JP7089606B2 - タイムセンシティブネットワーキングネットワークにおけるストリームのルーティングパスを処理するデバイス及び方法 - Google Patents

タイムセンシティブネットワーキングネットワークにおけるストリームのルーティングパスを処理するデバイス及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、タイムセンシティブネットワーキングネットワークにおけるストリームのルーティングパスを処理するデバイス及び方法に関する。
タイムセンシティブネットワーキング（time-sensitive networking、ＴＳＮ）プロトコルは、産業ネットワークにおいて、安全性がクリティカルなリアルタイムのアプリケーションのための決定論的通信を可能にするように標準化されている。様々なトラフィックタイプのストリームがＴＳＮ（ＴＳＮ対応）ネットワークによりサポートされているが、ＴＳＮネットワークの性能を最適化するためにストリームのルーティングパスを決定する方法は、進行中の本質的な問題である。さらに、将来の産業自動化は、ＴＳＮネットワークが動的であること（例えば、ストリームを追加すること）及び実行時再構成を要し、これは、既存のルーティング方法を実行不可能にする。したがって、ＴＳＮネットワークにおけるストリームのルーティングパスを決定するメカニズムは、解決すべき重要な問題である。
したがって、本発明は、上述の問題を解決するために、タイムセンシティブネットワーキング（ＴＳＮ）ネットワークにおけるストリームのルーティングパスを処理するデバイス及び方法を提供する。
これは、以下の独立請求項によるルーティングパスを処理するための中央ネットワークコントローラ（central network controller、ＣＮＣ）により達成される。従属請求項は、対応するさらなる発展及び向上に関する。
以下の詳細な説明からより明確に分かるように、ＴＳＮネットワークにおけるストリームのルーティングパスを処理するための請求項されるＣＮＣは、少なくとも１つの記憶デバイスと、少なくとも１つの記憶デバイスに結合された少なくとも１つの処理回路とを備える。少なくとも１つの記憶デバイスは命令を記憶し、少なくとも１つの処理回路は、集中ユーザ構成（centralized user configuration、ＣＵＣ）からＴＳＮネットワークにおける第１のストリームを割り当てる要求を受信することであり、ＴＳＮネットワークは第２のストリームを含む、ことと、ＴＳＮネットワークのネットワークトポロジの第１の複数リンクの第１の複数の長さに従って第１のストリームのための第１の複数の候補パスを決定することと、第１の複数の候補パスから第１のストリームを送信するための第１のルーティングパスを選択し、ＴＳＮネットワークにおける第１のストリームのために第１のルーティングパスが通過する少なくとも１つの第１のブリッジを構成することと、の命令を実行するように構成される。
本発明の一例によるタイムセンシティブネットワーキング（ＴＳＮ）ネットワークの概略図である。 本発明の一例による中央ネットワークコントローラ（ＣＮＣ）の概略図である。 本発明の一例によるＴＳＮネットワークのネットワークトポロジの概略図である。 本発明の一例によるプロセスのフローチャートである。 本発明の一例によるプロセスのフローチャートである。
図１は、本発明の一例によるタイムセンシティブネットワーキング（time-sensitive networking、ＴＳＮ）ネットワーク１０の概略図である。ＴＳＮネットワーク１０は簡潔には、２つの端末デバイス１００及び１０２、集中ユーザ構成（centralized user configuration、ＣＵＣ）１１０、中央ネットワークコントローラ（central network controller、ＣＮＣ）１２０、並びにブリッジ１３０及び１３２から構成される。端末デバイス１００及び１０２並びにブリッジ１３０及び１３２は、物理的リンクにより接続される。端末デバイス１００及び１０２は、決定論的通信を必要とする時間認識アプリケーションを実行する（例えば、動作させる）ことができる。
図１において、端末デバイス１００及び１０２、ＣＵＣ１１０、ＣＮＣ１２０、ブリッジ１３０及び１３２は、ＴＳＮネットワーク１０の構造を示すために単に利用される。実際には、端末デバイスは、ロボット、ビジョンセンサ、マシン、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、又はこれらの組み合わせでもよい。端末デバイスは、他の端末デバイスとエンドツーエンド通信を行うことができる。すなわち、端末デバイスはストリームのソースノードでもよく、トーカー（talker）と呼ばれる。さらに、端末デバイスはストリームの宛先ノードでもよく、リスナーと呼ばれる。ソースノード（又は、宛先ノード）は、少なくとも１つの宛先ノード（又は、少なくとも１つのソースノード）と通信し得ることに留意する。あるストリームのソースノードが、別のストリームの宛先ノードでもよい。
ＣＵＣ１１０は、ＣＮＣ１２０と端末デバイス１００及び１０２との双方と通信することができる。ＣＵＣ１１０は、トポロジ発見及び制御ポリシーなどのいくつかのアプリケーションを開発又は実行することができる。ＣＮＣ１２０は、インターフェース（例えば、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ））を含み、ＣＵＣ１１０とブリッジ１３０及び１３２の双方と通信することができる。ＣＮＣ１２０は、ストリームを処理する（handling）ためのプライマリセンタでもよく、ブリッジ１３０及び１３２の少なくとも１つを構成することができる。イーサネットスイッチとも呼ばれるブリッジは、プライオリティキューを含み、ＣＮＣ１２０から時間スケジュールを受信し、ストリームのトラフィックタイプを識別し、ＴＳＮ標準に定義されるクレジットベースシェーパ（credit-based shaper、ＣＢＳ）及び／又は時間認識シェーパ（time-aware shaper、ＴＡＳ）に基づいてストリームのイーサネットフレームを切り替えることができる。ＴＡＳは、ゲート制御リスト（gate control list、ＧＣＬ）に基づいてフレーム送達のためのゲートを制御する。
ストリームのトラフィックは、３つのタイプ、すなわち、ＴＳＮ、オーディオビデオブリッジング（audio video bridging、ＡＶＢ）、及びベストエフォート（best effort、ＢＥ）に分類され得る。したがって、ストリームは、ＴＳＮストリーム、ＡＶＢストリーム、又はＢＥストリームであり得る。さらに、トラフィックタイプの高から低へのプライオリティ順序は、ＴＳＮ、ＡＶＢ、及びＢＥであり得る。すなわち、ＴＳＮストリームのフレームは、ＡＶＢストリームのフレーム及びＢＥストリームのフレームにプリエンプトする（preempts）。
ＴＳＮストリームは、複数のパラメータ、例えば、ソースノード、宛先ノード、サイズ、周期、オフセット、及びデッドラインに従って定義されてもよい。すなわち、サイズを有するデータ（例えば、イーサネットフレーム）が周期的に送信され、送信ごとにデッドライン前に宛先ノードに到着する必要があり得る。
ＡＶＢストリームは、複数のパラメータ、例えば、ソースノード、宛先ノード、サイズ、周期、タイプ（例えば、高プライオリティのクラスＡ、又は低プライオリティのクラスＢ）、及びデッドラインに従ってもよい。すなわち、サイズ及びタイプを有するデータが周期的に送信され、送信ごとにデッドライン前に宛先ノードに到着する必要があり得る。
図２は、本発明の一例によるＣＮＣ２０の概略図である。ＣＮＣ２０は、図１に示すＣＮＣ１２０でもよい。ＣＮＣ２０は、マイクロプロセッサ又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの少なくとも１つの処理回路２００と、少なくとも１つの記憶デバイス２１０と、少なくとも１つの通信インターフェースデバイス２２０を含み得る。少なくとも１つの記憶デバイス２１０は、少なくとも１つの処理回路２００によりアクセス及び実行されるプログラムコード２１４を記憶することができる任意のデータ記憶デバイスであり得る。少なくとも１つの記憶デバイス２１０の例には、これらに限られないが加入者識別モジュール（subscriber identity module、ＳＩＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、コンパクトディスク読取専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスクＲＯＭ（ＤＶＤ－ＲＯＭ）、ブルーレイディスクＲＯＭ（ＢＤ－ＲＯＭ）、磁気テープ、ハードディスク、光学データ記憶デバイス、不揮発性記憶デバイス、非一時的コンピュータ読取可能媒体などが含まれる。少なくとも１つの通信インターフェースデバイス２２０は、好ましくは少なくとも１つのトランシーバであり、少なくとも１つの処理回路２００の処理結果に従って信号（例えば、データ、メッセージ、及び／又はパケット）を送受信するために使用される。
図３は、本発明の一例によるＴＳＮネットワークのネットワークトポロジの概略図である。ネットワークトポロジは、１０個の端末デバイスＥＤ１～ＥＤ１０と、物理的リンクにより接続された４つのブリッジＢＲ１～ＢＲ４を含む。物理的リンクは、それぞれ、対応する帯域幅容量を有する。さらに、ネットワークトポロジはグラフ（例えば、有向グラフ）としてモデル化され得、端末デバイスＥＤ１～ＥＤ１０及びブリッジＢＲ１～ＢＲ４はグラフの頂点としてモデル化され得、物理的リンクはグラフのエッジとしてモデル化され得る。端末デバイスの数、ブリッジの数、及び接続方法は、本明細書において限定されないことに留意する。
図３において、端末デバイスＥＤ１から端末デバイスＥＤ６へ３つのパス、すなわち、｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ４，ＥＤ６｝、｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ３，ＢＲ４，ＥＤ６｝、及び｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ４，ＥＤ６｝が存在する。例えば、あるストリームが、ストリームのソースノード及び宛先ノードがそれぞれ端末デバイスＥＤ１及びＥＤ６であるとき、パス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ４，ＥＤ６｝を介して送信され得る。
エンドツーエンド通信の確立は簡潔には、以下のように記述される。ＴＳＮネットワークが動作する前（すなわち、ＴＳＮネットワークがオフラインである）、ストリームのソースノードは、ストリームの要件（例えば、レイテンシ要件、サービス品質（ＱｏＳ）要件）を有する要求をＣＵＣに送信し、ＣＵＣは、その要求をＣＮＣに転送する。
ＣＵＣから要求を受け取った後、ＣＮＣは、要件を満たすストリームのルーティングパス及び時間スケジュールを決定し、ブリッジを構成し、ＣＵＣに通知する。次いで、ＣＵＣは、通知に従ってソースノードを構成する。ＣＮＣがルーティングパス及び時間スケジュールを決定するのに失敗した場合、ＣＮＣはＣＵＣにエラーを通知し得ることに留意する。
ＴＳＮネットワークが動作しているとき（すなわち、ＴＳＮネットワークがオンラインである）、ストリームは、ソースノードからストリームの宛先ノードへ時間スケジュールに従ってルーティングパスを介して送信される。
従来技術におけるルーティング方法は、ＴＳＮネットワークが動作する前にルーティングパスが決定されるため、オフライン（例えば、静的）環境に基づくことに留意する。したがって、（例えば、ＴＳＮネットワークで現在送信されている他のストリームが存在する）実行時にストリームのルーティングパスを決定する方法は知られていない。
図４は、本発明の一例によるプロセス４０のフローチャートである。プロセス４０は、ＴＳＮネットワークにおけるストリームのルーティングパスを処理するために、ＣＮＣ（例えば、ＣＮＣ１２０）で利用することができる。プロセス４０は、プログラムコードにコンパイルされてもよく、以下のステップを含む。
ステップ４００：開始。
ステップ４０２：ＣＵＣからＴＳＮネットワークにおける第１のストリームを割り当てる要求を受信し、ＴＳＮネットワークは第２のストリームを含む。
ステップ４０４：ＴＳＮネットワークのネットワークトポロジの第１の複数のリンクの第１の複数の長さに従って、第１のストリームのための第１の複数の候補パスを決定する。
ステップ４０６：第１の複数の候補パスから第１のストリームを送信するための第１のルーティングパスを選択する。
ステップ４０８：ＴＳＮネットワークにおける第１のストリームのための第１のルーティングパスが通過する少なくとも１つの第１のブリッジを構成する。
ステップ４１０：終了。
プロセス４０によれば、ＣＮＣは、ＣＵＣからＴＳＮネットワークにおける第１のストリーム（例えば、新規／入力ストリーム）を割り当てる要求を受信し、ＴＳＮネットワークは、第２のストリーム（例えば、現在送信されている既存／バックグラウンドストリーム）を含む。ＣＮＣは、ＴＳＮネットワークのネットワークトポロジの第１の複数のリンクの第１の複数の長さに従って、第１のストリームのための第１の複数の候補パスを決定する（例えば、生成する）。ＣＮＣは、第１の複数の候補パスから第１のストリームを送信するための第１のルーティングパスを選択する。次いで、ＣＮＣは、ＴＳＮネットワークにおける第１のストリームのための第１のルーティングパスが通過する少なくとも１つの第１のブリッジを構成する。すなわち、ＣＮＣは、第１の複数の候補パスを決定し、次いで、第１の複数の候補パスから第１のストリームを送信するためのルーティングパスを選択する。言い換えると、第１のストリームを送信するルーティングパスを決定するために、２ステップの方法が用いられる。したがって、実行時のストリームのルーティングパス決定に関する問題が解決される。
プロセス４０の実現は、上記説明に限定されない。プロセス４０を実現するために、以下の例を適用することができる。
一例において、第１の複数の候補パスは、第１のストリームのための第１の複数のパスに含まれる。一例において、第１の複数のパスは、第１のストリームのソースノードから第１のストリームの宛先ノードへのパスの全てである。
一例において、第１の複数の候補パスは、第１のストリームのための複数の最短パスを含む（例えば、該最短パスである）。一例において、ＣＮＣは、最短パスファースト（shortest path first、ＳＰＦ）アルゴリズムに従って第１の複数の候補パスを決定する。一例において、ＳＰＦアルゴリズムは、Ｙｅｎのアルゴリズムである。
一例において、少なくとも１つの第１のブリッジを構成するステップは、少なくとも１つの第１のブリッジの複数のプライオリティキューを構成する（例えば、制御する）ステップを含む（例えば、ＧＣＬ割り当て）。一例において、ＣＮＣは、第１の複数の候補パスに関連づけられた複数の帯域幅容量に従って、第１の複数の候補パスから第１のルーティングパスを選択する。一例において、第１の複数の候補パスは、複数のリンクにより形成され、複数のリンクは、それぞれ、複数の帯域幅容量に対応する。
一例において、ＣＮＣは、第１のストリームを送信するための第１のルーティングパスを選択した後、第１のストリームを送信するための時間スケジュールを決定する。一例において、ＣＮＣは、ＣＮＣが時間スケジュールを成功裏に決定した場合（例えば、後）、ＣＵＣに要求に応答して受諾メッセージを送信する。一例において、受諾メッセージは、第１のストリームが成功裏にスケジュールされていることを示す。一例において、ＣＮＣは、ＣＮＣが時間スケジュールを成功裏に決定した場合（例えば、後）、時間スケジュールに従って少なくとも１つの第１のブリッジを構成する。
一例において、ＣＮＣは、ＣＮＣが時間スケジュールを成功裏に決定しなかった場合（例えば、後）、ＣＵＣに要求に応答して拒否メッセージを送信する。一例において、拒否メッセージは、第１のストリームが成功裏にスケジュールされていないことを示す。一例において、ＣＮＣは、ＣＮＣが時間スケジュールを成功裏に決定しなかった場合（例えば、後）、第１の複数の候補パスから第１のストリームを送信するための第３のルーティングパスを選択する。
一例において、ＣＮＣは、要求を受信する前、第２のストリームのための第２の複数の候補パスから第２のストリームを送信するためのカレント（current）ルーティングパスを選択する。一例において、第２の複数の候補パスは、第２のストリームのための第２の複数のパスに含まれる。一例において、第２の複数のパスは、第２のストリームのソースノードから第２のストリームの宛先ノードへのパスの全てである。一例において、第２の複数の候補パスは、第２のストリームのための複数の最短パスを含む（例えば、該最短パスである）。一例において、ＣＮＣは、ＳＰＦアルゴリズムに従って第２の複数の候補パスを決定する。一例において、ＳＰＦアルゴリズムは、Ｙｅｎのアルゴリズムである。
一例において、要求を受信した後、ＣＮＣは、第２の複数の候補パスから第２のストリームを送信するための第２のルーティングパスを選択し（例えば、再選択し）、ＴＳＮネットワークにおける第２のストリームのための第２のルーティングパスが通過する少なくとも１つの第２のブリッジを構成する。一例において、ＣＮＣは、要求に応答して第２のルーティングパスを選択する。第２のルーティングパスとカレントルーティングパスは、同じでも異なってもよいことに留意する。
一例において、第１のストリームは、ＴＳＮネットワークによりサポートされる第１のトラフィックタイプを有する。すなわち、第１のストリームは、ＴＳＮストリーム、ＡＶＢストリーム、又はＢＥストリームである。一例において、第２のストリームは、ＴＳＮネットワークによりサポートされる第２のトラフィックタイプを有する。第１のトラフィックタイプと第２のトラフィックタイプは、同じでも異なってもよいことに留意する。
図５は、本発明の一例によるプロセス５０のフローチャートである。プロセス５０は、ＴＳＮネットワークにおけるストリームのルーティングパスを処理するために、ＣＮＣ（例えば、ＣＮＣ１２０）で利用することができる。プロセス５０は、プログラムコードにコンパイルされてもよく、以下のステップを含む。
ステップ５００：開始。
ステップ５０２：ＣＵＣからＴＳＮネットワークにおける第１のストリームを割り当てる要求を受信し、ＴＳＮネットワークは第２のストリームを含む。
ステップ５０４：第１のストリームのための第１の複数のパスから、第１の複数のパスの第１の複数のパラメータに従って、第１のパスを選択する。
ステップ５０６：第１のパスに従って第１の複数のパスから第１のテンポラリ（temporary）パスを選択する。
ステップ５０８：第１の複数のパラメータを第１の複数の更新パラメータに更新する。
ステップ５１０：第１の複数の更新パラメータに従って第１の複数のパスから第２のパスを選択する。
ステップ５１２：第２のパス及び第１のテンポラリパスから第１のストリームを送信するための第１のルーティングパスを選択する。
ステップ５１４：ＴＳＮネットワークにおける第１のストリームのための第１のルーティングパスが通過する少なくとも１つの第１のブリッジを構成する。
ステップ５１６：終了。
プロセス５０によれば、ＣＮＣは、ＣＵＣからＴＳＮネットワークにおける第１のストリーム（例えば、新規／入力ストリーム）を割り当てる要求を受信し、ＴＳＮネットワークは、第２のストリーム（例えば、現在送信されている既存／バックグラウンドストリーム）を含む。ＣＮＣは、第１のストリームのための第１の複数のパスから、第１の複数のパスの（例えば、該パスに対応する）第１の複数のパラメータに従って、第１のパスを選択する。ＣＮＣは、第１のパスに従って第１の複数のパスから第１のテンポラリパスを選択する。ＣＮＣは、第１の複数のパラメータを第１の複数の更新パラメータに更新する。ＣＮＣは、第１の複数の更新パラメータに従って第１の複数のパスから第２のパスを選択する。ＣＮＣは、第２のパス及び第１のテンポラリパスから第１のストリームを送信するための第１のルーティングパスを選択する。次いで、ＣＮＣは、ＴＳＮネットワークにおける第１のストリームのための第１のルーティングパスが通過する少なくとも１つの第１のブリッジを構成する。すなわち、第１のストリームを送信するためのルーティングパスは、複数のパスの複数の更新パラメータに従って複数のパスから選択される。したがって、実行時のストリームのルーティングパス決定に関する問題が解決される。
プロセス５０の実現は、上記説明に限定されない。プロセス５０を実現するために、以下の例を適用することができる。
一例において、ＣＮＣは、第１のパスを選択する前、第１の複数のパラメータを複数のデフォルト値に初期化する。一例において、ＣＮＣは、第１のパスに従って第１の複数のパラメータを第１の複数の更新パラメータに更新する。一例において、第１のパスに従って第１の複数のパラメータを更新するステップは、所定値を第１のパスの第１のパラメータと乗算することにより積（multiplication）を決定するステップと、第１のパスと目的（例えば、コスト）関数とに従って第１のパスの増分パラメータを決定するステップと、積に増分パラメータを加算することにより第１のパスの第１の更新パラメータを取得するステップを含む。一例において、所定値は、蟻コロニー最適化（ant colony optimization、ＡＣＯ）アルゴリズムの蒸発係数である。
一例において、ＣＮＣは、第１のパスと第１の複数のパスのうち１つとに従って第１のテンポラリパスを選択する。一例において、ＣＮＣは、第１のパスと第１の複数のパスのうち１つとから第１のテンポラリパスを選択する。一例において、第１の複数のパスのうち１つは、第１のストリームのための最短パスである。一例において、ＣＮＣは、第１の複数のパスのうち１つを最短パスに初期化する。
一例において、第１の複数のパラメータは、ＡＣＯアルゴリズムのための複数のフェロモン値を含む（例えば、該フェロモン値である）。一例において、ＣＮＣは、第１のパスを選択する前、第１の複数のパスの第１の複数のパラメータ及び第２の複数のパラメータを初期化する。ＣＮＣは、第１の複数のパラメータ及び第２の複数のパラメータに従って第１のパスを選択し、第１の複数の更新パラメータ及び第２の複数のパラメータに従って第２のパスを選択する。一例において、第２の複数のパラメータは、ＡＣＯアルゴリズムのための複数の可視性値（visibility values）を含む（例えば、該可視性値である）。
一例において、ＣＮＣは、第１のストリームの第１のトラフィックタイプに従って第２の複数のパラメータを初期化する。一例において、ＣＮＣは、第１のストリームがＴＳＮストリームである場合、第１の複数のパスの複数のホップカウント数に従って第２の複数のパラメータを決定する。一例において、複数のホップカウント数は、第２の複数のパラメータに反比例する。一例において、ＣＮＣは、第１のストリームがＡＶＢストリームである場合、第１の複数パスの複数の最悪ケースの遅延に従って第２の複数のパラメータを決定する。一例において、複数の最悪ケースの遅延は、第２の複数のパラメータに反比例する。
一例において、ＣＮＣは、第１の複数のパラメータ及び第２の複数のパラメータに従って決定された第１の複数の遷移確率に従って第１のパスを選択し、第１の複数の更新パラメータ及び第２の複数のパラメータに従って決定された第２の複数の遷移確率に従って第２のパスを選択する。最近のパスの遷移確率は、最近のパスから次のパスへの遷移を表す。最近のパスと次のパスは、同じでも異なってもよいことに留意する。
一例において、第２のパス及び第１のテンポラリパスから第１のルーティングパスを選択するステップは、第２のパス及び目的関数に従って決定された第１の値が、第１のテンポラリパス及び目的関数に従って決定された第２の値より小さい場合、第１のルーティングパスとして第２のパスを選択するステップを含む。第２のパス及び第１のテンポラリパスから第１のルーティングパスを選択するステップは、第１の値が第２の値より小さくない場合、第１のルーティングパスとして第１のテンポラリパスを選択するステップを含む。一例において、目的関数は、少なくとも１つの目的を含む。一例において、少なくとも１つの目的は、スケジュール不可能なＴＳＮストリームの数を最小化すること、スケジュール不可能なＡＶＢストリームの数を最小化すること、再ルーティングされる（rerouted）ストリームの数を最小化すること、及びＡＶＢストリームの遅延を最小化することを含む。ストリームのスケジュール可能性（schedulability）は、ストリームの最悪ケースの遅延及びストリームのデッドラインに従って決定されることに留意する。最悪ケースの遅延がデッドラインを超えない場合、ストリームはスケジュール可能なストリームである。最悪ケースの遅延がデッドラインを超える場合、ストリームはスケジュール不可能なストリームである。最悪ケースの遅延は、ＴＳＮネットワークのタイミングモデルに依存することに留意する。
一例において、第１のストリームは、ＴＳＮネットワークによりサポートされる第１のトラフィックタイプを有する。すなわち、第１のストリームは、ＴＳＮストリーム、ＡＶＢストリーム、又はＢＥストリームである。一例において、第２のストリームは、ＴＳＮネットワークによりサポートされる第２のトラフィックタイプを有する。第１のトラフィックタイプと第２のトラフィックタイプは、同じでも異なってもよいことに留意する。
一例において、ＣＮＣは、第１のストリームを送信するための第１のルーティングパスを選択した後、第１のストリームを送信するための時間スケジュールを決定する。一例において、ＣＮＣは、ＣＮＣが時間スケジュールを成功裏に決定した場合（例えば、後）、ＣＵＣに要求に応答して受諾メッセージを送信する。一例において、受諾メッセージは、第１のストリームが成功裏にスケジュールされていることを示す。一例において、ＣＮＣは、ＣＮＣが時間スケジュールを成功裏に決定した場合（例えば、後）、時間スケジュールに従って少なくとも１つの第１のブリッジを構成する。
一例において、ＣＮＣは、ＣＮＣが時間スケジュールを成功裏に決定しなかった場合（例えば、後）、ＣＵＣに要求に応答して拒否メッセージを送信する。一例において、拒否メッセージは、第１のストリームが成功裏にスケジュールされていないことを示す。一例において、ＣＮＣは、ＣＮＣが時間スケジュールを成功裏に決定しなかった場合（例えば、後）、第１の複数の候補パスから第１のストリームを送信するための第３のルーティングパスを選択する。
一例において、ＣＮＣは、要求を受信する前、第２のストリームのための第２の複数のパスから第２のストリームを送信するためのカレントルーティングパスを選択する。すなわち、第２のストリームは、ＴＳＮネットワークにおいてカレントルーティングパスを介して現在送信されている。一例において、要求を受信した後、ＣＮＣは、第２の複数のパスの第３の複数のパラメータに従って第２の複数のパスから第３のパスを選択し（例えば、再選択し）、第３のパスに従って第２の複数のパスから第２のテンポラリパスを選択し、第３の複数のパラメータを第３の複数の更新パラメータに更新する。次いで、ＣＮＣは、第３の複数の更新パラメータに従って第２の複数のパスから第４のパスを選択し、第４のパス及び第２のテンポラリパスから第２のストリームを送信するための第２のルーティングパスを選択し、ＴＳＮネットワークにおける第２のストリームのための第２のルーティングパスが通過する少なくとも１つの第２のブリッジを構成する。一例において、第２のルーティングパスとカレントルーティングパスは、同じでも異なってもよい。一例において、ＣＮＣは、要求に応答して第３のパスを選択する。
一例において、要求を受信する前、第２の複数のパスの複数の事前パラメータ（prior parameters）が存在する。一例において、ＣＮＣは、第３のパスを選択する前、第３の複数のパラメータを複数の事前パラメータに初期化する。一例において、ＣＮＣは、第３のパスに従って第３の複数のパラメータを第３の複数の更新パラメータに更新する。一例において、ＣＮＣは、第１のパス及び第３のパスを選択した後、第１の複数のパラメータ及び第３の複数のパラメータを更新する。一例において、ＣＮＣは、第１の複数のパラメータ及び第３の複数のパラメータを更新した後、第２のパス及び第４のパスを選択する。
一例において、ＣＮＣは、第３のパスと第２の複数のパスのうち１つとに従って第２のテンポラリパスを選択する。一例において、ＣＮＣは、第３のパスと第２の複数のパスのうち１つとから第２のテンポラリパスを選択する。一例において、第２の複数のパスのうち１つは、カレントルーティングパスである。一例において、ＣＮＣは、第２の複数のパスのうち１つをカレントルーティングパスに初期化する。
一例において、第３の複数のパラメータは、ＡＣＯアルゴリズムのための複数のフェロモン値を含む（例えば、該フェロモン値である）。一例において、ＣＮＣは、第３のパスを選択する前、第２の複数のパスの第３の複数のパラメータ及び第４の複数のパラメータを初期化する。ＣＮＣは、第３の複数のパラメータ及び第４の複数のパラメータに従って第３のパスを選択し、第３の複数の更新パラメータ及び第４の複数のパラメータに従って第４のパスを選択する。一例において、ＣＮＣは、第３の複数のパラメータ及び第４の複数のパラメータに従って決定された第３の複数の遷移確率に従って第３のパスを選択し、第３の複数の更新パラメータ及び第４の複数のパラメータに従って決定された第４の複数の遷移確率に従って第４のパスを選択する。一例において、第４の複数のパラメータは、ＡＣＯアルゴリズムのための複数の可視性値を含む（例えば、該可視性値である）。
一例において、ＣＮＣは、第２のストリームの第２のトラフィックタイプに従って第４の複数のパラメータを初期化する。一例において、ＣＮＣは、第２のストリームがＴＳＮストリームである場合、第２の複数のパスの複数のホップカウント数に従って第４の複数のパラメータを決定する。一例において、複数のホップカウント数は、第４の複数のパラメータに反比例する。一例において、ＣＮＣは、第２のストリームがＡＶＢストリームである場合、第２の複数のパスの複数の最悪ケースの遅延に従って第４の複数のパラメータを決定する。一例において、複数の最悪ケースの遅延は、第４の複数のパラメータに反比例する。
一例において、ＣＮＣは、第２の複数のパスの複数の乗算値に従って第４の複数のパラメータを初期化する。パスを選択する確率は、パスの乗算値に依存してもよいことに留意する。一例において、複数の乗算値は、第４の複数のパラメータに比例する。一例において、カレントルーティングパスの乗算値は、第２の複数のパスのうち残りの、複数の乗算値のうち残りのものより大きい。すなわち、ＣＮＣは、例えば再ルーティングオーバヘッド（例えば、ＧＣＬ再割り当て）を回避するために、再ルーティングパスよりカレントルーティングパスを好む。
一例において、第４のパス及び第２のテンポラリパスから第２のルーティングパスを選択するステップは、第４のパス及び目的（例えば、コスト）関数に従って決定された第３の値が、第２のテンポラリパス及び目的関数に従って決定された第４の値より小さい場合、第２のルーティングパスとして第４のパスを選択するステップを含む。第４のパス及び第２のテンポラリパスから第２のルーティングパスを選択するステップは、第３の値が第４の値より小さくない場合、第２のルーティングパスとして第２のテンポラリパスを選択するステップを含む。一例において、ＣＮＣは、第２のパス及び第４のパスを選択した後、第１のルーティングパス及び第２のルーティングパスを選択する。
上記説明によれば、新しいストリーム及び現在のストリームのルーティングパスを決定するための擬似コードの一例を以下のように得ることができる。現在のストリームのためのカレントルーティングパス、現在のストリームのための候補パス、及び候補パスの事前フェロモン値があることに留意する。
Figure 0007089606000001
詳細には、Ｇは、ＴＳＮネットワークのネットワークトポロジのグラフを表し、Ｓは、新しいストリーム全てを表し、Ｓ’は、現在のストリーム全てを表し、｜Ｓ∪Ｓ’｜は、新しいストリームと現在のストリーム全ての数を表す。λｋは、第ｋのストリームを表し、ＳＰ(λｋ)は、第ｋのストリームの最短パスを表し、Ｚは、第ｋのストリームの候補パスの数を表し、ＣａｎｄＲＰ[λｋ][ｚ]は、第ｋのストリームの第ｚの候補パスを表す。ＳＴＳＮ及びＳ’ＴＳＮは、新しいストリームに含まれるＴＳＮストリーム全て及び現在のストリームに含まれるＴＳＮストリーム全てをそれぞれ表す。新しいストリームがＴＳＮストリーム又はＡＶＢストリームでもよく、現在のストリームがＴＳＮストリーム又はＡＶＢストリームでもよいことに留意する。
πｋは、第ｋのストリームのルーティングパスを表し、Πは、ストリーム全てのためのルーティングパス全てを表す。
Figure 0007089606000002
 は、第ｋのストリームのテンポラリパスを表し、
Figure 0007089606000003
 は、ストリーム全てのためのテンポラリパス全てを表す。
Figure 0007089606000004
 は、カレントルーティングパスを表し、Π’は、カレントルーティングパス全てを表す。ＣａｎｄＲＰ’[λｋ][ｚ]は、第ｚの候補パスを表す。ｔは、計算時間を表し、Ｔは、最大時間（例えば、１０ｍｓ）を表す。ＹｅｎｓＡｌｇｏ(・)は、Ｙｅｎのアルゴリズムを表す。
さらに、Ｐｈｅｒｏ[λｋ][ｚ]及びＶＢ[λｋ][ｚ]は、第ｋのストリームの第ｚの候補パスのためのフェロモン値及び可視性値をそれぞれ表す。Ｐｈｅｒｏ’[λｋ][ｚ]は、第ｚの候補パスの事前フェロモン値を表す。ρは、オペレータ又はユーザにより提供される蒸発係数を表す。「ｍｕｌｔ」は、乗算値を表す。「Ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅ」は、オペレータ又はユーザにより提供されるプリファレンス値を表す。Ｐｒｏｂ(ＣａｎｄＲＰ[λｋ][[ｚ])、ＨＯＰ(ＣａｎｄＲＰ[λｋ][[ｚ])、及びＷＣＤ(Ｇ，Ｓ，Ｓ’，Π’，ＣａｎｄＲＰ[λｋ][[ｚ])は、第ｋのストリームの第ｚの候補パスの遷移確率、ホップカウント数、及び最悪ケースの遅延をそれぞれ表す。Ｃｏｓｔ(・)は、目的関数を表し、次の式で表される。
Figure 0007089606000005
 ここで、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、及びＯ４は、スケジュール不可能なＴＳＮストリームの数を最小化する目的、スケジュール不可能なＡＶＢストリームの数を最小化する目的、再ルーティングされるストリームの数を最小化する目的、及びＡＶＢストリームの遅延を最小化する目的をそれぞれ表す。Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、及びＷ４は、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、及びＯ４に対応する重み値を表し、以下の式に従って定義される。
Figure 0007089606000006
 ここで、ＳＡＶＢ（Ｓ’ＡＶＢ）は、新しいストリーム（現在のストリーム）に含まれるＡＶＢストリーム全てを表し、Ｄｋは、λｋのデッドラインを表す。
上記説明によれば、ＴＳＮネットワークにおけるストリームのルーティングパスを処理する一例が以下のとおり記述される。ＴＳＮネットワークのＴＳＮトポロジは、図３のＴＳＮトポロジと同じである。ＣＮＣは、ＴＳＮネットワークにおいて新しいストリームλ１～λ２を割り当てる要求を受信し、ＴＳＮネットワークは、現在のストリームλ３～λ４を含む（例えば、現在、パス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ４，ＥＤ６｝及び｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ４，ＥＤ６｝を介してそれぞれ送信されている）。本例において、新しいストリームλ１はＡＶＢストリームであり、新しいストリームλ２はＴＳＮストリームである。ストリームλ１～λ４のソースノードは、それぞれ、端末デバイスＥＤ１～ＥＤ４である。ストリームλ１～λ４の宛先ノードは、それぞれ、端末デバイスＥＤ６～ＥＤ９である。
上記説明によれば、ＣＮＣは、新しいストリームλ１のための候補パスとして、新しいストリームλ１のための２つのパス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ４，ＥＤ６｝及び｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ４，ＥＤ６｝を決定する。ＣＮＣは、新しいストリームλ２の候補パスとして、新しいストリームλ２のための２つのパス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ３，ＢＲ４，ＥＤ６｝と｛ＥＤ１、ＢＲ１、ＢＲ４，ＥＤ６｝を決定する。ストリームのための候補パスの数が同じであるが、本明細書において限定されないことに留意する。
上記説明によれば、パス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ４，ＥＤ６｝及び｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ４，ＥＤ６｝のフェロモン値が存在する。本例では、パス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ４，ＥＤ６｝のフェロモン値に従って決定される遷移確率がパス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ４，ＥＤ６｝の遷移確率より高く、ＣＮＣは、新しいストリームλ１のテンポラリパスとして｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ４，ＥＤ６｝を選択する。同様に、パス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ３，ＢＲ４，ＥＤ６｝及び｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ４，ＥＤ６｝のフェロモン値が存在する。本例では、パス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ４，ＥＤ６｝のフェロモン値に従って決定される遷移確率がパス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ３，ＢＲ４，ＥＤ６｝の遷移確率より高く、ＣＮＣは、新しいストリームλ２のテンポラリパスとして｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ４，ＥＤ６｝を選択する。次いで、ＣＮＣは、フェロモン値を更新フェロモン値に更新する。
本例では、パス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ４，ＥＤ６｝の更新フェロモン値に従って決定される遷移確率がパス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ４，ＥＤ６｝の遷移確率より高く、ＣＮＣは、パス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ４，ＥＤ６｝を選択する。パス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ４，ＥＤ６｝に従って決定される値が一時パスの値より小さく、ＣＮＣは、新しいストリームλ１を送信するためのルーティングパスπ１としてパス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ４，ＥＤ６｝を選択する。
さらに、パス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ３，ＢＲ４，ＥＤ６｝の更新フェロモン値に従って決定される遷移確率がパス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ４，ＥＤ６｝の遷移確率より高く、ＣＮＣは、パス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ３，ＢＲ４，ＥＤ６｝を選択する。パス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ３，ＢＲ４，ＥＤ６｝に従って決定される値が一時パスの値より小さく、ＣＮＣは、新しいストリームλ２を送信するためのルーティングパスπ２としてパス｛ＥＤ１，ＢＲ１，ＢＲ３，ＢＲ４，ＥＤ６｝を選択する。
次いで、ＣＮＣは、新しいストリームλ１のためにブリッジＢＲ１、ＢＲ２、及びＢＲ４を構成し、新しいストリームλ２のためにブリッジＢＲ１、ＢＲ３、及びＢＲ４を構成する。すなわち、ＣＮＣは、現在のストリームλ３～λ４がＴＳＮネットワークにおいて現在送信されているとき、新しいストリームλ１～λ２を送信するためのルーティングパスを決定する。言い換えると、新しいストリームλ１～λ２のルーティングパスは、実行時に決定される。
上述の「決定」という動作は、「計算」、「算出」、「取得」、「生成」、「出力」、「使用」、「選ぶ／選択」、又は「判断」という動作で置き換えることができる。上述の「に従って」という用語は、「に応答して」で置き換えることができる。上述の「に関連づけられる」というフレーズは、「の」又は「に対応する」で置き換えることができる。上述の「を介する」という用語は、「～上」、「～内」、又は「～において」で置き換えることができる。上述の「．．．又は．．．の少なくとも１つ」という用語は、「．．．の少なくとも１つ、又は．．．の少なくとも１つ」又は「．．．及び．．．の群から選択される少なくとも１つ」で置き換えることができる。
当業者は、上述の説明及び例において組み合わせ、修正、及び／又は変更を容易に行うはずである。上述の説明、ステップ、及び／又は示唆されたステップを含むプロセスは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア（ハードウェアデバイスと、ハードウェアデバイス上の読取専用ソフトウェアとして存在するコンピュータ命令及びデータとの組み合わせとして知られる）、電子システム、又はこれらの組み合わせであり得る手段により実現することができる。手段の一例が、ＣＮＣ２０であり得る。
ハードウェアの例には、アナログ回路、デジタル回路、及び／又は混合回路を含むことができる。例えば、ハードウェアは、ＡＳＩＣ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブル論理デバイス、結合ハードウェアコンポーネント、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。別の例において、ハードウェアは、汎用プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
ソフトウェアの例には、記憶ユニット、例えばコンピュータ読取可能媒体に保持された（例えば、記憶された）、コードのセット、命令のセット、及び／又は機能のセットを含むことができる。コンピュータ読取可能媒体には、ＳＩＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＣＤ－ＲＯＭ／ＤＶＤ－ＲＯＭ／ＢＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、光学データ記憶デバイス、不揮発性記憶ユニット、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。コンピュータ読取可能媒体（例えば、記憶デバイス）は、少なくとも１つのプロセッサに対して内部的に結合され（例えば、統合され）、あるいは外部的に結合され（例えば、分離され）得る。１つ以上のモジュールを含み得る少なくとも１つのプロセッサは、コンピュータ読取可能媒体内のソフトウェアを実行する（例えば、実行するように構成される）ことができる。コードのセット、命令のセット、及び／又は機能のセットは、少なくとも１つのプロセッサ、モジュール、ハードウェア、及び／又は電子システムに、関連するステップを実行させることができる。
電子システムの例には、システムオンチップ（ＳｏＣ）、システムインパッケージ（ＳｉＰ）、コンピュータオンモジュール（ＣｏＭ）、コンピュータプログラムプロダクト、装置、モバイルフォン、ラップトップ、タブレットコンピュータ、電子ブック又はポータブルコンピュータシステム、及びＣＮＣ２０を含むことができる。
要約すると、本発明は、ＴＳＮネットワークにおけるストリームのルーティングパスを処理するデバイス及び方法を提供する。ストリームを送信するルーティングパスを決定するために、２ステップの方法が用いられる。したがって、実行時のストリームのルーティングパス決定に関する問題が解決される。

Claims (14)

  1. タイムセンシティブネットワーキング（ＴＳＮ）ネットワークにおけるストリームのルーティングパスを処理する中央ネットワークコントローラ（ＣＮＣ）であって、
    少なくとも１つの記憶デバイスと、
    前記少なくとも１つの記憶デバイスに結合された少なくとも１つの処理回路と、を備え、
    前記少なくとも１つの記憶デバイスは命令を記憶し、前記少なくとも１つの処理回路は、
    集中ユーザ構成（ＣＵＣ）からＴＳＮネットワークにおける第１のストリームを割り当てる要求を受信することであり、前記ＴＳＮネットワークは第２のストリームを含む、ことと、
    前記ＴＳＮネットワークのネットワークトポロジの第１の複数のリンクの第１の複数の長さに従って前記第１のストリームのための第１の複数の候補パスを決定することと、
    前記第１の複数の候補パスから前記第１のストリームを送信するための第１のルーティングパスを選択することと、
    前記ＴＳＮネットワークにおいて前記第１のストリームのための前記第１のルーティングパスが通過する少なくとも１つの第１のブリッジを構成することと、
    の前記命令を実行するように構成され、
    前記命令は、
    前記要求を受信する前、前記第２のストリームのための第２の複数の候補パスから前記第２のストリームを送信するためのカレントルーティングパスを選択すること
    をさらに含むことを特徴とするＣＮＣ。
  2. 前記第１の複数の候補パスは、前記第１のストリームのための複数の最短パスを含むことを特徴とする請求項１に記載のＣＮＣ。
  3. 当該ＣＮＣは、最短パスファースト（ＳＰＦ）アルゴリズムに従って前記第１の複数の候補パスを決定することを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＮＣ。
  4. 前記命令は、
    前記要求を受信した後、前記第２の複数の候補パスから前記第２のストリームを送信するための第２のルーティングパスを選択することと、
    前記ＴＳＮネットワークにおける前記第２のストリームのための前記第２のルーティングパスが通過する少なくとも１つの第２のブリッジを構成することと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＣＮＣ。
  5. 前記第１のストリームは、前記ＴＳＮネットワークによりサポートされる第１のトラフィックタイプを有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のＣＮＣ。
  6. タイムセンシティブネットワーキング（ＴＳＮ）ネットワークにおけるストリームのルーティングパスを処理する中央ネットワークコントローラ（ＣＮＣ）であって、
    少なくとも１つの記憶デバイスと、
    前記少なくとも１つの記憶デバイスに結合された少なくとも１つの処理回路と、を備え、
    前記少なくとも１つの記憶デバイスは命令を記憶し、前記少なくとも１つの処理回路は、
    集中ユーザ構成（ＣＵＣ）からＴＳＮネットワークにおける第１のストリームを割り当てる要求を受信することであり、前記ＴＳＮネットワークは第２のストリームを含む、ことと、
    前記第１のストリームのための第１の複数のパスから、前記第１の複数のパスの第１の複数のパラメータに従って、第１のパスを選択することと、
    前記第１のパスに従って前記第１の複数のパスから第１のテンポラリパスを選択することと、
    前記第１の複数のパラメータを第１の複数の更新パラメータに更新することと、
    前記第１の複数の更新パラメータに従って前記第１の複数のパスから第２のパスを選択することと、
    前記第２のパス及び前記第１のテンポラリパスから前記第１のストリームを送信するための第１のルーティングパスを選択することと、
    前記ＴＳＮネットワークにおいて前記第１のストリームのための前記第１のルーティングパスが通過する少なくとも１つの第１のブリッジを構成することと、
    の前記命令を実行するように構成されることを特徴とするＣＮＣ。
  7. 当該ＣＮＣは、前記第１のパスに従って前記第１の複数のパラメータを前記第１の複数の更新パラメータに更新することを特徴とする請求項６に記載のＣＮＣ。
  8. 当該ＣＮＣは、前記第１のパスと前記第１の複数のパスのうち１つとに従って、前記第１のテンポラリパスを選択することを特徴とする請求項６又は７に記載のＣＮＣ。
  9. 前記第１の複数のパスのうち前記１つは、前記第１のストリームのための最短パスであることを特徴とする請求項８に記載のＣＮＣ。
  10. 前記第１の複数のパラメータは、蟻コロニー最適化（ＡＣＯ）アルゴリズムのための複数のフェロモン値を含むことを特徴とする請求項６乃至９のうちいずれか１項に記載のＣＮＣ。
  11. 前記命令は、
    前記第１のパスを選択する前、前記第１の複数のパスの前記第１の複数のパラメータ及び第２の複数のパラメータを初期化することと、
    前記第１の複数のパラメータ及び前記第２の複数のパラメータに従って前記第１のパスを選択することと、
    前記第１の複数の更新パラメータ及び前記第２の複数のパラメータに従って前記第２のパスを選択することと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項６乃至１０のうちいずれか１項に記載のＣＮＣ。
  12. 前記第２の複数のパラメータは、ＡＣＯアルゴリズムのための複数の可視性値を含むことを特徴とする請求項１１に記載のＣＮＣ。
  13. 前記第２のパス及び前記第１のテンポラリパスから前記第１のルーティングパスを選択する前記命令は、
    前記第２のパス及び目的関数に従って決定された第１の値が、前記第１のテンポラリパス及び前記目的関数に従って決定された第２の値より小さい場合、前記第１のルーティングパスとして前記第２のパスを選択することと、
    前記第１の値が前記第２の値より小さくない場合、前記第１のルーティングパスとして前記第１のテンポラリパスを選択することと、
    を含むことを特徴とする請求項６乃至１２のうちいずれか１項に記載のＣＮＣ。
  14. 前記第１のストリームは、前記ＴＳＮネットワークによりサポートされる第１のトラフィックタイプを有することを特徴とする請求項６乃至１３のうちいずれか１項に記載のＣＮＣ。
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