JP3998691B2

JP3998691B2 - データ転送ネットワーク

Info

Publication number: JP3998691B2
Application number: JP2005153776A
Authority: JP
Inventors: 正人川原; 秀彰岡山
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2025-05-26
Also published as: US7684328B2; JP2006333063A; US20060268910A1; CN1870560A

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^ｍ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

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。
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。