JP6325260B2 - 情報処理装置用ネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明は、例えばスーパーコンピュータやデータセンタなどのネットワークに適用して好適な、情報処理装置用ネットワークシステムに関する。

スーパーコンピュータ又はデータセンタと称される大規模な情報処理装置は、数百台から数千台の装置をネットワークで接続して構成される。例えば、スーパーコンピュータは、室内（マシンルーム）に多数のキャビネットを配置して、それぞれのキャビネット内の棚に、演算処理を実行できるコンピュータ装置を配置し、それぞれのコンピュータ装置をケーブルで接続してネットワークを構成する。そして、スーパーコンピュータで何らかの演算処理を行う際には、それぞれのコンピュータ装置で分散して演算処理を実行することで、総合的な演算処理速度の向上を図るものである。
なお、以下の説明では、これらのスーパーコンピュータやデータセンタを、ＨＰＣ(High Performance Computing)システムと称する。

近年、これらのＨＰＣシステムは大規模化が進んでおり、１つのシステムが備えるコンピュータ装置の台数が非常に膨大な数になっている。したがって、１つのシステムのネットワークを構成するために必要なケーブルについても、非常に膨大な長さのものが必要になっている。例えば、近年実用化された大規模なＨＰＣシステムでは、ネットワーク内のケーブル長が２０００ｋｍを超えるものがある。

ケーブルの長さが非常に長いということは、ネットワークの構築にコストがかかるだけでなく、施工性やメンテナンス性も悪化するという問題がある。例えばケーブルに不良箇所があった場合でも、その不良箇所を発見することは非常に困難であり、ある程度の不具合があってもネットワークが正しく構築できるためには、伝送経路を二重化するなどの対処が必要である。このため、ネットワーク構成がさらに複雑化してしまう。また、ＨＰＣシステムを廃棄する際には、２０００ｋｍを越えるケーブルが廃棄物となるため、非常に膨大な廃棄物が発生してしまい、この点からも好ましくない。

発明者らは、ＨＰＣシステムに適用されるネットワークとして、光空間通信を適用するネットワークを既に提案している（非特許文献１参照）。
図１４は、先に提案した光空間通信を適用したネットワーク構成例を示す図である。
図１４では、４つのキャビネット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを配置した例を示す。それぞれのキャビネット１ａ〜１ｄ内には、複数のコンピュータ装置（不図示）が配置され、各コンピュータ装置が、それぞれのキャビネット１ａ〜１ｄ内のネットワークスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにケーブルで接続されている。各ネットワークスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄには、空間光通信端末３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが接続される。

この空間光通信端末３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、図１４に示すように、例えば各キャビネット１ａ〜１ｄの最上部に配置される。それぞれの空間光通信端末３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、光通信を行う方向の調整が可能であり、向き合った２つの端末どうしで双方向に光通信が行われる。例えば、図１４の例では、空間光通信端末３ａと空間光通信端末３ｄとの間での光通信と、空間光通信端末３ｂと空間光通信端末３ｃとの間での光通信が行われている状態を示す。なお、各ネットワークスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの間には、空間光通信端末３ａ〜３ｄを使用した伝送経路の他に、ケーブルを介した伝送経路も用意されている。

この図１４に示すシステム構成とすることで、各キャビネット１ａ〜１ｄ間のデータ転送が、空間光通信端末３ａ〜３ｄを使用した光通信で行われる。したがって、ＨＰＣシステムに適用されるネットワークの一部が光無線で構成され、ネットワーク内のケーブルを削減することができる。

光空間リンクを用いた省配線・可変トポロジであるＨＰＣ相互結合網（情報処理学会技術研究報告 ＡＲＣ−２０１２−２０２・１４ ２０１２年１２月）

図１４に示した例は、４つのキャビネット１ａ〜１ｄからなる非常に簡単なシステムの例である。ところが、実際のＨＰＣシステムでは、キャビネットの台数が非常に多くなる場合がある。例えば、図１５に示すように、１つのマシンルーム内に、キャビネット１を横６列で各列に８台並べて、合計４８台配置し、それぞれのキャビネット１の上端に空間光通信端末３を配置した状態を想定する。

この図１５に示す構成とした場合、例えば左端の列のキャビネット１の上の空間光通信端末３は、右隣に隣接した列のキャビネット１の上の空間光通信端末３との間では、遮蔽物がなく直接通信が可能である。ところが、左端の列のキャビネット１の上の空間光通信端末３が、その他の列のキャビネット１の上の空間光通信端末３と通信しようとした場合には、それらの間の列のキャビネット１の上の空間光通信端末３が光を遮る遮蔽物となり、通信ができない可能性がある。

したがって、マシンルームに多数の空間光通信端末を設置した場合、それぞれの空間光通信端末が遮蔽物となって、直接通信できる光伝送路が限られたものになり、空間光通信端末を使用した伝送経路の構築が適切にできないという問題があった。

本発明は、スーパーコンピュータやデータセンタなどのネットワークに空間光通信を適用する場合に、適切な通信が可能なネットワークシステムを提供することを目的とする。

本発明の情報処理装置用ネットワークシステムは、所定箇所に配置された複数の情報処理装置の間を、伝送路で接続することで形成される情報処理装置用ネットワークシステムである。
そして、本発明の情報処理装置用ネットワークシステムは、伝送路の一部又は全てを、複数の空間光通信端末を使用した空間光無線通信で構成し、その複数の空間光通信端末の垂直方向の高さと、水平方向の配置位置とのいずれか一方又は双方を、曲線に沿って変化させる配置状態とした。

本発明によると、複数の空間光通信端末の配置状態がランダム又は所定の規則性を持って変化させた配置状態であるため、多数の空間光通信端末が配置された場合でも、その多数の空間光通信端末の内の任意の２つの空間光通信端末の間に、障害物となる他の空間光通信端末が存在する可能性が低くなる。したがって、空間光通信端末を使用した伝送経路の構築が適切に行えるようになる。

本発明の一実施の形態による配置状態の例（配置例１）を示す構成図である。 本発明の一実施の形態によるキャビネット内の設置状態を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態による空間光通信端末の例を示す構成図である。 本発明の一実施の形態による配置状態の例（配置例２）を示す構成図である。 本発明の一実施の形態による配置状態の例（配置例３）を示す構成図である。 本発明の一実施の形態による配置状態の例（配置例４）を３面で示す構成図である。 本発明の一実施の形態による配置状態の例（配置例５）を３面で示す構成図である。 本発明の一実施の形態による配置状態の例（配置例６）を３面で示す構成図である。 本発明の一実施の形態による配置状態の例（配置例７）を３面で示す構成図である。 本発明の一実施の形態による各列の空間光通信端末のずらし量を説明する図である。 本発明の一実施の形態による各列の空間光通信端末の端末数と見通し率の例を示す図である。 本発明の一実施の形態によるキャビネット上への複数端末の配置例を示す構成図である。 本発明の一実施の形態による天井への空間光通信端末の配置例を示す構成図である。 マシンルーム内での空間光通信端末によるネットワークの原理図である。 従来の空間光通信端末の配置例を示す構成図である。

以下、本発明の一実施の形態の例（以下、「本例」と称する。）を、図１〜図１３を参照して説明する。

［１．全体の構成例（配置例１）］
図１は、本例の情報処理装置用ネットワークシステムの代表的な配置例（以下、「配置例１」という）を示す図である。本例は、背景技術の欄で説明したＨＰＣシステムとしての情報処理装置用ネットワークシステムである。すなわち、スーパーコンピュータやデータセンタなどを構築するためのネットワークシステムである。

図１に示すように、マシンルーム１００内には、多数のキャビネット１０が配置される。各キャビネット１０は、同一水平面上であるマシンルーム１００の床上に配置され、各キャビネット１０の高さは同じである。それぞれのキャビネット１０内には、情報処理装置が複数台収納されている。
図１に示した配置例１は、マシンルーム１００内に、第１列１０−１から第６列１０−６まで、ｘ方向（幅方向）に６列にキャビネット１０を配置した例である。また、このｘ方向と直交した方向をｙ方向（奥行方向）としたとき、それぞれの列１０−１〜１０−６には、ｙ方向に６台のキャビネット１０を並べている。したがって、図１に示した例１は、マシンルーム１００内に、ｘ方向６個×ｙ方向６個の合計３６個のキャビネット１０が配置された状態である。なお、以下の説明では、ｘ方向及びｙ方向と直交する高さ方向をｚ方向と称する。

マシンルーム１００内の３６個のキャビネット１０は、一定の間隔をあけて配置されている。すなわち、図１に示すように、それぞれの列１０−１〜１０−６は、ｘ方向に一定の間隔ｘ１が設けられ、各列内では、ｙ方向に一定の間隔ｙ１が設けられる。ｘ方向の間隔ｘ_１とｙ方向の間隔ｙ_１は、同じ値でもよいし、異なる値であってもよい。

［２．各キャビネットの構成例］
図２は、図１に示す各キャビネット１０の構成例を示す。
キャビネット１０内には、複数の情報処理装置３１，３２，３３，・・・が配置され、それぞれの情報処理装置３１，３２，３３，・・・は、ケーブルでスイッチ２１に接続されている。各情報処理装置３１，３２，３３，・・・とスイッチ２１を接続するケーブルは、電気信号を伝送するケーブルまたは光信号を伝送するケーブルのいずれでもよい。

スイッチ２１には、ケーブルを介して空間光通信端末４０が接続されている。空間光通信端末４０は、キャビネット１０の天板の上に配置される。この空間光通信端末４０は、他のキャビネット１０の上に配置された空間光通信端末４０との間で空間光通信を行う。
また、スイッチ２１は、ケーブルを介して他のキャビネットに設置されたスイッチ２１と直接接続する通信経路も備えている。なお、スイッチ２１は、伝送信号の伝送経路を決めるルーティング機能も持っている。

空間光通信端末４０は、空間光レンズ４１を備え、その空間光レンズ４１が、回転機構部４２により自在に回転するようになっている。空間光レンズ４１の回転は、空間光通信端末４０の設置位置を中心として水平方向の回転θ_Ｈと、垂直方向の回転θ_Ｖのいずれも可能である。この回転機構部４２による空間光レンズ４１の回転移動は、空間光通信端末４０が通信を行う相手を捕捉する動作に連動して行われる。通信を行う相手は、例えばスイッチ２１からの指示により決まる。

このように回転移動可能に配置された空間光レンズ４１は、支柱４３を介してキャビネット１０の天板の上に配置されている。支柱４３の高さ（長さ）ｈａは、図１に示す配置例の場合、キャビネット１０の位置により変化させている。具体的には、マシンルーム１００のほぼ中央に配置されたキャビネット１０の上の空間光通信端末４０は、高さｈａ_１を最も低くし、マシンルーム１００の周辺部に配置されたキャビネット１０上に配置される空間光通信端末４０は、高さｈａ_２を最も高くしている。この高さｈａ_１，ｈａ_２の設定状態の詳細は後述する。なお、高さｈａ_１，ｈａ_２を異なる高さに設定するのは１つの例であり、図４以降で説明する他の例の場合には、支柱４３の高さｈａが全てのキャビネット１０で同じ場合もある。支柱４３の高さｈａが全て同じである場合には、支柱４３は省略してもよい。
また、図２では、キャビネット１０の天板の上のほぼ中央に空間光通信端末４０を配置した例を示しているが、天板の上の空間光通信端末４０の配置位置についても、図４以降で説明する他の配置例の場合には、キャビネット１０毎に天板の異なる位置に配置している。

［３．空間光通信端末の構成例］
図３は、２つの空間光通信端末４０ａ，４０ｂで空間光無線通信が行われる構成例を示している。
それぞれの空間光通信端末４０ａ，４０ｂは、空間光レンズ４１とサーキュレータ４４と送受信処理部４５とを備える。送受信処理部４５は、光信号を出力する送信処理と、光信号を受光する受信処理とを行う。この送受信処理部４５は、図２に示したスイッチ２１から供給される電気信号を光信号に変換して出力するとともに、受信した光信号を電気信号に変換してスイッチ２１側に供給する。

送受信処理部４５が出力する光信号は、サーキュレータ４４を介して空間光レンズ４１に入射され、空間光レンズ４１で平行光となって、相手側の空間光通信端末４０の空間光レンズ４１に伝送される。空間光レンズ４１に入射された光信号は、サーキュレータ４４で出力光と分離された後、送受信処理部４５に供給され、送受信処理部４５で受光処理が行われる。これらの空間光通信は、例えばイーサネット（商標）用の規格である、４０Ｇｂｐｓ−ＬＲ（波長1310nm）の光ファイバケーブルで伝送される信号を、そのまま送受信処理部４５が空間光レンズ４１側に出力することで実行される。なお、空間光レンズ４１は、例えば直径が数cm程度の比較的小型のレンズであることが好ましい。また、空間光通信端末４０を構成するその他の部品（サーキュレータ４４、送受信処理部４５など）についても、極力小型に構成することが好ましい。

図３に示すように、２つの空間光通信端末４０ａ，４０ｂの間での空間光無線通信は、それぞれの空間光レンズ４１が向き合うことで行われる。したがって、２つの空間光通信端末４０ａ，４０ｂの空間光レンズ４１の間に遮蔽物が存在しないことが重要である。

ここで、図１に示した配置例１の場合には、マシンルーム１００内の各キャビネット１０の上に配置された空間光通信端末４０の支柱４３の高さｈａを変化させて、いずれの２つのキャビネット１０の空間光通信端末４０であっても、極力遮蔽物となる空間光通信端末４０が間に入らないようにして、空間光無線通信が行えるようにする。

すなわち、図１に示した配置例１の場合、マシンルーム１００のほぼ中央に配置されたキャビネット１０の上の空間光レンズ４１は、支柱４３の高さｈａ_１１を小さい値に設定される。また、マシンルーム１００の周辺部に配置されたキャビネット１０の上の空間光レンズ４１は、支柱４３の高さｈａ_１２を大きい値に設定する。そして、その他の位置の空間光レンズ４１については、中央部の空間光レンズ４１からの距離に応じた高さを、それら中央部の高さｈａ_１と周辺部の高さｈａ_１２との間で適切に選定し、中央から周辺に向かって徐々に高くなるようにする。つまり、ｘ方向に沿って高さ（ｚ方向）を弓形に変化させると共に、ｙ方向でも高さを弓形に変化させて、空間光レンズ４１の配置位置を、すり鉢状（半球状）に変化させるようにする。このようなすり鉢状の配置は、シアター形式の配置と見なすことができる。シアター形式の配置とは、劇場の客席が、舞台から離れるに従って徐々に高い位置に配置されて、どの客席からも舞台が見通せるようにすることを示し、配置例１の場合には、空間光レンズ４１の見通し率を確保することができる。

このようにして、中央部の空間光レンズ４１の高さが中央から周辺に向かって徐々に高くなるように半球状に形成したことで、いずれの２つのキャビネット１０の空間光通信端末４０であっても、極力遮蔽物となる空間光通信端末４０が間に入らないようになる。したがって、空間光通信によるネットワークを良好に構築することができる。なお、直接的に空間光通信ができない経路については、他の直接的に空間光通信ができる経路と有線のケーブルによる経路の組合せなどで、伝送経路を確保することができる。

図１に示した配置例１では、空間光レンズ４１の高さが中央から周辺に向かって徐々に高くなる例を示したが、遮蔽物となる端末が少なくなる別の配置状態の例（配置例２〜配置例８）を、図４〜図１０を参照して以下に説明する。なお、図４〜図１０において、キャビネット１０の天板の上に配置した空間光通信端末４０は、空間光レンズ４１だけを示し、空間光通信端末４０の他の構成は図示を省略する。

［４．配置例２］
図４に示す配置例２では、６列のキャビネット列１０−１〜１０−６のそれぞれが、８個のキャビネット１０を備えた、６列×８個の合計で４８個のキャビネット１０を備えたマシンルーム１００の例を示している。

この配置例２では、各キャビネット１０の天板の上に配置した空間光レンズ４１は、高さを全て同じとし、キャビネット１０の天板の上の配置位置を、ｘ方向にランダムに変えている。例えば、キャビネット１０の天板の上の空間光レンズ４１の配置位置を、ｘ方向にシフトさせるようにする。そして、それぞれのキャビネット１０の上の空間光レンズ４１のｘ方向に配置位置として、どのシフト位置とするのかを、ランダムに設定する。ここでのランダムな設定は、例えば疑似乱数発生器を使用して得た乱数を使用する。

このように、空間光通信端末４０が備える空間光レンズ４１の配置位置を、ランダムに設定することで、２つの空間光通信端末４０で空間光通信を行う際には、間に遮蔽物となる空間光通信端末４０が存在する可能性を低くすることができる。
なお、図４では空間光レンズ４１のｘ方向の位置をランダムに設定したが、空間光レンズ４１のｙ方向の位置をランダムに設定してもよい。あるいは、ｘ方向の位置とｙ方向の位置の双方をランダムに設定してもよい。

［５．配置例３］
図５に示す配置例３では、６列のキャビネット列１０−１〜１０−６のそれぞれが、８個のキャビネット１０を備えた、６列×８個の合計で４８個のキャビネット１０を備えたマシンルーム１００の例を示す。

この配置例３では、それぞれのキャビネット列１０−１〜１０−６が備えるキャビネット１０の上の空間光レンズ４１の水平方向の配置位置が、曲線状の配置となるようにしたものである。例えばキャビネット列１０−１の上の空間光レンズ４１の水平方向の配置位置として、ｘ方向の位置を変化させて、キャビネット列１０−１全体として、各空間光レンズ４１を結ぶ線が弓形に円弧を描くように曲線状に配置する。具体的には、キャビネット列１０−１を構成する複数のキャビネット１０の内で、ほぼ中央のキャビネット１０の上の空間光レンズ４１が、マシンルーム１００の中央からｘ方向に最も遠い位置になるようにする。そして、キャビネット列１０−１内で、中央のキャビネット１０から離れるにしたがって、空間光レンズ４１のｘ方向の位置を中央寄りに順にずらして、曲線状に配置する。

他のキャビネット列１０−２〜１０−６についても、同様にキャビネット列ごとにｘ方向の空間光レンズ４１の位置を変化させて、曲線状の配置とする。ここで、マシンルーム１００の左半分のキャビネット列１０−１〜１０−３の曲線状の配置と、マシンルーム１００の左半分のキャビネット列１０−４〜１０−６の曲線状の配置とは、逆の向きに設定する。
このようにキャビネット列毎に曲線状に配置することで、各空間光レンズ４１から、同じ列内の他のキャビネット１０上の空間光レンズ４１が直接見通せるようになる。なお、曲線状の配置で、同じ列内の空間光レンズ４１が直接見通せるようにするために必要な空間光レンズ４１の変位量の例については後述する。

また、それぞれのキャビネット列１０−１〜１０−６で、空間光レンズ４１の高さｈａ_２１〜ｈａ_２６についても変化させてある。
高さについては、図５に示すように、左端のキャビネット列１０−１は、空間光レンズ４１の高さｈａ_２１を最も高くする。
キャビネット列１０−１の隣のキャビネット列１０−２では、空間光レンズ４１の高さｈａ_２２を、高さｈａ_２１よりも低くする。
キャビネット列１０−２の隣のキャビネット列１０−３では、空間光レンズ４１の高さｈａ_２３を、高さｈａ_２２よりも低くする。

キャビネット列１０−４〜１０−６については、キャビネット列１０−１〜１０−３と対称になる空間光レンズ４１の配置状態とする。すなわち、図５に示すように、右端のキャビネット列１０−６の空間光レンズ４１の高さｈａ_２６は、左端のキャビネット列１０−１の空間光レンズ４１の高さｈａ_２１と同じに設定する。

また、キャビネット列１０−５の空間光レンズ４１の高さｈａ_２５は、キャビネット列１０−２の空間光レンズ４１の高さｈａ_２２と同じに設定する。
さらに、キャビネット列１０−４の空間光レンズ４１の高さｈａ_２４は、キャビネット列１０−３の空間光レンズ４１の高さｈａ_２３と同じに設定する。

この配置例３のような空間光レンズ４１の配置状態とすることで、それぞれのキャビネット列１０−１〜１０−６での高さｈａ_２１〜ｈａ_２６の相違と、それぞれのキャビネット列１０−１〜１０−６での水平方向の曲線状の配置とにより、空間光通信を行う際の途中に遮蔽物となる空間光通信端末４０が存在する可能性を低くすることができる。

［６．配置例４］
図６は、配置例４として空間光レンズ４１の配置関係を示すものであるが、図６では、その配置位置を、平面図、横断面図（Ａ−Ａ線断面図）及び縦断面図（Ｂ−Ｂ線断面図）の３面で示している。
図６に示す例４では、６列のキャビネット列１０−１〜１０−６のそれぞれが、１６個のキャビネット１０を備えた、６列×１６個の合計で９６個のキャビネット１０を備えたマシンルーム１００の例を示す。

図６に示す例４では、それぞれのキャビネット１０の上の空間光レンズ４１の配置位置は、いずれも中央とし、各キャビネット列１０−１〜１０−６ごとに空間光レンズ４１の高さを３段階に変えるようにした。すなわち、左端のキャビネット列１０−１と右端のキャビネット列１０−６の空間光レンズ４１の高さを最も高くし、キャビネット列１０−２とキャビネット列１０−５の空間光レンズ４１の高さを１段階低くする。さらに、キャビネット列１０−３とキャビネット列１０−４の空間光レンズ４１の高さを、もう１段低くして、最も低い高さに設定する。なお、Ｂ−Ｂ線断面図で示すように、それぞれの列の中では、同じ高さにする。
この図６に示すようにキャビネット列ごとに空間光レンズ４１の高さを変えることでも、空間光通信を行う際の途中に遮蔽物となる空間光通信端末４０が存在する可能性を低くすることができる。

［７．配置例５］
図７の配置例５でも、空間光レンズ４１の配置関係を、平面図、横断面図（Ａ−Ａ線断面図）及び縦断面図（Ｂ−Ｂ線断面図）の３面で示している。
図７に示す配置例５では、図６の配置例４と同様に、６列のキャビネット列１０−１〜１０−６のそれぞれが、１６個のキャビネット１０を備えている。つまり、配置例５で示すマシンルーム１００には、合計すると６列×１６個の９６個のキャビネット１０が配置されることになる。

図７に示す配置例５では、それぞれのキャビネット１０の天板上の空間光レンズ４１の配置位置は、いずれも天板の中央位置とされ、各キャビネット列１０−１〜１０−６ごとに空間光レンズ４１の高さを変えると共に、それぞれの各キャビネット列内でも、空間光レンズ４１の高さを変えるようにしている。
すなわち、空間光レンズ４１の高さが、各キャビネット列１０−１〜１０−６を単位として、中央から周辺に向かって徐々に高くなるようにする。さらに、各キャビネット列内の１６個のキャビネット１０の上の空間光レンズ４１の高さについても、中央から周辺に向かって徐々に高くなるようにして、空間光レンズ４１の高さ方向（ｚ方向）の配置位置が、弓形の円弧を描くようにする。つまり、Ａ−Ａ線断面図とＢ−Ｂ線断面図とでは、空間光レンズ４１を結ぶ曲線の曲がり状態が異なっている。

この図７に示すようにキャビネット列ごとに空間光レンズ４１の高さを変えると共に、キャビネット列内でも空間光レンズ４１の高さを変えることで、空間光通信を行う際の途中に遮蔽物となる空間光通信端末４０が存在する可能性を低くすることができる。
なお、ｘ方向とｙ方向とで、高さの変化を示す曲線の曲がり状態を変化させるのは１つの例であり、ｘ方向とｙ方向とで、曲線の曲がり状態を同じに設定してもよい。

［８．配置例６］
図８は、空間光レンズ４１の配置関係を、配置例６として、平面図、横断面図（Ａ−Ａ線断面図）及び縦断面図（Ｂ−Ｂ線断面図）の３面で示している。
図８に示す配置例６では、図６の配置例４と同様に、６列のキャビネット列１０−１〜１０−６のそれぞれが、１６個のキャビネット１０を備えた、６列×１６個の合計で９６個のキャビネット１０を備えたマシンルーム１００の例を示す。

図８に示す配置例６では、それぞれのキャビネット１０の上の空間光レンズ４１の配置位置は、例２（図４）と同様に、ｘ方向にランダムな位置とする。そして、各キャビネット列１０−１〜１０−６を単位として、中央から周辺に向かって徐々に高くなるようにする。各キャビネット列内の１６個のキャビネット１０の上の空間光レンズ４１の高さは、同じに設定する。
この配置例６のように空間光レンズ４１のランダムな配置状態と、キャビネット列ごとの空間光レンズ４１の高さの変化で、空間光通信を行う際の途中に遮蔽物となる空間光通信端末４０が存在する可能性を低くすることができる。
なお、この図８に示す配置例６の場合にも、空間光レンズ４１のｘ方向の位置をランダムに設定したが、空間光レンズ４１のｙ方向の位置をランダムに設定してもよい。

［９．配置例７］
図９に示す配置例７も、空間光レンズ４１の配置関係を、平面図、横断面図（Ａ−Ａ線断面図）及び縦断面図（Ｂ−Ｂ線断面図）の３面で示している。
図９に示す配置例７でも、図６の配置例４と同様に、マシンルーム１００は、６列のキャビネット列１０−１〜１０−６を備え、各キャビネット列は１６個のキャビネット１０を備えている。すなわち、６列×１６個で合計９６個のキャビネット１０を備える構成となっている。

図９に示す配置例７では、各キャビネット１０の上の空間光レンズ４１の配置位置は、配置例３（図５）と同様に円弧を描いた弓形の配置にしている。６列のキャビネット列１０−１〜１０−６の内で、左半分のキャビネット列１０−１〜１０−３の空間光レンズ４１の曲線状の配置状態と、右半分のキャビネット列１０−４〜１０−６の空間光レンズ４１の曲線状の配置状態とは逆向きにして、向き合うようにする。

ここまでは配置例３と同じであるが、この配置例７では、各空間光レンズ４１の高さを、全てのキャビネット１０で同じに設定している。このように各空間光レンズ４１が曲線状に配置されることで、空間光通信を行う際の途中に遮蔽物となる空間光通信端末４０が存在する可能性を低くすることができる。

ここまで説明した各配置例をまとめると、空間光レンズ４１の配置位置を変える要因として、ｘ方向又はｙ方向にランダムに配置位置を変化させる場合と、ｘ方向又はｙ方向でランダムではないが所定の規則性を持って変化させた配置状態とする場合とが考えられる。ここで、ランダムではないが所定の規則性を持って変化させた配置状態としては、例えば、ｘ方向又はｙ方向で弓形（曲線状）に水平方向の配置位置を変化させる場合と、ｘ方向又はｙ方向で高さ（ｚ方向）を弓形（曲線状）に変化させる場合の２つが考えられる。
配置例１〜配置例７は、これらを単独で使用した例又は組み合わせた例である。

これらの空間光レンズ４１の配置位置を変える要因の組合せには、例えば１５種類のパターンＰ１〜Ｐ１５が考えられる。
パターンＰ１：ｘ方向に直線状に配置、ｙ方向にランダムに配置
パターンＰ２：ｘ方向に直線状に配置、ｙ方向に弓形に水平位置を変化させた配置
パターンＰ３：ｘ方向に直線状に配置、ｙ方向に高さを弓形に変化させた配置
パターンＰ４：ｘ方向にランダムに配置、ｙ方向に直線状に配置
パターンＰ５：ｘ方向にランダムに配置、ｙ方向にランダムに配置
パターンＰ６：ｘ方向にランダムに配置、ｙ方向に弓形に水平位置を変化させた配置
パターンＰ７：ｘ方向にランダムに配置、ｙ方向に高さを弓形に変化させた配置
パターンＰ８：ｘ方向に弓形に水平位置を変化させた配置、ｙ方向に直線状に配置
パターンＰ９：ｘ方向に弓形に水平位置を変化させた配置、ｙ方向にランダムに配置
パターンＰ１０：ｘ方向に弓形に水平位置を変化させた配置、ｙ方向に弓形に水平位置を変化させた配置
パターンＰ１１：ｘ方向に弓形に水平位置を変化させた配置、ｙ方向に高さを弓形に変化させた配置
パターンＰ１２：ｘ方向に高さを弓形に変化させた配置、ｙ方向に直線状に配置
パターンＰ１３：ｘ方向に高さを弓形に変化させた配置、ｙ方向にランダムに配置
パターンＰ１４：ｘ方向に高さを弓形に変化させた配置、ｙ方向に弓形に水平位置を変化させた配置
パターンＰ１５：ｘ方向に高さを弓形に変化させた配置、ｙ方向に高さを弓形に変化させた配置

これらの１５種類のパターンの中で、マシンルーム１００に配置する空間光通信端末４０の台数や、マシンルーム１００内の配置スペース（つまりキャビネット１０と天井との間の空間の状況）などから、適切なパターンを選択するのが好ましい。
なお、配置例１（図１）はパターンＰ１５に相当し、配置例２（図４）はパターンＰ１に相当し、配置例３（図５）はパターンＰ２に相当し、配置例４（図６）はパターンＰ８に相当する。また、配置例５（図７）はパターンＰ１５に相当し、配置例６（図８）はパターンＰ９に相当し、配置例７（図９）はパターンＰ２に相当する。

［１０．各端末のずらし量と見通し率］
ここで、パターンＰ１〜Ｐ１５で、各空間光通信端末４０の空間光レンズ４１のずらし量と見通し率の関係を、図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０は、空間光レンズ４１を弓形に配置して、各空間光レンズ４１同士の見通しを確保する条件を示す図である。図１０では、第１列〜第４列の４つの空間光レンズ４１の相互間で空間光通信が行える状態を示している。

ここでは、空間光レンズ４１とその駆動機構が、空間光レンズ４１の向きにかかわらず、半径ｒ[mm]の球体内に収まるように設計される。但し、空間光通信端末４０が支柱４３を介して高い場所に設置される場合、半径ｒ[mm]は支柱４３の高さを含まない。
各配置例を含む本例による各空間光通信端末４０の配置状態の善し悪しを測る指標として、ここでは次式で示される「見通し率」ｐを用いる。
見通し率ｐ＝（２Ｌ）／［Ｎ（Ｎ−１）］
ここで、Ｌは直接見通し可能な端末ペア数、Ｎは全端末数である。この見通し率ｐは、全端末ペア数に占める見通し可能な端末ペア数の割合を表す。

図１０に示すように、第１列〜第４列の４つの空間光レンズ４１の配置位置を弓形にずらして、各空間光レンズ４１同士の見通しを確保するためには、第１列の空間光レンズ４１から出る光が、第２列の空間光レンズ４１によって遮られることでできる影の外側に第３列の空間光レンズ４１を配置すればよい。それぞれの列を示す値をｎに置き換えると、ｎ−２番目の列の空間光レンズ４１の中心(発光点)を頂点とし、ｎ−１番目の列の空間光レンズ４１に接する円錐面上に、ｎ番目の端末４０の空間光レンズ４１の中心（受光点）を置けばよい。

図１０に示す第１列〜第４列の４つの空間光レンズ４１の位置関係を示す各距離や角度は、次のように定義される。ここで、キャビネット１０の配置間隔をＷ，空間光レンズ４１の半径をｒ、中心仰角をｐ_ｎ、接線仰角をｑ_ｎ、空間光レンズ４１の中心間隔をｄ_ｎ、空間光レンズ４１の高さ（隣接した列との相対高さ）をｈ_ｎとする。これらの記号の「ｎ」は、０，１，２，・・・と１列ごとに付与される数値を示す。図１０では、それぞれの数値を入れて距離や角度を示す。

第１列及び第２列の空間光レンズ４１の高さｈ_０は０であり、第１列の空間光レンズ４１と第２列の空間光レンズ４１の中心間隔ｄ_０は、キャビネット１０の配置間隔Ｗと等しい。第１列の空間光レンズ４１の中心に対する、第２列の空間光レンズ４１の中心仰角ｐ_０は、０である。第１列の空間光レンズ４１の中心に対する、第２列の空間光レンズ４１の接線仰角ｑ_０は、次式で示される。
接線仰角ｑ_０＝arcsin（ｒ／ｄ_０）

第３列の空間光レンズ４１の高さｈ_１は、次式で示される。
ｈ_１＝２Ｗ×tan（ｐ_０＋ｑ_０）―ｈ_０
第２列の空間光レンズ４１と第３列の空間光レンズ４１の中心間隔ｄ_１と中心仰角ｐ_１と接線仰角ｑ_１は、次式で示される。
中心間隔ｄ_１＝sqrt（Ｗ^２＋ｈ_１ ^２）
中心仰角ｐ_１＝arctan（ｈ_１／Ｗ）
接線仰角ｑ_１＝arcsin（ｒ／ｄ_１）

第４列の空間光レンズ４１の高さｈ_２は、次式で示される。
ｈ_２＝２Ｗ×tan（ｐ_１＋ｑ_１）―ｈ_１
第３列の空間光レンズ４１と第４列の空間光レンズ４１の中心間隔ｄ２と中心仰角ｐ２と接線仰角ｑ_２は、次式で示される。
中心間隔ｄ_２＝sqrt（Ｗ^２＋ｈ_２ ^２）
中心仰角ｐ_２＝arctan（ｈ_２／Ｗ）
接線仰角ｑ_２＝arcsin（ｒ／ｄ_２）

なお、各列の空間光レンズ４１の設置間隔Ｗが固定され、これらの空間光レンズ４１の配置位置を弓形にずらす場合に必要な、ｎ番目の端末４０の空間光レンズ４１の変位量ｚ_ｎは、最初の２つの列の空間光レンズ４１をｎ＝０，１としたとき、次の［数１］式によって求められる。

［数１］式において、Ｗは端末の設置間隔であり、１台のキャビネット１０に１個の端末を置く場合はラックの幅または奥行に相当する。ｈ_ｎはｎ−１番目の空間光レンズ４１に対するｎ番目空間光レンズ４１の相対変位量、ｚ_ｎはｎ番目の空間光レンズ４１の絶対変位量(すなわち、１番目の端末に対する相対変位量)である。

なお、空間光レンズ４１の配置位置を弓形に水平にずらす場合、変位量がキャビネットの寸法を超えないことが制約条件となる。また、空間光レンズ４１の弓形に鉛直にずらす場合、変位量がキャビネット空頭(キャビネット上面とマシンルーム天井との間の空間の高さ)を超えないことが制約条件となる。
また、パターンＰ１５（ｘ方向とｙ方向の双方でｚ方向の高さを弓形に変化させる例）の場合、ｚ方向の変位量はｘ方向に対する変位量とｙ方向に対する変位量の和となる。

１つの例を示すと、例えばキャビネット１０の奥行2,100mm、キャビネット１０の空頭1,200mm、空間光レンズ４１の半径ｒ＝25mm、１台のキャビネット１０に１個の空間光レンズ４１を置く。この条件で、パターンＰ１１（ｘ方向に弓形に水平位置を変化させ、ｙ方向に高さを弓形に変化させた配置）を適用して、全ての端末間で空間光通信が可能な最大の端末数の例を示すと、以下のとおりである。
すなわち、ｘ方向（端末間隔Ｗ＝600mm）に並べた９番目の端末の空間光レンズ４１の変位量は1,876mm、１０番目の端末の空間光レンズ４１の変位量は2,369mmである。このため、キャビネット１０の奥行2,100mm に収まる最大の端末数は片側９個（両側１８個）になる。同様に、ｙ方向(端末間隔Ｗ＝2100mm)に並べた６番目の空間光レンズ４１の変位量は1,052mm、７番目の空間光レンズ４１の変位量は1,404mmである。このため、キャビネット１０の空頭1,200mmに収まる最大の端末数は、片側６個(両側１２個)である。したがって、マシンルーム１００の中心から左右に各９個、奥と手前に各６個、合計（９×２）×（６×２）＝２１６個のキャビネット１０及び端末４０が配置できる。

以上説明した条件は、ネットワーク内の全ての空間光レンズ４１が直接見通せる見通し率が１００％の場合である。見通し率のある程度の低下まで許容できるネットワークを想定したとき、端末数の増加により、図１１に示すように、上述したパターンＰ１〜Ｐ１５での見通し率が変化する。図１１の縦軸は見通し率（最大が１）を示し、横軸は端末数（＝キャビネット数）を示す。
この図１１に示した見通し率は、１つの例であり、空間光レンズ４１の半径や端末の間隔などの数値によって変化する。図１１において、パターンＰ１５は、パターンＰ１１の一部と重なっており、パターンＰ３とパターンＰ１２も重なっている。なお、パターンＰ０は、ｘ方向に直線状に配置すると共に、ｙ方向にも直線状に配置した例（図１５の従来例）である。
図１１から判るように、パターンＰ１１，パターンＰ１４，パターンＰ１５のように高さ方向（ｚ方向）の変化を組み合わせた配置例の場合には、端末数（キャビネット数）が増加しても、見通し率が１００％に近い値を維持できる。但し、高さ方向で対処できるのは、マシンルーム１００内のキャビネット１０の空頭に余裕がある場合に限られ、空頭に制限がある場合には、他のパターンを組み合わせて、見通し率が１に近くなるようにするのが好ましい。

［１１．１つのキャビネットに複数の端末を配置する配置例］
ここまで説明した各配置例では、それぞれのキャビネット１０に、１個の空間光レンズ４１を備えた空間光通信端末４０を配置する例を示した。これに対して、それぞれの空間光通信端末４０が、複数個の空間光レンズ４１を備えるようにしてもよい。例えば、図１２Ａに示すように、キャビネット１０の天板の上の四隅に１個ずつ合計４個の空間光レンズ４１を配置してもよい。
この四隅に配置する場合には、図１２Ｂに示すように、その４個の空間光レンズ４１の高さを変化させてもよい。

また、図１２Ｃに示すように、４個の空間光レンズ４１を高さ方向に１列に並べて配置して、その４個の空間光レンズ４１の高さが異なるようにしてもよい。
さらに、図１２Ｄに示すように、４個の空間光レンズ４１を回転台４９の上に配置して、回転台４９による空間光レンズ４１の回転で、それぞれの空間光レンズ４１の配置位置が調整できるようにしてもよい。
図１２は、４個の空間光レンズ４１を配置した例を示すが、２個や３個、あるいは５個以上の空間光レンズ４１を配置する場合にも、同様に配置位置や高さなどを変化させてもよい。

［１２．天井に各端末を配置する配置例］
なお、ここまで説明した各例では、キャビネット１０の天板の上に空間光通信端末４０を配置する例を示した。これに対して、マシンルーム１００内の空いた空間を使用する配置であれば、キャビネット１０の上以外の箇所に空間光通信端末４０を配置してもよい。
例えば、図１３に示すように、マシンルーム１００の天井１０１に、キャビネット１０の数に対応した空間光通信端末４０を配置してもよい。

この図１３に示す配置例は、天井１０１に５列の空間光通信端末列４０−１〜４０−５を配置した例を示す。それぞれの空間光通信端末列４０−１〜４０−５は、キャビネット列１０−１〜１０−５に対応して、各キャビネット１０の真上の位置に配置される。
ここで、各列の空間光通信端末列４０−１〜４０−５内の空間光レンズ４１の天井１０１から吊り下げられる高さを、変化させている。空間光レンズ４１の高さを変化させる状態については、既に説明したキャビネット１０の上の空間光レンズ４１の高さを変化させる各例が適用できる。あるいは、高さを変化させる代わりに（又は高さの変化と組み合わせて）、配置位置をランダムに変化させてもよい。

［１３．その他の変形例］
なお、各配置例では、キャビネット１０の天板の上に空間光通信端末４０を配置する例を示した。これに対して、キャビネット１０の天板の上から通路上にはみ出た位置に、空間光通信端末４０や空間光レンズ４１を配置するようにしてもよい。
図１３に示した天井１０１に空間光通信端末４０を配置する場合にも、キャビネット１０の真上以外の位置に、空間光通信端末４０を配置してもよい。

また、各配置例では、マシンルーム内に格子状にキャビネット１０を配置する例を示したが、格子状以外の配列でキャビネット１０をマシンルーム内に配置した場合に、本発明を適用してもよい。
また、それぞれのキャビネット１０は、マシンルームの同一水平面に設置した例を説明したが、一部のキャビネット１０が、同じマシンルーム内の異なる水平面（床）に配置された場合に本発明を適用してもよい。さらに、マシンルーム内の各キャビネットの高さなどのサイズは、同一でなくてもよい。
さらに、ここまで説明した各配置例では１個のキャビネット１０に１個又は複数個の空間光通信端末４０を配置した例を示したが、複数個のキャビネット１０ごとに、１個ずつ空間光通信端末４０を配置してもよい。

１０…キャビネット、１０−１〜１０−６…キャビネット列、２１…スイッチ、３１，３２，３３…情報処理装置、４０，４０ａ，４０ｂ…空間光通信端末、４０−１〜４０−５…空間光通信端末列、４１…空間光レンズ、４２…回転機構部、４３…支柱、４４…サーキュレータ、４５…送受信処理部、４９…回転台、１００…マシンルーム、１０１…天井

Claims (4)

1. 所定箇所に配置された、複数の情報処理装置の間を伝送路で接続することで形成される情報処理装置用ネットワークシステムにおいて、
   前記伝送路の一部又は全てを、複数の空間光通信端末を使用した空間光無線通信で構成し、
   前記複数の空間光通信端末の垂直方向の高さと、水平方向の配置位置とのいずれか一方又は双方を、曲線に沿って変化させる配置状態とした
   情報処理装置用ネットワークシステム。
2. 前記複数の空間光通信端末のそれぞれは、空間光無線通信を行う相手側の空間光通信端末と向き合うように、水平角度及び仰俯角を調整する回転機構部を備えた
   請求項１に記載の情報処理装置用ネットワークシステム。
3. 前記複数の情報処理装置は、所定数の情報処理装置ごとにキャビネットに配置され、
   前記キャビネットの上端部と天井との間の空間に、各空間光通信端末を配置し、
   前記キャビネットに配置した空間光通信端末を、スイッチを介してキャビネット内の前記情報処理装置と接続した
   請求項１または２に記載の情報処理装置用ネットワークシステム。
4. それぞれの前記キャビネットの上端部又はその上端部と対向した天井に、複数台の空間光通信端末を配置した
   請求項３に記載の情報処理装置用ネットワークシステム。

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