクルを分解することによって、サイクル間の接続地点
で行われることが好ましい。予めスケジュールされた所定のスイッチング状態の
間でネットワーク全体で同時にノードがスイッチすることが好ましい。この例で
は、クロスバースイッチが各ノードと関係付けられている。全てのクロスバース
イッチは正規にクロス状態に設定され、また反復的に所定のインターバルでバー
状態に設定される。送信元ノードから送信先ノードへ通じている選択されたトレ
ール上のパケットを維持するスイッチング動作は、パケットの送信先アドレスに
質問するか、またはインテリジェントルート選択を実行するかを中間ノードを必
要とせずに、自動的に動作することができる。ネットワークはパケットを最大長
に制約したスロット方法で動作し、言い換えると時間は規則正しい時間スロット
として、最大の許容可能な大きさのパケットとガードバンドとを一緒に含む大き
さをもつ時間スロットに分割される。ネットワーク内の全てのルート設定ノード
のクロスバースイッチは規則正しいコヒーレント方法で動作するようにされ、時
間スロットレートでグローバルネットワーククロックにロックされている。スイ
ッチが構成を変更するときは、ガードバンド期間中に行ない、パケットを損なわ
ないようにする。パケットの時間スロットは、それぞれ長さＴをもち、長さｎの
時間スロットのフレーム内に配置されている。フレーム内の第１のｎ−１の時間
スロットにおいて、クロスバースイッチは全てクロス位置（ｃで示されている）
にセットされ；フレームの最後の時間スロットにおいて、スイッチは全てバー位
置（ｂで示されている）へセットされる。ネットワーク内の１対の隣り合うノー
ドを接続する各リンクの長さを選択および制御して、信号グループの飛行時間が
（ｑｎ＋１−Δ）Ｔに等しくなるようにする。なおｑは整数であり、Δは２つの
ノードにおけるクロック信号間の位相差であり、時間スロット期間Ｔの一部(fra
ction)として表わす。言い換えると、クロック位相差ΔＴを除いて、ネットワー
ク内の各リンクの長さは任意の整数値のフレーム数と１時間スロットとの和に等
しい。したがってフレームのｊ番目の時間スロット内のノードから出力するパケ
ットは、フレームの（ｊ＋１）番目の時間スロット内の次のノードに到着するこ
とになる。より一般的に、パケットは時間スロットの固定された整数値分だけ前
進または後退できる。パケットは、ｎが奇数のときはｎの倍数以外のスロットの
固定された整数値分だけ、ｎが偶数のときは奇数の数値分だけ前進／後退できる
。

【００３８】図８は、４×４のトーラスネットワークが、その中を移動するいくつかのパケ
ットにどのように見えるかを示している。図８では、ノードＡがパケットをノー
ドＤへ送りたいと仮定する。送信元ノードＡはルックアップ表または他のアルゴ
リズムを使用して、フレーム（この例では各フレームは４つのスロットを含む）
内の第３の位置にある空の時間フレームを使用して、水平方向のサイクルＣ_２ｈ内の外側リンクに沿ってパケットを送るかを判断する。次のノードＢに到着する
とき、パケット、それ自体はフレーム内の第４の（すなわち、最後の）スロット
内にあり、したがって図８に示したようにノードＢにおけるクロスバースイッチ
は、バー位置に構成されることになる。したがってパケットは、垂直方向のサイ
クルＣ_ｌｖへスイッチされ、ノードＣへ前送り方向に進み（ここではパケットは
フレーム内の第１の時間スロットにあるので、ノードＣにおけるスイッチはクロ
ス状態である）、最終的に送信先ノードＤに到着する。図８には示していないが
、別のルート設定ではノードＡから出力して；フレームの第２の時間スロットに
おいて垂直方向のサイクルＣ_０ｖに沿って、ノードＥおよびＦを経由して、ノー
ドＤに到着することもできる。

【００３９】既に記載したように、方向付けされたトレールのルート設定を採用すると、こ
のルート設定と結び付いた唯一の処理動作、すなわちネットワークノードが到来
パケットを処理するように要求されることは簡単である：各到来パケットの送信
先アドレスは検査され、それがノードのアドレスに対応すると、パケットはネッ
トワークから取り除かれるか、さもなければ前送りされる。パケットアドレスと
ノードアドレスとを比較するプロセスでは簡単な１つの単語を整合する動作を行
ない、これは高速度で実行でき；例えば６ビットのアドレス単語の光認識は１０
０ギガビット／秒のピークレートであると最近証明された（文献［Cotter, D.,
Lucek, J.K., Shabeer, M., Smith, K., Rogers, D.C., Nesset, D. and Gunnin
g, P.: ‘Self-Routing of 100 Gbit/s Packets Using 6-Bit ‘Keyword’ Addr
ess Recognition’, Electronics Letters, 31, pp.2201-2202(1995)］を参照）
。方向付けされたトレールのルート設定はネットワークノードに対して特定の連
続ナンバリングシステムに依存するアルゴリズムを使用しないので、ノードは全
体的に任意のやり方で分類することができる。これにより、ネットワークの計画
し、管理し、発展させるタスクを簡単にすることができる。

【００４０】図９は、オン−ザ−フライシグナリングおよび方向付けされた方法に関係して
本発明のぴったりと時間を合わせたスケジューリングを使用するシステムにおい
て、上述のコンピュータのような、ノード用のネットワークインターフェイス素
子を示す。図２は、図７のコンピュータにインターフェイスするのに適した２接
続ノードを示す。光ネットワーク構成において、図中の太線は光ファイバ経路で
ある。ノードへの２つの入力における遅延ユニットは、２つの到来リンクの長さ
に必要な調節をし、上述の要件、すなわち１対のノードを接続する各リンク上で
、リンクに沿う信号グループの飛行時間は（ｑｎ＋１−Δ）Ｔ（なお、ｑは整数
であり、Δは２つのノードにおけるクロック信号間の位相差であり、時間スロッ
ト期間Ｔの一部で表わされる）に等しくなければならないという要件を満足させ
る。位相差を独立して補償する２つの遅延ライン（各入力に１つづつある）を用
意することによって、２つの到来リンク上のパケットが互いにノードにおける時
間スロットクロックに関係して正しく同期がとれることを保証することもできる
。各遅延ユニットは：ｉ）粗い(coarse)タイミング調節を行なって適切な長さに
切られたファイバ長、ii)２×２のスペーススイッチチェーンおよび数百ピコ秒内にタイミング調節するファイバ遅延から構成される段階調節式遅延ライン（re
ference[12]参照）、およびiii)細かい調節を行なってピコ秒の数十分の１内にする空スペース調節光遅延ライン（例えばSantec Corporationによって製造され
た光遅延ラインタイプＯＤＬ−３００−１５−ＳＭＦ）の組み合わせをから構成
することができる。到来リンクの光経路長内の緩慢なドリフトを補償することも
必要である。これらのドリフトはファイバに作用する環境的な要素−例えばスト
レッチまたは温度変化を生じる動きによって発生する。この連続的な環境の補償
は、到来パケットの到着とノードにおける時間スロットクロックとの関係するタ
イミングにおける変化を検出し、段階調節式遅延ラインおよび空スペース調節式
遅延ラインのユニットへ電気フィードバック信号を与えることによって達成でき
る。

【００４１】光信号に対する別の遅延段91、92は光ファイバのコイルによって与えられ、各
入力経路においてヘッダ処理ユニットへ信号をタップする第1のカップラと光スペーススイッチＳ４、Ｓ５へ向かう信号をタップオフする第２のカップラとの間
に接続される。これらの別の遅延段は、ヘッダ処理ユニットが光パケットが出力
スイッチに到着する前に要求される処理を実行するのに十分な時間があることを
保証する。

【００４２】ヘッダ処理ユニットは次のタスクを行ない：ｉ）時間スロット中のパケットの
存在の有無を検出し；ii)パケットの到着時間を検出し；iii)到来パケットがノードにアドレスされるか否かを判断し；iv)ＡＣＫフラグのようなヘッダフラグを読み取る。タスクｉ）およびｉｉ）に対しては、^〜１ギガヘルツのバンド幅光
検出器を使用して、パケット信号の一部を検出するだけで十分である。この光検
出器によって検出された時間スロット内の信号の存在は、パケットの存在を示す
。時間スロットクロックと、この時間スロットレートにおけるこの光検出器信号
の構成要素との位相関係は、電子位相検出回路を使用して検出することができ、
この位相差に比例する電圧は上述のフィードバック制御信号に必要な制御信号を
用意する。タスクｉｉｉ）およびｉｖ）に対してはパケットヘッダ内のアドレス
とノードのアドレスとを比較することが必要である。超高速光通信構成では、本
発明の発明者の国際特許出願PCT/GB/94/00397で開示され、WO95/33324でさらに技術的に詳しく開示されている超高速二進単語認識方法を使用してこれを実行す
ることができる。これらの先行出願の内容は参考文献として本明細書に含まれる
。この技術は上述で引用したCotter、他による文献に実験的に記載されている。
上述で引用した出願で開示されているように、パケットのアドレス単語は、サブ
セット内の２つの単語Ａ、Ｂに対して次の条件が真である二進単語のサブセット
から選択される：

【数１】

【００４３】したがって単語認識は、パケットからのアドレス単語とノードアドレスの補足
部との間で簡単なＡＮＤ演算を使用して実行される。適切なＡＮＤゲートは４波
混合（ＦＷＭ）を支援する半導体光増幅器である。

【００４４】この単語認識方法は、ヘッダの送信先アドレスがノードアドレスに整合するか
否かを示す二進出力信号を与える。

【００４５】基本的なスペーススイッチング動作は、５つのクロスバースイッチによって実
行される。スイッチを１つのみではなく、５つ使用することによって、第１にロ
ーカルホストコンピュータシステムと接続することが必要な追加の信号経路を用
意し、第２にノードが同期してパケットを読み取り、パケットがループ形信号経
路上を移動し続けることができるようにすることを可能にする。スイッチＳ２お
よびＳ３はローカルホストコンピュータシステムへ接続し、スイッチＳ４および
Ｓ５は光パケットの複製がローカルホストと通信することを可能にし、一方で元
のパケットはＳ２（またはＳ３）およびＳ１を経由して出力リンクへ進み続ける
ことができる。１ｎｓ以下の時間において実行できる適切なスペーススイッチは
、GEC Advanced Componentsによって供給されるY-35-8772-02型のようなリチウムニオブ酸塩デバイスである。

【００４６】上述のノードを使用して、送信先ノードにおいてローカルホストから、送信元
ノードによって既に確保されている時間スロットへ新しいパケットを挿入するこ
とができる。この例では、Ｓ２またはＳ３をクロス位置へスイッチすることによ
って達成される。これを行なって、アクノリッジメント信号のような到来信号の
一部を使用する代わりに、送信先ノードにおいて生成されたアクノリッジメント
信号を送り戻すことができる。さらにこの機構を使用して、送信元ノードが送信
先ノードから送信元ノードへ戻すデータ伝送をスケジュールし、さらにデータに
依存する送信元ノードにおける処理をスケジュールすることもできる。送信元ノ
ードおよび送信先ノードは最初に、データが得られるようになる時間とデータ品
質を設定するように通信を行なうことができる。次に送信元ノードは、一定量の
データを含むのに十分な多数のパケットをもつ送信先ノードへポーリング信号を
送ることができる。送信先ノードは、パケットを対応する時間スロットへ書き込
み、続いてデータは、多数のパケットの送信元ノードによる伝送後の所定の時間
に送信元ノードに戻る。

【００４７】光処理ブロックは、ルート設定スイッチＳ１への各入力ライン内に含まれる。
このブロックは、必要なときにパケット内でＡＣＫフラグをオーバーライトする
。光処理ブロックは、例えば光時分割追加／ドロップマルチプレクサを使用して
構成することができ、このマルチプレクサは、例えばHeinrich Hertz Institute
（文献（“Monolithically integrated asymmetric Mach-Zehnder interferomet
er as a robust add/drop multiplexer for OTDM system”, E. Jahn et al, El
ectronics Letters, vol. 32, pp.216-217, 1996）参照）において構成された光
通信半導体集積回路デバイスである。これは適切な光制御信号を生成して、同期
化パルスとして機能する方法と関係して使用することができ、これは例えば本発
明の発明者によって1995年5月23日に出願された国際特許出願WO 95/32568（ＢＴ
参照番号A24884）で開示されている。

【００４８】ネットワークは、１５５メガヘルツ（６．４５ｎｓの期間）のレートで時間ス
ロットクロックを使用してもよい。これは、ＳＤＨネットワークにおいて現在使
用されている標準のクロックであり、５００ｐｓ以下のタイミングジッタで広域
（全国的な）の地理的領域において分配することができる。パケットは、１００
ギガビット／秒（４．２ｎｓの期間）において５３バイトで構成することができ
る。電子光スペーススイッチの動作における適切なスイッチバンドは１ｎｓであ
り、加えてそれぞれ０．６ｎｓの２つの時間のガードバンドがある。ノード内で
は、フレーム中の現在の時間スロットの位置は、時間スロットクロックパルスを
計数する電子モジュールのｎカウンタ（１フレームにおいてｎ時間スロット長）
によって追跡することができる。ネットワークの最初の開始段階中、および次に
時間スロットが使用可能になるとき、ネットワーク内の１つのノード（マスタノ
ードとして示される）はフレーム内の１つの固定位置（例えば、第１の位置）に
おいてパケットを同報通信することができ、他のノードにおけるカウンタは、マ
スタノードと同期して正しい位相にリセットされるようにすることができる。

【００４９】ノード内のスペーススイッチは、図５に示した電子スイッチ制御装置ユニット
によって作動し、次の情報：すなわちｉ）フレーム内の時間スロットの位置が方
向付けされたトレールのルート設定サイクル（1ビット）内の‘クロス’または ‘バー’構成に対応するか否か；ii)到来パケットが現在のタイムスロット（入力ポート当り1ビット）を占有するか否か；iii)到来パケットの送信先アドレスがノードのアドレス（入力ポート当り1ビット）に整合するか否か；iv)ホストの
出力バッファ内で待機しているパケットが現在の時間スロット（出力ポート当り
1ビット）内で出力ポートにアクセスしたいか否かに基づいて動作する。この情報に基づいて、（合計７ビットの）電子スイッチ制御装置ユニットは、パケット
間の時間のガードバンドと正確に同期して電気ドライブ信号をスペーススイッチ
へ送り、このやり方で次のタスクを実行し：ｉ）到来パケットをホストまたは出
力ポートの1つにルート設定し；ii)要求される時間スロットが空のときに、ホス
トから出力ポートの１つへパケットをルート設定する。これらのタスクを実行す
るのに必要な論理の例を次に示す：

【表２】

【００５０】上述で例示的に示したルート論理は十分に簡単であり、計算レジスタまたはル
ックアップ表を必要とせずに、高速8ビットデコーダチップと一緒にハードワイヤリングを実行することができる。これは単に論理組み合わせ回路であり、した
がって判断時間はゲート遅延のみに依存する。このためスイッチ制御装置ユニッ
トは高速で動作することができ、マルチギガビット／秒ネットワーク内でパケッ
トをルート設定するのに適している。同様に上述のシグナリングプロトコルに対
する論理は、完全な組み合わせ論理を使用し、ハードワイヤリングおよび高速デ
コーダチップを使用して同じやり方で構成することができる。

【００５１】図９を参照して上述で記載したノードインターフェイスでは、別の光遅延段が
ヘッダ処理を実行するのに十分な時間だけ光パケットを遅延する。この構造はよ
り広くオン−ザ−フライシグナリングを実行するシステム（EP97307224.2（Ｂ
Ｔ参照番号A25482）に記載され、権利が主張されている）、および本発明を実現
するシステムにおいて使用することができる。本発明のさらに別の構成では、遠
隔のデータ源は、別の光遅延段の長さを増加しているインターフェイスを含む。
ここではデータ源のプロセッサは到来パケットがインターフェイスから出て行く
前に到来メッセージを処理し、ローカルデータの検索および処理を実行する時間
をもっている。このやり方では源は、データ要求のパケットによって占有されて
いる時間スロットをその要求に対する応答でオン−ザ−フライでオーバーライト
することによって、そのデータ要求に応答することができる。データ要求の待ち
時間は効率的にゼロに低減され、コンピュータとデータ源との間の信号経路と関
係する飛行時間のみを残す。データ源は新しいデータ資源が使用可能になるのを
待つ必要はない。単に送信元のメッセージの源によって既に確保されている資源
を再使用するだけである。

【００５２】１つの可能な構成において、ネットワークは１００のこのようなノードを含み
、各ノードは２つのネットワーク入力、および１０万ＭＩＰＳのノード機能と関
係するプロセッサをもつ。フレーム長は１０時間スロットであり、ＡＴＭセルの
ような各時間スロットは約５０バイトのパケットを保持できるだけ十分に大きい
。ノードにおける同時のメッセージは並列したいくつかのプロセッサによって処
理することができる。この場合、２００時間スロットの時間遅延を与えるには約
２４０メートルのファイバ長で十分であると示すことができる。したがって１０
万ＭＩＰＳ、すなわち６万の命令を実行する時間において、メッセージを受取る
のに１００時間スロット、該または各専用プロセッサに与える応答を準備するの
に１００時間スロットを見込んでいる。プロセッサが要求されるデータへ直接的
なローカルアクセスをもち、より離れたデータ源を調べる必要がないとき、元の
要求への応答を完了するには６万の命令で十分である。

【００５３】オン−ザ−フライ応答を使用するシステムにおいて、コンピュータが最初に呼
を送り、次にポールを送るというコンピュータとデータ源との間の通信用の２段
階プロトコルは最早必要ない。個々の要求において、２段階プロトコルは即時の
応答を禁じているので、呼のみで十分である。しかしながらこれは、コンピュー
タが往復遅延を予め決めることを必要とする。したがってコンピュータが多数の
呼が送られている遠隔のデータ源とのダイヤログを開始する前に、最初のメッセ
ージを送って、オン−ザ−フライ応答をトリガして、往復遅延を測定することが
できる。次に測定された遅延を使用して、次の応答の予測到着時間を判断する。

【００５４】コンピュータは特定のトランザクションに含まれるデータの特徴に依存して、
第1の例に記載した呼契約ポールシグナリングと、全段落に示した例に記載したオン−ザ−フライシグナリングとから選択するようにプログラムすることがで
きる。オン−ザ−フライプロトコルは、例えばサーチ段階中にコンピュータ上
のプログラムまたはエージェントがデータを位置付け、その検索能力にアクセス
することを試みるときに適している。後の段階において予め選択されたデータが
送られるときに、大きいファイルをダウンロードすることが必要なことがある。
次にサーバはファイルを伝送するためにネットワーク資源を確保しなければなら
ず、呼契約ポールシグナリングがより適している。その代わりにこの後の動作段
階中に、コンピュータは無接続のオン−ザ−フライプロトコルからＡＴＭ（非
同期転送モード）のような従来の接続指向プロトコルへスイッチしてもよい。Ａ
ＴＭセルはパケットとしてサーチ段階で使用したのと同じネットワーク上で送っ
てもよい。その代わりに図１において点線によって示した第２のネットワークが
あって、これがＡＴＭトラヒック専用の、異なるノードを相互接続するネットワ
ークであり、第1のネットワークにオーバーレイしていて、またコンピュータおよび遠隔のデータ源におけるネットワークインターフェイスは、後の動作段階に
おいて第２のネットワークを経由してデータをスイッチするようにされてもよい
。この解決案はぴったり時間を合わせたシグナリングで使用するのに制限されず
、より広くノードと遠隔のデータ源との間で無接続通信と回路接続通信を結合し
て使用してもよい。動作において、サーチ段階はコンピュータから遠隔のデータ
源で実行されているサーチエンジンに対してサーチするためのキーワードを含む
サーチ要求の伝送、サーチ基準に合うドキュメントリストの返還、およびコンピ
ュータから、ドキュメントのリストの何れが検索用に選択されるかを示す信号の
遠隔のデータ源への伝送を含んでもよい。そこで後の段階において、遠隔のデー
タ源およびコンピュータは通常のやり方で回路接続を設定し、この回路接続を選
択されたドキュメントに対応するデータファイルのダウンロードに使用する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実現するコンピュータ構造を示すブロック図。

【図２】パケットネットワークに接続されたときの図１のコンピュータの動作を示す距
離−時間のダイヤグラム。

【図３】本発明を実現するコンピュータの距離−時間のダイヤグラム。

【図４】本発明を実現するコンピュータの第２の例における距離−時間のダイヤグラム
。

【図５】一方向性リングネットワークを示すダイヤグラム。

【図６】双方向性リンクを使用するネットワークを示すダイヤグラム。

【図７】マンハッタンストリートネットワーク（ＭＳＮ）トポロジイを使用するネット
ワークを示すダイヤグラム。

【図８】トーラスネットワークを示すダイヤグラム。

【図９】図１のコンピュータで使用するネットワークノードを示すダイヤグラム。

【図１０】従来のコンピュータにおけるスケジューリングを示すダイヤグラム。

【図１１】本発明を実現するコンピュータにおけるスケジューリングを示すダイヤグラム
。

【図１２】本発明を実現するオペレーティングシステムを示すダイヤグラム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷＦターム(参考） 5K034 EE10 HH01 HH02 HH06 HH65

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンピュータを動作する方法であって、ａ）遠隔に置かれた源からネットワークを経由してデータを検索することと
、ｂ）前記データを検索する時間遅延に依存する時間において実行する前記デ
ータを使用するプロセスをスケジュールすることと、ｃ）続いて前記プロセスを実行することとを含む方法。
【請求項２】ネットワークに接続されたコンピュータを動作する方法であ
って：ａ）遠隔に置かれた源からネットワークを経由してデータを受取ることを含
む動作を開始することと；ｂ）前記源から予測されるデータ受取り時間を判断することと；ｃ）前記動作の一部を形成し、かつ前記データを要求するプロセスを予測時
間もしくはその後に実行するようにスケジュールすることと；ｄ）前記データの受取りを未処理のままとし、コンピュータ上で他のプロセ
スを実行することと；ｅ）前記データをコンピュータで受取ることと；ｆ）前記データを処理することとを含む方法。
【請求項３】コンピュータから遠隔に置かれた源へポーリングメッセージ
を送り、ポーリングメッセージの伝送時間に関係して前記プロセスをスケジュー
ルすることを含む請求項１または2記載の方法。
【請求項４】前記ポーリングメッセージの伝送前に、呼をコンピュータか
ら前記遠隔に置かれた源へ送り、使用の際に、遠隔に置かれた源が前記呼に応答
して、次のポーリングメッセージに応答してコンピュータへデータを即時に伝送
する準備を完了する段階を含む請求項３記載の方法。
【請求項５】コンピュータにおいて前記データの伝送前に遠隔に置かれた
源によって送られた最初の応答を受け取り、前記最初の応答が前記プロセスをス
ケジュールする際にコンピュータによって使用するデータ使用可能タイミングデ
ータを含む請求項１ないし５の何れか1項記載の方法。
【請求項６】最初の応答が、コンピュータにおいて次に受取られるデータ
量を示すパラメータを含む請求項5記載の方法。
【請求項７】ｉ）ループ形信号経路上で信号をコンピュータから遠隔
に置かれた源へ送ることと；ｉｉ）段階（ｉ）において時間スロット中に前記信号によって占有されたル
ープ形信号経路上で信号を遠隔に置かれた資源からコンピュータへ戻すことを含
む請求項１ないし６の何れか1項記載の方法。
【請求項８】段階（ｉ）において、コンピュータが遠隔に置かれた源へ、
最初の応答パラメータによって示された量に等しいか、それよりも大きいペイロ
ードを含む信号を送り、遠隔に置かれた源が前記ペイロードによって占有された
時間スロット中に前記データを戻す請求項６に従属している請求項７記載の方法
。
【請求項９】コンピュータと遠隔に置かれた源との間の往復伝搬時間を測
定し、遠隔に置かれた源からデータを受取る予測される時間を判断する際の測定
された往復伝搬時間を使用することを含む請求項１ないし８の何れか1項記載の方法。
【請求項１０】コンピュータがループ形信号経路上で第１の信号を遠隔に
置かれた源へ送り、遠隔に置かれた源がコンピュータから信号によってもともと
占有されている時間スロット中に第２の信号をコンピュータへ戻し、コンピュー
タが第１の信号の伝送時間と第２の信号の受取り時間との間の差から往復伝搬時
間を判断する請求項９記載の方法。
【請求項１１】プロセスをスケジュールする段階が、コンピュータ上を走
行しているオペレーティングシステムによって実行される請求項１ないし１０の
何れか1項記載の方法。
【請求項１２】ａ）データ処理システムと；ｂ）データ処理システムに接続されたネットワークインターフェイスと；ｃ）データ処理システムに接続され、遠隔のデータ源からネットワークイン
ターフェイスを経由して受取られたデータを使用してプロセスの処理システムに
よる実行をスケジュールするようにされたスケジューラとを含むコンピュータ。
【請求項１３】ｄ）スケジューラおよびネットワークインナーフェイスへ
接続され、ネットワークインターフェイスを経由して遠隔のデータ源へ送るポー
リングメッセージを生成するようにされているポーリングメッセージ生成装置を
さらに含み：スケジューラがポーリングメッセージの伝送時間に関係して、遠隔のデータ
源から予測されるデータ到着時間を判断するようにされている請求項１２記載の
コンピュータ。
【請求項１４】スケジューラが、データ処理システム上で走行しているオ
ペレーティングシステムの一部を形成している請求項１２または１３記載のコン
ピュータ。
【請求項１５】ａ）データ通信ネットワーク；ｂ）データ通信ネットワークへ接続された遠隔のデータ源、および；ｃ）少なくとも1つのコンピュータであって、ｉ）データ処理システムと、 ii）データ処理システムおよびデータ通信ネットワークに接続されたネッ
トワークインターフェイスと、 iii)データ処理システムへ接続され、遠隔のデータ源からネットワークイ
ンターフェイスを経由して受取られるデータを使用してプロセスの処理システム
による実行をスケジュールするようにされているスケジューラとを含む該または
各コンピュータを含むネットワーク接続されたデータ処理システム。
【請求項１６】データ通信ネットワークは、遠隔のデータ源および少なく
とも１つのコンピュータを接続するループ形信号経路を含み、遠隔のデータ源が
少なくとも１つのコンピュータから出力信号によってもともと占有されている時
間スロット中に戻り信号を少なくとも１つのコンピュータへ送るようにされてい
る請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】データ検索段階後に、コンピュータと遠隔のデータ源との
間でネットワークを経由して回路接続を設定し；遠隔のデータ源とコンピュータとの間で回路接続を経由して別のデータを通
信することをさらに含む請求項１ないし１１の何れか1項記載の方法。
【請求項１８】通信ネットワークを動作する方法であって：ａ）無接続パケットネットワークを経由してデータ源とデータシンクとの間
でデータパケットを伝送することと；ｂ）次にデータ源とデータシンクとの間で回路接続を設定することと；ｃ）回路接続を経由してデータ源とデータシンクとの間で別のデータを通信
することとを含む方法。
【請求項１９】前記回路接続が、第１のネットワークにオーバーレイして
いる第２のネットワーク上で設定され、第１のネットワークがデータを検索する
初期段階において使用される請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】サーチ問い合わせに対応するデータのパケットが、コンピ
ュータと遠隔のデータ源との間で無接続パケットネットワークを経由して通信さ
れ、サーチ結果として選択されるデータファイルが遠隔のデータ源から回路接続
を経由してコンピュータへ通信される請求項１７ないし１９の何れか1項記載の方法。
【請求項２１】オペレーティングシステムがマルチプログラミングオペレ
ーティングシステムである請求項１１記載の方法。
【請求項２２】オペレーティングシステムがマルチプログラミングオペレ
ーティングシステムである請求項１４記載の方法。
【請求項２３】スケジューラが、コンピュータ上を走行しているオペレー
ティングシステムの一部を形成している請求項１５または１６記載のネットワー
ク接続されたデータシステム。
【請求項２４】オペレーティングシステムがマルチプログラミングオペレ
ーティングシステムである請求項２３記載の方法。