JP2529862B2 - 多線条リング形ネットワ−ク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複数のリング形伝送路を有する多線条リン
グ形ネットワークにおいて、特に、リング形伝送路の本
数がｄ^k本（ｄ、ｋは、２以上の自然数）の場合の、ノ
ードの構成やパケットのルーチングアルゴリズムが簡単
で、大容量かつ高信頼を特徴とする多線条リング形ネッ
トワークに関する。

（従来の技術） 従来の多線条リング形ネットワークは、複数のリング
形伝送路と、それらの伝送路全部に接続されるノードか
らなるものであった。このような多線条リング形ネット
ワークでは、複数のリング形伝送路を用いることで大容
量化を図ることができるが、ノードは、全リング形伝送
路の通信処理を行うため、接続コスト、処理コスト共に
高くなってしまう傾向にあった。

上述した従来多線条リング形ネットワークの欠点を除
去するために、本発明者らは、さきに、１つのノードか
ら複数のリング形伝送路への接続点数を全伝送路数以下
に定める、多重ケーブルリング形ネットワークにおける
通信制御方式を提案した。従来提案方式では、リング形
伝送路数ｎ、ノード当りの接続点数ｓは任意に定めるこ
とができ、例えば、トラヒック分布が各ノード間で均一
とした場合、次のように構成される。

（ａ） 各ノードから複数のリング形伝送路への接続点
数をｓに定める。このとき、ノードの伝送路への接続形
態は、_nＣ_s通りに存在する。リング形伝送路は、全て同
方向に運用されているとする。

（ｂ） 全ての接続形態を、各リング形伝送路間の接続
点数の差が１を超えない順序で、伝送路の方向に沿っ
て、巡回的に繰り返して、ノードを伝送路上に設定す
る。

ｎ＝２、ｓ＝２とした場合の、従来提案方式の構成例
を、第６図に示す。

従来提案方式では、次のようにしてパケットの送受信
が行われる。

（イ） 送信ノードと受信ノードが、リング形伝送路を
いくつか共有して接続されている場合、すなわち、第６
図で送信ノードがノード601と同じ接続形態を持ち、受
信ノードがノード601、603、604、605、606のいずれか
と同じ接続形態を持つ場合、送信ノードは共有された伝
送路のうち、最も早くアクセスできた伝送路上にパケッ
トを送出する。このとき、パケットのヘッダの、受信ア
ドレス部と送信アドレス部の間にある転送フィールド
は、転送不要に設定する。このパケットは、送出された
伝送路上を一周して再び送信ノードによって伝送路上か
ら消去されるまで、２つ以上のリング形伝送路間を遷移
しない。各ノードは、伝送路を監視して、受信アドレス
部が自ノード宛のパケットを検出すると、そのパケット
をコピーして取り込む。

（ロ） 送信ノードと受信ノードが、リング形伝送路を
１つも共有しない場合、すなわち、送信ノードがノード
601と同じ接続形態を持ち、受信ノードがノード602と同
じ接続形態を持つ場合、１本の伝送路ではパケットの送
受信ができないので、送信ノードが接続されている伝送
路と受信ノードが接続されている伝送路の双方に接続さ
れている、送信ノードから見て最初の中間ノードが、パ
ケットのコピー転送を行う。すなわち、送信ノードは接
続された伝送路のうち、最も早くアクセスできた伝送路
上に一旦パケットを送出する。このとき、前記転送フィ
ールドは、転送要求に設定する。各ノードは、伝送路を
監視して、受信アドレス部が自ノードから１本の伝送路
で送信可能で、かつ、転送フィールドが転送要求になっ
ているパケットを検出すると、前記中間ノードとしてこ
のパケットをコピーして、コピー元のパケットの転送フ
ィールドを転送不要に設定しなおすとともに、受信ノー
ドと共有された伝送路のうち最も早くアクセスできた伝
送路上に、転送フィールドを転送不要にしたコピーパケ
ットを送出する。

（ハ） （イ）、（ロ）の双方の場合で、送信ノードか
ら送出されたパケットは、送信ノードが伝送路から消去
し、（ロ）の場合の中間ノードが送出するコピーパケッ
トは、その中間ノードが伝送路から消去する。

（発明が解決しようとする問題点） 以上に示した従来提案方式では、次のような欠点があ
る。

（ａ） パケットは送信ノードが伝送路から消去するの
で、ネットワークの使用効率（スループット）は、リン
グ形伝送路の本数を超えることはない。

（ｂ） １本の伝送路では送信できない前記（ロ）の場
合のパケットは、中間ノードによって生成されるコピー
パケットと合わせて、２つのパケットとしてネットワー
クに作用するため、ネットワークの使用効率（スループ
ット）を低下させる。

（ｃ） （ｂ）によるスループットの低下を極力抑える
ために、最高１回のコピー転送で任意の送受信ノード間
の可能にしなければならないので、ネットワークの対称
性を維持するのに必要なノードの接続形態の種類の数が
多い。

（ｄ） 伝送路の最低１箇所に障害が生じると、その伝
送路全部が使用不可能になる。

本発明は、従来提案方式がもつ、以上のような問題点
を解消させ、大容量かつ高信頼性を有し、さらに、パケ
ットのルーチングアルゴリズムが簡単である多線条リン
グ形ネットワークを提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成させるために、本発明は次のような構
成を有している。すなわち、本発明に係る多線条リング
形ネットワークは、ｄ、ｋを共に、２以上の自然数と
し、ｄ^k本の一方向性リング形伝送路と、規則的に選択
されたｄ本のリング形伝送路と接続されるノードからな
る。各ノードは、次に規則に基づいて、伝送路に接続さ
れる。

（ａ） ｄ^k本のリング形伝送路に、それぞれ、ｋ桁の
ｄ進数で０からｄ^k−１までの番号を１つずつ付与す
る。

（ｂ） ｉをｋ以下の自然数とすると、（ａ）で付与さ
れた番号のうち、下ｉ桁目のディジットだけが異なるｄ
本のリング形伝送路に接続される、互いに同じリング形
伝送路に接続されない、ｄ^k-1個のノードの集合を第ｉ
段とする。

（ｃ） 第１段から第ｋ段に属する全ノードを、第１段
から第ｋ段まで順に、リング形伝送路の方向に沿って設
定する。

（ｄ） （ｃ）の手順を巡回的に繰り返してノードを設
定する。

前記規則に基づいて、特定の桁のディジットのみが異
なるｄ本の伝送路と接続されたノードは、接続された各
々の伝送路を、異なるディジットの値に対応するｄ種の
キャラクタのいずれかで区別するものとする。このよう
に設定されたノードで、伝送路の方向に沿った、互いに
同じ伝送路に接続されない、連続するｄ^k-1個のノード
の集合をノードセットと呼ぶことにすると、本発明の多
線条リング型ネットワークは、ノードセットを伝送路の
方向に沿って縦続した構成になっている。

ｄ＝２、ｋ＝３とした場合の、本発明に係る多線条リ
ング形ネットワークの構成例を、第１図に示す。

本発明に係る多線条リング形ネットワークにおいて、
各ノード間の通信は、パケットを通信単位として、パケ
ットの先頭に、受信ノードのネットワーク内の位置を示
すルーチング情報201を付与し、送信ノードと受信ノー
ドの中間にある中間ノードでは、このルーチング情報に
のみ基づいて、各々自律的に、パケットを送出する伝送
路を定めて行う。ルーチング情報は、受信ノードが属す
るノードセットを示すノードセットアドレス部301と、
ｄ進法のディジットの値に対応するｄ種のキャラクタを
ｋ−１個用いて表現される、受信ノードのノードセット
内の位置を示す相対アドレス部302の、２部のアドレス
部から構成される。各ノードは、伝送路の上流から到着
したパケットのルーチング情報を読み取って、次のよう
な動作を行う。

（ａ） ルーチング情報が自ノードを示している場合、
このパケットを取り込み、伝送路上から消去する。

（ｂ） ルーチング情報が他ノードを示していて、その
ノードセットアドレスが、ｊをｋ未満の自然数とする
と、ｊ段先のノードセットを示している場合、相対アド
レスの後ろからｊ番目のキャラクタに示された伝送路を
選択して、この伝送路上にこのパケットを送出する。

（ｃ） ルーチング情報が（ａ）、（ｂ）以外の場合、
無作意に１本の伝送路を選択して、この伝送路上にこの
パケットを送出する。

次に、ノード構成例を、ｄ＝２とした第４図を用いて
説明する。自ノードで生起したパケットはソースバッフ
ァ401,402のいずれかを、伝送路の上流から到着した中
継パケットに関しては中継バッファ403,404のいずれか
を介して、伝送路上に伝送される。ソースバッファと中
継バッファ双方にパケットが存在する場合、制御部405,
406により、いずれかのバッファから優先的にパケット
が送出される。制御部407,408では、伝送路の上流から
到着したパケットのルーチング情報を読み取って、パケ
ットが自ノード宛であれば、シンクバッファ409,410に
取り込み、パケットが他ノード宛であれば、読み取った
ルーチング情報に基づいて選択部411に伝送路選択情報
を送る。選択部411では、この伝送路選択情報に基づい
て、パケットを送出すべき伝送路を選択し、中継バッフ
ァ403,404のいずれかにパケットを送出する． （作用） 上記のように構成された多線条リング形ネットワーク
では、送信ノードから送出されたパケットは受信ノード
で伝送路から消去されるようになっており、さらに、送
受信ノードの中間に位置する中間ノードでパケットのコ
ピーを新たに伝送路に送出することがないために、伝送
路の容量を効率よく使用することができる。また、伝送
路の本数がｄ^k本のとき、受信ノードの属するノードセ
ットのｋ段以前のノードセットに属するノードでは、パ
ケットを任意の伝送路に送出してよいので、これによ
り、局所的なトラヒックフローの偏りを軽減する作用が
ある。また、各リング形伝送路は、各ノード区間ごとに
独立に運用されているため、障害により、障害の起こっ
たノード区間の伝送路のみが使用不可能になり、１箇所
の障害で、障害の生じた伝送路全てが使用不可能になる
ことはない。

（実施例） 本発明の実施例は、第１図を参照しながら説明する。
第１図では、ｄ＝２、ｋ＝３を仮定していて、各伝送路
は図の左から右への方向性を持つとする。このとき、本
発明の多線条リング形ネットワークは次のように構成さ
れる。

（イ） 伝送路20から伝送路27に、２進表示番号［00
0］から［111］までを順に付与する。すなわち、伝送路
20に［000］、21に［001］、22に［010］、23に［01
1］、24に［100］、25に［101］、26に［110］、27に
［111］が付与される。

（ロ） ２進表示された伝送路から、下１桁目のディジ
ットのみが異なる２本の伝送路を選択して、第１段のノ
ードが設定される。すなわち、伝送路20（２進表示では
［000］）と伝送路21（２進表示では［001］）に接続さ
れるノード１を設定し、以下同様にして、ノード２から
ノード４までを設定する。

（ハ） ２進表示された伝送路から、下２桁目のディジ
ットのみが異なる２本の伝送路を選択して、第２段のノ
ードが設定される。すなわち、伝送路20（２進表示では
［000］）と伝送路21（２進表示では［010］）に接続さ
れるノード５を設定し、以下同様にして、ノード６から
ノード８までを設定する。

（ニ） ２進表示された伝送路から、下３桁目のディジ
ットのみが異なる２本の伝送路を選択して、第３段のノ
ードが設定される。すなわち、伝送路20（２進表示では
［000］）と伝送路24（２進表示では［100］）に接続さ
れるノード９を設定し、以下同様にして、ノード10から
ノード12までを設定する。

（ホ） 以後、第１段から第３段までの接続形態をもつ
ノードを、巡回的に伝送路上に繰り返して、ネットワー
クを構成する。第１図では、巡回的に３回繰り返したと
ころまでを示している。各接続段に属するノードの集合
をノードセットと呼ぶと、こうして、第１段ノードセッ
ト（ノード１、２、３、４からなる）から第９段ノード
セット（ノード16、17、18、19からなる）までが設定さ
れる。各ノードは、接続された２本の伝送路を、それぞ
れＵ、Ｄの２種のキャラクタで区別しており、Ｕはノー
ドが接続されている２本の伝送路で異なるディジット０
に対応していて、Ｄは異なるディジット１に対応してい
る。

次に、パケットの送受信について説明する。受信ノー
ドがノード15であるパケットには、その先頭にルーチン
グ情報（8UD）が付与される。このルーチング情報（8U
D）の８は、ノード15が第８段ノードセットに属するノ
ードであることを示すノードセットアドレス部であり、
ルーチング情報のUDは、そのノードセットの中のどこに
ノード15があるかを示す相対アドレス部である。ノード
１がノード15に向けてパケットを送信する場合におい
て、このパケットの受信ノードであるノード15は、第８
段ノードセットに属するので、その３段以前手前のノー
ドセットに属するノード、すなわち、第２段ノードセッ
トから第５段ノードセットまでのいずれかに属するノー
ドでは、到着したパケットを、接続された２本の伝送路
の、いずれの伝送路に送出してもよい。これらの動作
は、各ノードが、到着したパケットの先頭に付与されて
いるルーチング情報のノードセットアドレス部が、自ノ
ードが属するノードセットから３段未満先のノードセッ
トを示していないことを読み取って行われる。このよう
にして、第６段ノードセットに属するいずれかのノード
にパケットが到着する。パケットの到着した、第６段ノ
ードセットのノードをノード13とすると、ノード13はパ
ケットのルーチング情報のノードセットアドレス部が、
２段先のノードセットを示していることを読み取って、
接続されている２本の伝送路から、相対アドレス部の後
ろから２番目のキャラクタＵで区別される伝送路23を選
択してパケットを送出する。続く第７段ノードセットの
ノード14は、到着したパケットのルーチング情報のノー
ドセットアドレス部が、１段先のノードセットを示して
いることを読み取って、接続されている２本の伝送路か
ら、相対アドレス部の後ろから１番目のキャラクタＤで
区別される伝送路23を選択してパケットを送出する。こ
のようにすれば、第６段ノードセットのいずれのノード
にパケットが到着しても、必ず、第８段ノードセットの
ノード15にパケットが到着する。

（発明の効果） 本発明に係る多線条リング形ネットワークは、次のよ
うなすぐれた効果を奏する。

（ａ） パケットは、受信ノードが伝送路から消去する
ため、ネットワークの使用効率（スループット）は、伝
送路の本数の約２倍にまで達することができ、従来提案
方式に比べてスループットが飛躍的に向上する。

（ｂ） 中間ノードで、新たなコピーパケットを生成す
ることがないため、伝送路を効率よく使用できる。

上述した（ａ）、（ｂ）の効果を明示するために、本
発明のスループット−遅延特性曲線を第５図に示す。こ
こで、伝送路の本数を４本として、各ノードは２本の伝
送路と接続点をもち、そのようなノードがネットワーク
上に64個存在するとし、伝送路１本当りの１周の伝搬遅
延を50パケット長（１パケット長はパケット１つを伝送
するのに要する時間）、各局から発生するトラヒックは
均一として計算した。遅延時間は、パケット長で正規化
してある。第５図の特性曲線501は本発明のもので、特
性曲線502は従来提案方式のものである。従来提案方式
では、パケットの消去は送信ノードが行い、さらに、転
送を要するパケットはコピーパケットと合わせて２つの
パケットとして作用するため、最大スループットが伝送
路の本数よりも小さなところで飽和してしまうが、本発
明においては、伝送路の本数の約２倍のスループットが
達成でき、従来提案方式より大容量なネットワークが実
現できる。

本発明では、上述の（ａ）、（ｂ）の他に、次のよう
な効果も期待できる。

（ｃ） ノードの接続形態の数が、従来提案方式より少
なくてよく、ノード数を漸次拡張するのが比較的容易で
ある。例えば、伝送路の本数が32本で、各ノードが２本
の伝送路と接続される場合、従来提案方式では任意の２
ノード間の通信が、多くても１回のコピー転送で行われ
る必要性から、256種類の接続形態が必要であったが、
本発明においては80種類の接続形態でよい。

（ｄ） 本発明では、障害の波及が、障害の起こったノ
ード区間内でおさまるので、高信頼性を有するネットワ
ークを実現できる。

（ｅ） パケットのルーチングは、各ノードが自律的
に、しかも、ルーチング情報のみに基づく簡単な方法で
行うことができる。

（ｆ） 伝送路の上流からノードに到着したパケットの
ルーチング情報が、ｋ段以上先のノードセットのノード
を示している場合、このノードは任意の伝送路はこのパ
ケットを送出してよく、これによって、ネットワーク内
のトラヒックフローの偏りを軽減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成例を示す図、第２図は本発明で用
いるパケットの構成例を示す図、第３図はルーチング情
報の構成例を示す図、第４図は本発明で用いるノードの
構成例を示す図、第５図は本発明の効果の例を従来提案
方式と対比して示す特性曲線図、第６図は従来提案方式
の構成例を示す図である。 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19…
…ノード、20,21,22,23,24,25,26,27……伝送路、201…
…ルーチング情報、202……パケット、301……ノードセ
ットアドレス部、302……相対アドレス部、401,402……
ソースバッファ、403,404……中継バッファ、405,406,4
07,408……制御部、409,410……シンクバッファ、411…
…選択部、501,502……特性曲線、503……正規化遅延時
間、504……スループット、601,602,603,604,605,606…
…ノード、607,608,609,610……伝送路。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方向性リング形伝送路を、ｄ、ｋを２以
   上の自然数としてｄ^k本、同方向に有し、さらに、ｄ^k本
   のリング形伝送路から次のような手順で、ノードごとに
   選択されたｄ本のリング形伝送路と接続して設定された
   ノードを有する、多線条リング形ネットワーク。 （ａ） ｄ^k本のリング形伝送路に、それぞれ、ｋ桁の
   ｄ進数で０からｄ^k−１までの番号を１つずつ付与す
   る。 （ｂ） ｉをｋ以下の自然数とすると、（ａ）で付与さ
   れた番号のうち、下ｉ桁目のディジットだけが異なるｄ
   本のリング形伝送路に接続される、互いに同じリング形
   伝送路に接続されない、ｄ^k-1個のノードの集合を第ｉ
   段とする。 （ｃ） 第１段から第ｋ段に属する全ノードを、第１段
   から第ｋ段まで順に、リング形伝送路の方向に沿って設
   定する。 （ｄ） （ｃ）の手順を巡回的に繰り返してノードを設
   定する。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の多線条リング
   形ネットワークにおいて、送信ノードは、ノード間の通
   信単位であるパケットの先頭に、受信ノードのネットワ
   ーク内の位置を示すルーチング情報を付与して前記パケ
   ットを送出し、前記送信ノードと前記受信ノードの中間
   に位置する中間ノードは、前記ルーチング情報だけにし
   たがって、自律的に、前記パケットの中継ルートを選択
   し、前記受信ノードに前記パケットを到着させることを
   特徴とする、多線条リング形ネットワーク。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載の多線条リング
   形ネットワークにおいて、前記受信ノードのｋ段以前の
   前記中間ノードでは、接続されているｄ本のリング形伝
   送路の中から、無作意に１本選択して前記パケットを中
   継転送し、さらに、ｊをｋ未満の自然数とすると、前記
   受信ノードのｊ段手前の前記中間ノードでは、前記ルー
   チング情報の後ろからｉ番目に示された、ｄ進法のディ
   ジットに対応する値にしたがって、接続されているｄ本
   のリング形伝送路の中から１本選択して、前記パケット
   を中継転送し、前記受信ノードに前記パケットを到達さ
   せることを特徴とする、多線条リング形ネットワーク。