JP6005600B2 - Ｔｄｍネットワークシステムおよびスケジューリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、時分割多重（Time Division Multiplexing: ＴＤＭ）技術を用いたネットワークシステムにおいて、動的にリソース割当を行う装置およびリソース割当方法（スケジューリング方法）に関する。

ＴＤＭネットワークでは、ノード間のデータ転送を、事前にデータを送りあうタイミング（タイムスロット（ＴＳ）と称する）を決めて行っている。図１８は従来のＴＤＭネットワークシステムによるデータ転送方法を説明するための図である。

ＴＤＭネットワークシステムでは、効率的なデータ転送のためにはＴＳを可能な限り隙間なく割り当てる必要がある。そのため、各ノード間の通信ＴＳを決定するスケジューリングを事前に行っている。

ネットワーク（ＮＷ）内の各リンク上に規定されたＴＳの割当状況を表すテーブルをスケジュールテーブルと呼ぶ。スケジューリングは、このテーブル上に通信を割り当てていく操作に相当する。ＴＤＭネットワークシステムでは、複数のＴＳからなるＴＤＭフレーム長（ｔ）を単位として繰り返し動作を行う。

図１８を参照すると、ノードＡ→ノードＢ→ノードＣの経由リンクで共通のタイムスロット（Ｓ１）を割り当てた場合、ノードＢ→ノードＣの同一リンクで同じタイムスロットは使えない。ノードＢ→ノードＣ→ノードＤの経由リンクには、別のタイムスロット（Ｓ２、Ｓ３）を割り当てている。

このようにして、ＴＤＭネットワークシステムでは、事前にデータ転送スケジュールを決定し、運用している。

ＴＤＭスケジューリング方法に関しては、様々なヒューリスティック法があり、例えば非特許文献１の方法が挙げられる。与えられたトポロジ、トラヒックに対し１パスずつ順にＴＳを割り当てる方法である。

本出願の発明者らは、通信トラヒックに応じて動的（例えば、 秒オーダ以下）にＮＷ内の帯域割当を行うＮＷシステムを大規模化するために、階層化方式（非特許文献２参照）およびRip-up & Re-allocate方式（非特許文献３）を考案している。

非特許文献２に開示された階層化方式では、リソース割当問題（前述のスケジューリングと同義）を、小規模な単位に分割し、 それぞれを独立に解くことで割当計算の高速化を図っている。

非特許文献３に開示されたRip-up & Re-allocate方式では、トラヒック変動の差分のみに着目したリソース割当（前述のスケジューリングと同義）を行って、変動が生じていない箇所を計算の対象外とすることで、割当計算の高速化を図っている。

K. Gokyu, K. Baba, and M. Murata, "Path accommodation methods for unidirectional rings with optical compression TDM," IEICE Transactions on Communications, vol. E83-B, pp. 2294-2303, Oct. 2000 中川、服部、君島、片山、三澤、平松、"階層化を用いた光TDMスケジューリング方式HOTS の提案," 信学会ソサイエティ大会, B-6-25、2012年9月 中川、服部、君島、片山、三澤、"光L2 スイッチネットワークにおけるトラヒック変動差分に着目した動的帯域割当方式Rip-up & Re-allocateの提案," 信学会総合大会, B-6-3、2013年3月

従来の方法では、ＮＷの規模が大きくなると、同一の計算リソースでは、ＮＷ制御に必要なＴＳ割当計算に時間がかかってしまい、高速化の効果が不十分なおそれがある。

本発明は上述したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、大規模ネットワークでのタイムスロット割当計算を高速かつ効率よく行うことを可能にしたＴＤＭネットワークシステムおよびスケジューリング方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のＴＤＭネットワークシステムは、
タイムスロットスケジュールにしたがってタイムスロット単位で隣接する他のノードにデータ転送を行う複数のノードを含むネットワークと、
前記複数のノードのうちいずれか１つのノードに接続され、前記ネットワークのトラヒックを集計し、集計したトラヒックに基づいて前記タイムスロットスケジュールを作成するスケジューラと、を有し、
前記スケジューラは、
集計したトラヒックから必要となるタイムスロット数を算出し、前記ネットワークに含まれる複数のノードをグループ化し、各グループのトラヒック変動差分を算出し、その差分の情報に基づいて、グループ内のスケジューリングおよびグループ間のスケジューリングをそれぞれ行い、グループ内のスケジューリング結果を、グループ間のスケジューリング結果に当てはめて、システム全体の前記タイムスロットスケジュールを決定する構成である。

また、本発明のスケジューリング方法は、タイムスロットスケジュールにしたがってタイムスロット単位で隣接する他のノードにデータ転送を行う複数のノードを含むネットワークに対して、前記タイムスロットスケジュールを提供するスケジューラによるスケジューリング方法であって、
前記ネットワークで集計したトラヒックから必要となるタイムスロット数を算出し、
前記ネットワークに含まれる複数のノードをグループ化し、各グループのトラヒック変動差分を算出し、
算出した差分の情報に基づいて、グループ内のスケジューリングおよびグループ間のスケジューリングをそれぞれ行い、
前記グループ内のスケジューリングの結果を、グループ間のスケジューリング結果に当てはめて、システム全体の前記タイムスロットスケジュールを決定するものである。

本発明によれば、ネットワーク制御に必要なＴＳ割当計算の時間を短縮することが可能となり、より大規模なネットワークシステムを提供することができる。

第１の実施形態のＴＤＭネットワークシステムの一構成例を示すブロック図である。 図１に示したノードの構成例を示すブロック図である。 図１に示したスケジューラの一構成例を示すブロック図である。 図２に示した演算装置およびメモリを組み合わせたものを機能ブロックに置き換えたものである。 第１の実施形態のスケジューラの動作手順を示すフローチャートである。 図５に示したステップ２０３における処理を示すフローチャートである。 スケジューリング高速化の仕組みを説明するための図である。 トラヒックの偏りによって生じる課題を説明するための図である。 第２の実施形態のＴＤＭネットワークシステムによる動作を説明するための図である。 動的グループリアレンジの様子をイメージした模式図である。 実施例１のＴＤＭネットワークシステムにおけるスケジューラの構成例を示すブロック図である。 実施例２のＴＤＭネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。 実施例３のＴＤＭネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。 実施例４のＴＤＭネットワークシステムにおけるスケジューラの構成例を示すブロック図である。 図１４に示す各種信号を説明するための表である。 第３の実施形態のＴＤＭネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。 第３の実施形態のＴＤＭネットワークシステムの動作を説明するための図である。 従来のＴＤＭネットワークシステムによるデータ転送方法を説明するための図である。

本発明のＴＤＭネットワークシステムおよびスケジューリング方法について、ネットワーク構成がリングトポロジの場合で実施形態を説明する。

なお、実施形態では、説明の便宜上、片方向リング、リンクあたりで同一スロットに同時に接続可能なチャネルは１つ（ファイバ多重や波長多重を行わない）とする。例えば、波長数が１、ＴＤＭフレーム長が１０ｍｓ、ＴＳ長が１００μｓである。双方向リングをはじめ任意トポロジおよび波長多重を行った場合においても、本発明を適用することが可能である。これにより、各リンクの各波長上でリンクスケジュールテーブルが作成される。また、スケジューリングは全てスケジューラの内部で実行される処理であるものとする。

（第１の実施形態）
本実施形態のＴＤＭネットワークシステムの構成を説明する。

図１は本実施形態のＴＤＭネットワークシステムの一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、ノード２０ａ〜２０ｅがリング状に接続され、各ノードにはホストコンピュータ３０が接続されている。ノード２０ａにスケジューラ１０が接続されている。

図２は図１に示したノードの構成例を示すブロック図である。図３は図１に示したスケジューラの一構成例を示すブロック図である。

図２に示すように、ノード２０ａ〜２０ｅのそれぞれは、コントローラ２１と、スイッチ２２と、Ｔｘ（Transmitter）２３と、Ｒｘ（Receiver）２４と、バッファ２５と、ＩＯ２６とを有する。図３に示すように、スケジューラ１０は、演算装置１１と、メモリ１３と、ＩＯ（入出力部）１５とを有する。

表１はノード２０ａ〜２０ｅの各ノードについて、入力信号、処理内容および出力信号の概要を示す。

表２はスケジューラ１０ついて、入力信号、処理内容および出力信号の概要を示す。

図４は図２に示した演算装置およびメモリを組み合わせたものを機能ブロックに置き換えたものである。図２に示した演算装置１１およびメモリ１３は、階層化方式に関連する構成と、Rip-up & Re-allocate方式に関連する構成と、これら２つの方式の組み合わせによって新たに追加された構成とを有する。

図４に示す構成のうち、階層化方式に関連する構成は、ノードグルーパ１２１、トラヒック情報保持部１２２、ノード制御信号生成部１２３、実スケジュールテーブル保持部１２４、実スケジュールテーブル算出部１２５、グループ内スケジュールテーブル保持部１２６、グループ間スケジュールテーブル保持部１２７である。

Rip-up & Re-allocate方式に関連する構成は、増加分貼り付け変更部１３１、減少分剥ぎ取り変更部１３２、増加分貼り付け変更部１３３、減少分剥ぎ取り変更部１３４、タイマ１３５である。

これら２つの方式の組み合わせにより、本実施形態で追加された構成は、グループ内トラヒック変動差分算出部１１１、グループ内トラヒック変動差分保持部１１２、グループ間トラヒック変動差分算出部１１３、グループ間トラヒック変動差分保持部１１４、グループ内割当履歴保持部１１５、グループ間割当保持部１１６である。

本実施形態では、図４に示す各部が専用の電子回路で構成されている場合で説明するが、演算装置１１にＣＰＵ（Central Processing Unit）が設けられ、メモリ１３にスケジューリング実行のためのプログラムが予め格納され、図４に示す構成の一部または全部が、ソフトウェア（プログラム）をコンピュータ（演算装置）が実行することでスケジューラ１０に仮想的に構成されてもよい。

本実施形態では、図４に示す構成のうち、既に実現されている「階層化方式」および「Rip-up & Re-allocate方式」のそれぞれに関連する構成についての詳細な説明を省略し、これら２つの方式の組み合わせに関連する構成について詳細に説明する。

グループ内割当履歴保持部１１５は、前回のＴＳスケジュールに基づくグループ内のＴＳ割当を示すスケジュールであるグループ内スケジュールを保持する。

グループ間割当保持部１１６は、前回のＴＳスケジュールに基づくグループ間のＴＳ割当を示すスケジュールであるグループ間スケジュールを保持する。

トラヒック情報保持部１２２は、ＮＷ内のトラヒックを集計し、集計したトラヒックの情報から所要ＴＳを算出し、所要ＴＳの情報を保持する。

ノードグルーパ１２１は、トラヒック情報保持部１２２が集計したトラヒックの情報からノード２０ａ〜２０ｅをグルーピングし、グルーピングの結果をグループ内トラヒック変動差分算出部１１１およびグループ間トラヒック変動差分算出部１１３に通知する。

グループ内トラヒック変動差分算出部１１１は、ノードグルーパ１２１から通知されたグルーピングの結果とトラヒック情報保持部１２２が保持する所要ＴＳ数の情報から各グループ内ＴＳ変動差分を算出し、算出結果をグループ内トラヒック変動差分保持部１１２に渡す。

グループ内トラヒック変動差分保持部１１２は、グループ内トラヒック変動差分算出部１１１から受け取るグループ内トラヒック変動差分情報を保持する。

グループ間トラヒック変動差分算出部１１３は、ノードグルーパ１２１から通知されたグルーピングの結果とトラヒック情報保持部１２２が保持する所要ＴＳ数の情報からグループ間ＴＳ変動差分を算出し、算出結果をグループ間トラヒック変動差分保持部１１４に渡す。

グループ間トラヒック変動差分保持部１１４は、グループ間トラヒック変動差分算出部１１３から受け取るグループ間トラヒック変動差分情報を保持する。

増加分貼り付け変更部１３１および減少分剥ぎ取り変更部１３２は、グループ内割当履歴保持部１１５に保持されている情報とグループ内トラヒック変動差分保持部１１２に保持されている情報に基づいて、トラヒックに変動が生じているノード間を対象にＴＳの増加または減少を行って、グループ内スケジュールテーブル保持部１２６が保持しているグループ内スケジュールテーブルを更新する。

増加分貼り付け変更部１３３および減少分剥ぎ取り変更部１３４は、グループ間割当履歴保持部１１６に保持されている情報とグループ間トラヒック変動差分保持部１１４に保持されている情報に基づいて、トラヒックに変動が生じているグループ間を対象にＴＳの増加または減少を行って、グループ間スケジュールテーブル保持部１２７が保持しているグループ間スケジュールテーブルを更新する。

実スケジュールテーブル算出部１２５は、グループ内スケジュールテーブルをグループ間スケジュールテーブルに反映させてＴＳスケジュールを取得し、新たなＴＳスケジュールを実スケジュールテーブル保持部１２４に格納する。

ノード制御信号生成部１２３は、実スケジュールテーブル保持部１２４に保持されているＴＳスケジュールをノード２０ａ〜２０ｅの各ノードに対応したノード処理に換算し、各ノードに対応したスケジューリング結果をＩＯ１５を介して出力する。

次に、本実施形態のＴＤＭネットワークシステムにおけるスケジューラの動作手順を説明する。

図５は本実施形態のスケジューラの動作手順を示すフローチャートであり、図６は図５に示したステップ２０３における処理を示すフローチャートである。

スケジューラ１０は、ＮＷのトラヒックを集計すると（ステップ２０１）、所要ＴＳ数を算出する（ステップ２０３）。続いて、スケジューラ１０は、ＴＳの割り当てを行ってＴＳスケジュールを作成する（ステップ２０３）。

ステップ２０３では、図６に示すように、スケジューラ１０は、算出した所要ＴＳ数から各グループ内ＴＳ変動差分を算出するとともに（ステップ２３１ａ）、所要ＴＳ数からグループ間変動差分を算出する（ステップ２３１ｂ）。続いて、スケジューラ１０は、ステップ２３１ａで算出したグループ内ＴＳ変動差分の情報に基づいて、グループ内のテーブル上でRip-up & Re-allocate演算処理を実行する（ステップ２３２ａ）。この演算結果を「演算結果ＣＲ１」と称する。

また、スケジューラ１０は、ステップ２３１ｂで算出したグループ間変動差分の情報に基づいて、グループ間のテーブル上でRip-up & Re-allocate演算処理を実行する（ステップ２３２ｂ）。この演算結果を「演算結果ＣＲ２」と称する。スケジューラ１０は、演算結果ＣＲ１を演算結果ＣＲ２に代入してＴＳスケジュールを取得する（ステップ２３３）。

その後、図５に示すように、スケジューラ１０は、ノード処理に換算し（ステップ２０４）、ノード２０ａ〜２０ｅの各ノードに対応したスケジューリング結果を各ノード宛に通知する（ステップ２０５）。

本実施形態では、階層化（大規模な問題を小規模な複数の問題に分割）とRip-up & Re-allocate（変動が生じた通信のみに着目した部分変更）を組み合わせることで、素早く最適解に近づけることを可能にしている。

本実施形態により、スケジューリングを高速化できる仕組みの概要を、図を参照して説明する。図７はスケジューリング高速化の仕組みを説明するための図である。

第１段階として、階層化方式を適用することで、対象となるノードに対するＴＳの割当問題の計算の規模を小さくしている。例えば、１００ノードの割当問題を、「１０ノードの割当問題×１０＋１０グループの割当問題」に置き換える。

第２段階として、第１段階のそれぞれの割当問題にRip-up & Re-allocate方式を適用する。規模が小さくなっている割当問題に対し、「トラヒック変動が生じていないノードは計算の対象外」とした割当の部分変更を行うことで、高速に解を導出している。

次に、割当問題の計算時間短縮の仕組みを詳しく説明する。

非特許文献２に開示された階層化方式による割当を行うためにノードグループを定義し、ノードグループの順序対をノードグループペア（ＧＰ）と呼ぶと、ＮＷ内のパスはいずれかのＧＰに属することになる。ノード数をＮとし、グループ数をＧとする。

（１）各ＧＰ内の割当計算とＧＰ間の割当計算で対象とするパス数とリンク数は、非特許文献１に開示された既存方式による割当方法に比べてそれぞれ小さくなるため、割当計算の規模が削減される。
Ｎノード網で既存方式が対象とするパス数、リンク数：O(N²) パス、O(N) リンク
Ｎノード網でＧグループを定義した階層化方式が対象とするパス数、リンク数：
→ＧＰ内の割当計算・・・O[(N/G)²] パス、 O[(N/G)] リンク
→ＧＰ間の割当計算・・・O(G²) パス、 O(G) リンク
（２）ＧＰ内の割当計算ならびにＧＰ間の割当計算方法にRip-up & Re-allocate方式を用いるとトラヒック変動が一定値以下のパスに対しては割当計算を省略可能であるため、さらに割当計算の規模が削減される。
各パスにおいてトラヒック変動量が１ＴＳ分の帯域（例えば、１００Ｍｂｐｓ）を超過する割合をａ（０≦ａ≦１）とおくと、
→ＧＰ内の割当計算・・・Rip-up & Re-allocate計算対象のパス数がａ倍（≦１）されることとなる。
→ＧＰ間の割当計算・・・ＮＷ内でトラヒックが増加するパスと減少するパスの割合が同一であるとすると、ＧＰ単位で見るとトラヒックの増減はなしとみなせる確率が高い。この場合、 Rip-up & Re-allocateの計算対象外となる。

したがって、所要計算時間は階層化方式以下となる。その結果、次の効果が得られる。
・トラヒック変動が比較的緩やかである領域においてはＧＰ内の計算時間が減る。
・ＧＰ単位でのトラヒック増減がない場合、ＧＰ間の計算時間を省くことが可能となる。
・計算時間の上限は階層化方式と同等（計算時間が上限または上限付近の値をとるのは非現実的な激しいトラヒック変動が生じた場合）になる。

本実施形態によれば、同一計算リソースにおいて、同一規模のＮＷ制御に必要なＴＳ割当計算の時間を短縮することができ、より大規模なＮＷシステムを提供することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態で説明したＴＤＭネットワークシステムにおいて、トラヒックに偏りが生じた場合にも、対処可能にしたものである。

階層化のグループが固定された場合、トラヒックが偏ってしまうと、 グループ単位のトラヒック変動量の総和が大きくなる事象が発生する場合が考えられる。この場合、Rip-up & Re-allocate方式で最適解に近づくまでに時間がかかってしまうことがある。その場合には、要求通りにトラヒックを転送できない状態となり、転送トラヒック量が低減してしまうことになる。

図８はトラヒックの偏りによって生じる課題を説明するための図である。

トラヒックがＮＷ内で均一に分散している場合、図８の左側の図に示すように、第１の実施形態で説明したスケジューリング方法が行われる。トラヒックが偏ってトラヒック分布に変化が起きると、図８の右側の図に示すように、グループ単位の大きなトラヒック変動に起因する割当効率悪化を解消しようとする。その結果、同一設備量のＮＷシステムで要求通りに転送されるトラヒック量が減少してしまうことになる。

図９は本実施形態のＴＤＭネットワークシステムによる動作を説明するための図である。

図９に示すように、本実施形態では、各グループにおけるトラヒック変動量の総和を均一化するように、グループを動的に組み換える動的グループリアレンジを行うことで、割当計算誤差の蓄積を回避する。この動的グループリアレンジは、グループ毎のトラヒック変動を観測する機構、グループ毎のトラヒック変動を検出する機構、グループの組み換え計算を行う機構、設定変更を行う機構によって実現される。

本実施形態のＴＤＭネットワークシステムにおける動的グループリアレンジングを実現するための具体的な構成を説明する。図１０は動的グループリアレンジの様子をイメージした模式図である。

動的グループリアレンジの設計項目として、（Ａ）グループ毎の偏りを検知する箇所、（Ｂ）どう検知するか（何を監視してどう偏りを検出するか）、（Ｃ）どうグループリアレンジするかの３つの項目が考えられ、各項目で何を選択するかによって種々のパターンが考えられる。

（Ａ）どこでグループ毎の偏りを検知するか？
１．スケジューラ
２．グループ内に属するノードの中で一番親ノードに近い子ノードのコントローラ
３．親ノードのコントローラ
（Ｂ）何を監視するか？
ａ．グループのトラヒック変動量の総和→閾値比較
ｂ．グループのロス率の総和→閾値比較
ｃ．グループの遅延の総和→閾値比較
（Ｃ）どうグループをリアレンジするか？
ｉ．各グループで変動量の総和が均一となるようにリアレンジする。
ｉｉ．各グループで遅延の総和が均一となるようにリアレンジする。

グループをリアレンジする際のオプションとして、グループをリアレンジする頻度を調整する（一度実行したら、一定時間経過するまでリアレンジしない）。これは、グループリアレンジ処理が頻繁に実施されると、網内のグループが変わるとともに、変更しなくても良い割当状態も変更されることとなるため、これを抑制するためである。

上記（Ａ）〜（Ｃ）の３つの項目のうち、（Ａ）の項目における「１〜３」のそれぞれにおいて、（Ｂ）の項目で「ａ」を選択した場合の実施例を説明する。なお、第１の実施形態で説明した構成と同様な構成についての詳細な説明を省略する。

本実施例は、スケジューラでグループ毎のトラヒックを監視し大きなトラヒック変動を検知する場合であり、「１，ａ」の組み合わせのパターンに相当する。

図１１は本実施例のＴＤＭネットワークシステムにおけるスケジューラの構成例を示すブロック図である。

図１１に示すように、本実施例のスケジューラ１０は、グループトラヒック監視部１５２と、グループ組み換え通知部１５１とをさらに有する。図１１では、説明のために、第１の実施形態で説明したスケジューラ２０の演算装置１１とは別に構成を追加して示しているが、グループトラヒック監視部１５２およびグループ組み替え通知部１５１の機能を演算装置１１に実行させてもよい。本実施例では、演算装置１１に実行させる処理に、ノードグループを組み替える処理を追加している。

グループトラヒック監視部１５２は、各ノード間のトラヒック情報を定期的にＩＯ１５を介して取得し、グループ間トラヒック変動量が予め設定された閾値を超過したか否かの情報である閾値超過情報をグループ組み換え通知部１５１に通知する。

グループ組み替え通知部１５１は、グループトラヒック監視部１５２から通知された閾値超過情報がグループ間トラヒック変動量が閾値を超えた旨の情報であると、グループ組み替えを指示する旨のグループ組替指示通知を演算装置１１に送信する。

演算装置１１は、ノード２０ａ〜２０ｅに対して、トラヒック変動量の総和が均一になるようにグルーピングし直す。

本実施例では、グループ間のトラヒックが変動すると、スケジューラが、その変動を検出し、トラヒック変動量が均一になるようにグループ化し直すので、同じ設備でデータ転送されるトラヒック量が減少することを抑制することが可能となる。

本実施例は、子ノードのコントローラでグループ毎のトラヒックを監視し、スケジューラが大きなトラヒック変動を検知する場合であり、「２，ａ」の組み合わせのパターンに相当する。

図１２は本実施例のＴＤＭネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。図１２（ａ）はスケジューラとスケジューラに接続されるノードの構成例を示し、図１２（ｂ）はそのノードに最も近いノードの構成例を示す。

スケジューラ１０に接続されるノード２０ａを親ノードとし、親ノードのコントローラを親コントローラと称する。

同一グループに属するノードのうち、親ノード以外のノードを子ノードと称し、子ノードのコントローラを子コントローラと称する。ここでは、親ノードへと向かう制御信号の向きに対して最も下流にいる（親ノードの１ホップ手前）子ノードに注目し、本実施例では、ノード２０ｅが上記の最も下流にいる子ノードの場合で説明する。後述の他の実施例についても同様である。

図１２（ａ）に示すように、スケジューラ１０は実施例１と同様な構成である。図１２（ｂ）に示すように、本実施例のノード２０ｅは、グループトラヒック算出・通知部１６１をさらに有する。

グループトラヒック算出・通知部１６１は、各ノード間のトラヒック情報を定期的に取得し、取得したトラヒック情報からグループ間トラヒック変動量を算出し、その結果を子コントローラ２１ｂに通知する。子コントローラ２１ｂは、グループトラヒック算出・通知部１６１から受け取るグループ間トラヒック変動量の情報をノード２０ａに転送する。

ノード２０ａの親コントローラ２１ａはノード２０ｅから受け取るグループ間トラヒック変動量をスケジューラ１０に転送する。スケジューラ１０のグループトラヒック監視部１５２は、グループ間トラヒック変動量と予め設定された閾値とを比較し、比較の結果を示す閾値超過情報をグループ組み換え通知部１５１に通知する。

本実施例では、グループ間トラヒック変動量の算出の処理を子ノードに実行させているため、実施例１に比べてスケジューラの処理負荷が軽減する。

本実施例は、親ノードのコントローラでグループ毎のトラヒックを監視し、大きなトラヒック変動を検知する場合であり、「３，ａ」の組み合わせのパターンに相当する。

図１３は本実施例のＴＤＭネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。図１３（ａ）はスケジューラと親ノードの構成例を示し、図１３（ｂ）は子ノードの構成例を示す。本実施例においても、最も下流にいる子ノードがノード２０ｅの場合で説明する。

図１３（ａ）に示すように、スケジューラ１０は図１２（ａ）に示した構成において、グループトラヒック監視部１５２の代わりに閾値超過通知監視部１５３を有する。また、ノード２０ａは、実施例１に示した構成に、グループトラヒック算出部１６２と、閾値比較部１６３と、閾値超過通知部１６４とをさらに有する。

グループトラヒック算出部１６２は、親コントローラ２１ａを介してスケジューラ１０からグループ間トラヒック変動量の情報を取得して閾値比較部１６３に通知する。閾値比較部１６３は、予め決められた閾値とグループ間トラヒック変動量とを比較してその結果を閾値超過通知部１６４に通知する。

閾値超過通知部１６４は、グループ間トラヒック変動量と閾値との比較結果から、グループ間トラヒック変動量が閾値を超過したか否かの情報である閾値超過情報を親コントローラ２１ａに通知する。親コントローラ２１ａは閾値超過情報をスケジューラ１０に転送する。

スケジューラ１０の閾値超過通知監視部１５３は、ノード２０ａから受け取った閾値超過情報がグループ間トラヒック変動量が閾値を超えた旨の情報である場合、その旨をグループ組み替え通知部１５１に通知する。

本実施例では、グループ間トラヒック変動量の算出と、トラヒック変動量と閾値との比較処理を親ノードに実行させているため、実施例１に比べてスケジューラの処理負荷が軽減する。

本実施例は、過度に頻繁なグループ変更が行われることを抑制する場合であり、「１，ａ」の組み合わせの別のパターンに相当する。

図１４は本実施例のＴＤＭネットワークシステムにおけるスケジューラの構成例を示すブロック図であり、図１５は図１４に示す各種信号を説明するための表である。

図１４に示すように、本実施例のスケジューラ１０は、実施例１で説明した構成に、組替タイマ１５５と、組替許可通知部１５４とをさらに有する。

グループトラヒック監視部１５２は、各ノード間のトラヒック情報をＩＯ１５を介して取得し、グループ間トラヒック変動量が予め設定された閾値を超過したか否かの情報である閾値超過情報をグループ組み換え通知部１５１に通知する。グループ組み替え通知部１５１は、グループトラヒック監視部１５２から通知された閾値超過情報がグループ間トラヒック変動量が閾値を超えた旨の情報であると、グループ組み替えを指示する旨のグループ組替指示通知を演算装置１１に送信する。

また、グループ組み換え通知部１５１は、演算装置１１宛にグループ組替指示通知を送信した際、グループ組替指示通知を指示したことを通知するためのグループ組替指示送信通知を組替許可タイマ１５５に送信する。組替許可タイマ１５５は、グループ組替指示送信通知を受信してからタイマを起動させ、予め決められた時間内に次のグループ組替指示送信通知を受け取らなければ、タイムアウトを組替許可通知部１５４に通知する。組替許可通知部１５４は、組替許可タイマからタイムアウトの通知を受けると、グループ組み替え通知部１５１に対して、グループ組替指示を演算装置１１に通知することを許可する。

本実施例では、タイマによる管理を行うことで、過度に頻繁なグループのリアレンジに起因する不必要な割当状態変更を抑制できる。

本実施形態によれば、グループ単位のトラヒック変動に起因する割当効率悪化を抑制し、同一ＮＷ設備量における収容トラヒック量を増加させることが可能となる。そのため、従来技術によってトラヒック変動に応じて動的なスケジューリング（帯域割当）を行う場合に比べ、大規模ＮＷをより高速に動的に制御することが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、第１および第２の実施形態で説明したＴＤＭネットワークシステムによるスケジューリング方法を多段リングに適用した場合を説明する。

図１６は本実施形態のＴＤＭネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。図１６は多段リング網の一例を示す図であり、段数が２段の場合を示す。

上位リングには、ノードＡ〜ノードＥからなる５つのノード２０がリング状に接続されている。下位リングＡには、ノードＡ、ノードＦおよびノードＧの３つのノード２０がリング状に接続されている。下位リングＢには、ノードＢ、ノードＨ、ノードＩおよびノードＪの４つのノード２０がリング状に接続されている。下位リングＣには、ノードＣ、ノードＫおよびノードＭの３つのノード２０がリング状に接続されている。

なお、ノード２０およびスケジューラ１０についての構成は第１の実施形態で説明した構成と同様であるため、本実施形態ではその詳細な説明を省略する。

本実施形態のＴＤＭネットワークシステムの動作を説明する。

図１７は本実施形態のＴＤＭネットワークシステムの動作を説明するための図である。図１７は、ノードＤおよびノードＥがグループＺにグループ化され、ノードＡを含む下位リングＡがグループＲＡにグループ化され、ノードＢを含む下位リングＢがグループＲＢにグループ化され、ノードＣを含む下位リングＣがグループＲＣにグループ化された場合を示す。

はじめに、グループ間のスケジューリングを行うことで、上位リングと下位リング間のスケジューリングを行う。図１７の上側の図には、グループＲＡ→ＲＢ→ＲＣ→Ｚへのデータ転送のＴＳ割当が示されている。続いて、各リング内のスケジューリングを行う。図１７の上側の図に、下位リングＢ内のデータ転送のＴＳ割当が示されている。

その後、各階層でRip-up & Re-allocate による動的変更を行う。図１７の下側の図は、グループＲＢ→グループＺへの変動がないので、計算対象外とし、下位リングＢについて、Rip-up & Re-allocate による動的変更を行うことで、「ノードＪ→ノードＥ」の１ＴＳ減少と「ノードＩ→ノードＤ」の１ＴＳ増加が行われることを示している。

このようにして、多段リングにおいても、各リング間のスケジューリングと、各リング内のスケジューリングから成る階層化を定義した後に、それぞれの階層でRip-up & Re-allocate による動的変更を行うことが可能となる。

なお、本実施形態では、スケジューリングを「グループ間」→「グループ内」の順番で行う場合で説明したが、「グループ内」→「グループ間」の順番であってもよい。

また、上記実施例では、階層化方式やRip-up & Re-allocate方式を用いる場合で説明したが、これらの方式は本願発明を構成するＴＤＭスケジューリング方法の一例であって、用いる方式はこれら２つの方式に限定されない。

さらに、階層化方式とRip-up & Re-allocate方式の組み合わせによるスケジューリング方法の特性を説明する。

１つ目は、グループレイヤ、ノードレイヤそれぞれの計算を独立で行うことができるという特性がある。具体例として、
・周期が異なってもよい。例えば、ノードレイヤＴに対し、グループレイヤをｋＴ（ｋは自然数）としてよい。
・計算方法を変えてもよい（例えば、非特許文献１に開示されたヒューリスティック法、またはRip-up & Re-allocate方式）。
・スケジューラ内で、それぞれの計算専用の演算装置を設けてもよい （複数の演算装置を用いてもよい）。
などのバリエーションが考えられる。

２つ目は、ノードレイヤのそれぞれ（グループ内）の計算を独立で行うことができるという特性がある。具体例として、
・周期がそれぞれ異なってもよい。例えば、それぞれ、独立して周期をｍＴ（ｍはｋの約数となる自然数）としてよい。
・計算方法をそれぞれ変えてもよい（例えば、非特許文献１に開示されたヒューリスティック法、またはRip-up & Re-allocate方式）。
・スケジューラ内で、それぞれの計算専用の演算装置を設けてもよい （複数の演算装置を用いてもよい）。
などのバリエーションが考えられる。

１０ スケジューラ
１１ 演算装置
１３ メモリ
２０ａ〜２０ｅ ノード

Claims (2)

1. タイムスロットスケジュールにしたがってタイムスロット単位で隣接する他のノードにデータ転送を行う複数のノードを含むネットワークと、
   前記複数のノードのうちいずれか１つのノードに接続され、前記ネットワークのトラヒックを集計し、集計したトラヒックに基づいて前記タイムスロットスケジュールを作成するスケジューラと、を有し、
   前記スケジューラは、
   集計したトラヒックから必要となるタイムスロット数を算出し、トラヒック変動量の総和を均一化するように前記複数のノードをグループ化し、各グループのトラヒック変動差分を算出し、その差分の情報に基づいて、グループ内のスケジューリングおよびグループ間のスケジューリングをそれぞれ行い、グループ内のスケジューリング結果を、グループ間のスケジューリング結果に当てはめて、システム全体の前記タイムスロットスケジュールを決定する、ＴＤＭネットワークシステム。
2. タイムスロットスケジュールにしたがってタイムスロット単位で隣接する他のノードにデータ転送を行う複数のノードを含むネットワークに対して、前記タイムスロットスケジュールを提供するスケジューラによるスケジューリング方法であって、
   前記ネットワークで集計したトラヒックから必要となるタイムスロット数を算出し、
   トラヒック変動量の総和を均一化するように前記複数のノードをグループ化し、各グループのトラヒック変動差分を算出し、
   算出した差分の情報に基づいて、グループ内のスケジューリングおよびグループ間のスケジューリングをそれぞれ行い、
   前記グループ内のスケジューリングの結果を、グループ間のスケジューリング結果に当てはめて、システム全体の前記タイムスロットスケジュールを決定する、スケジューリング方法。