JP3998691B2 - データ転送ネットワーク - Google Patents

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Description

本発明は、複数のノードをリンクによって接続したデータ転送ネットワークに関する。 本発明のデータ転送ネットワークは、例えば、一般のインターネットネットワーク、公衆通信網、企業内通信網、LAN、コンピュータ網、分散コンピュータ網、分散ルータ網、交換機網、ルータや各種装置内部等で使用される各種スイッチ網、CPUやメモリをつなぐデータ通信網、CPUなどのLSI内部でのデータ通信網など、ネットワーク全般に適用し得るものである。
複数のノードを結合し、ノード処理を分散させる従来のデータ転送ネットワークの構成方式としては、(ア)バスネットワーク、(イ)リングネットワーク、(ウ)ハブネットワーク(スター状ネットワーク)、(エ)完全メッシュネットワーク、(オ)バス及びリングのハイパー拡張(ハイパーキューブ)ネットワークなどがあった。
ところで、今後、コンピュータITネットワークなどで見られるように、端末数が巨大になり、端末速度も一段と高速になると考えられる。このような巨大、高速ネットワークに対し、ネットワーク全体でトラフィック収容能力を上げることが重要であり、そのため、ネットワーク構成の最適化・効率化も、検討課題となる。
図12は、上述した5種類のネットワーク構成方法で、分散処理に実際に使用するノード数と、ネットワーク全体でノード処理が実際に可能となる量を使用するノードの処理能力の何台分のノード数に当たるかで示した台数(有効ノード数)との関係を示している。
同一ノード数を用い、それぞれの方式でネットワークを構成した場合、ネットワーク全体の処理能力で比較した場合、完全メッシュネットワークが一番で、続いて、ハブネットワーク、ハイパーキューブとなり、リングネットワークやバスネットワークが最悪となる。
しかしながら、完全メッシュネットワークは、1個のノードが他の全てのノードとリンク接続されるため、図13に示すように、ネットワーク全体で必要とするリンクの数が他の方式と比べ膨大な数となっている。
また、ハブネットワークは、全てのノードからの信号がスター状の中心の中継装置を通過するため、図14に示すように、ネットワーク全体のノードの中で必要な処理能力の最大値が、他の方式と比べ、膨大な値となっている。
そのため、従来、複数のノードによりネットワーク全体で分散的に処理する場合、リング総数がそこそこで、ノード必要処理能力がさほど大きくなく、有効ノード数もそれなりの、バス及び又はリングの高次ハイパーキューブネットワーク構造が採用されてきた。この場合、高次とは3次〜4次程度であった。高次ハイパーキューブ構成を用いた場合は、次数(m)を上げれば上げただけ有効ノード数は増えるが、必要なリンク数(=2本)が増えるという問題や、ノード数が小さいときは効率が下がるという問題があった。また図12に示されるように、400台のノードを使用しても5次バスハイパーキューブで有効ノード台数が12台しかなく、メッシュの200台、ハブの166台と比較すると、十分な性能とは言い難い。例えば、同一ネットワークでも、ノードが徐々に増設されていくような場合において、当初のノード数は少ないことが多い。
そのため、種々の観点からのトータル評価が、従来より一段と高くなる新たなデータ転送ネットワークが望まれている。
本発明は、複数のエッジノード間の通信を行うネットワークをローカルネットワークとして複数備え、各ノードがそれぞれ、少なくとも2つの上記ローカルネットワークのエッジノードになっているデータ転送ネットワークであって、各ノードがエッジノードとなっている複数のローカルネットワークの全てがハブネットワークであるか、又は、各ノードがエッジノードとなっている複数のローカルネットワークの一部がハブネットワークであって残部がフルメッシュネットワークであることを特徴とする。
本発明によれば、ハイパー構成におけるローカルネットワークとしてハブネットワークを適用したことにより、ハイパー構成のメリットとハブネットワークのメリットとをバランス良く発揮できるデータ転送ネットワークを実現することができる。
(A)第1の実施形態
以下、本発明によるデータ転送ネットワークの第1の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、第1の実施形態のデータ転送ネットワークのノード配置及びノード間接続構成を示す説明図である。第1の実施形態のデータ転送ネットワークNET1は、図2に示すような共通のコアノードCに対してリンク接続されているN個のエッジノードEを有するハブネットワークHUBを、m次のハイパー構造にしたものである。図1に示したものは、16個のノード(エッジノード)を有するデータ転送ネットワークNET1を、コアノードCに対してリンク接続されている4個のエッジノードEを有するハブネットワークHUBを、2次のハイパー構造にしたもの具体例を示している。
図1において、エッジノードEijは、コアノードCiに係るハブネットワークの要素で、しかも、コアノードCjに係るハブネットワークの要素になっているものであり、しかも、コアノードCiとコアノードCjとは異なっている。また、第1の実施形態の場合、各エッジノードEijは、他のエッジノードExyがリンク接続されているコアノードの組合せCx及びCyと異なる2個のコアノードCi及びCjにリンク接続されているものであり、接続されている2個のコアノードが同じエッジノードは存在しない。
図3は、エッジノードEijの内部構成例を示すブロック図である。図3において、第1の実施形態のエッジノードEijは、自己がリンク接続されている2個のコアノードCi、コアノードCjからの信号をそれぞれ受信する受信部10−i、10−jと、受信データが自ノード宛の場合に内部に取り込むドロップ部11−i、11−jと、自ノードが中継処理する受信データを宛先に応じて交換するスイッチ12と、自ノードが送信元となるデータを送信経路に挿入するアッド部13−i、13−jと、自己がリンク接続されている2個のコアノードCi、コアノードCjへ信号を送信する送信部14−i、14−jとを有している。
なお、コアノードCiは、1個のハブネットワークの要素であるので、その内部構成は既存のものと同様であり、その説明は省略する。なお、コアノードCiが中継機能だけでなく、データのアッド、ドロップ機能を有するノードであっても良い。
第1の実施形態によれば、データ転送ネットワークを、m次のハイパーハブ構成のネットワークにしたことより、ノード数に対する有効ノード数の比率が高く、全リンク数(必要リンク数)や必要最大ノード容量を抑えたネットワークにすることができる。
図4〜図6はそれぞれ、上述した図12〜図14に対して、2次のハイパーハブ構成の特性を書き入れたものであり、これら図面から、上記効果が裏付けられている。
(B)第2の実施形態
次に、本発明によるデータ転送ネットワークの第2の実施形態を、図面を参照しながら説明する。ここで、図7が、第2の実施形態のデータ転送ネットワークのノード配置及びノード間接続構成を示す説明図である。
図1に示した第1の実施形態のデータ転送ネットワークNET1においては、あるエッジノードEijを要素している2個のハブネットワーク(コアノードがCi、Cjのハブネットワーク)は共に、同数(図1では4個)のエッジノードを有するものであった。
第2の実施形態のデータ転送ネットワークNET2は、あるエッジノードEijを要素している2個のハブネットワークのエッジノード数が異なるものであり、その他の点は、第1の実施形態と同様である。
図7に示す第2の実施形態のデータ転送ネットワークNET2は、xz平面に平行な面に全てのエッジノードが配置されているハブネットワークのエッジノード数が6個で、yz平面に平行な面に全てのエッジノードが配置されているハブネットワークのエッジノード数が5個の場合を示している。例えば、エッジノードEijが属する、コアノードCiのハブネットワークの他のエッジノードは、ノードEi2〜Ei6であって、エッジノード数は6個であり、また、エッジノードEijが属する、コアノードCjのハブネットワークの他のエッジノードはノードE2j〜E5jであってエッジノード数は5個である。
以上のように、第2の実施形態においては、2次(m次の場合も同様)の各次数のハブネットワークのエッジノード数が同じではないが、ハブネットワークのハイパー構造を適用しているので、第1の実施形態の場合と同様な効果を奏することができる。
(C)第3の実施形態
次に、本発明によるデータ転送ネットワークの第3の実施形態を、図面を参照しながら説明する。ここで、図8が、第3の実施形態のデータ転送ネットワークのノード配置及びノード間接続構成を示す説明図である。
図8に示す第3の実施形態のデータ転送ネットワークNET3においては、エッジノードEijが縦横に配置されている(図8のものは5行6列)。そして、同一行のエッジノードE11〜E16、…、E51〜E56がそれぞれ、同一の横方向コアノードC1H〜C5Hにリンク接続され、また、同一列のエッジノードE11〜E51、…、E16〜E56がそれぞれ、同一の縦方向コアノードC1L〜C6Lにリンク接続されている。
この第3の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、1個のエッジノードが異なるハブネットワークの要素となって、ハブネットワークのハイパー構成が形成されているので、第1の実施形態の場合と同様な効果を奏することができる。
(D)第4の実施形態
次に、本発明によるデータ転送ネットワークの第4の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
第4の実施形態のデータ転送ネットワークNET4も、エッジノード及びコアノードの配置及びノード間接続構成は、上述した第3の実施形態に係る図8で表すことができる。
上述した第3の実施形態では、横方向コアノードC1H〜C5Hも縦方向コアノードC1L〜C6Lもそれぞれ、直接にはエッジノードにのみリンク接続しているものであった。
この第4の実施形態のデータ転送ネットワークNET4においては、横方向コアノードC1H〜C5Hと縦方向コアノードC1L〜C6Lとの間で、図9に示すように、インターチェンジ接続を適用している。すなわち、各横方向コアノードC1H、…、C5Hはそれぞれ、全ての縦方向コアノードC1L〜C6Lとリンク接続されており、逆に、各縦方向コアノードC1L、…、C6Lはそれぞれ、全ての横方向コアノードC1H〜C5Hとリンク接続されている。
第4の実施形態のデータ転送ネットワークNET4によれば、第3の実施形態のものより、リンク数は多くなるが、ホップ数を軽減することができる。例えば、エッジノードE11からエッジノードE56へデータを転送する場合において、第3の実施形態では、例えば、エッジノードE11→横方向コアノードC1H→エッジノードE16→縦方向コアノードC6L→エッジノードE56の経路で転送され、第4の実施形態では、例えば、エッジノードE11→横方向コアノードC1H→縦方向コアノードC6L→エッジノードE56の経路で転送され、ホップ数が少なくなっている。
(E)第5の実施形態
次に、本発明によるデータ転送ネットワークの第5の実施形態を、図面を参照しながら説明する。ここで、図10が、第5の実施形態のデータ転送ネットワークのノード配置及びノード間接続構成を示す説明図である。
第5の実施形態のデータ転送ネットワークNET5においても、エッジノードEijは、図10(A)に示すように、第3の実施形態や第4の実施形態と同様に、機能的には縦横に配置されている。
そして、同一行のエッジノードE11〜E16、…、E51〜E56がそれぞれ、同一の横方向コアノードC1H〜C5Hにリンク接続され、各行はハブネットワークとなっている。一方、同一列のエッジノードE11〜E51、…、E16〜E56がそれぞれ、図10(B)に第1列について例示するように、フルメッシュネットワークを構成している。
第5の実施形態の場合も、第3の実施形態のものより、リンク数は多くなるが、ホップ数の軽減が期待できる。
なお、第5の実施形態の変形例としては、全ての列がフルメッシュネットワークにするではなく、フルメッシュネットワークの列とハブネットワークの列とが混在するものを挙げることができる。
(F)他の実施形態
上記各実施形態の説明においては、理想的なノード配置及びノード間接続構成を示したが、上記各実施形態から、一部のリンクやノード(全体の10%程度まで)が欠落したものであっても良い。逆に、上記各実施形態の構成に、多少の別のリンクやノードが付加されたものであっても良く、さらには、上記各実施形態のデータ転送ネットワークに、他のネットワークは追加されたものであっても良い
また、上記各実施形態を、主として、2次のハイパー構造で説明したが、3次以上のハイパー構造に対しても、本発明の技術思想を適用できることは勿論である。要は、各ノードが2以上のローカルネットワークの要素であり、各ノードが属する少なくとも1つのローカルネットワークがハブネットワークであり、ハブネットワーク以外のローカルネットワークの種類もフルメッシュネットワークに限定されるものである。
さらに、上記各実施形態におけるハブネットワークは、図11(A)に示すようなコアノードCが中継機能を果たすものであったが、図11(B)に示すようなスイッチ網SWが中継機能を果たすハブネットワークを適用するようにしても良い。特許請求の範囲における用語「ハブネットワーク」には、図11(B)に示すハブネットワークも含まれ、また、特許請求の範囲における用語「コアノード」には、図11(B)におけるスイッチ網SWも含まれる。
上記各実施形態の説明では、本発明のデータ転送ネットワークの用途に言及しなかったが、例えば、一般のインターネットネットワーク、公衆通信網、企業内通信網、LAN、コンピュータ網、分散コンピュータ網、分散ルータ網、交換機網、ルータや各種装置内部等で使用される各種スイッチ網、CPUやメモリをつなぐデータ通信網、CPUなどのLSI内部でのデータ通信網など、ネットワーク全般に本発明を適用し得るものである。
第1の実施形態のデータ転送ネットワークのノード配置及びノード間接続構成を示す説明図である。 ハブネットワークの構成を示す説明図である。 第1の実施形態のエッジノードの内部構成例を示すブロック図である。 第1の実施形態の効果の説明図(その1)である。 第1の実施形態の効果の説明図(その2)である。 第1の実施形態の効果の説明図(その3)である。 第2の実施形態のデータ転送ネットワークのノード配置及びノード間接続構成を示す説明図である。 第3の実施形態のデータ転送ネットワークのノード配置及びノード間接続構成を示す説明図である。 第4の実施形態のデータ転送ネットワークのコアノード間の接続構成を示す説明図である。 第5の実施形態のデータ転送ネットワークのノード配置及びノード間接続構成を示す説明図である。 2種類のハブネットワークを示す説明図である。 従来の課題の説明図(その1)である。 従来の課題の説明図(その2)である。 従来の課題の説明図(その3)である。
符号の説明
NETs(sは変数)…データ転送ネットワーク、Nt(tは変数)…エッジノード、Cu(uは変数)…コアノード。

Claims (2)

  1. 複数のエッジノード間の通信を行うネットワークをローカルネットワークとして複数備え、各ノードがそれぞれ、少なくとも2つの上記ローカルネットワークのエッジノードになっているデータ転送ネットワークであって、
    各ノードがエッジノードとなっている複数のローカルネットワークの全てがハブネットワークであるか、又は、各ノードがエッジノードとなっている複数のローカルネットワークの一部がハブネットワークであって残部がフルメッシュネットワークであることを特徴とするデータ転送ネットワーク。
  2. 各ノードを行列状に配置し、各行及び各列のノードによってそれぞれ、それらをエッジノードとするハブネットワーク構成の上記ローカルネットワークを構成させ、各行のハブネットワークのコアノードを、全ての列のハブネットワークのコアノードにそれぞれのリンクを介して接続し、かつ、各列のハブネットワークのコアノードを、全ての行のハブネットワークのコアノードにそれぞれのリンクを介して接続したことを特徴とする請求項1に記載のデータ転送ネットワーク。
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