JP2009033691A - ネットワーク装置の消費電力低減制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の転送リソースを用いてデータの転送を行うデータ転送において、転送能力
を実質的に低下させることなく消費電力を低減する技術を提供する。
【解決手段】本発明は、複数の転送リソースを用いてデータの転送を行うデータ転送制御
装置を提供する。このデータ転送制御装置は、複数の転送リソースを用いてデータの転送
を行うデータ転送制御装置であって、複数の転送リソースの負荷に基づいて、複数の転送
リソースの作動状態を、データ転送が可能な転送可能状態と、少なくとも消費電力と前記
転送可能状態への遷移時間の少なくとも一方が相互に相違する転送が不可能な複数の待機
状態のいずれかに指定し、指定された作動状態となるように複数の転送リソースを管理す
る転送リソース管理部と、転送可能状態に指定された転送リソースに対して、データを振
り分ける負荷振分部とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、ネットワークにおいて、データの転送を行うための技術に関するものである。

ＩＸや社内ネットワークといった用途に対して、複数の転送リソースを用いてデータの転送を行うネットワーク装置が利用されるようになっている。このようなネットワーク装置では、従来、トラフィックの大小によらず全ての転送リソースが使用されていた。

特開２００４−１３５１０６号公報 特開２０００−２０１１６６号公報

しかし、転送リソースは、データ転送量が少なくても消費電力が殆ど低下しないので、時間帯や時期によってトラフィックが小さなときには無駄な電力消費の原因となっていた。さらに、このような問題は、時間帯その他の要因によるトラフィック変動だけでなく、トラフィック要求に対するネットワーク装置の汎用性の問題ともなっていた。すなわち、トラフィック要求に応じて適切な電力で作動するネットワーク装置の提供を困難としていた。具体的には、たとえばＩＸのような高負荷の用途や比較的に負荷の小さな用途に対して、処理能力と消費電力とが相違するネットワーク装置を提供することは管理コストや装置コストの増大につながっていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、複数の転送リソースを用いてデータの転送を行うデータ転送において、転送能力を実質的に低下させることなく消費電力を低減する技術を提供することを目的とする。

本発明は、複数の転送リソースを用いてデータの転送を行うデータ転送制御装置を提供する。このデータ転送制御装置は、
複数の転送リソースを用いてデータの転送を行うデータ転送制御装置であって、
前記データ転送制御装置の負荷に基づいて、前記複数の転送リソースの作動状態を、データ転送が可能な転送可能状態と、少なくとも消費電力と前記転送可能状態への遷移時間の少なくとも一方が相互に相違する転送が不可能な複数の待機状態のいずれかに指定し、前記指定された作動状態となるように前記複数の転送リソースを管理する転送リソース管理部と、
前記転送可能状態に指定された転送リソースに対して、前記データを振り分ける負荷振分部と、
を備える。

本発明のデータ転送制御装置では、複数の転送リソースの作動状態が、データ転送が可能な転送可能状態と、消費電力と転送可能状態への遷移時間の少なくとも一方が相互に相違する複数の待機状態のいずれかの作動状態となるようにデータ転送制御装置の負荷に基づいて管理されるので、負荷変動に対して転送可能状態への消費電力や遷移時間が相互に相違する複数の待機状態を利用することができる。これにより、負荷変動に対する迅速な応答と消費電力の低減を両立させることができる。

上記データ転送制御装置において、
前記複数の待機状態は、前記消費電力が小さいほど前記遷移時間が長い少なくとも二つの待機状態を含むようにしても良い。

上記データ転送制御装置において、
前記転送リソース管理部は、さらに、前記負荷の変動を予測し、前記予測された変動に基づいた前記複数の転送リソースの管理を行うようにしても良い。

上記データ転送制御装置において、
前記転送リソースの管理は、さらに、データ転送制御装置の回線毎に、前記負荷の変動を予測し、前記予測された全回線の負荷合計に基づいた前記複数の転送リソースの管理を行うようにしても良い。たとえば特定の時間に転送量が増大する企業用のデータ通信と他の通信とでは、通信の周期性が相違するので予測精度を高めてより高精度の管理を実現することができる。この他に地域毎の時差などによる、データ通信の特性の違いが発生すると考えられる。

上記データ転送制御装置において、
前記転送リソース管理部は、さらに、予め予測された将来の負荷の変動に関する負荷予測情報を格納し、前記負荷予測情報に基づいて前記予測を行うようにしても良い。たとえば不定期なワールドカップの開催や高校野球の開幕（開幕日が年ごとに相違）に起因する負荷の増大といった周期（時期）のみに基づいた予測が困難で、かつ予定として予め分かっている負荷の増大に基づいて予測することも可能である。このように、たとえばネットワーク転送システム（後述）外部で予め予測された負荷の変動を表す情報に基づいて負荷の変動を予測するようにしても良い。

具体的には、管理サーバ（後述）がイベントカレンダー（負荷予測情報）を格納する図示しない記憶領域を備え、このイベントカレンダーに基づいて負荷を予測するようにしても良い。さらに、負荷の変化率に基づいて負荷の変動を予測するようにしても良いし、あるいは負荷の変動パターンをデータベース化し、未知の変動パターンの検知に応じて余剰的に転送リソースを起動するといった多様な方法で負荷の予測を行う場合にも本発明は適用可能である。

上記データ転送制御装置において、
前記転送リソース管理部は、さらに、前記負荷の周期性に基づいて前記予測を行うようにしても良い。

データの転送量は活動に周期性を有する人間の活動と密接に関係しているので、周期的な特徴を有している。この構成では、この周期性に基づいて負荷の変動を予測することができるので、複数の転送リソースをより適切に管理することができる。この結果、負荷の変動に対してより適切に応答することが可能となり、複数の転送リソースの転送量のマージンを小さくすることも可能となる。ここで、本明細書の「周期性」は、位相（時間との関係）と周期（周波数の逆数）の少なくとも一方の特徴を含むものとする。

上記データ転送制御装置において、
前記予測された変動に基づいた複数の転送リソースの管理は、さらに、前記負荷の変動を少なくとも一つの特定の周期に関して予測し、前記予測された特定の周期における負荷の変動に基づいて前記複数の待機状態のうちの少なくとも一つの特定の待機状態の遷移の管理を含むようにしても良い。

このように、特定の周期における負荷の変動に基づいて特定の待機状態の遷移を管理するようにすれば、データ転送量の周期性を考慮したきめ細かな制御を実現することができる。

上記データ転送制御装置において、
前記予測された変動に基づいた複数の転送リソースの管理は、さらに、前記負荷の変動を複数の特定の周期に関して予測し、前記予測された複数の特定の周期の各々における負荷の変動に基づき、前記負荷の変動の各々と前記複数の待機状態のうちの複数の特定の待機状態の各々の遷移とを相互に関連づけた管理を含み、
前記関連づけは、前記消費電力が小さく前記遷移時間が長い待機状態ほど、周期の長い特定の周期が対応するように関連づけるようにしても良い。

このように、前記消費電力が小さく前記遷移時間が長い待機状態ほど周期の長い特定の周期が対応するように関連づけて管理すれば、たとえば比較的に周期の長い負荷変動に対しては遷移時間が長い待機状態から遷移させ、比較的に周期の短い負荷変動に対しては遷移時間が短い待機状態から遷移させることができるので、負荷変動に対する応答性を向上させることができる。

上記データ転送制御装置において、
前記データ転送制御装置は、予め複数の種類に分類された複数の通信データ種別（特定の規則で分類された通信）でデータの転送を行い、
前記予測された変動に基づいた複数の転送リソースの管理は、さらに、前記複数種類の通信データ種別の少なくとも一つの種類の特定の通信データ種別における前記負荷の変動を複数の特定の周期に関して予測し、前記予測された特定の通信データ種別における複数の特定の周期の各々における負荷の変動に基づき、前記負荷の変動の各々と前記複数の待機状態のうちの複数の特定の待機状態の各々の遷移とを相互に関連づけた管理を含むようにしても良い。

たとえば特定の時間に転送量が増大する電話用のデータ通信と他の通信とでは、通信の周期性が相違するので予測精度を高めてより高精度の管理を実現することができる。

上記データ転送制御装置において、
前記データ転送制御装置は、予め複数の種類に分類された複数の通信データ種別でデータの転送を行い、
前記複数の転送可能状態の転送リソースの各々は、前記複数種類の通信データ種別のいずれかに割り当てられており、
前記転送リソース管理部は、さらに、前記複数種類の通信データ種別毎の負荷の変動に基づいて前記複数種類の通信データ種別毎に前記転送リソースの管理を行い、
前記負荷振分部は、さらに、前記データが前記複数種類の通信データ種別のいずれで通信されているかを解析し、前記解析されたデータの通信データ種別に割り当てられている転送リソースに前記解析されたデータを振り分けることによって、前記データの振り分けを行うようにしても良い。

こうすれば、各転送リソースの処理対象となる通信データ種別を絞り込むことによって、消費電力の削減に加えて、処理の効率化と安定化とを実現することができる。

上記データ転送制御装置において、
前記転送リソースの管理は、さらに、前記複数種類の通信データ種別の少なくとも一つの種類の特定の通信データ種別における前記負荷の変動を予測し、前記予測された変動に基づいた複数の転送リソースの管理を含むようにしても良い。

上記データ転送制御装置において、
前記転送リソース管理部は、さらに、予め予測された将来の負荷の変動に関する負荷予測情報を格納し、前記負荷予測情報に基づいて前記予測を行うようにしても良いし、
あるいは、
前記転送リソース管理部は、さらに、前記負荷の周期性に基づいて前記予測を行うようにしても良い。

このように、特定の通信データ種別における負荷の変動予測に基づいて特定の待機状態の遷移を管理するようにすれば、特定の通信データ種別（たとえば特定の時間に転送量が増大する電話用のデータ通信など）におけるデータ転送量の将来の変動予測や重要性の相違を考慮したきめ細かな制御を実現することができる。

上記データ転送制御装置において、
前記転送リソースの管理は、さらに、前記特定の通信データ種別における負荷の変動を少なくとも一つの特定の周期に関して予測し、前記予測された特定の通信データ種別における特定の周期における負荷の変動に基づいて、前記複数の待機状態のうちの少なくとも一つの特定の待機状態と前記特定の通信データ種別に割り当てられた前記転送可能状態の転送リソースとの間の遷移の管理を含むようにしても良い。

上記データ転送制御装置において、
前記複数の待機状態は、電源の供給が停止した作動停止状態を含み、
前記転送リソース管理部は、さらに、前記複数の待機状態のうちの前記作動停止状態以外の作動状態の転送リソースの前記転送可能状態への遷移において、前記作動停止状態の転送リソースからの前記遷移された転送リソースの前記遷移前の状態への遷移を行うようにしても良い。

こうすれば、負荷の増加によって転送リソースが転送可能状態に遷移しても、この遷移に起因する電源の供給が停止した作動停止状態以外の作動状態の転送リソースの数の減少を抑制することができるので、負荷変動に応じた転送可能状態への遷移に起因する応答性の低下を抑制することができる。

本発明は、さらに、ネットワークにおいてデータの転送を行うためのネットワーク転送システムを提供する。このネットワーク転送システムは、
ネットワーク回線に接続され、前記データを送受信するための回線インターフェース部と、
前記データに対して転送処理を行うための複数の転送リソースと、
上記のいずれかに記載のデータ転送制御装置と、
を備える。

本発明は、さらに、複数の転送リソースを用いてデータの転送を行うデータ転送制御方法を提供する。このネットワーク転送方法は、
前記データ転送制御装置の負荷に基づいて、前記複数の転送リソースの作動状態を、データ転送が可能な転送可能状態と、少なくとも消費電力と前記転送可能状態への遷移時間の少なくとも一方が相互に相違する転送が不可能な複数の待機状態のいずれかに指定し、前記指定された作動状態となるように前記複数の転送リソースを管理する転送リソース管理工程と、
前記転送可能状態に指定された転送リソースに対して、前記データを振り分ける負荷振分工程と、
を備える。

なお、本発明は、上記の態様に限ることなく、ネットワーク転送方法としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様など、種々の態様で実現することも可能である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．本発明の第１実施例におけるネットワーク転送システム：
Ｂ．本発明の第２実施例におけるネットワーク転送システム：
Ｃ．変形例：
Ａ．本発明の第１実施例におけるネットワーク転送システム：
図１は、本発明の第１の実施例におけるネットワーク転送システム１００の概要を示すブロック図である。ネットワーク転送システム１００は、５つの回線インターフェース部１０２と、３つの検索転送部１３０と、５つの負荷振分部１０４と、これらを制御する管理サーバ１０１とを備えている。管理サーバ１０１による回線インターフェース部１０２や検索転送部１３０の制御は、図１に示されるように負荷振分部１０４を経由して実行するようにしても良いし、あるいは直接制御するように構成しても良い。

回線インターフェース部１０２は、図示しない複数の外部ネットワーク回線に接続されており、フレームデータを送受信するための電気信号の整形などの物理層の処理や回線の多重化（たとえば時分割や周波数分割）といった処理を実行する。検索転送部１３０は、フレームデータのヘッダ情報から、ネットワーク転送システム１００のフレーム転送先ポートを判定して、フレームデータを転送する。負荷振分部１０４は、管理サーバ１０１の指令や３つの検索転送部１３０の各々の負荷に基づいて転送処理を３つの検索転送部１３０の各々に振り分ける。振り分けの詳細については後述する。

５つの回線インターフェース部１０２は、５つの負荷振分部１０４の全てを介して３つの検索転送部１３０のいずれとも接続されている（図１）。換言すれば、外部のネットワーク回線に対して双方向に接続された５つの回線インターフェース部１０２の各々は、その各々が接続された負荷振分部１０４を介して任意の検索転送部１３０に接続可能となっている。

なお、検索転送部１３０と管理サーバ１０１とは、それぞれ特許請求の範囲における「転送リソース」と「転送リソース管理部」とに相当する。また、本実施例では、ネットワーク転送システム１００は、送受信が可能な回線インターフェース部１０２を使用しているが、受信用の回線インターフェース部（図示せず）と、送信用の回線インターフェース部（図示せず）と、を分けて構成しても良い。さらに、このように分けて構成する場合には、これらを一体として構成しても良いし、あるいは別体で構成してもよい。

図２は、第１実施例の実装状態としての回線カード１１２を示すブロック図である。回線カード１１２は、回線インターフェース部１０２と、負荷振分部１０４と、順序保証部１０６とを備えている。順序保証部１０６は、検索転送部１３０から入力された複数のフレームデータの順序が本来の正しい順序になるようにデータ順序を入れ替えて回線インターフェース部１０２に出力する。

負荷振分部１０４は、３つの検索転送部１３０のいずれかにフレームデータを振り分ける振分部１０７と、振分部１０７に対して振り分け先を指示するための割当通知データを与える割当部１０５とを備える。

振分部１０７のフレームデータの振り分け方式としては、フレームデータを解析することでフレームデータの順序が保証できるハッシュ方式や、フレームデータの順序が保証できないラウンドロビン方式などの種々の方式が利用できる。なお、負荷振分部１０４のフレームデータの振り分け方式として、ハッシュ方式その他のフレームデータの順序保証がなされる方式のみを用いる場合には、順序保証部１０６を省略することもできる。

割当部１０５は、管理サーバ１０１から与えられるステータス情報と、３つの検索転送部１３０から与えられる負荷情報とに基づいて割当通知データを生成する。ステータス情報は、３つの検索転送部１３０の各々の作動状態、すなわち、転送可能状態あるいは待機状態（転送不能状態）のいずれであるかを表す情報を含んでいる。負荷情報は、３つの検索転送部１３０の各々の負荷状態を表す情報を含んでいる。振り分け先の決定は、たとえば割当部１０５がステータス情報に基づいて転送可能状態にある少なくとも一つの検索転送部１３０を特定し、特定された検索転送部１３０の中で転送負荷の最も小さなものを負荷情報に基づいて選択するようにしても良い。

また、負荷情報は、複数の回線インターフェース（５つの回線インターフェース部１０２）が持つ各回線の各々の負荷情報を表す情報を含んでも良い。

図３は、複数の転送リソースの管理状態の概念を示す説明図である。転送リソースは、第１実施例では、検索転送部１３０に相当する。複数の転送リソースの作動状態Ｓｔ１は、転送可能状態Ａｃｔと、転送不能状態である待機状態ＳＴＢＹ１〜ＳＴＢＹｎとに分けられる。待機状態は、さらに、転送可能状態への遷移時間と消費電力が相互に相違する第１〜第ｎの待機状態ＳＴＢＹ１〜ＳＴＢＹｎに分けられる。第１の待機状態ＳＴＢＹ１、第２の待機状態ＳＴＢＹ２、および第３の待機状態ＳＴＢＹ３は、この例では、それぞれクロック周波数低下状態、クロック周波数低下かつ電圧低下の状態、および作動停止状態である。

第１の待機状態ＳＴＢＹ１、第２の待機状態ＳＴＢＹ２、および第３の待機状態ＳＴＢＹ３は、グラフＧｒ１から分かるように転送可能状態Ａｃｔまでの遷移時間と消費電力とが相互に相違する。具体的には、第１の待機状態ＳＴＢＹ１は、転送可能状態Ａｃｔまでの遷移時間が最も短いが消費電力が最も大きな待機状態となっている。第２の待機状態ＳＴＢＹ２は、転送可能状態Ａｃｔまでの遷移時間が第１の待機状態ＳＴＢＹ１よりも長いが消費電力は第１の待機状態ＳＴＢＹ１よりも小さな待機状態となっている。

このような待機状態は、転送可能状態Ａｃｔと作動停止状態ＳＴＢＹｎとの間に任意の数で設定することが可能である。たとえば図示しない外部メモリとのインターフェース回路やＳＥＲＤＥＳ（ＳＥＲｉａｌｉｚｅｒ／ＤＥＳｅｒｉａｌｉｚｅｒ）といった種々の回路の停止、あるいはクロック周波数の低下や低負荷時の温度低下等に起因して発生する電圧マージンを利用した電圧低下も待機状態の低消費電力化に利用可能である。ただし、温度低下に起因して発生する電圧マージンを利用する際には、温度の実測値に基づいて電圧マージンを推定するようにすることが好ましい。

図４は、単純閾値モードにおける転送可能状態Ａｃｔとする検索転送部１３０の数の時系列的な変動の一例を示すタイムチャートである。この例では、２つの閾値Ｔｈ１＿２、Ｔｈ２＿３を用いて、ネットワーク転送システム１００の負荷（トラフィック負荷）に応じたフィードバック方式によって転送可能状態Ａｃｔとする検索転送部１３０の数が決定されている。

図５は、単純閾値モードにおける転送リソース管理処理のルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ１００では、管理サーバ１０１は、トラフィック負荷の負荷計測を行う。負荷計測は、たとえば複数の転送リソース（３つの検索転送部１３０）のフレームデータ転送量の総和を算出することによって行うことができる。ステップＳ２００では、管理サーバ１０１は、計測された負荷が予め設定された閾値Ｔｈ１＿２よりも大きいか否かを判断する。負荷が閾値Ｔｈ１＿２よりも小さいときには、転送可能状態Ａｃｔとする検索転送部１３０の数（転送可能数Ｎａ）が１個となるように複数の転送リソースを制御する。一方、負荷が閾値Ｔｈ１＿２よりも大きいときには、処理がステップＳ３００に進められる。

また、負荷計測は、複数の回線インターフェース（５つの回線インターフェース部１０２）が持つ各回線のフレームデータ転送量の総和を算出することによって行っても良い。

ステップＳ３００では、管理サーバ１０１は、計測された負荷が予め設定された閾値Ｔｈ２＿３よりも大きいか否かを判断する。負荷が閾値Ｔｈ２＿３よりも小さいときには、転送可能数Ｎａが２個となるように複数の転送リソースが制御される（ステップＳ３１０）。一方、負荷が閾値Ｔｈ２＿３よりも大きいときには、転送可能数Ｎａが３個となるように複数の転送リソースが制御される（ステップＳ３２０）。このような処理は、所定の周期（たとえば１秒毎）で行われ、トラフィック負荷に応じて転送可能状態Ａｃｔとする検索転送部１３０の数が変動することになる。

図６は、ヒステリシスモードにおける転送可能数Ｎａの時系列的な変動の他の例を示すタイムチャートである。この例では、上述のフィードバック方式にヒステリシスを加えて転送可能数Ｎａの変動を抑制するように構成されている。このようなヒステリシスは、４つの閾値Ｔｈ１＿２ｕ、Ｔｈ２＿３ｕ、Ｔｈ２＿１ｄ、Ｔｈ３＿２ｄを使用することによって実現されている。

図７は、ヒステリシスモードにおける転送リソース管理処理のルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ１００では、単純閾値モードと同様にトラフィック負荷が計測される。ステップＳ４００では、管理サーバ１０１は、負荷が増加中であるか減少中であるかを判断する。この判断は、たとえばトラフィック負荷を表すデータを時系列的に格納し、これを参照することによって実現することができる。この判断の結果、負荷が減少中であると判断されたときには処理が転送可能数削減処理（ステップＳ４１０）に進められ、負荷が増加中であると判断されたときには処理が転送可能数増加処理（ステップＳ４２０）に進められる。

図８は、転送可能数削減処理のルーチン（ステップＳ４１０）を示すフローチャートである。ステップＳ４１１では、管理サーバ１０１は、転送可能数削減処理用に予め設定された閾値Ｔｈ２＿１ｄよりも負荷が大きいか否かを判断する。この判断の結果、負荷が閾値Ｔｈ２＿１ｄよりも小さいときには転送可能数Ｎａが１個となるように転送リソースが制御され（ステップＳ４１２）、負荷が閾値Ｔｈ２＿１ｄよりも大きいときには処理がステップＳ４１３に進められる。

ステップＳ４１３では、管理サーバ１０１は、転送可能数削減処理用に予め設定された閾値Ｔｈ３＿２ｄよりも負荷が大きいか否かを判断する。この判断の結果、負荷が閾値Ｔｈ３＿２ｄよりも小さいときには転送可能数Ｎａが２個となるように転送リソースが制御され（ステップＳ４１４）、負荷が閾値Ｔｈ３＿２ｄよりも大きいときには転送可能数Ｎａが３個となるように転送リソースが制御される（ステップＳ４１５）。

図９は、転送可能数増加処理（ステップＳ４２０）のルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ４２１では、管理サーバ１０１は、転送可能数増加処理用に予め設定された閾値Ｔｈ１＿２ｕよりも負荷が大きいか否かを判断する。この判断の結果、負荷が閾値Ｔｈ１＿２ｕよりも小さいときには転送可能数Ｎａが１個となるように転送リソースが制御され（ステップＳ４２２）、負荷が閾値Ｔｈ１＿２ｕよりも大きいときには処理がステップＳ４２３に進められる。

ステップＳ４２３では、管理サーバ１０１は、転送可能数増加処理用に予め設定された閾値Ｔｈ２＿３ｕよりも負荷が大きいか否かを判断する。この判断の結果、負荷が閾値Ｔｈ２＿３ｕよりも小さいときには転送可能数Ｎａが２個となるように転送リソースが制御され（ステップＳ４２４）、負荷が閾値Ｔｈ２＿３ｕよりも大きいときには転送可能数Ｎａが３個となるように転送リソースが制御される（ステップＳ４２５）。

このように、本発明の第１実施例では、トラフィック負荷に応じて転送可能状態Ａｃｔとする検索転送部１３０の数を適切に変動させることができるので、複数の転送リソースを用いてデータの転送を行うデータ転送において消費電力を低減することができる。なお、本明細書の「周期性」は、位相（時間との関係、たとえば昼と夜）と周期（周波数の逆数）の少なくとも一方の特徴を含むものとする。

また、本発明の第１実施例では、管理サーバ１０１は、データ転送制御装置の全回線におけるリンクアップ状態から、アクティブな回線の総帯域を計算して、データ転送制御装置の総帯域を上限として転送リソースを制御しても良い。アクティブな回線の総帯域の転送処理において、全ての転送リソースを使用する必要が無い場合、少なくとも１個以上の転送リソースを最も消費電力の小さな待機状態に遷移できる。たとえば、アクティブな回線の総帯域が閾値Ｔｈ２＿３よりも小さいときには、転送可能数Ｎａは最大２個で十分であり、３個が同時に転送可能状態とならないように制御する。この時、少なくとも１個の転送リソースを最も消費電力の小さな待機状態に遷移できる。

Ｂ．本発明の第２実施例におけるネットワーク転送システム：
図１０は、本発明の第２実施例におけるネットワーク転送システム１００における統計的なトラフィック負荷の変動の例を示すタイムチャートである。この例では、サンプリングウィンドウは、１年分である。図１０には、トラフィック負荷の時系列的な統計データＳＴＲと、統計データＳＴＲの高周波成分を抽出した高周波成分データＳＴＨと、中間周波数成分を抽出した中間周波数成分データＳＴＭと、低周波成分を抽出した低周波成分データＳＴＬと、が示されている。

図１１は、ネットワーク転送システム１００における統計的なトラフィック負荷の変動特性の例を周波数領域で示すスペクトル図である。この例では、低周波数帯ＦＬと、中間周波数帯ＦＭと、高周波数帯ＦＨと、にピークがあることが分かる。このようなピークは、この例では、１日周期の変動（たとえば負荷の大きな時間帯や小さな時間帯）、１月周期の変動（たとえば負荷の大きな月末等）、および１年周期の変動（たとえば負荷の大きな年末年始や年度末）が顕在化したものとしている。本願発明者は、このようなスペクトル特性が、転送可能状態への遷移時間と消費電力が相互に相違する複数の待機状態ＳＴＢＹ１〜ＳＴＢＹｎと、転送可能状態Ａｃｔとの間の遷移の効率化に利用可能であることを見いだして以下のような制御則を創作した。

図１２は、第２実施例の転送リソース管理処理（ステップＳ１０ｂ）のルーチンを示すフローチャートである。図１３は、第２実施例の転送リソース管理における各ステップと遷移対象の関係を示す説明図である。ステップＳ１００では、第１実施例と同様にトラフィック負荷が計測される。ステップＳ５００では、管理サーバ１０１は、トラフィック負荷が長周期的（低周波）に大きく変動しているか否かを判断する。

この判断は、たとえば一定時間の過去のトラフィック負荷の時系列的なデータから予め準備された中心周波数ＦＬ（図１１）のフィルタで低周波成分を抽出し、この抽出されたデータに基づいて算出された単位時間当たりの変動量が所定の値よりも大きいか否か（あるいは、波形の山との谷の中間に近いか否か）で行うことができる。この判断の結果、長周期的に大きく変動している（波形の山との谷の中間に十分近い）と判断されたときには、転送可能となるまでの遷移時間が最も長い待機状態ＳＴＢＹｎと転送可能状態Ａｃｔとの間で第１実施例と同様に転送リソースの遷移が実行された後に（ステップＳ５１０）、処理がステップＳ６００に進められる。一方、長周期的に大きく変動していないと判断されたときには直接処理がステップＳ６００に進められる。

ステップＳ６００では、管理サーバ１０１は、トラフィック負荷が中周期的（中間周波数）に大きく変動しているか否かを判断する。この判断は、トラフィック負荷の時系列的なデータから予め準備された中心周波数ＦＭ（図１１）のフィルタで中間周波数成分を抽出し、この抽出されたデータに基づいて算出された単位時間当たりの変動量が所定の値よりも大きいか否かで行うことができる。この判断の結果、中周期的に大きく変動していると判断されたときには待機状態ＳＴＢＹ２と転送可能状態Ａｃｔとの間で第１実施例と同様に転送リソースの遷移を実行された後に（ステップＳ６１０）、処理がステップＳ７００に進められる。

この遷移の際には、併せて待機状態ＳＴＢＹ２と待機状態ＳＴＢＹｎとの間の遷移をおこなって待機状態ＳＴＢＹ２となっている転送リソースの数の変動を抑制することが好ましい。こうすれば、負荷変動に応じた遷移に起因するネットワーク転送システム１００の負荷変動への応答性の低下を抑制することができるからである。一方、中周期的に大きく変動していないと判断されたときには直接処理がステップＳ７００に進められる。

ステップＳ７００では、管理サーバ１０１は、トラフィック負荷が短周期的（高周波）に大きく変動しているか否かを判断する。この判断は、トラフィック負荷の時系列的なデータから予め準備された中心周波数ＦＨ（図１１）のフィルタで高周波成分を抽出し、この抽出されたデータに基づいて算出された単位時間当たりの変動量が所定の値よりも大きいか否かで行うことができる。この判断の結果、短周期的に大きく変動していると判断されたときには待機状態ＳＴＢＹ１と転送可能状態Ａｃｔとの間で第１実施例と同様に転送リソースの遷移が実行される（ステップＳ７１０）。なお、この遷移の際に、待機状態ＳＴＢＹ１の転送リソースの数が増減するので、待機状態ＳＴＢＹ１と待機状態ＳＴＢＹｎとの間の遷移によって待機状態ＳＴＢＹ１の数の変動を抑制するようにすることが好ましい。

このように、第２実施例では、短周期的な負荷変動に対しては短時間で遷移可能で消費電力が最も大きな待機状態ＳＴＢＹ１と転送可能状態Ａｃｔとの間の遷移を利用し、中周期的な負荷変動に対しては中間的な時間で消費電力が中間的な待機状態遷移可能な待機状態ＳＴＢＹ２と転送可能状態Ａｃｔとの間の遷移を利用し、そして長周期的な負荷変動に対しては遷移に時間を要し消費電力が最も小さい待機状態ＳＴＢＹｎと転送可能状態Ａｃｔとの間の遷移を利用して転送可能数Ｎａを調整させているので、トラフィック負荷の変動に対する応答性を向上させて、さらに効率的な省電力の低減を実現させることができる。

また、本発明の第２実施例では、管理サーバ１０１は、データ転送制御装置の全回線におけるリンクアップ状態から、アクティブな回線の総帯域を計算して、データ転送制御装置の総帯域をトラフィック負荷として採用してもよい。

Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。たとえば、以下のような変形例が可能である。

Ｃ−１．上述の各実施例では、転送可能状態Ａｃｔと転送不可能な待機状態との間の遷移で転送可能数が調整されているが、転送可能数だけでなく、たとえば性能と消費電力が相互に相違する複数の転送可能状態Ａｃｔの間で遷移するようにしてもよいし、あるいは転送可能状態Ａｃｔと待機状態との間での遷移と、複数の転送可能状態Ａｃｔのうちの相互間での遷移の双方を組み合わせるようにしても良い。具体的には、たとえば定格処理帯域が１００Ｇｂｐｓの転送リソースに対して、転送機能を維持可能な範囲で処理クロック周波数を低下させて処理帯域を１０Ｇｂｐｓに低下させた低消費電力作動モードを設定して相互に遷移させることも可能である。

Ｃ−２．上述の各実施例では、スイッチＬＳＩ（クロスバスイッチ，シェアードメモリスイッチなど）を持たず、複数の検索転送リソース（検索転送部）でデータを転送するデータ転送装置に対して本発明が適用されているが、図１４に示されるようなスイッチＬＳＩ１３５を使用するデータ転送装置（あるいは通信装置）に対しても本発明は適用可能である。この態様では、 複数のスイッチＬＳＩ１３５が特許請求の範囲における「複数の転送リソース」に相当する。

Ｃ−３．本発明は、さらに、図１５に示されるようなネットワークを介して接続される複数台のデータ転送装置（あるいは通信装置）によって構築されるクラスタリングに対しても適用可能である。クラスタリングとは、たとえば、複数台の通信装置をネットワークを介して相互に接続し、ユーザや他の通信装置に対して、全体としてあたかも１台の通信装置であるかのように振る舞わせる技術をいう。クラスタリングを適用すると、複数台の通信装置を、あたかも１台の通信装置を扱うように管理することができ、さらに、１台の通信装置が停止しても、システム全体が止まることはなく、処理を続行したまま修理や交換が行える。これにより、管理負担の軽減やシステムの冗長性による耐障害性を実現させて全体的なパフォーマンスを向上させることができる。

図１５に示される変形例では、複数台の通信装置には、回線を収容する回線ノード２００と、回線ノード２００の相互間でフレームデータを交換するファブリックノード２５０と、管理サーバ１０１ｂとが搭載されている。回線ノード２００は、通信装置に搭載される回線カードに相当し、ネットワーク回線を収容する。回線ノード２００は、上述した回線インターフェース部，検索転送部及び負荷振分部としての機能を有する。ファブリックノード２５０は、回線ノード２００から転送されるフレームデータを、クラスタリングにより接続された装置内のフレーム転送先ポートを持つ回線ノード２００に転送する。ファブリックノード２５０は、上述した転送リソースとして機能する。なお、装置アーキテクチャによっては、ファブリックノード２５０が検索転送部としての機能を有する場合もある。

また、本発明の変形例Ｃ−３では、管理サーバ１０１ｂは、各回線ノード２００のクラスタリングシステムにおける全ての対外回線のリンクアップ状態から、アクティブな対外回線の総帯域を計算して、アクティブな対外回線の総帯域を上限として転送リソースを制御しても良い。アクティブな対外回線の総帯域の転送処理において、全ての転送リソースを使用する必要が無い場合、少なくとも１個以上の転送リソースを最も消費電力の小さな待機状態に遷移できる。

さらに、クラスタリングシステムには、図１６に示されるようなデータベース共通型のクラスタリングシステムや図１７に示されるようなデータベース独立型のクラスタリングシステムも含まれる。データベース共通型のクラスタリングシステムとは、複数のサーバ１０３ｓに共通のデータベースＤＢが接続されるとともに、ロードバランサで複数のサーバ１０３ｓへの負荷の分散が行われるシステムである。データベース独立型のクラスタリングシステムとは、複数のサーバ１０３ｓの各々に独立して各データベースＤＢが接続されるとともに、ロードバランサで複数のサーバ１０３ｓへの負荷の分散が行われるシステムである。この態様では、 複数のサーバ１０３ｓが特許請求の範囲における「複数の転送リソース」に相当する。

Ｃ−４．上述の各実施例では、複数の待機状態の一態様として、作動停止状態ＳＴＢＹｎが含まれているが、必ずしも作動停止状態ＳＴＢＹｎが複数の待機状態に含まれている必要はなく、図１８に示されるような冗長性を確保した態様も当然に本発明で利用可能である。さらに、本発明は、図１９に示されるようなリンクアグリゲーションを適用したデータ転送装置（通信装置）にも適用可能である。

リンクアグリゲーションとは、複数の物理的な回線を仮想的に束ね、あたかも1本の回線であるかのように扱う技術のことであり、たとえばＩＥＥＥ Ｐ８０２．３ａｄとして規定されている。リンクアグリゲーションを適用すると、物理的回線の仕様帯域を合計した量の帯域を使用できるようになる。たとえば１Ｇｂｐｓの回線５本を仮想的に束ねれば、５Ｇｂｐｓの仮想的通信帯域を使用することができる。リンクアグリゲーションを用いることによって、高速な回線を用意しなくても通信帯域を拡大することができるとともに、物理的回線のうち1本に不具合が生じた場合には他の回線を用いて通信を継続できるという利点もある。

Ｃ−５．上述の各実施例では、たとえば「マルチキャスト通信（特定通信）」や「ユニキャスト通信その他のマルチキャスト通信以外の通信（通常通信）」といった通信データ種別（特定の規則で分類された通信）に応じた負荷の振り分けは行われていないが、図２０に示されるように通信の効率化や安定化のために通信データ種別毎の振り分けを行って各転送リソースに単一の通信データ種別の負荷のみを振り分けるような構成にも本発明は組み合わせて適用可能である。

負荷の振り分けは、「マルチキャスト通信」と「マルチキャスト以外の通信」に転送リソースが配分されるとともに、データの通信データ種別に応じて振り分けられているが、通信データ種別に基づくものであれば他の分類でもよく、さらに３以上の分類であっても良い。すなわち、複数の転送リソースの各々は、予め分類された複数の通信データ種別毎に割り当てられていればよく、負荷振分部は、入力したデータが複数の通信データ種別のいずれで通信されているかを解析し、解析されたデータの通信データ種別に割り当てられている転送リソースに前記解析されたデータを振り分けるように構成されていればよい。

こうすれば、各転送リソースの処理対象となる通信データ種別を絞り込むことによって、処理の効率化と安定化を実現することができる。さらに、第２実施例と組み合わせることによって、分類された通信データ種別毎の周期を利用して制御則を高度化して消費電力の低減とデータ転送処理の安定化の両立を実現することもできる。

さらに、通信データ種別に着目した構成では、複数の転送リソースが必ずしも通信データ種別にも基づいて割り当てられている必要はなく、通信データ種別と負荷の周期に着目することによって制御則を高性能化することができる。たとえば電話用のデータ通信と他の通信とでは、通信の周期性や通信の重要性が相違するので、このように通信データ種別と周期とに着目して制御することを可能とすれば、よりユーザーのニーズに合致した制御装置を提供することができる。

Ｃ−６．上述の各実施例では、負荷の予測は、負荷の周期性に基づいて行われているが、たとえば不定期なワールドカップの開催や高校野球の開幕（開幕日が年ごとに相違）に起因する負荷の増大といった周期（時期）のみに基づいた予測が困難で、かつ予定として予め分かっている負荷の増大に基づいて予測するようにしても良い。このように、たとえばネットワーク転送システム１００の外部で予め予測された負荷の変動を表す情報に基づいて負荷の変動を予測するようにしても良い。

具体的には、管理サーバ１０１がイベントカレンダー（負荷予測情報）を格納する図示しない記憶領域を備え、このイベントカレンダーに基づいて負荷を予測するようにしても良い。さらに、負荷の変化率に基づいて負荷の変動を予測するようにしても良いし、あるいは負荷の変動パターンをデータベース化し、未知の変動パターンの検知に応じて余剰的に転送リソースを起動するといった多様な方法で負荷の予測を行う場合にも本発明は適用可能である。

本発明の第１の実施例におけるネットワーク転送システム１００の概要を示すブロック図。 第１の実施例の実装状態としての回線カード１１２を示すブロック図。 複数の転送リソースの管理状態の概念を示す説明図。 単純閾値モードにおける転送可能状態Ａｃｔとする検索転送部１３０の数の時系列的な変動の一例を示すタイムチャート。 単純閾値モードにおける転送リソース管理処理のルーチンを示すフローチャート。 ヒステリシスモードにおける転送可能数Ｎａの時系列的な変動の他の例を示すタイムチャート。 ヒステリシスモードにおける転送リソース管理処理のルーチンを示すフローチャート。 転送可能数削減処理のルーチン（ステップＳ４１０）を示すフローチャート。 転送可能数削減処理（ステップＳ４２０）のルーチンを示すフローチャート。 本発明の第２実施例におけるネットワーク転送システム１００における統計的なトラフィック負荷の変動の例を示すタイムチャート。 ネットワーク転送システム１００における統計的なトラフィック負荷の変動特性の例を周波数領域で示すスペクトル図。 本発明の第２実施例における転送リソース管理処理（ステップＳ１０ｂ）のルーチンを示すフローチャート。 第２実施例の転送リソース管理における各ステップと遷移対象の関係を示す説明図。 スイッチＬＳＩを使用するデータ転送装置を示すブロック図。 ネットワークを介して接続される複数台のデータ転送装置（あるいは通信装置）によって構築されるクラスタリングを示すブロック図。 データベース共通型のクラスタリングシステムを示すブロック図。 データベース独立型のクラスタリングシステムを示すブロック図。 複数の待機状態の中に作動停止状態ＳＴＢＹｎが含まれない構成を示すブロック図。 リンクアグリゲーションを適用したデータ転送装置を示すブロック図。 通信データ種別毎の振り分けを行って各転送リソースに単一の通信データ種別の負荷のみを振り分ける構成を示すブロック図。

符号の説明

１００…ネットワーク転送システム
１０１…管理サーバ
１０２…回線インターフェース部
１０４…振分部１０４
１０４…負荷振分部
１０５…割当部
１０６…順序保証部
１１２…回線カード
１３０…検索転送部
２００…回線ノード
２５０…ファブリックノード

Claims (18)

1. 複数の回線に接続され、複数の転送リソースを用いてデータの転送を行うデータ転送制御装置であって、
   前記データ転送制御装置の負荷に基づいて、前記複数の転送リソースの作動状態を、データ転送が可能な転送可能状態と、少なくとも消費電力と前記転送可能状態への遷移時間の少なくとも一方が相互に相違する転送が不可能な複数の待機状態のいずれかに指定し、前記指定された作動状態となるように前記複数の転送リソースを管理する転送リソース管理部と、
   前記転送可能状態に指定された転送リソースに対して、前記データを振り分ける負荷振分部と、
   を備えるデータ転送制御装置。
2. 請求項１記載のデータ転送制御装置であって、
   前記複数の待機状態は、前記消費電力が小さいほど前記遷移時間が長い少なくとも二つの待機状態を含むデータ転送制御装置。
3. 請求項１または２に記載のデータ転送制御装置であって、
   前記転送リソース管理部は、さらに、前記負荷の変動を予測し、前記予測された変動に基づいた前記複数の転送リソースの管理を行うデータ転送制御装置。
4. 請求項１または２記載のデータ転送制御装置であって、
   前記転送リソースの管理は、さらに、データ転送制御装置の回線毎に、前記負荷の変動を予測し、前記予測された全回線の負荷合計に基づいた前記複数の転送リソースの管理を行うデータ転送制御装置。
5. 請求項３または４に記載のデータ転送制御装置であって、
   前記転送リソース管理部は、さらに、予め予測された将来の負荷の変動に関する負荷予測情報を格納し、前記負荷予測情報に基づいて前記予測を行うデータ転送制御装置。
6. 請求項３または４に記載のデータ転送制御装置であって、
   前記転送リソース管理部は、さらに、前記負荷の周期性に基づいて前記予測を行うデータ転送制御装置。
7. 請求項６記載のデータ転送制御装置であって、
   前記予測された変動に基づいた複数の転送リソースの管理は、さらに、前記負荷の変動を少なくとも一つの特定の周期に関して予測し、前記予測された特定の周期における負荷の変動に基づいて前記複数の待機状態のうちの少なくとも一つの特定の待機状態の遷移の管理を含むデータ転送制御装置。
8. 請求項６または７に記載のデータ転送制御装置であって、
   前記予測された変動に基づいた複数の転送リソースの管理は、さらに、前記負荷の変動を複数の特定の周期に関して予測し、前記予測された複数の特定の周期の各々における負荷の変動に基づき、前記負荷の変動の各々と前記複数の待機状態のうちの複数の特定の待機状態の各々の遷移とを相互に関連づけた管理を含み、
   前記関連づけは、前記消費電力が小さな待機状態ほど、周期の長い特定の周期が対応するように関連づけられているデータ転送制御装置。
9. 請求項８記載のデータ転送制御装置であって、
   前記データ転送制御装置は、予め複数の種類に分類された複数の通信データ種別でデータの転送を行い、
   前記予測された変動に基づいた複数の転送リソースの管理は、さらに、前記複数種類の通信データ種別の少なくとも一つの種類の特定の通信データ種別における前記負荷の変動を複数の特定の周期に関して予測し、前記予測された特定の通信データ種別における複数の特定の周期の各々における負荷の変動に基づき、前記負荷の変動の各々と前記複数の待機状態のうちの複数の特定の待機状態の各々の遷移とを相互に関連づけた管理を含むデータ転送制御装置。
10. 請求項１記載のデータ転送制御装置であって、
    前記データ転送制御装置は、予め複数の種類に分類された複数の通信データ種別でデータの転送を行い、
    前記複数の転送可能状態の転送リソースの各々は、前記複数種類の通信データ種別のいずれかに割り当てられており、
    前記転送リソース管理部は、さらに、前記複数種類の通信データ種別毎の負荷の変動に基づいて前記複数種類の通信データ種別毎に前記転送リソースの管理を行い、
    前記負荷振分部は、さらに、前記データが前記複数種類の通信データ種別のいずれで通信されているかを解析し、前記解析されたデータの通信データ種別に割り当てられている転送リソースに前記解析されたデータを振り分けることによって、前記データの振り分けを行うデータ転送制御装置。
11. 請求項１０記載のデータ転送制御装置であって、
    前記転送リソースの管理は、さらに、前記複数種類の通信データ種別の少なくとも一つの種類の特定の通信データ種別における前記負荷の変動を予測し、前記予測された変動に基づいた複数の転送リソースの管理を含むデータ転送制御装置。
12. 請求項１０記載のデータ転送制御装置であって、
    前記転送リソースの管理は、さらに、データ転送制御装置の回線毎に、前記複数種類の通信データ種別の少なくとも一つの種類の特定の通信データ種別における前記負荷の変動を予測し、前記予測された変動に基づいた複数の転送リソースの管理を含むデータ転送制御装置。
13. 請求項１１または１２に記載のデータ転送制御装置であって、
    前記転送リソース管理部は、さらに、予め予測された将来の負荷の変動に関する負荷予測情報を格納し、前記負荷予測情報に基づいて前記予測を行うデータ転送制御装置。
14. 請求項１１または１２に記載のデータ転送制御装置であって、
    前記転送リソース管理部は、さらに、前記負荷の周期性に基づいて前記予測を行うデータ転送制御装置。
15. 請求項１４記載のデータ転送制御装置であって、
    前記転送リソースの管理は、さらに、前記特定の通信データ種別における負荷の変動を少なくとも一つの特定の周期に関して予測し、前記予測された特定の通信データ種別における特定の周期における負荷の変動に基づいて、前記複数の待機状態のうちの少なくとも一つの特定の待機状態と前記特定の通信データ種別に割り当てられた前記転送可能状態の転送リソースとの間の遷移の管理を含むデータ転送制御装置。
16. 請求項１ないし１５のいずれかに記載のデータ転送制御装置であって、
    前記複数の待機状態は、電源の供給が停止した作動停止状態を含み、
    前記転送リソース管理部は、さらに、前記複数の待機状態のうちの前記作動停止状態以外の作動状態の転送リソースの前記転送可能状態への遷移において、前記作動停止状態の転送リソースからの前記遷移された転送リソースの前記遷移前の状態への遷移を行うデータ転送制御装置。
17. ネットワークにおいてデータの転送を行うためのネットワーク転送システムであって、
    ネットワーク回線に接続され、前記データを送受信するための回線インターフェース部と、
    前記データに対して転送処理を行うための複数の転送リソースと、
    請求項１ないし１６のいずれかに記載のデータ転送制御装置と、
    を備えるネットワーク転送システム。
18. 複数の転送リソースを用いてデータの転送を行うデータ転送制御方法であって、
    前記データ転送制御装置の負荷に基づいて、前記複数の転送リソースの作動状態を、データ転送が可能な転送可能状態と、少なくとも消費電力と前記転送可能状態への遷移時間の少なくとも一方が相互に相違する転送が不可能な複数の待機状態のいずれかに指定し、前記指定された作動状態となるように前記複数の転送リソースを管理する転送リソース管理工程と、
    前記転送可能状態に指定された転送リソースに対して、前記データを振り分ける負荷振分工程と、
    を備えるデータ転送制御方法。

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