JP2011234304A - ネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】待機状態のネットワーク機器と、スパニングツリー機能を備えたネットワーク機器とを有するネットワークの消費電力を低減するネットワークシステムを提供すること。
【解決手段】ネットワークの送信経路の決定及びネットワークの障害発生時に送信経路の再決定を行う複数の第１のネットワーク機器１３と、第１のネットワーク機器に接続された第２のネットワーク機器１１とを有するネットワークシステム１００であって、第２のネットワーク機器は、動作状況に応じて省エネモードと省エネモードよりも消費電力が大きい作動モードとを切り替える電力制御手段２６と、電力制御手段が省エネモードに切り替える前、省エネモードに切り替えることを通知する省エネモード通知を第１のネットワーク機器に送信する送信手段４１とを有し、第１のネットワーク機器は、省エネモード通知を受信した際、送信経路の再決定の機能を無効にする経路決定制御手段５４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ネットワークシステムに関し、特に、ネットワークシステムの消費電力を低減可能なネットワークシステムに関する。

プリンタやＭＦＰ（Multifunction Peripheral）等の端末装置は、ネットワーク機能を搭載しており、ホストＰＣ（Personal Computer）等と通信することで、端末装置の利便性を向上させている。端末装置は、通信していない時間帯に待機状態となるが、待機状態の端末装置の消費電力を低減するためには、搭載されている通信コントローラ（例えば、ネットワークカードなど）の消費電力の低減が必要である。そのためには、待機状態の端末装置において通信に不要な部分は極力電源を切ることが有効である（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１には、ネットワークフィルタの機能をオン／オフ制御するメインＣＰＵが、システムの電源投入後のレディ状態時には、ネットワークを介して転送されてくるＩＰパケットのＴＣＰヘッダに含まれる所定のフラグを判別してパケットタイプフィルタ機能をオフ状態にする画像形成装置が開示されている。

このように、通信コントローラの電力を低減することでも電力を低減できるが、ネットワーク接続された端末装置に対して、ホストＰＣが機器ステータス情報をネットワークを通して収集する必要があり、実際にはネットワーク動作に関連する部分の電源は簡単には切れない。

また、通信コントローラの電力消費のうち、ＭＡＣ（Media Access Control）層や物理層（PHY）のプロトコル制御を行う部分の電力消費が多くを占め、特に、ＰＨＹ層の電力低減が、端末装置全体の電力を下げる上で重要である。

ところで、ネットワークの技術革新は目覚しく、転送性能も急激に向上している。ネットワークの規格策定では、すでに１０Ｇｂｐｓの規格が策定され１００Ｇｂｐｓの策定も進んでおり、有線ネットワークの世界では性能向上が止まるところを知らない。世間一般に敷かれているネットワーク環境を見渡しても、つい先日まではやっと１００Ｍｂｐｓの通信環境で統一された感があったが、近年では１Ｇｂｐｓのネットワーク環境を構築することが増えており、基幹ネットワークだけでなく、端末装置までが１Ｇｂｐｓの通信機能を搭載している。

一方、通信性能が向上する反面、ネットワーク機能を搭載したプリンタやＭＦＰ等の端末装置、ＬＡＮスイッチやルーター等の消費電力は増加する傾向にある（以下、これらを単にネットワーク機器という場合がある）。近年の地球温暖化等の環境問題に対応するためには、オフィスの機器の消費電力の低減、特にネットワーク機器における消費電力を低減することが必要である。特にオフィスのネットワーク機器は、作動している時間よりも待機時間の方が大半を占めており、機器待機時の消費電力低減が強く求められている。オフィスの機器はネットワークに接続されているのが今や当然の世界であり、ネットワーク機能を搭載したプリンタやＭＦＰは印字動作以外にも、機器情報取得ツールといったアプリケーション機能におけるネットワーク応答動作で電力を消費している。

ネットワークの通信で電力を消費するのはネットワークデータを制御するＭＡＣ層やＰＨＹ層のプロトコル制御を行う通信コントローラであるが、通信速度が向上するに連れて消費電力が上がるのはＰＨＹ層に関する部分であり、上記のとおりＰＨＹ層の消費電力低減がネットワーク機器における消費電力低減に効果的である。近年のようにネットワークを１Ｇｂｐｓの通信速度で構築した場合、１０Ｍｂｐｓや１００Ｍｂｐｓの場合と比較して２倍の電力を消費する。これはＰＨＹ層に関する消費電力が、１Ｇｂｐｓになると、１０Ｍｂｐｓや１００Ｍｂｐｓに対し約２倍になることに起因している。

通信コントローラ全体の電力低減には、ネットワーク動作に関係の無い部分は極力電源を切ることが必要である。それに加えて、ネットワークを維持・管理するための通信に関わる機能が消費する消費電力も極力低減することが重要である。

しかし、端末装置は、ホストＰＣ等から定期的に機器情報の応答が要求され、端末装置が省エネ状態でも通信コントローラは動作させておくことが必要である。そういった場合でも消費電力を低減する方法としては、省エネモード時に通信速度を小さくすることが考えられる。例えば、通常の作動モード時は１Ｇｂｐｓで送受信し、省エネモード時は１０Ｍｂｐｓ、又は１００Ｍｂｐｓに設定するといった具合である。

この動作は消費電力低減には有効であるが、のちに詳述するように、ＬＡＮスイッチ側のスパニングツリー機能によりＬＡＮスイッチ同士が通信するため、通信速度を小さくするには制約がある。従って、実際のネットワーク環境では通信速度を小さくすることができず、端末装置のコントローラ部分に関しては、省エネモード時でも作動モード時と同等の電力を消費することになる。

一方、ネットワーク全体の電力低減を目的に、ＥＥＥ（Energy Efficient Ethernet）という規格が検討されているが、これはネットワーク通信が無い場合、ＭＡＣ層のチップの消費電力を小さくすることができる機能である。この機能によりＭＡＣ層に関する電力分は低減できるが、ＰＨＹ層に関する電力は低減できず、効果は限定的である。また、ＥＥＥの機能が搭載された場合でも、スパニングツリー機能の問題が解消された訳ではなく、省エネモードの維持に制約を生じさせることが予想される。

本発明は、上記の課題に鑑み、待機状態のネットワーク機器と、スパニングツリー機能を備えたネットワーク機器とを有するネットワークの消費電力を低減するネットワークシステムを提供することを目的とする。

本発明は、ネットワーク内のデータの送信経路の決定及びネットワークの障害発生時に送信経路の再決定を行う複数の第１のネットワーク機器と、前記第１のネットワーク機器に接続された１以上の第２のネットワーク機器とを有するネットワークシステムであって、前記第２のネットワーク機器は、当該第２のネットワーク機器の動作状況に応じて省エネモードと、前記省エネモードよりも消費電力が大きい作動モードとを切り替える電力制御手段と、電力制御手段が前記作動モードから前記省エネモードに切り替える前、前記省エネモードに切り替えることを通知する省エネモード通知を前記第１のネットワーク機器に送信する送信手段と、を有し、前記第１のネットワーク機器は、前記省エネモード通知を受信した際、送信経路の再決定の機能を無効にする経路決定制御手段と、を有する、ことを特徴とする。

待機状態のネットワーク機器と、スパニングツリー機能を備えたネットワーク機器とを有するネットワークの消費電力を低減するネットワークシステムを提供することができる。

ネットワーク機器の一般的なネットワーク接続の一例を示す図である。 スパニングツリー機能の動作の概要を説明する図の一例である。 スパニングツリープロトコルにより遮断されたネットワークを模式的に示す図の一例である。 スパニングツリー機能を実行した場合に、各ＬＡＮスイッチがルートブリッジ宛に送出するパケットデータのフォーマットの一例を示す図である。 スパニングツリープロトコルの作用を模式的に示す図の一例である 省エネモードになった従来の端末装置の状態の一例を示す図である。 端末装置とＬＡＮスイッチそれぞれの概略構成の一例を示す図である。 ネットワーク機器のネットワーク接続の一例を示す図である。 リンクの確認のサイクル時間を長くすることで消費電力を低減させようとした端末装置の構成図の一例である。 端末装置ＦとＬＡＮスイッチＣが有する機能の機能ブロック図の一例である。 省エネモードに移行する際、省エネ中、及び、復帰する際の端末装置Ｆの動作を概念的に示す図の一例である。 作動モードから省エネモードに移行する手順の一例を示すフローチャート図である。 端末装置が省エネモードに入る際の処理手順のフローチャート図の一例を示す。 省エネモードから通常通信状態に復帰する場合の動作を示すフローチャート図の一例である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態のネットワーク機器は、スパニングツリープロトコル（IEEE802.1D）に基づく機能を無効にすること、通信速度を下げること、又は、ＥＥＥ（Energy Efficient Ethernet（IEEE P802.3az））機能が働いている際にリンク確認のサイクル時間を長くすること、のいずれか１つ以上を組み合わせることでＰＨＹ層の消費電力を低減する。以下、詳細に説明する。

図１は、ネットワーク機器がネットワークに接続することで形成した一般的なネットワークシステム１００の一例を示す図である。３つのＬＡＮスイッチ１１（区別する場合、ＬＡＮスイッチＡ〜Ｃという）が、ＬＡＮケーブル１２、１４，１５を介して相互に接続され、１つのループを形成している。また、ＬＡＮスイッチＡは基幹ネットワーク１６に接続されている。

ＬＡＮスイッチＡ−Ｂ間は最大１Ｇｂｐｓの通信速度で、ＬＡＮスイッチＡ−Ｃ間は最大１Ｇｂｐｓの通信速度で、ＬＡＮスイッチＢ−Ｃ間は最大１００Ｍｂｐｓの通信速度で、それぞれ通信可能である。通信速度を制限するのは主にＬＡＮケーブル１２，１４、１５の構造とネットワークカードの性能であるが、以下では、主にネットワークカードの性能を対象に説明する。

ＬＡＮスイッチＢには、３つの端末装置１３（区別する場合、端末装置Ａ〜Ｃという）が、またＬＡＮスイッチＣには端末装置Ｄ、Ｅ、Ｆ（区別する場合、端末装置Ｄ〜Ｆという）がそれぞれ接続されている。ＬＡＮスイッチＢ，Ｃと端末装置Ａ〜Ｆは最大１Ｇｂｐｓの通信速度で通信可能である。なお、端末装置１３は、ＰＣ（Personal Computer）、プリンタ、ＭＦＰ(Multifunction Peripheral)、ファクシミリ等であるが、ネットワークに接続可能なネットワーク機器であればどのようなものでもよい。

ＬＡＮスイッチＡ〜Ｃは、ＯＳＩ参照モデルのデータリンク層(第2層ｏｒレイヤ２)のプロトコルに対応したネットワーク機器の一種であり、ＭＡＣアドレステーブルを作成したり、ＭＡＣアドレステーブルとＭＡＣアドレスに基づきＬＡＮスイッチＡからＢへ、ＬＡＮスイッチＢからＣへ、ＬＡＮスイッチＣからＡへ、ネットワークパケットを転送する。このため、宛先の不明な（ＭＡＣアドレステーブルに載っていない）ネットワークパケットは、３台のＬＡＮスイッチＡ〜Ｃの間で永久的にループしてしまうことになる。

そこでＬＡＮスイッチＡ〜Ｃにはスパニングツリープロトコルに基づいた処理を行う機能が搭載されており、ネットワークパケットの永久的なループを防止している。

〔スパニングツリー〕
図２は、スパニングツリープロトコルの概要を説明する図の一例である。図２では、ＬＡＮスイッチＡ〜Ｄがスパニングツリープルトコルに従いネットワーク経路を構築する方法を示している。ＬＡＮスイッチＡ〜Ｄ台がループ状に接続されており、各ＬＡＮスイッチＡ〜Ｄには複数台の端末装置（不図示）１３が接続されているものとする。

各ＬＡＮスイッチＡ〜Ｄにはユーザ（ネットワーク管理者）により任意のブリッジＩＤが割り振られる。スパニングツリープロトコルでは、ブリッジＩＤが一番小さいＬＡＮスイッチがネットワークグループのルートブリッジとなる。図の例ではＬＡＮスイッチＡがルートブリッジである。ルートブリッジとは属しているネットワークグループを制御・管理するブリッジである（ツリー構造の根（ルート）となるＬＡＮスイッチ）。

また、図には各ＬＡＮスイッチＡ〜Ｄ間のパスコストの大きさを数値で例示した。パスコストとはそのネットワーク経路の通信速度を意味する。例えば、通信速度が１０Ｍｂｐｓのパスコストは１００、１００Ｍｂｐｓのパスコストは１９、１Ｇｂｐｓのパスコストは４というように、通信速度から一意にパスコストを定めることができる。パスコストは値が小さいほどコストが低いことになるので、パスコストが小さい経路ほど優先してネットワークパケットの経路に決定される。

このような物理的なネットワークのループに対し、スパニングツリープロトコルでは、論理的なネットワークを規定することでネットワークパケットの永久的なループを防止する。論理的なネットワークにおいてネットワークの一部（実際にはいずれかのＬＡＮスイッチのポートをブロックする）の接続経路を遮断すればループを防止できる。

どの接続経路を遮断するかは、前述のブリッジＩＤとパスコストによって判断される。例えば、ＬＡＮスイッチＡがルートブリッジだとすると、ＬＡＮスイッチＡは自分自身に接続されている端末装置１３の情報と各ＬＡＮスイッチＢ〜Ｄからの情報を入手する。

この情報は、パスコストとブリッジＩＤから決定される。例えばＬＡＮスイッチＢは、自分のブリッジＩＤ（３０）とＬＡＮスイッチＡとの接続経路のパスコスト（１９）、ＬＡＮスイッチＣとの接続経路のパスコスト（１００）から、それぞれの総和を算出する。すなわち、３０＋１９＝４９、３０＋１００＝１３０といった具合に算出する。このようにしてそれぞれのＬＡＮスイッチＢ〜Ｄが自身の接続経路の値（情報）を算出し、ルートブリッジであるＬＡＮスイッチＡに情報を提供する。

ＬＡＮスイッチＡは収集した情報を基に、ネットワークグループの各経路の中でどの接続経路が一番値が大きいかを割り出し、その接続経路を遮断するようＬＡＮスイッチＢ〜Ｄに通知する。図２の例では、ＬＡＮスイッチＡから見て、ＬＡＮスイッチＢとＬＡＮスイッチＣの接続経路の算出値が一番大きい。

図３は、スパニングツリープロトコルにより遮断されたネットワークを模式的に示す。図３では、ＬＡＮスイッチＢとＬＡＮスイッチＣの接続経路が遮断されている。これにより、ネットワークパケットがループ状に繰り返し送信されることを防ぐことができる。

図４は、スパニングツリープロトコルを適用した場合に、各ＬＡＮスイッチＡ〜Ｄがルートブリッジ宛に送出するネットワークパケットのフォーマットを示している。このフォーマットの各種情報に、ブリッジＩＤとパスコストが含まれている。これは、ネットワークの障害の発生時に接続経路を再設定するためである。

このフォーマットは、ＢＰＤＵ（Bridge Protocol Data Unit）として規格化されている。スパニングツリーに参加しているＬＡＮスイッチＡ〜Ｄは、マルチキャストによりＢＰＤＵを交換することで、ＬＡＮケーブルや他のＬＡＮスイッチの状態監視を行う。なお、ＢＰＤＵには２つのフォーマットがあり、図示したのは状態監視用の「Configration BPDU」である。もう一方のフォーマット「TCN BPDU」は、あるＬＡＮスイッチがネットワークの構造（トポロジー）の変化を検出した場合に生成して送信するフォーマットである。

図４の「フォワードディレイ」は、 Listening状態（BPUDだけを送受する状態） と Learning 状態（他のＬＡＮスイッチに接続された端末装置１３のＭＡＣアドレスの学習状態）にとどまる時間である。「ハロータイム」は、ルートブリッジから次のＢＰＤＵが送信されるまでの時間間隔である。「マックスエイジ」は、ルートブリッジを利用不能と見なすまで、ルートブリッジＩＤを保持する最大時間である。「メッセージエイジ」は、ＢＰＤＵが生成されてから経過したノードのカウント値である。「ポートＩＤ」は、ＢＰＤＵを送信するポート番号である。「ブリッジＩＤ」は、ＢＰＤＵを送信したブリッジ（ＬＡＮスイッチ）のＩＤであり、実際にはＭＡＣアドレスである。「パスコスト」は、上述したルートブリッジに到達するためのパスコストである。「ルートブリッジＩＤ」は、ルートブリッジのブリッジＩＤである。「フラグ」には、ＴＣＡフラグ又はＴＣフラグが格納される。「BPDUタイプ」は上記の２種類のフォーマットの区別を示す。「バージョン」はスパニングツリーのプロトコルバージョンを示す。「プロトコルＩＤ」は"０"である。

図５は、スパニングツリープロトコルの作用を模式的に示す図の一例である。上述したように、スパニングツリーはＬＡＮスイッチＡ、Ｂ、Ｃの間でパケットが周り続けるのを防ぐために用いられる。スパニングツリープロトコルでは、そのネットワークの経路探索を始め、パケットが周り続けないように、経路の一部（あるポートをブロックする）を遮断する。上述の経路計算方法を用いると、図５ではＬＡＮスイッチＢとＣの接続が論理的に遮断され、ＬＡＮスイッチＢとＣは、必ずＬＡＮスイッチＡを通してネットワークパケットをやり取りすることにより、ネットワークパケットパケットの永久ループを防止している。

ここで、端末装置Ｆが作動モードから省エネモードに入る際、ネットワークのリンク速度を１Ｇｂｐｓから１００Ｍｂｐｓに変更したとする（リンク速度は設定上の上限の通信速度をいい、実際の通信速度とは区別されることが多いが、本実施例では両者を区別せずに「通信速度」という。）。この場合、端末装置Ｆは、ＬＡＮスイッチＣとの接続をいったん切る（リンクを切る）ことになるので、ＬＡＮスイッチＣはネットワーク構成（トポロジー）が変更されたと判断する。そのため、ＬＡＮスイッチＣは、上記の「TCN BPDU」をＬＡＮ上に送信することで、ネットワーク経路の探索を始めるため、ネットワークのトラフィックが増大する。すなわち、ネットワークに接続された６つの端末装置１３のうち１つでも通信速度を変更すると、その度にトラフィックが増加するので、単に通信速度を下げるだけでは消費電力の低減において実用的ではない。または、トラフィックが少ない状態でだけ通信速度の変更を可能にすることも考えられるが、この方法では通信速度の変更に制約が生じるため実用的ではない。

なお、作動モードは、省エネモードと対比されるモードで、少なくとも省エネモードよりも消費電力が大きいモードをいう。一般には、作動モードでは端末装置Ｆは最高の通信速度で通信することができる。

〔従来の消費電力の低減について〕
図６は、省エネモードになった従来の端末装置Ｆの状態の一例を示す図である。端末装置Ｆは、ＲＡＭ２１、ＲＯＭ２２、ＣＰＵ２３、Power Management２６、ＭＡＣ層チップ２４（図では単に「ＭＡＣ」と表記した）及びＰＨＹ層チップ２５（図では単に「ＰＨＹ」と表記した）を有し、ＬＡＮスイッチＣは、ＲＡＭ３１、ＲＯＭ３２、ＣＰＵ３３、ＭＡＣ層チップ３４及びＰＨＹ層チップ３５を有する。このうち、ＭＡＣ層チップ２４，３４とＰＨＹ層チップ２５，３５はマザーボードに実装されることもＮＩＣ（Network Interface Card）として端末装置ＦやＬＡＮスイッチＣに脱着可能に装着されることがあるが、図の端末装置ＦとＬＡＮスイッチＣでは、ＭＡＣ層チップ２４，３４とＰＨＹ層チップ２５，３５と一体とした。

端末装置ＦのＣＰＵ２３は端末装置Ｆの全体動作を制御するプログラムを記憶したＲＯＭ２２、及び、プログラム実行時のワーク領域となるＲＡＭ２１と接続されている。ＬＡＮスイッチＣのＣＰＵ３３はＬＡＮスイッチＣの全体動作を制御するプログラムを記憶したＲＯＭ３２、及び、プログラム実行時のワーク領域となるＲＡＭ３１と接続されている。ネットワーク制御は、送受信するネットワークパケットを制御するＭＡＣ層チップ２４、３４とＰＨＹ層（物理層）チップ２５，３５がになう。
端末装置Ｆが省エネモードに入る際、一般的に、Power Management２６がＣＰＵ２３、ＲＯＭ２２及びＲＡＭ２１への電力供給をオフにする。図では斜線が施された端末装置ＦのＣＰＵ２３、ＲＯＭ２２及びＲＡＭ２１は、電源オフの状態を示している。Power Management２６については次述する。

これに対し、ＭＡＣ層チップ２４やＰＨＹ層チップ２５の通信制御部は、ＬＡＮスイッチＣからネットワークパケットが入力されたときに復帰する必要があるため電源が供給されたままである。ＬＡＮスイッチＣも同様に、ＭＡＣ層チップ３４やＰＨＹ層チップ３５の各モジュールの電源をオフにすることは出来なかった。このため図示する例では、端末装置Ｆ側の消費電力、ＬＡＮスイッチＣ、及び、ネットワーク全体の消費電力の低減効果は限定的であった。

〔ＥＥＥによる従来の消費電力の低減について〕
ＥＥＥ（Energy Efficient Ethernet）は、ネットワーク機器同士（本実施例では端末装置１３とＬＡＮスイッチ１１）がネットワークパケットの通信状態を定期的に確認しあい、通信がない場合は、ＭＡＣ層チップ２４の電源を切ることで電力を低減しようとする規格である。ＥＥＥの策定は、電力コストの増加を抑えることであり、イーサネット（登録商標）の通信速度が高まるにつれ、ネットワークカードの消費電力が加速度的に増えていることに対応することを目的の1つとする。

ＥＥＥでは、ネットワーク機器同士がリンクが切れていないことを確認するため、定期的かつ一時的にＭＡＣ層チップ２４の電源を入れて（復帰して）リンクが確立している（切れていない）ことを通信により確認する（例えば、Ｐｉｎｇを送信して応答を確認する）。この際の通信速度は、お互いに接続されているネットワーク機器同士（端末装置１３とＬＡＮスイッチ１１）が持っている最速のスピードである。

以下、ＥＥＥ機能とは、通信状況に応じてＭＡＣ層チップ２４の電源を切り、その間、定期的にリンク確認の通信を行うことをいう。

図７は、端末装置ＦとＬＡＮスイッチＡ〜Ｃそれぞれの概略構成の一例を示す。端末装置Ｆが有するPower Management２６は、端末装置Ｆが省エネモードの間に端末装置Ｆ全体の電源を制御する。ＬＡＮスイッチＣは、電源制御する必要がないのでPower Management２６を有しないが、もちろん有していてもよい。

従来から、端末装置Ｆが省エネモードになると、Power Management２６がＣＰＵ２３、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２１、及びその他ネットワーク動作に関係の無いモジュール（不図示）の電源をオフすることで消費電力低減を図っていた。

また、ＥＥＥ機能を持ったネットワーク機器同士（図７の端末装置Ｆ、ＬＡＮスイッチＣが共にＥＥＥ機能を持っているとする）が省エネモードに入りＥＥＥ機能が働くと、リンク確認のためのネットワークパケットが定期的にやり取りされる。

ＥＥＥでは、ネットワーク機器同士が定期的にリンクを確認するが、これはリンクが断接されること（一時的にリンクが切れること）を意味する。このため、上記のスパニングツリープロトコルが作用してしまい、ＥＥＥ機能により定期的に通信する毎に、ＬＡＮスイッチＡ〜Ｃがネットワークの経路探索を実施しなければならず、ネットワークトラフィックの増加やそれに伴う性能低下をもたらす。

〔本実施形態の端末装置１３〕
本実施形態の端末装置Ｆは、ＥＥＥ機能が働いているネットワーク機器同士が接続されたネットワークシステム１００においても、スパニングツリープロトコルが消費電力の抑制を困難にするという問題を解決し、ネットワークシステム１００全体の消費電力低減を図るものである。

図８は、ネットワーク機器のネットワーク接続の一例を示す図である。図８において図５と同一部には同一の符号を付しその説明は省略する。本実施形態の端末装置１３は、３つの方法で消費電力の低減を図る。
（１）端末装置１３が省エネモードになる際、ＬＡＮスイッチ１１にスパニングツリープロトコルに従う一部の機能の無効を要求する。
（２）ＥＥＥによるリンク確認のための定期的なネットワークパケットの交換のサイクル時間を長くする。
（３）省エネモードの端末装置１３の通信速度を、ＬＡＮスイッチＣとネゴシエーションすることで、最も消費電力の少ない通信速度にする。

図８の端末装置Ｆは、端末装置Ｆが省エネモードになる前に、前もってＬＡＮスイッチＣに省エネモード移行の旨を通知する。ＬＡＮスイッチＣはこの通知受け付けると、ＬＡＮスイッチＣのスパニングツリープロトコルに従う一部の機能（以下、単に「スパニングツリー機能」という）を無効にし（１）、リンク確認のサイクル時間を最大にし（２）、ＬＡＮスイッチＣと端末装置Ｆ間の通信速度を低下させる（３）。なお、（１）〜（３）の順序はどのように入れ替えてもよい。

例えば、端末装置Ｆが、通信速度を１Ｇｂｐｓから１００Ｍｂｐｓ、または１０Ｍｂｐｓに落とした場合、上記の通知によりＬＡＮスイッチＣは、端末装置Ｆが省エネモードであること又はＥＥＥ機能が作動することを検出しているので、スパニングツリー機能を動作させない。したがって、通信速度の変更及びＥＥＥ機能が働く事による、ネットワークトラフィックの増加やそれに伴う性能低下をもたらすことを防止でき、消費電力を低減することができる。

また、端末装置Ｆは、定期的にリンクを確認する際のサイクル時間が長くなっており、確認のための通信時も低下させた通信速度を採用する。これにより、消費電力を抑制することができる。
図９は、リンクの確認のサイクル時間を長くすることで消費電力を低減させようとした端末装置Ｆの構成図の一例を示す。図９において図７と同一部には同一の符号を付しその説明は省略する。

また、図１０は、端末装置ＦとＬＡＮスイッチＣが有する機能の機能ブロック図の一例である。端末装置ＦとＬＡＮスイッチＣのいずれのＭＡＣ層チップ２４も、省エネモード制御部４１，５１、ネゴシエーション部４２，５２及びサイクル時間設定部４３、５３を有し、ＬＡＮスイッチＣはさらにスパニングツリー制御部５４を有する。共通する３つの機能ブロックは、同じ機能を有していてもよいが、本実施例では端末装置Ｆから省エネモードに入るものとして説明する。

端末装置ＦのPower Management２６がＣＰＵ２３，ＲＡＭ２１及びＲＯＭ２２の電源をオフにして端末装置Ｆが省エネモードになる際、Power Management２６が省エネモード制御部４１に省エネモードとなることを通知する。省エネモード制御部４１は、ＥＥＥ機能に関する種々の制御を行う。すなわち、省エネモード制御部４１はPower Management２６からの通知がなくてもネットワークパケットを送信及び受信しない状況になるとＭＡＣ層チップ２４の電源をオフにする。また、省エネモード制御部４１は、ＭＡＣ層チップ２３の電源がオフになると、サイクル時間毎に定期的にネットワークパケットをＬＡＮスイッチＣに送信する。

省エネモード制御部４１は、Power Management２６から省エネモードになると通知を受け付けると、ＥＥＥ機能を作動させる前に、端末装置Ｆが省エネモードに入ることを端末装置ＦからＬＡＮスイッチＣ側に通知する（後述のSleepコマンド）。

この通知には省エネモード移行の通知のほかに、「省エネモード時の通信速度」、省エネモード時の「ＥＥＥ機能の定期的なリンク確認のサイクル時間」を含めていてもよい。

これにより、互いの省エネモード制御部４１，５１が、端末装置Ｆが省エネモードに入ることを検出し、ネゴシエーション部４２，５２がＰＨＹ層チップ２５の通信速度を低下させる。ＰＨＹ層の通信速度を小さくすることで端末装置Ｆの消費電力を下げている。また、通信速度を小さくすることで、ＬＡＮスイッチＣ側の消費電力も低減される効果がある。図９の例では通信速度を、通常時の１Ｇｂｐｓから省エネモードでは１００Ｍｂｐｓ又は１０Ｍｂｐｓで再接続している。

通信速度を小さくする方法としては、ＬＡＮスイッチＣ側からネゴシエーションを開始する方法が考えられる。省エネモードに入る旨を受けたＬＡＮスイッチＣのネゴシエーション部５２は、端末装置Ｆのネゴシエーション部４２に対し、その直後からスピード再設定の為のネゴシエーションを実行する。一般のネゴシエーションはお互いに対応している通信規格や通信モードの情報を交換し、通常であればお互いが持っている最速のスピードで接続する機能である。本実施形態では、ネゴシエーション部４２，５２は、消費電力の低減を目的に、ＬＡＮスイッチＣと端末装置Ｆが最も遅い通信速度で接続するようにお互いに設定する。この最も遅い通信速度が「省エネモード時の通信速度」である。よって、端末装置Ｆが記憶している「省エネモード時の通信速度」をＬＡＮスイッチＣに通知すれば、ネゴシエーションの時間を短縮できる。

また、ＬＡＮスイッチＣの省エネモード制御部５１は、省エネモードに入るという通知を受け付けると、スパニングツリー制御部５４にスパニングツリープロトコルに従った制御の停止を要求する。具体的には、スパニングツリー制御部５４は、ＬＡＮスイッチＣに接続された端末装置Ｆについてのみ、トポロジーの変更があってもそれを無視する。無視することで、端末装置ＦのＭＡＣ層チップ２４が定期的にネットワークパケットを送信するため起動し、その後リンクを切っても、スパニングツリー機能によるトラフィックの増大を防止できる。

また、省エネモード制御部４１は、サイクル時間設定部４３に、ＥＥＥ機能による定期的なリンク確認の通信のサイクル時間を設定するよう要求する。サイクル時間設定部４３は、予め定められている「ＥＥＥ機能の定期的なリンク確認のサイクル時間」にサイクル時間を設定する。「ＥＥＥ機能の定期的なリンク確認のサイクル時間」は従来のサイクル時間よりも長く、例えば規格上の最大値である。

なお、サイクル時間設定部４３は、ＭＡＣ層チップ２４が省エネモードに入ってからの時間の経過と共に、段階的にサイクル時間を長くしてもよい。所定時間を超えると規格上の最大値になり以降は一定である。

図９では、リンク確認の間隔を図７で示した状態よりも約２倍に広げている。設定次第では３倍以上にすることも可能であり、ＥＥＥの規格が許容するサイクル時間を上限に、適宜設定できる。

同様に、サイクル時間設定部５３は、端末装置Ｆから受信した「ＥＥＥ機能の定期的なリンク確認のサイクル時間」にサイクル時間を設定する。この場合、端末装置ＦとＬＡＮスイッチＣとでサイクル時間は同じあるが、両者のサイクル時間が異なっていてもよい。省エネモード制御部５１は、ＥＥＥ機能に関する種々の制御を行うので、ネゴシエーションが終了すると、ＭＡＣ層チップ３３の電源がオフにして、設定されたサイクル時間毎に定期的にリンク確認の通信を端末装置Ｆと行う。

このように、ＬＡＮスイッチＣのＭＡＣ層チップ３４もＥＥＥ機能を作動させることができる。しかし、端末装置ＦがＥＥＥ機能を作動させていれば消費電力を低減できるので、必ずしも、ＬＡＮスイッチＣがＥＥＥ機能を作動させなくてもよい。省エネモード制御部４１は、ネゴシエーションとサイクル時間の再設定の後、ＥＥＥ機能を働かせることでＭＡＣ層チップ２４の電源をオフにする。

以上のようにして、リンク確認のサイクル時間を長くすることができるため、端末装置Ｆ及びＬＡＮスイッチＣの通信回数を減らせることができ、その分ネットワークシステム１００全体の消費電力を低減することができる。

ところで、端末装置Ｆが通信速度を段階的に小さくしていき例えば１００Ｍｂｐｓに低下させた場合、他のネットワーク系の要因によりスパニングツリーを機能させなければならないとなった場合、ＬＡＮスイッチＣは初期に（予め）取得している端末装置Ｆの情報（例えばネットワークの対応スピードは１Ｇｂｐｓ等）でスパニングツリー機能の経路探索を行う。これにより、最速の通信速度で経路探索の処理時間を最短にでき、ユーザの生産性を維持することができる。

この場合、端末装置ＦはＬＡＮスイッチＣからＷａｋｅ信号を受信して作動モードに復帰する。Power Management２６は省エネモード制御部４１に省エネモードの終了と作動モードへの復帰を要求する。

図１１は、省エネモードに移行する際、省エネ中、及び、復帰する際の端末装置Ｆの動作を概念的に示す図の一例である。左から説明すると「Data／Idle」は、ＣＰＵがプログラムを実行して端末装置Ｆが不定期又は定期的にデータを送受信する作動モード、又は、作動モードにおける待ち状態であるアイドル状態となっていることを示す。「Ｓｌｅｅｐ」は、端末装置Ｆが省エネモードに入る直前のネゴシエーション等の一連の処理を示す。「Ｗａｋｅ」は端末装置ＦがＬＡＮスイッチＣに、省エネモードから作動モードに復帰を通知すること、又は、ＬＡＮスイッチＣが端末装置Ｆに作動モードへの復帰を要求すること、を示す。

作動モードの端末装置Ｆは、作動モードから省エネモードに入る際、省エネモード制御部４１がＬＡＮスイッチＣに対して前もってその旨を通知するコマンド（図中ではＳｌｅｅｐコマンド）を送信する。このコマンドには省エネモード移行の通知のほかに、「省エネモード時の通信速度」、省エネモード時の「ＥＥＥ機能の定期的なリンク確認のサイクル時間」が含まれている。

Ｓｌｅｅｐコマンドを受け取ったＬＡＮスイッチＣは、そのポートに接続されている端末装置Ｆが省エネモードになったことを検出し、スパニングツリー制御部５４がスパニングツリー機能を動作させないようにする。端末装置ＦはＣＰＵ２３，ＲＡＭ２１，ＲＯＭ２２の電源をオフにし、ＥＥＥ機能によりＭＡＣ層チップ２４の電源をオフにする。

省エネモードの期間中、端末装置ＦとＬＡＮスイッチＣは、低スピードの「省エネモード時の通信速度」の通信により、従来よりも長いサイクル時間毎に定期的にリンク確認を実行する。

省エネモードの期間中は、次にネットワークパケットを送受信するまで、端末装置Ｆの各モジュールの電源はオフした状態を維持する。

ＬＡＮスイッチＣが端末装置Ｆ宛のネットワークパケットを他のＬＡＮスイッチＣから受信する場合、ＬＡＮスイッチＣは端末装置ＦにＷａｋｅ信号を送信する。また、端末装置Ｆがユーザ操作によって省エネモードから復帰する場合、端末装置ＦはＬＡＮスイッチＣに対してＷａｋｅ信号を送信する。

端末装置Ｆが、相手から送信されたＷａｋｅ信号を検知すると、省エネモード制御部４１は、ＥＥＥ機能を解除しＭＡＣ層チップ２４に電力を供給する。また、Power Management２６は各モジュールに対して電源を供給する。その後、ネゴシエーション部４２，５２が、ネゴシエーションにより最速のスピードで再接続した後、端末装置ＦとＬＡＮスイッチＣが作動モードになる。なお、省エネモードから復帰させるためのＷａｋｅ信号は、例えばＷａｋｅ Ｏｎ ＬＡＮのためのMagic Packetである。

図１２は、作動モードから省エネモードに移行する手順の一例を示すフローチャート図である。

端末装置Ｆの省エネモード制御部４１が、ＬＡＮスイッチＣの省エネモード制御部５１に省エネモードになることを通知する（Ｓ１０）。ＬＡＮスイッチＣの省エネモード制御部５１は、通知を受信したことを示す応答（ＡＣＫ）を送信する（Ｓ２０）。

ＬＡＮスイッチＣの省エネモード制御部５１は、スパニングツリー制御部５４にスパニングツリー機能をオフするよう要求する（Ｓ３０）。これにより、スパニングツリー制御部５４はスパニングツリー機能をオフする（Ｓ４０）。よって、スパニングツリー制御部５４は、その後のトポロジーの変化に対するＢＰＤＵをネットワーク上に流さないようにない。そうすることで頻繁に接続状態が変化することによるネットワークトラフィックの増加を防ぐことができる。

次に、ＬＡＮスイッチＣの省エネモード制御部５１がネゴシエーション部５２にネゴシエーションの開始を要求する（Ｓ５０）。これにより、ＬＡＮスイッチＣのネゴシエーション部５２が端末装置Ｆのネゴシエーション部４２にネゴシエーションを開始する（Ｓ６０）。端末装置Ｆのネゴシエーション部４２がＬＡＮスイッチＣのネゴシエーション部５２にネゴシエーションを開始してもよい。お互いにとって、最も遅い又は最も消費電力が低い通信速度にＰＨＹ層チップ２５を設定する。よって、消費電力を低減できる。

また、端末装置Ｆの省エネモード制御部４１はサイクル時間設定部４３に、ＬＡＮスイッチＣの省エネモード制御部５１はサイクル時間設定部５３に、それぞれサイクル時間の設定を要求する（Ｓ７０、Ｓ７２）。それぞれのサイクル時間設定部４３，５３は、リンク確認のサイクル時間を設定する（Ｓ７４、Ｓ７６）。

その後、端末装置ＦはＣＰＵ２３、ＲＯＭ２２及びＲＡＭ２１等のモジュールの電源をオフすることで省エネモードに入る（Ｓ８０）。また、省エネモード制御部４１はＥＥＥ機能を作動させる。

同様に、ＬＡＮスイッチＣの省エネモード制御部５１は、ＥＥＥ機能を作動させＭＡＣ層チップ３４の電源をオフにする。なお、ＬＡＮスイッチＣも、他の端末装置Ｄ，Ｅが接続されていない又はすでに端末装置Ｄ，Ｅが省エネモードである場合、ＣＰＵ３３，ＲＡＭ３１及びＲＯＭ３２の電源をオフにして省エネモードになってもよい。

端末装置Ｆは、省エネモードの端末装置Ｆ宛のネットワークパケットがＬＡＮスイッチＣを介して受信されない限り、又は、ユーザ操作による端末装置Ｆの省エネモード解除がない限り、そのまま省エネモードを保持する。

次に、端末装置Ｆ以外の端末装置Ａ〜Ｅが端末装置Ｆに応答を要求する場合を説明する。端末装置Ｆが複合機（MFP）やプリンタ等が接続されていると、ホストＰＣ（例えば、端末装置Ａ、Ｃ）側から定期的な状態管理情報の送信要求がある。端末装置Ｆはこの状態管理情報の要求があると、それに対して応答する必要があるが、省エネモードであるためＣＰＵ２３が応答することができない。応答するためにＣＰＵ２３が起動すると電力を消費してしまう。

この課題に対応するためには、端末装置Ｆが省エネモードに入る前にＬＡＮスイッチＣがステータス情報を保持することが有効である。

図１３は、端末装置Ｆが省エネモードに入る際の処理手順のフローチャート図の一例を示す。

図１２にて説明したように、端末装置Ｆの省エネモード制御部４１が、ＬＡＮスイッチＣの省エネモード制御部５１に省エネモードになることを通知する（Ｓ１０）。この際（例えば、Ｓｌｅｅｐ信号と共に）、端末装置Ｆの省エネモード制御部４１は省エネモードになる前に、その時のステータス情報をＬＡＮスイッチＣに送っておく。

ＬＡＮスイッチＣの省エネモード制御部５１は、ステータス情報を自身のＲＡＭ３１に記憶しておく（Ｓ１２）。例えば、ＬＡＮスイッチＣはステータス情報と端末装置Ｆを識別するＩＤ（ＭＡＣアドレスやＩＰアドレス等）を紐付けしてＲＡＭ３１に記憶する。

ホストＰＣが状態情報要求をＬＡＮスイッチＣに送信した場合（Ｓ１４）、ＬＡＮスイッチＣの省エネモード制御部５１は、ホストＰＣから要求された端末装置ＦのＩＤに基づきステータス情報を読み出す（Ｓ１６）。

そして、省エネモード制御部５１はステータス情報を要求元のホストＰＣに送信する（Ｓ１８）。こうすることで、端末装置Ｆは、省エネモードを維持できるので、省エネ効果を大きくすることができる。

図１４は、省エネモードから通常通信状態に復帰する場合の動作を示すフローチャート図の一例である。

例えば、端末装置Ｆがユーザ操作を受け付けると、Power Management２６が省エネモード制御部４１を起動する（Ｓ１１０）。

省エネモード制御部４１は、ＬＡＮスイッチＣの省エネモード制御部５１にＷａｋｅ信号を送信し起動を要求する（Ｓ１２０）。ＬＡＮスイッチＣから端末装置ＦがＷａｋｅ信号を受信した場合はステップＳ１２０の処理は不要になる。

起動した省エネモード制御部５１はネゴシエーション部５２にネゴシエーションの開始を要求する（Ｓ１３０）。これにより、端末装置ＦからＬＡＮスイッチＣに、又は、ＬＡＮスイッチＣから端末装置Ｆに、それぞれのネゴシエーション部４２、５２が通信速度のネゴシエーションを開始する（Ｓ１４０）。このネゴシエーションでは、端末装置ＦとＬＡＮスイッチＣが最速の通信速度で接続される。

次に、ＬＡＮスイッチＣの省エネモード制御部５１は、スパニングツリー制御部５４にスパニングツリー機能のオンを要求する（Ｓ１５０）。これにより、スパニングツリー制御部５４はスパニングツリー機能のオンにして、経路探索を行う（Ｓ１６０）。スパニングツリー制御部５４は、最速の通信速度で処理時間を最短にでき、ユーザの生産性を維持することができる。以降、端末装置Ｆは作動モードになる。

以上説明したように、本実施形態のネットワークシステム１００は、ＬＡＮスイッチＣのスパニングツリー機能を無効にすること、ＥＥＥ機能が作動している際のリンク確認のサイクル時間を長くすること、及び、ＥＥＥ機能が作動している間の通信速度を低減すること、により待機中のネットワーク機器の消費電力を低減することができる。

１１ ＬＡＮスイッチ
１２，１４，１５ ＬＡＮケーブル
１３ 端末装置
１６ 基幹ネットワーク
２１，３１ ＲＡＭ
２２，３２ ＲＯＭ
２３，３３ ＣＰＵ
２４，３４ ＭＡＣ層チップ
２５，３５ ＰＨＹ層チップ
２６ Power Management
４１，５１ 省エネモード制御部
４２，５２ ネゴシエーション部
４３，５３ サイクル時間設定部
５４ スパニングツリー制御部
１００ ネットワークシステム

特開２００５−２５３２８８号公報

Claims (9)

1. ネットワーク内のデータの送信経路の決定及びネットワークの障害発生時に前記送信経路の再決定を行う複数の第１のネットワーク機器と、前記第１のネットワーク機器に接続された１以上の第２のネットワーク機器とを有するネットワークシステムであって、
   前記第２のネットワーク機器は、
   当該第２のネットワーク機器の動作状況に応じて省エネモードと、前記省エネモードよりも消費電力が大きい作動モードとを切り替える電力制御手段と、
   前記電力制御手段が前記作動モードから前記省エネモードに切り替える前、前記省エネモードに切り替えることを通知する省エネモード通知を前記第１のネットワーク機器に送信する送信手段と、を有し、
   前記第１のネットワーク機器は、
   前記省エネモード通知を受信した際、前記送信経路の再決定の機能を無効にする経路決定制御手段と、を有する
   ことを特徴とするネットワークシステム。
2. 前記第１のネットワーク機器は、前記第２のネットワーク機器との通信速度を調整する第１の通信速度調整手段を、前記第２のネットワーク機器は、前記第１のネットワーク機器との通信速度を調整する第２の通信速度調整手段を、それぞれ有し、
   前記第１の通信速度調整手段と前記第２の通信速度調整手段は、当該第２のネットワーク機器が前記省エネモードの間の両者間の通信速度を、物理層の消費電力が最も少ない通信速度に調整する、
   ことを特徴とする請求項２記載のネットワークシステム。
3. 前記第２のネットワーク機器は、
   当該第２のネットワーク機器が前記省エネモードの間に行われる、前記第１のネットワーク機器との定期的な通信のサイクル時間を、予め定められた値に設定する第２のサイクル時間設定手段を有し、
   前記第１のネットワーク機器は、
   当該第２のネットワーク機器が前記省エネモードの間に行われる、前記第２のネットワーク機器との定期的な通信のサイクル時間を、予め定められた値に設定する第１のサイクル時間設定手段を有する、
   ことを特徴とする請求項２記載のネットワークシステム。
4. 前記第１の通信速度調整手段と前記第２の通信速度調整手段は、両者間の通信速度を設定可能な最も遅い通信速度に調整する、
   ことを特徴とする請求項２記載のネットワークシステム。
5. 前記第２のサイクル時間設定手段は、前記送信手段が前記省エネモード通知を送信した後、前記予め定められた値を上限に、時間の経過とともに前記サイクル時間を徐々に長期化する、
   ことを特徴とする請求項３記載のネットワークシステム。
6. 前記第１のネットワーク機器は、
   前記省エネモード通知を受信した際、前記第２のネットワーク機器のステータス情報を前記第２のネットワーク機器の識別情報に対応づけて記憶手段に記憶する、
   ことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載のネットワークシステム。
7. 前記第１のネットワーク機器は、
   他の第１のネットワーク機器を介して他の第２のネットワーク機器、又は、前記第１のネットワーク機器に接続された他の第２のネットワーク機器、から前記第２のネットワーク機器の状態通知要求を受信した場合、
   前記記憶手段に記憶している前記ステータス情報を、前記他の第２のネットワーク機器に送信する、
   ことを特徴とする請求項６項記載のネットワークシステム。
8. 前記第１のネットワーク機器は、スパニングツリープロトコル（IEEE802.1D）に基づき、ネットワークの障害発生時に前記送信経路の再決定を行う、
   ことを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載のネットワークシステム。
9. 前記サイクル時間は、ＥＥＥ（Energy Efficient Ethernet（IEEE P802.3az））に規定された、ＭＡＣ層の電源がオフの間に一時的に電源を供給して定期的に通信するための時間間隔である、
   ことを特徴とする請求項３項記載のネットワークシステム。

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