JP5464266B2 - 通信システムおよびネットワーク管理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、消費電力を制御可能な通信システムおよびネットワーク管理方法に関する。
サーバと、複数の中継用のスイッチ装置と、通信回線（スイッチ装置とサーバとの間または複数のスイッチ装置間を接続する、）とを含む通信システムにおいて、スイッチ装置の消費電力は小さいことが好ましい。また、通信システム全体の消費電力は小さいことが好ましい。
各スイッチ装置は、自律分散的に動作している。すなわち、各スイッチ装置は、自装置が有する情報のみにもとづいて経路選択処理等を実行する。スイッチ装置の全体の消費電力のうちの大部分は、トラフィックの転送処理で費やされる電力である。従って、スイッチ装置の消費電力を低減するために、トラフィックの転送処理に関連した工夫を施すことが考えられる。
ある期間において冗長になるスイッチ装置を当該期間においてシステムから切り離すことによって、すなわちスイッチ装置の電源をオフ状態にすることによって、通信システム全体の消費電力を低減させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
なお、複数のスイッチ装置が存在する通信システムにおけるサーバは、一般に、Ｗｅｂサーバやファイルサーバであって、スイッチ装置の電力制御を行わない。
また、無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムにおけるアクセスポイント装置（ＡＰ）の消費電力を低減する方法として、ＡＰの制御状態を切り替える方法がある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された方法は、ＡＰのＱｏＳ（Quality of Service）を保証するモードでの通信が終了したら、ＡＰを、ＱｏＳは低下するが消費電力が低減されるモードに移行させる方法である。つまり、トラフィックが低下すると予想される場合に、ＡＰのデータ転送能力を下げることによって、ＡＰの消費電力を下げる。
なお、非特許文献１に、一般的なオープンフローに関する技術が記載されている。オープンフローは、通信をエンドツーエンドのフローとして捉え、フロー単位で経路制御、障害回復、負荷分散、最適化等を行う技術である。
特開２００７−２４３７９１号公報 特開２００７−１２４２４９号公報
"OpenFlow: Enabling Innovation in Cam pus Networks "、［online］、Nick McKeown他、［平成２１年７月１７日検索］、インターネット、＜URL ：http://www.openflowswitch.org//documents/openflow-wp-latest.pdf＞
特許文献１に記載されたネットワーク管理システムでは、計算機と、複数の中継用のスイッチ装置と、およびスイッチ装置と計算機との間を接続する通信回線とを含むシステムにおいて、通信システム全体の消費電力を低減するための方法が実施される。しかし、特許文献１に記載されたシステムでは、複数のスイッチ装置と通信回線とによる可能伝送速度が、ある計算機と他の計算機との間でのデータ転送速度を上回る場合に、１つまたは幾つかのスイッチ装置の電源をオフ状態にする制御が行われているにすぎず、複数のスイッチ装置の各々の消費電力にもとづいて制御が実行されるわけではない。すなわち、きめ細かな消費電力制御が実行されていない。
特許文献２に記載された方法によれば、通信環境の変化に応じて一つのスイッチ装置についての消費電力を低減することができるが、複数のスイッチ装置が存在するシステムに適用することは困難である。複数の中継用のスイッチ装置が存在する通信システムにおいて、一般に、各々のスイッチ装置は他のスイッチ装置と協働するので、複数のスイッチ装置の各々のトラフィック量を個別に予測するこは難しいからである。
そこで、本発明は、システム全体のネットワーク情報にもとづいて通信システムの消費電力を低減することができる通信システムおよびネットワーク管理方法を提供することを目的とする。
本発明による通信システムは、モニタ部と、消費電力データ送信部と、制御信号を受信する制御信号受信部と、制御部とを含む複数のスイッチ装置と、消費電力データ送信部が送信した消費電力を示すデータを受信する消費電力データ受信部と、消費電力データ受信部が受信したデータにもとづいて、消費電力に関する制御対象と制御内容とを決定する制御決定部とを備え、モニタ部は、通信メッセージの転送を行うスイッチ部における消費電力をモニタし、消費電力データ送信部は、モニタ部がモニタした消費電力を示すデータを送信し、制御部は、制御信号受信部が受信した制御信号に含まれる制御内容にもとづいてデータ転送レートを制御し、制御決定部は、制御対象として決定したスイッチ部を含むスイッチ装置について、要求最低帯域を下回らないことを条件に、制御内容として、低減後の消費電力に対応する値を決定し、当該スイッチ装置が保証できる帯域が要求最低帯域を下回ることになる場合には、要求最低帯域が確保されることになるまでの減少分を、制御内容として他のスイッチ装置に割り当てることを特徴とする。
本発明によるネットワーク管理方法は、スイッチ装置が、消費電力をモニタし、スイッチ装置が、モニタした消費電力を示すデータを送信し、管理サーバが、複数のスイッチ装置から受信した消費電力を示すデータにもとづいて、消費電力に関する制御対象のスイッチ装置と制御内容とを決定し、管理サーバが、決定した制御対象のスイッチ装置に宛てて制御内容を含む制御信号を送信し、スイッチ装置が、受信した制御信号に含まれる制御内容にもとづいてデータ転送レートを制御し、管理サーバが、制御対象として決定したスイッチ装置について、要求最低帯域を下回らないことを条件に、制御内容として、低減後の消費電力に対応する値を決定し、当該スイッチ装置が保証できる帯域が要求最低帯域を下回ることになる場合には、要求最低帯域が確保されることになるまでの減少分を、制御内容として他のスイッチ装置に割り当てることを特徴とする。
スイッチ装置は、複数のスイッチ装置から受信した消費電力を示すデータにもとづいて消費電力に関する制御対象のスイッチ装置と制御内容とを決定する管理サーバと通信網を介して通信可能なスイッチ装置であって、消費電力をモニタするモニタ部と、モニタ部がモニタした消費電力を示すデータを送信する消費電力データ送信部と、管理サーバから、制御内容を含む制御信号を受信する制御信号受信部と、制御信号受信部が受信した制御信号に含まれる制御内容にもとづいてデータ転送レートを制御する制御部とを備えることが好ましい。
本発明によれば、システム全体のネットワーク情報にもとづいて通信システムの消費電力を低減することができる。
本発明による通信システムの一例を示すブロック図である。 スイッチ装置の構成例を示すブロック図である。 管理サーバの構成例を示すブロック図である。 電力制御テーブルに設定されているデータの一例を示す説明図である。 スイッチ装置の動作と管理サーバの動作を示すフローチャートである。 スイッチ装置の具体的な構成例を示すブロック図である。 オープンフローに適用されるスイッチ装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の要部を示すブロック図である。 本発明の要部を示すブロック図である。 本発明の要部を示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
実施形態１．
図１は、本発明による通信システムの一例を示すブロック図である。図１に示す通信システムは、通信システム全体を管理する管理サーバ１と複数のスイッチ装置２Ａ〜２Ｅ（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ）とを含む。スイッチ装置２Ａ〜２Ｅは、複数のホスト装置（図示せず）間で送受信される通信メッセージを中継するための経路制御等を行う。すなわち、スイッチ装置２Ａ〜２Ｅは、通信メッセージのスイッチング制御を行う。全てのスイッチ装置２Ａ〜２Ｅは、ネットワーク（通信網）３を介して管理サーバ１と通信可能である。なお、図１には、５つのスイッチ装置２Ａ〜２Ｅが示されているが、通信システムにおけるスイッチ装置の数は５つに限定されない。
各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅは、自装置の消費電力を示すデータを管理サーバ１に送信する。管理サーバ１は、各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅから受信したデータが示す消費電力を統合し、統合した消費電力の値にもとづいて、制御された各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅの消費電力を決定する。そして、決定した消費電力を示す制御データを各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅに送信する。各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅは、受信した制御データが示す消費電力に応じたスイッチ制御を実行する。すなわち、自装置が実際に消費する電力が、受信した制御データが示す消費電力になるように、スイッチ制御を実行する。
図２は、各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅの構成例を示すブロック図である。図２に示すように、各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅは、モニタ部２１、送信部２２、制御部２３、受信部２４およびスイッチ処理部２５を備えている。
モニタ部２１は、スイッチ装置の消費電力の計測タイミングを決定する監視用タイマ２１１およびスイッチ装置の消費電力を計測する消費電力モニタ部２１２とを含む。
送信部２２は、通信メッセージを作成するメッセージ生成部２２１、および通信メッセージを出力するポート２２２１，２２２２，・・・，２２２ｎを含む。
制御部２３は、管理サーバ１からの制御メッセージを受信部２４を介して取得し、スイッチ処理部２５に対して制御信号を出力する電力制御信号生成部２３１を含む。なお、メッセージ生成部２２１は、制御部２３に含まれていてもよい。
受信部２４は、通信メッセージを受信するポート２４２１，２４２２，・・・，２４２ｍと、受信された通信メッセージの種別を判別する対象識別部２４１とを含む。
図３は、管理サーバ１の構成例を示すブロック図である。図３に示すように、管理サーバ１は、受信部１１、電力制御部１２、送信部１３およびメッセージ対応制御部１４を備えている。
受信部１１は、ポート１１１と、ポートに入力された通信メッセージを識別する対象識別部１１２とを含む。
電力制御部１２は、記憶部１２１と、記憶部１２１に格納されている電力制御テーブル１２１ａに設定されているデータと対象識別部１１２の識別結果とを用いて消費電力制御を行うべきか否かを判断する判定部１２２とを含む。
送信部１３は、スイッチ装置２Ａ〜２Ｅに送信する制御メッセージを作成する制御メッセージ生成部１３１と、制御メッセージを出力するためのポート１３２とを含む。
図４は、電力制御テーブル１２１ａに設定されているデータの一例を示す説明図である。図４に示す例では、複数のスイッチ装置（スイッチ１，２，３）の各々の消費電力閾値と、通信システムに存在する全てのスイッチ装置の消費電力の総和に対する閾値である総消費電力閾値と、複数のスイッチ装置の各々に求められる最低帯域である要求最低帯域とを示すデータが設定されている。
なお、説明を簡単にするために、図４には、通信システムに３つのスイッチ装置が存在する場合の例が示されている。例えば、スイッチ１は、図１に示されたスイッチ装置２Ａに対応し、スイッチ２は、図１に示されたスイッチ装置２Ｂに対応し、スイッチ３は、図１に示されたスイッチ装置２Ｃに対応する。
また、図４に例示する電力制御テーブルを用いる場合には、判定部１２２は、通信システムに存在する全てのスイッチ装置の消費電力の総和が“総消費電力閾値”を越えた場合に、いずれかのスイッチ装置の消費電力を、要求最低帯域以上の帯域が維持されることを条件として、低下させるように制御する。
また、判定部１２２は、あるスイッチ装置が電力制御テーブル１２１ａに設定されている“消費電力閾値”を越えた場合に、そのスイッチ装置の消費電力を個別に低下させるように制御することもできる。以下、電力制御テーブル１２１ａには、図４に例示したようなスイッチ１〜３（スイッチ装置２Ａ〜２Ｃ）に関する消費電力閾値に加えて、スイッチ装置２Ｄ，２Ｅに関する消費電力閾値も設定されているとする。
次に、図５のフローチャートを参照して消費電力制御に関するスイッチ装置２Ａ〜２Ｅの動作と管理サーバ１の動作とを説明する。
各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅにおいて、監視用タイマ２１１は、定期的に信号を消費電力モニタ部２１２に対して出力する。消費電力モニタ部２１２は、監視用タイマ２１１から信号が入力されると、自装置の消費電力を計測する（ステップＳ１）。消費電力モニタ部２１２は、自装置の全体の消費電力を計測してもよいが、自装置の中で一般に最も消費電力が大きいブロックであるスイッチ処理部２５の消費電力、またはスイッチ処理部２５における特定のデバイス（スイッチング処理に関わる主要なデバイス）の消費電力を計測してもよい。
消費電力モニタ部２１２は、計測した消費電力を示すデータを送信部２２におけるメッセージ生成部２２１に対して出力する。メッセージ生成部２２１は、消費電力を示すデータを、あらかじめ決められている形式の通信メッセージにした後、ポート２２２１〜２２２ｎのうちのいずれかのポートから、管理サーバ１に宛てて送信する（ステップＳ２）。消費電力を示すデータを含む通信メッセージは、ネットワーク３を介して管理サーバ１に到達する。なお、あらかじめ決められている形式には、少なくとも、管理サーバ１宛のメッセージであることを示す情報、消費電力を示すデータ、および送信元のスイッチ装置を特定可能な情報が含まれる。
管理サーバ１において、通信メッセージは、受信部１１のポート１１１を介して対象判別部１１２で受信される。対象判別部１１２は、受信された通信メッセージが、消費電力を示すデータを含む通信メッセージであるか否か判定する。すなわち、消費電力を示すデータを含む通信メッセージと他の通信メッセージとを判別する。
対象判別部１１２は、消費電力を示すデータを含む通信メッセージを、電力制御部１２における判定部１２２に対して出力する。また、消費電力を示すデータを含む通信メッセージ以外の通信メッセージを、メッセージ対応制御部１４に対して出力する。
消費電力を示すデータを含む通信メッセージ以外の通信メッセージとして、例えば、スイッチ装置間で送受信されるデータの経路を問い合わせる問い合わせメッセージがある。メッセージ対応制御部１４は、データの経路を問い合わせる通信メッセージが入力された場合には、経路を決定するとともに、決定した経路を示す制御メッセージを、問い合わせメッセージの送信元に返送するための制御を行う。
電力制御部１２において、判定部１２２は、入力された通信メッセージに含まれている消費電力を示すデータにもとづいて、消費電力制御を行うべきか否か判定する。消費電力制御を行うべきか否かの判定方法として、以下のような方法がある。
判定部１２２は、例えば、通信システムにおける全てのスイッチ装置２Ａ〜２Ｅから受信された通信メッセージに含まれている消費電力を示すデータにもとづいて、全てのスイッチ装置２Ａ〜２Ｅの消費電力の総和を算出する。また、判定部１２２は、記憶部１２１から電力制御テーブル１２１ａのデータを読み出す。そして、判定部１２２は、算出した総和が、電力制御テーブル１２１ａに設定されている総消費電力閾値を越えているか否か判定する。算出した総和が総消費電力閾値を越えていないと判定した場合には、消費電力制御を行う必要はないと判断する。
また、判定部１２２は、算出した総和が総消費電力閾値を越えている場合には、消費電力制御を行うべきであると判断する。判定部１２２が消費電力制御を行うべきであると判断した場合には、制御決定部１２３は、あらかじめ決められているルールにもとづいて消費電力の制御対象と制御内容とを決定する（ステップＳ３）。
ルールの一例として、通信システムにおける全てのスイッチ装置２Ａ〜２Ｅのうち消費電力が最大であるスイッチ装置を制御対象にするというルールが考えられる。その場合、消費電力が最大であるスイッチ装置として、消費電力の値そのもの最大であるスイッチ装置を選択してもよいが、消費電力閾値に対する増分が最大であるスイッチ装置を選択してもよい。
また、制御決定部１２３は、制御対象として、消費電力が最大であるスイッチ装置に代えて、あらかじめ決められているスイッチ装置の優先度に従って、最も優先度が低いスイッチ装置を選択してもよい。また、制御決定部１２３は、制御対象として、最も多いポートを有するスイッチ装置を選択してもよい。また、制御決定部１２３は、制御対象として、エントリ数が最も少ないスイッチ装置を選択してもよい。
そして、制御決定部１２３は、通信システムにおける全てのスイッチ装置２Ａ〜２Ｅの消費電力の総和を総消費電力閾値以下にするために、制御対象としたスイッチ装置の消費電力の減少分を算出する。ただし、減少分だけ消費電力を低減させると、そのスイッチ装置が保証できる帯域が、要求最低帯域を下回ることになる場合には、制御決定部１２３は、要求最低帯域が確保されることになるまでの減少分を、当該スイッチ装置に割り当てる。また、通信システムにおける全てのスイッチ装置２Ａ〜２Ｅの消費電力の総和を総消費電力閾値以下にするための減少分の残りを、他のスイッチ装置（例えば、２番目に消費電力が大きいスイッチ装置）に割り当てる。なお、この例では、消費電力の減少分が制御内容に相当する。
次いで、制御決定部１２３は、決定した制御対象と制御内容とを示すデータを、送信部１３における制御メッセージ生成部１３１に対して出力する。制御メッセージ生成部１３１は、あらかじめ決められている形式の制御メッセージを作成する。あらかじめ決められている形式には、少なくとも、制御対象としてのスイッチ装置を特定可能な情報、制御内容である消費電力を示すデータ、および送信元である管理サーバ１を特定可能な情報が含まれる。そして、制御メッセージ生成部１３１は、作成した制御メッセージを、ポート１３２を介してネットワーク３に送信する（ステップＳ４）。制御対象としてのスイッチ装置において、制御メッセージは、ポート２４２１，２４２２，・・・，２４２ｍのいずれかを介して対象識別部２４１で受信される。
対象識別部２４１は、通信メッセージを受信すると、その通信メッセージが管理サーバ１からの制御メッセージであるか否か判定する。すなわち、対象識別部２４１は、受信した通信メッセージが制御メッセージであるか複数のホスト装置間で送受信される通信メッセージであるか識別する。
対象識別部２４１は、受信した通信メッセージがホスト装置間で送受信される通信メッセージであると判定した場合には、その通信メッセージを、スイッチ処理部２５に対して出力する。スイッチ処理部２５は、通信メッセージのスイッチング制御（経路選択等）を行う。
対象識別部２４１は、受信した通信メッセージが管理サーバ１からの制御メッセージであると判定した場合には、通信メッセージすなわち制御メッセージを、制御部２３における電力制御信号生成部２３１に対して出力する。
電力制御信号生成部２３１は、制御メッセージに含まれている制御内容に従った制御信号を作成し、作成した制御信号をスイッチ処理部２５に対して出力する。制御信号には、制御内容としての消費電力の減少を実現するための縮小した帯域幅を示す情報が含まれる。なお、電力制御信号生成部２３１は、削減した帯域幅を決定するために、例えば、スイッチ処理部２５におけるデータ転送速度（データ転送レート）と消費電力との関係が設定されたテーブルを使用する。その場合、減少した後の消費電力に対応する帯域幅すなわちデータ転送レートをテーブルから読み出し、読み出したデータ転送レートを削減後の帯域幅とする。
なお、電力制御信号生成部２３１は、減少後の消費電力を示す制御信号を出力し、スイッチ処理部２５が、入力された制御信号にもとづいて、削減した帯域幅を決定するようにしてもよい。
スイッチ処理部２５は、制御信号で指定されたデータ転送レートを実現するために、例えば、シェーピングを行う。すなわち、スイッチ処理部２５は、制御信号で指定されたデータ転送レートを越えるような通信メッセージをバッファメモリに一時格納し、通信メッセージに対する制御（スイッチング）を延期する。シェーピングによって、実質的なデータ転送レートは低下する。
なお、スイッチ処理部２５は、指定されたデータ転送レートにまで一時にデータ転送レートが低下するようにシェーピングを行ってもよいが、指定されたデータ転送レートになるまで徐々にシェーピングの程度を上昇させてもよい。
また、シェーピングによってデータ転送レートを低下させるのではなく、通信メッセージの転送ルートを変更することによって、制御対象になったスイッチ装置における実質的なデータ転送レートを低下させるようにしてもよい。
また、シェーピングを使用することに加えて、スイッチ処理部２５の内部においてデータ転送速度自体を低下させるようにしてもよい。例えば、スイッチ処理部２５において、シェーピングを行うことによりスイッチコアのクロック周波数を低下させても内部動作に問題がないと判断されれば、スイッチングを行う部位（スイッチコア）におけるデータ転送クロック信号の周波数を低下させるようにしてもよい。また、スイッチコアが複数のＣＰＵコアを有する場合には、稼働するＣＰＵコアの数を減らすようにしてもよい。
以上のような制御によって、通信システムに存在する複数のスイッチ装置の消費電力の総和があらかじめ決められている所定値（この例では、総消費電力閾値）を越えた場合に、管理サーバ１の制御によって特定のスイッチ装置の消費電力が低減され、複数のスイッチ装置の消費電力の総和を所定値以下に抑えることができる。
なお、管理サーバ１は、例えば、通信システムに存在する複数のスイッチ装置の消費電力の総和が、総消費電力閾値以下の値である状態が所定期間継続したら、消費電力低減の制御対象であったスイッチ装置に対して消費電力の増加を許容するための制御メッセージを送信する。消費電力低減の制御対象であったスイッチ装置は、そのような制御メッセージを受信したときに、データ転送レートを元のレートに戻す。
また、本実施形態では、各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅは、監視用タイマ２１１を用いて定期的に消費電力を示すデータを含む通信メッセージを送信したが、そのような送信方法に代えて、管理サーバ１が各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅに対して要求メッセージを送信し、各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅは、要求メッセージを受信したときに、消費電力を示すデータを含む通信メッセージを送信するようにしてもよい。
また、通信メッセージに含まれる消費電力を示すデータは、電力の瞬時値であってもよいし、所定期間における平均電力量であってもよい。
また、各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅは、消費電力を示すデータを含む通信メッセージを送信するときに、併せて統計情報を管理サーバ１に送信してもよい。統計情報として、例えば、特定のホスト装置に向かうトラフィック量がある。さらに、各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅは、統計情報に加えて、または統計情報を送らずに、あらかじめ決められているスイッチ装置の振る舞いを示す情報等を送信してもよい。、
また、管理サーバ１は、各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅから送信された消費電力を示すデータを履歴情報として記憶部１２１に保存してもよい。その場合、制御決定部１２３は、履歴情報にもとづいて制御対象を決定してもよい。また、履歴情報を、通信システムの改善のために使用することができる。例えば、頻繁に大きな消費電力を示すデータを送信するスイッチ装置がある場合に、そのスイッチ装置の負荷を軽減するために、新たなスイッチ装置を設置するようにすることができる。
また、管理サーバ１は、通信システムに存在する複数のスイッチ装置の消費電力の総和を総消費電力閾値以下に維持するための上記の動作を常に実行するのではなく、所定の時間帯に限って上記の動作を実行するようにしてもよい。その場合、各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅが定期的に消費電力を示すデータを含む通信メッセージを送信するように構成されているときには、所定の時間帯以外の期間では、その通信メッセージを無視する。管理サーバ１が各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅに対して消費電力を示すデータを要求する要求メッセージを送信するように構成されているときには、管理サーバ１は、所定の時間帯以外の期間において、要求メッセージを送信しない。
なお、各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅは、ＳＳＬ（Secure Socket Layer ）プロトコル等のようなセキュリティが確保される通信によって管理サーバ１に通信メッセージを送信することが好ましいが、ＳＳＬプロトコル等を用いない一般的ＩＰ通信によって通信メッセージを送信してもよい。
また、上記の通信システムは、インターネット等によるＷＡＮ（Wide Area Network ）だけでなく、イーサネット（登録商標）等によるＬＡＮにも適用することができる。
次に、本発明によるネットワーク管理方式の具体的な実施例を説明する。図６は、各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅの具体的な構成例を示すブロック図である。図６に示す例では、スイッチ処理部２５は、パケットのルーティング処理等を行うスイッチコア２５１、転送テーブルが格納されているＳＲＡＭ（Static Random Access Memory ）２５２、転送テーブルを検索する機能を有するメモリであるＴＣＡＭ（Ternary Content Addressable Memory）２５３、およびスイッチコア２５１に入力されるトラフィックを制御する帯域制御部２５４を含む。なお、帯域制御部２５４は、スイッチ処理部２５の外部に設けられているブロックであってもよい。
図６に示されたスイッチ処理部２５において、スイッチコア２５１は、ＳＲＡＭ２５２に格納されている転送テーブルを、ＴＣＡＭ２５３を用いて高速検索する。
また、図６に示された構成において、消費電力モニタ部２１２による消費電力の計測対象はスイッチコア２５１であるが、スイッチ装置全体の消費電力を計測対象にしてもよいし、ＴＣＡＭ２５３の消費電力を計測対象にしてもよい。
また、制御部２３において、電力制御信号生成部２３１の具体例である帯域制御信号生成部２３１ａが設けられている。
図６に示された各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅにおいて、対象識別部２４１は、受信した通信メッセージが管理サーバ１からの制御メッセージであるか複数のホスト装置間で送受信される通信メッセージであるか識別する。
対象識別部２４１は、受信した通信メッセージがホスト装置間で送受信される通信メッセージであると判定した場合には、その通信メッセージを、スイッチ処理部２５における帯域制御部２５４に対して出力する。対象識別部２４１は、受信した通信メッセージが管理サーバ１からの制御メッセージであると判定した場合には、通信メッセージすなわち制御メッセージを、制御部２３における帯域制御信号生成部２３１ａに対して出力する。
帯域制御信号生成部２３１ａは、制御メッセージに含まれている制御内容に従った帯域制御信号を作成し、作成した帯域制御信号をスイッチ処理部２５に対して出力する。帯域制御信号には、制御内容としての消費電力の減少を実現するための縮小した帯域幅を示す情報が含まれる。なお、帯域制御信号生成部２３１ａ、削減した帯域幅を決定するために、例えば、スイッチコア２５１におけるデータ転送速度（データ転送レート）と消費電力との関係が設定されたテーブルを使用する。その場合、減少した後の消費電力に対応する帯域幅すなわちデータ転送レートをテーブルから読み出し、読み出したデータ転送レートを削減後の帯域幅とする。
帯域制御部２５４は、制御信号で指定されたデータ転送レートを実現するために、例えば、シェーピングを行う。すなわち、シェーピングによって、指定されたデータ転送レートを越えるレートでトラフィックがスイッチコア２５１に入力されないように制御する。
なお、帯域制御部２５４は、シェーピングによってデータ転送レートを低下させるのではなく、通信メッセージの転送ルートを変更することによって、実質的なデータ転送レートを低下させるようにしてもよい。
以上のような制御によって、スイッチコア２５１は、帯域制限されたデータ転送レートでパケットの転送を行うので、スイッチ装置の消費電力は、帯域制限されたデータ転送レートに対応する消費電力以下に低減する。
第１の実施例では、スイッチコア２５１に入力されるトラフィックが減少するので、スイッチコア２５１の消費電力が低下する。また、ＴＣＡＭ２５３による単位時間あたりの検索回数が減少するので、そのことも消費電力の低減に貢献する。
次に、本発明をオープンフローに適用した実施例を説明する。オープンフローにおいて、転送ノードとして機能するオープンフロースイッチ（ＯＦＳ）は、オープンフロープロトコルに従ってオープンフローコントローラ（ＯＦＣ：管理サーバ１に相当）により追加および更新されるフローテーブルに従って動作する。フローテーブルには、パケットを特定するパケットマッチングルールと、特定のポートに出力したり廃棄したりヘッダを書き換えるといったアクションとの組がフローエントリとして登録される。オープンフロースイッチは、該当するエントリがあった場合に、エントリに記載されたアクションに従って受信パケットの処理を行い、該当エントリがない場合は、オープンフロープロトコル制御部にパケットの受信を通知する。
図７は、本発明がオープンフローに適用される場合のスイッチ装置２Ａの構成例を、ネットワーク３および管理サーバ１に相当するＯＦＣ１１とともに示すブロック図である。図７には、スイッチ装置２Ａのみが示されているが、通信システムには、他のスイッチ装置２Ｂ〜２Ｅも存在する（図１参照）。なお、本実施例では、スイッチ装置２Ａ〜２Ｅは、ＯＦＳである。
スイッチ装置（ＯＦＳ）２Ａ〜２Ｅにおいて、モニタ部２１は、図２に示されたように監視用タイマと消費電力モニタ部とを含む。監視用タイマは、定期的に信号を消費電力モニタ部に対して出力する。消費電力モニタ部は、監視用タイマから信号が入力されると、自装置の消費電力を計測する。消費電力モニタ部は、自装置の全体の消費電力を計測してもよいが、スイッチ処理部２５の消費電力、またはスイッチ処理部２５における特定のデバイス（スイッチング処理に関わる主要なデバイス）の消費電力を計測してもよい。そして、消費電力モニタ部は、計測した消費電力を示すデータを送信部２２に対して出力する。送信部２２は、消費電力を示すデータを一時記憶する。なお、送信部２２は図２に示されたようにメッセージ生成部を含むが、メッセージ生成部は制御部２３に含まれていてもよい。
受信部２４は、ＯＦＣ１１から消費電力に関するメッセージを受信すると、受信したメッセージを制御部２３に対して出力する。制御部２３は、受信部２４から入力されたメッセージを解釈し、メッセージがRead-Stateメッセージである場合には、Read-Stateメッセージを受信した旨を送信部２２に伝える。送信部２５におけるメッセージ生成部は、フロー統計情報（Vendor Statistics )における消費電力情報に、一時記憶している消費電力を示すデータを設定し、フロー統計情報をＯＦＣ１１に送信する。
なお、本実施例では、消費電力モニタ部は定期的に消費電力を計測するが、ＯＦＣ１１から消費電力に関するメッセージを受信したときに、消費電力を計測するようにしてもよい。その場合、ＯＦＣ１１は、通信システム内の各スイッチ装置（ＯＦＳ）２Ａ〜２Ｅから消費電力情報を収集すべき時期が到来すると、Read-StateメッセージをＳＳＬで各スイッチ装置２Ａ〜２Ｅに宛てて送信する。
そして、各スイッチ装置（ＯＦＳ）２Ａ〜２Ｅからフロー統計情報を受信すると、既に説明したように（第１の実施形態を参照）、制御対象のスイッチ装置と制御内容とを決定する。そして、制御対象のスイッチ装置に宛てて、制御内容が設定されたVendor メッセージを送信する。
ＯＦＳにおいて、Vendor メッセージは受信部２４で受信される。受信部２４は、ＯＦＣ１１から受信したVendor メッセージを制御部２３に対して出力する。制御部２３は、第１の実施形態の場合と同様に、Vendor メッセージに含まれている制御内容に従った制御信号を作成し、作成した制御信号をスイッチ処理部２５に対して出力する。制御信号には、制御内容としての消費電力の減少を実現するための縮小した帯域幅を示す情報が含まれる。
スイッチ処理部２５において、ＱｏＳ制御部２５４ａは、制御信号で指定されたデータ転送レートを実現するために、特定フローについて、シェーピング等によって、スイッチコア２５１に入力されるトラフィックを制限する。
図８は、本発明による通信システムの要部を示すブロック図である。図８に示すように、通信システムは、通信メッセージの転送を行うスイッチ部２０（実施形態では、スイッチ処理部２５やスイッチ装置全体で実現されている。）における消費電力をモニタするモニタ部２０１（実施形態では、モニタ部２１で実現されている。）と、モニタ部２０１がモニタした消費電力を示すデータを送信する消費電力データ送信部２０２（実施形態では、送信部２２で実現されている。）と、制御信号を受信する制御信号受信部２０３（実施形態では、受信部２４で実現されている。）と、制御信号受信部２０３が受信した制御信号に含まれる制御内容にもとづいてデータ転送レートを制御する制御部２０４（実施形態では、制御部２３で実現されている。）と、消費電力データ送信部２０２が送信した消費電力を示すデータを受信する消費電力データ受信部３０１（実施形態では、受信部１１で実現されている。）と、消費電力データ受信部３０１が受信したデータにもとづいて、消費電力に関する制御対象と制御内容とを決定する制御決定部３０２（実施形態では、制御決定部１２３で実現されている。）と、制御決定部３０２が決定した制御対象と制御内容を含む制御信号を送信する制御信号送信部３０３（実施形態では、送信部１３で実現されている。）とを備えている。
上記の実施形態および実施例には、以下のような通信システムも開示されている。
（１）制御部２０４が、スイッチ部２０に入力されるトラフィックを制御する通信システム。
（２）図９に示すように、制御決定部３０２が、通信システム全体の消費電力閾値が設定されたデータテーブル３０２ａを有し、消費電力データ受信部３０１が複数の消費電力データ送信部２０３から受信したデータで示される消費電力の総和が消費電力閾値を越えた場合に、各々がスイッチ部２０を含む複数のスイッチ装置２Ａ〜２Ｅのうちあらかじめ決められているルールにもとづいて選択されるスイッチ装置を制御対象として決定する通信システム。
（３）データテーブル３０２ａには、各々のスイッチ装置に対する要求最低帯域を示すデータが設定され、制御決定部３０２は、制御対象として決定したスイッチ装置について、要求最低帯域を下回らないことを条件に、制御内容として、低減後の消費電力に対応する値を決定する通信システム。
（４）制御決定部３０２が、あらかじめ決められている時間帯に、制御対象と制御内容とを決定する通信システム。
（５）図１０に示すように、消費電力データ受信部３０１と、制御決定部３０２と、制御信号送信部３０３とを含む管理サーバ１と、モニタ部２０１と、消費電力データ送信部２０２と、制御信号受信部２０３と、制御部２０４とを含むスイッチ装置２とが設けられている通信システム。
以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１０年２月２４日に出願された日本特許出願２０１０−０３８１６９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１ 管理サーバ
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ スイッチ装置
１１ 受信部
１２ 電力制御部
１３ 送信部
１４ メッセージ対応部
２０ スイッチ部
２１ モニタ部
２２ 送信部
２３ 制御部
２４ 受信部
２５ スイッチ処理部
１１１ ポート
１１２ 対象識別部
１２１ 記憶部
１２１ａ 電力制御テーブル
１２２ 判定部
１２３ 制御決定部
１３１ 制御メッセージ生成部
１３２ ポート
２１１ 監視用タイマ
２１２ 消費電力モニタ部
２２１ メッセージ生成部
２２２１，２２２２，・・・，２２２ｎ ポート
２３１ 電力制御信号生成部
２４１ 対象識別部
２４２１，２４２２，・・・，２４２ｍ ポート
２５１ スイッチコア
２５２ ＴＣＡＭ
２５３ ＳＲＡＭ
２５４ 帯域制御部
２５４ａ ＱｏＳ制御部

Claims (8)

  1. モニタ部と、消費電力データ送信部と、制御信号を受信する制御信号受信部と、制御部とを含む複数のスイッチ装置と、
    前記消費電力データ送信部が送信した消費電力を示すデータを受信する消費電力データ受信部と、
    前記消費電力データ受信部が受信したデータにもとづいて、消費電力に関する制御対象と制御内容とを決定する制御決定部とを備え、
    前記モニタ部は、通信メッセージの転送を行うスイッチ部における消費電力をモニタし、
    前記消費電力データ送信部は、前記モニタ部がモニタした消費電力を示すデータを送信し、
    前記制御部は、前記制御信号受信部が受信した制御信号に含まれる制御内容にもとづいてデータ転送レートを制御し、
    前記制御決定部は、制御対象として決定した前記スイッチ部を含むスイッチ装置について、要求最低帯域を下回らないことを条件に、制御内容として、低減後の消費電力に対応する値を決定し、当該スイッチ装置が保証できる帯域が前記要求最低帯域を下回ることになる場合には、要求最低帯域が確保されることになるまでの減少分を、制御内容として他のスイッチ装置に割り当てる
    ことを特徴とする通信システム。
  2. 前記制御部は、前記スイッチ部に入力されるトラフィックを制御する
    請求項１記載の通信システム。
  3. 前記制御決定部は、
    通信システム全体の消費電力閾値が設定されたデータテーブルを有し、
    前記消費電力データ受信部が複数の消費電力データ送信部から受信したデータで示される消費電力の総和が前記消費電力閾値を越えた場合に、各々が前記スイッチ部を含む複数のスイッチ装置のうちあらかじめ決められているルールにもとづいて選択されるスイッチ装置を制御対象として決定する
    請求項１または請求項２記載の通信システム。
  4. 前記データテーブルには、各々のスイッチ装置に対する要求最低帯域を示すデータが設定されている
    請求項３記載の通信システム。
  5. 前記制御決定部は、あらかじめ決められている時間帯に、制御対象と制御内容とを決定する
    請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の通信システム。
  6. 複数のスイッチ装置と通信網を介して通信を行う管理サーバが設けられ、
    前記管理サーバは、前記消費電力データ受信部と、前記制御決定部と、制御信号送信部とを含む
    請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の通信システム。
  7. 通信メッセージの転送を行う複数のスイッチ装置と、複数のスイッチ装置と通信網を介して通信を行う管理サーバとを含む通信システムで実行されるネットワーク管理方法であって、
    前記スイッチ装置が、消費電力をモニタし、
    前記スイッチ装置が、モニタした消費電力を示すデータを送信し、
    前記管理サーバが、前記複数のスイッチ装置から受信した消費電力を示すデータにもとづいて、消費電力に関する制御対象のスイッチ装置と制御内容とを決定し、
    前記管理サーバが、決定した制御対象のスイッチ装置に宛てて前記制御内容を含む制御信号を送信し、
    前記スイッチ装置が、受信した制御信号に含まれる制御内容にもとづいてデータ転送レートを制御し、
    前記管理サーバが、制御対象として決定した前記スイッチ装置について、要求最低帯域を下回らないことを条件に、制御内容として、低減後の消費電力に対応する値を決定し、当該スイッチ装置が保証できる帯域が前記要求最低帯域を下回ることになる場合には、要求最低帯域が確保されることになるまでの減少分を、制御内容として他のスイッチ装置に割り当てる
    ことを特徴とするネットワーク管理方法。
  8. 前記スイッチ装置が、受信した制御信号に含まれる制御内容にもとづいて該スイッチ装置に入力されるトラフィックを制御する
    請求項７記載のネットワーク管理方法。
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