JP7392518B2 - 通信回路、ネットワークシステム、通信制御方法および通信制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、ネットワークを構成する各機器間の通信技術に関するものであり、特に、リング型ネットワークにおける通信技術に関するものである。

カメラやセンサなど様々な機器が多数、ネットワークに接続され、各カメラが撮影した画像データやセンサの計測データがネットワークを介して収集されて利用されるようになっている。一方で、種類が異なる機器が多数、接続されているネットワークにおいて、機器の追加や設定変更を行った際に、ネットワークの設定変更に複雑な作業を要することで、ネットワークの停止時間が長時間化する恐れがある。そのため、機器の追加や設定変更を行った際に、ネットワークの設定変更を容易に行えることが望ましい。ネットワークの設定変更を容易に行う技術としては、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。

特許文献１のネットワークを構成する通信ノードのうち、スレーブの通信ノードは、自ノードに新たに通信ノードが接続されたとき、自ノードと新たに接続された通信ノードの接続関係を示す情報を管理局の機能を有する通信ノードに送信している。管理局の機能を有する通信ノードは、スレーブの通信ノードから送られてきた情報を基に、リング型の仮想ネットワークにおける巡回順序の情報を更新する。管理局の機能を有する通信ノードは、トークンに更新後の巡回順序の情報を付加してネットワークに送信し、スレーブの通信ノードはトークンに付加された情報に基づいて通信を制御する。

国際公開第２０１２／１１７５２３号

しかしながら、特許文献１の技術は次のような点で十分ではない。特許文献１では、管理局としてあらかじめ設定されている通信ノードがリング型のネットワークにおけるトークンの巡回順序の設定を行っている。そのため、管理局として設定されている通信ノードの障害が生じたときに、リング型のネットワークの構成の情報を更新できない恐れがある。

本発明は、上記の課題を解決するため、ネットワークへの機器の新たな接続や設定の変更があった際に、ネットワークの構成情報の更新を容易に行うことができる通信回路等を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の通信回路は、送受信部と、通信制御部と、管理データ生成部を備える。送受信部は、リング型の仮想ネットワークを形成する装置の通信の順番を示す情報を管理データとしてトークンに付加して送受信する。管理データ生成部は、新たに接続された装置を検出した際に、仮想ネットワーク上の他の装置において新たに接続された装置の仮想ネットワークへの追加処理が行われていない場合に、新たに接続された装置を仮想ネットワークの構成に追加した管理データを生成する。通信制御部は、生成した管理データまたは仮想ネットワーク上の装置から受信した管理データを基に通信を制御する。

本発明の通信制御方法は、リング型の仮想ネットワークを形成する装置の通信の順番を示す情報を管理データとしてトークンに付加して送受信し、新たに接続された装置を検出した際に、仮想ネットワーク上の他の装置において新たに接続された装置の仮想ネットワークへの追加処理が行われていない場合に、新たに接続された装置を仮想ネットワークの構成に追加した管理データを生成し、生成した管理データまたは仮想ネットワーク上の装置から受信した管理データを基に通信を制御する。

本発明の通信制御プログラムは、リング型の仮想ネットワークを形成する装置の通信の順番を示す情報を管理データとしてトークンに付加して送受信する処理と、新たに接続された装置を検出した際に、仮想ネットワーク上の他の装置において新たに接続された装置の仮想ネットワークへの追加処理が行われていない場合に、新たに接続された装置を仮想ネットワークの構成に追加した管理データを生成する処理と、生成した管理データまたは仮想ネットワーク上の装置から受信した管理データを基に通信を制御する処理をコンピュータに実行させる。

本発明によると、ネットワークへの機器の新たな接続や設定の変更があった際に、ネットワークの構成情報の更新を容易に行うことができる。

本発明の第１の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第１の実施形態の動作フローの一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態のネットワークの構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の仮想ネットワークの構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態のサーバが有する通信回路の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態のネットワークの構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態のサーバが有する通信回路の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態のネットワークにおけるサーバの追加処理のフローを示す図である。 本発明の第２の実施形態においてサーバの追加処理を行う際のサーバの動作フローを示す図である。 本発明の第３の実施形態のネットワークの構成の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態の仮想ネットワークの構成の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態のサーバが有する通信回路の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態のサーバの動作フローを示す図である。 本発明の第３の実施形態のネットワークの構成の更新の動作の例を模式的に示す図である。 本発明の第３の実施形態のサーバの動作フローを示す図である。 本発明の第３の実施形態のネットワークの構成の更新の動作の例を模式的に示す図である。 本発明の通信回路の他の構成の例を示す図である。 本発明のネットワークの他の構成の例を示す図である。 本発明のネットワークの他の構成の例を示す図である。 本発明のネットワークの他の構成の例を示す図である。 本発明のネットワークの他の構成の例を示す図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１Ａは、本実施の通信回路の構成を示す図である。また、図１Ｂは、本実施形態の通信回路の動作フローを示す図である。本実施形態の通信回路は、送受信部１と、管理データ生成部２と、通信制御部３を備えている。送受信部１は、リング型の仮想ネットワークを形成する装置の通信の順番を示す情報を管理データとしてトークンに付加して送受信する。具体的に、管理データとは、リング上での各装置の順番を示すデータのことをいい、管理データを基にトークンの巡回が行われる。管理データ生成部２は、新たに接続された装置を検出した際に、仮想ネットワーク上の他の装置において新たに接続された装置の仮想ネットワークへの追加処理が行われていない場合に、新たに接続された装置を仮想ネットワークの構成に追加した管理データを生成する。管理データは、他の装置が追加処理を行っていない場合に生成されるため、仮想ネットワーク上のいずれか一台の装置が新たに接続された装置を追加した管理データの生成を行う。通信制御部３は、生成した前記管理データまたは仮想ネットワーク上の装置から受信した管理データを基に通信を制御する。具体的には、通信制御部３は、同一の通信回路内の管理データ生成部２において管理データを生成した場合には、管理データ生成部２で生成した管理データを基に通信を制御し、仮想ネットワーク上の他の装置が管理データを生成した場合には、他の装置から受信する管理データを基に通信を制御する。

次に、図１Ｂを参照して通信回路の動作の一例について説明する。通信回路の送受信部１は、リング型の仮想ネットワークを形成する装置の順番を示す情報を管理データとしてトークンに付加して送受信する（ステップＳ１）。トークンは、仮想ネットワーク上の各装置間を管理データに基づいた順番で巡回される。新たにネットワークに接続された装置を検出すると、管理データ生成部２は、他の装置において新たに接続された装置の仮想ネットワークへの追加処理が行われていない場合に、検出した装置をリング型の仮想ネットワークの構成に追加した管理データを生成する（ステップＳ２）。同一の通信回路内の管理データ生成部２において管理データが生成されたとき、通信制御部３は、管理データ生成部２が生成した管理データを基にデータの送受信を行い、通信を制御する。また、同一の通信回路内の管理データ生成部２ではなく他の装置が管理データを生成した場合には、通信制御部３は、他の装置から受信する管理データを基に通信を制御する（ステップＳ３）。

本実施形態の通信回路は、リング型の仮想ネットワークにおいてトークンに付加して管理データを送信することで、ネットワークの構成の情報を各装置間で共有し、データの送受信を行っている。本実施形態の通信回路を有する各装置が仮想ネットワークを形成することで、遅延や障害が発生した装置や通信経路がある場合に、ネットワークの構成を更新することができる。また、各装置の通信回路が管理データを生成することで、特定の装置に障害が生じた場合でも、他の装置が管理データを生成することができるため作業者の作業量を低減することができる。そのため、本実施形態の通信回路を用いることで、ネットワークへの機器の新たな接続や設定の変更があった際に、ネットワークの構成情報の更新を容易に行うことができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態のネットワークシステムの構成の一例を示す図である。本実施形態のネットワークシステムは、ネットワークを介して接続された複数のサーバ１０を備えている。図２は、Ｎ台のサーバ１０、すなわち、サーバ１０－１からサーバ１０－Ｎで構成されているネットワークシステムを示している。各サーバ１０の接続関係は、図２に示した構成に限られない。

本実施形態のネットワークシステムは、ＶＰＮ（Virtual Private Network）を用いたリング型の仮想ネットワークを形成している。図３は、仮想ネットワーク上における各サーバ１０の配置の例を示した図である。図３では、サーバ１０－１からサーバ１０－ＮがＶＰＮによるリング型のネットワークを形成している。

サーバ１０について図４を参照して説明する。図４は、サーバ１０の構成を示す図である。サーバ１０は、通常の情報処理装置が有する情報処理の機能に加え、内部に通信回路１１を備えている。通信回路１１は、送受信部１２と、通信制御部１３と、管理データ生成部１４と、データ保存部１５をさらに備えている。

送受信部１２は、ネットワークを介して他のサーバ１０の通信回路１１とデータの送受信を行う。また、送受信部１２は、管理データをトークンに付加してネットワークに送信する。トークンは、リング型の仮想ネットワーク上を巡回数する。

通信制御部１３は、管理データに基づいて他のサーバ１０とのデータの送受信を制御する。通信制御部１３は、同一の通信回路１１内の管理データ生成部１４で管理データを生成した場合には、管理データ生成部１４が生成した管理データを基に通信を制御する。また、通信制御部１３は、他のサーバ１０の通信回路１１が管理データを生成した場合には、他のサーバ１０から受信する管理データに基づいて通信を制御する。管理データとは、リング型の仮想ネットワークに参加しているサーバ１０の仮想ネットワーク上の配置を示す情報である。管理データは、リング型の仮想ネットワークにおいてループを形成する各サーバ１０の通信の順番および各サーバのアドレス情報によって構成されている。また、管理データは、各サーバ１０の通信の順番や各サーバのアドレス情報以外の情報を含んでいてもよい。

通信制御部１３は、他の装置からの仮想ネットワークへの参加要求の有無を検知する。通信制御部１３は、他の装置からの参加要求を受けると、他のサーバ１０が参加要求の送信元の追加処理を行っていないことを確認し、追加処理中でなかった場合に、管理データ生成部１４に、参加要求を送ってきた装置を追加した管理データの生成を要求する。通信制御部１３は、管理データ生成部１４が生成した管理データをデータ保存部１５に保存する。また、通信制御部１３は、生成した管理データを他のサーバに送受信部１２を介して送信する。通信制御部１３は、自装置が新たにネットワークに接続されたとき、ネットワークへの参加要求を他の装置に送受信部１２を介して送信する。

通信制御部１３は、仮想ネットワークへの接続が可能であることを示す認証キーの情報を基に、仮想ネットワークへの接続の可否を判断する。また、通信制御部１３は、公開鍵暗号化方式によって認証キーの暗号化および復号を行う。認証キーの情報の情報は、例えば、作業者によって通信回路１１に入力される。

管理データ生成部１４は、管理データの生成を行う。管理データ生成部１４は、参加要求を受け取ったサーバをループのいずれかの位置に追加し、管理データを生成する。

データ保存部１５は、管理データを保存している。また、データ保存部１５は、認証キー、公開鍵および秘密鍵のデータを保存している。

送受信部１２、通信制御部１３および管理データ生成部１４は、半導体装置を用いて構成されている。送受信部１２、通信制御部１３および管理データ生成部１４における各処理は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）がコンピュータプログラムを実行することで行われもよい。データ保存部１５は、不揮発性の半導体記憶装置を用いて構成されている。

本実施形態のネットワークシステムの動作について説明する。本実施形態のネットワークシステムの各サーバ１０は、管理データに示されているリング型の仮想ネットワーク上での通信の順番に従ってトークンを巡回し、トークンを受信した際にデータ送信を行う。

本実施形態のネットワークシステムにおいて、リング型の仮想ネットワークに、サーバを新たに追加する際の動作について説明する。以下の説明では、図５のようにサーバ１０－１とサーバ１０－２で構成されたネットワークにおいて、サーバ１００をサーバ１０－１を介して新たにネットワークに接続する場合を例に説明する。サーバ１００は、図６に示すようにサーバ１０と同様の通信回路１１を備えている。図６は、サーバ１００の構成の例を示す図である。また、図７は、サーバ１００を追加する際の処理の順番を示す図である。

新たにネットワークに接続されたサーバ１００の通信制御部１３は、送受信部１２を介して、サーバ１０に参加要求を送信する（ステップＳ１１）。参加要求は、リング型の仮想ネットワークへ参加を要求する情報と、参加要求の送信元のサーバ１００のアドレスの情報を含んでいる。新たに参加を要求するサーバであるサーバ１００は、参加要求をブロードキャストで送信してもよい。

参加要求を受け取ったサーバ１０－１の通信制御部１３は、データ保存部１５に参加要求のデータを一時保存する。参加要求のデータを一時保存すると、通信制御部１３は、トークンを受信するまで待機する。

トークンを受信すると、通信制御部１３は、トークンに付加された管理データに参加要求の送信元または他の新たな装置について、仮想ネットワーク上の他のサーバであるサーバ１０－２が追加処理を行っている情報が管理データに書き込まれているかを確認する（ステップＳ１２）。他のサーバが追加処理中であるとき、通信制御部１３は、追加処理が終わるまで待機する。

トークンに付加された管理データに追加処理中の情報等がないとき、通信制御部１３は、追加処理中であることの通知を管理データに書き込み、トークンに付加してサーバ１０－２に送信する（ステップＳ１３）。

追加処理中であることを示す通知を送信すると、通信制御部１３は、公開鍵をサーバ１００に送信する（ステップＳ１４）。サーバ１００の通信制御部１３は、公開鍵を受信すると、認証キーを公開鍵を用いて暗号化する（ステップＳ１５）。認証キーは、仮想ネットワークへの接続が許可される装置であるかを確認するための情報として、作業者によってサーバ１００に入力される。認証キーを暗号化すると、サーバ１００の通信制御部１３は、暗号化された認証キーをサーバ１０－１に送信する（ステップＳ１６）。

暗号化された認証キーを受信すると、サーバ１０－１の通信制御部１３は、公開鍵に対応する秘密鍵で暗号化された認証キーを複号する。認証キーを復号すると、通信制御部１３は、認証キーが正しいものであるかを確認する（ステップＳ１７）。仮想ネットワークへの接続を許可する認証キーの情報は、仮想ネットワーク上の各サーバにあらかじめ入力されている。

認証キーが正規のものでないとき、サーバ１０－１の通信制御部１３は、サーバ１００のネットワークへの追加の処理を終了する。認証キーが正しいものであるとき、通信制御部１３は、ネットワークの状態と確認と装置情報の要求を送信する（ステップＳ１８）。通信制御部１３は、ネットワークの状態は、ネットワークの状態を確認するために、例えば、Ｐｉｎｇを送信する。

サーバ１００の通信制御部１３は、装置情報の要求を受け取ると、受けった要求を確認し返送用のデータを生成する（ステップＳ１９）。装置情報の要求を受け取ると、受けった要求を確認し返送用のデータを生成する。返送用のデータは、アドレスおよび装置構成の情報を含む装置情報として生成される。返送用の装置情報を生成すると、サーバ１００の通信制御部１３は、装置情報をサーバ１０－１に送信する（ステップＳ２０）。また、サーバ１００の通信制御部１３は、Ｐｉｎｇを受け取ると、Ｐｉｎｇに応答する。

装置情報を受け取ると、サーバ１０－１の管理データ生成部１４は、装置情報に基づき、仮想ネットワーク上でのサーバ１００の配置を決定する（ステップＳ２１）。サーバ１００を追加したループを生成すると、サーバ１０－１の通信制御部１３は、決定したループに基づいてＶＰＮコネクションの構築の指示をサーバ１００に送信する（ステップＳ２２）。

ＶＰＮコネクション構築の指示を受け取ると、サーバ１００は、サーバ１０－２とのＶＰＮコネクションを構築する（ステップＳ２３）。

ＶＰＮコネクションを構築すると、サーバ１００は、完了通知をサーバ１０－１に送る（ステップＳ２４）。

サーバ１００からＶＰＮコネクションの構築の完了通知を受け取ると、サーバ１０－１の管理データ生成部１４は、仮想ネットワークにサーバ１００を追加した新たな構成を基に管理データを生成する（ステップＳ２５）。管理データ生成部１４が管理データを生成すると、通信制御部１３は、生成した管理データをトークンに付加して送信する（ステップＳ２６）。トークンに付加された管理データは、仮想ネット上の各サーバに送られる。各サーバは、受け取った管理データに基づいてデータの送受信を行う。

次に、リング型の仮想ネットワークにサーバを追加する際のサーバ１０の動作についてより詳細に説明する。図８は、ネットワークにサーバを追加する際のサーバ１０の動作フローを示す図である。

新たに接続されたサーバがネットワークへの参加要求を送信すると、ネットワークに接続されているサーバ１０の通信制御部１３は、新たにネットワークに接続されたサーバから参加要求を送受信部１２を介して受信する（ステップＳ３１）。参加要求を受信すると、通信制御部１３は、参加要求が宛先に自装置であるサーバ１０－１を含むものであるかを確認する。参加要求が自装置であるサーバ１０－１宛でないとき（ステップＳ３２でＮｏ）、通信制御部１３は、参加要求を破棄して通常の動作を継続する。参加要求が自装置宛のとき（ステップＳ３２でＹｅｓ）、通信制御部１３は、データ保存部１５に参加要求のデータを一時保存する。参加要求のデータを一時保存すると、通信制御部１３は、送受信部１２がトークンを受信するまで待機する。

送受信部１２がトークンを受信すると、通信制御部１３は、トークンに付加された管理データに他のサーバの追加処理中の情報が管理データに書き込まれているかを確認する。追加処理中の情報が書き込まれているとき（ステップＳ３３でＹｅｓ）、通信制御部１３は、サーバの追加の処理を保留して他の通常の処理を継続する。管理データ中に追加処理中の情報がなく、他のサーバが追加処理中ではないとき（ステップＳ３３でＮｏ）、通信制御部１３は、参加要求の送信元のサーバに公開鍵を送受信部１２を介して送信する（ステップＳ３４）。

公開鍵を受信した参加要求の送信元のサーバは、公開鍵を用いて認証キーを暗号化する。参加要求の送信元のサーバは、暗号化した認証キーをサーバ１０に送信する。

送受信部１２において暗号化された認証キーを受信すると、通信制御部１３は、公開鍵に対応する秘密鍵を用いて暗号化された認証キーを復号する。認証キーを復号すると、通信制御部１３は、認証キーが認証可能であるかを確認する。認証キーがあらかじめ設定されたものに対応せず、認証可能ではないとき（ステップＳ３６でＮｏ）、通信制御部１３は、サーバの追加の処理を終了して通常の動作を継続する。

認証可能であるとき（ステップＳ３６でＹｅｓ）、通信制御部１３は、ネットワークの状態と、追加するサーバの装置情報を確認する（ステップＳ３７）。通信制御部１３は、各サーバにＰｉｎｇを送受信部１２を介して送信し、ホップ数や応答時間を計測し正常に通信できるかを確認する。また、通信制御部１３は、参加要求の送信元のサーバに装置情報を要求し、参加要求の送信元のサーバから装置情報を取得する。

ネットワークの情報と装置情報を取得すると、通信制御部１３は、追加するサーバの仮想ネットワーク上の配置を決定する（ステップＳ３８）。通信制御部１３は、例えば、ホップ数が平均化されるように参加要求の送信元の装置を仮想ネットワークに追加する。通信制御部１３は、ｐｉｎｇの応答時間を基に、参加要求の送信元の装置のループ上の位置を決定してもよい。

追加するサーバの仮想ネットワーク上の位置を決定すると、通信制御部１３は、ＶＰＮの構築の指示を参加要求の送信元のサーバに送る（ステップＳ３９）。参加要求の送信元のサーバは、仮想ネットワーク上の各サーバとＶＰＮの構築を構築する。参加要求の荘子元のサーバは、各サーバをＶＰＮを構築すると完了したことを示す通知をサーバ１０に送る。

サーバからＶＰＮの構築の完了の通知を受け取ると、通信制御部１３は、リング型の仮想ネットワークのループの構成に参加要求の送信元のサーバが追加された管理データをトークンに付加し送受信部１２を介して送信する（ステップＳ４０）。参加要求の送信元のサーバが追加されたループの構成の情報を受け取った仮想ネットワーク上の各サーバは、受け取った情報を基にトークンを巡回させてデータの送受信を行う。

本実施形態のネットワークシステムは、ネットワークに新たなサーバが接続された際に、既にネットワークに接続されているサーバ１０のいずれかが、新たに接続されたサーバを追加した仮想ネットワーク構成を決定している。また、いずれかのサーバ１０が生成した仮想ネットワークのリング構成を管理データとして各サーバ間で共有することでデータの送受信を行っている。本実施形態のネットワークシステムは、仮想ネットワークを用いることでネットワークの構成を柔軟に構成でき、また、各サーバがネットワークの構成を決定できるので、異常がある装置がある場合にも、新たにサーバが追加された際にネットワーク構成の変更を行うことができる。その結果、本実施形態のネットワークシステムは、ネットワークへの機器の新たな接続や設定の変更があった際に、ネットワークの構成情報の更新を容易に行うことができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図９は、本実施形態のネットワークシステムの構成の一例を示す図である。本実施形態のネットワークシステムは、ネットワークを介して接続された複数のサーバ２０を備えている。図９は、Ｎ台のサーバ２０、すなわち、サーバ２０－１からサーバ２０－Ｎで構成されているネットワークシステムを示している。各サーバ２０の接続関係は、図９に示した構成に限られない。

本実施形態のネットワークシステムは、第２の実施形態と同様にＶＰＮを用いたリング型の仮想ネットワークを形成している。図１０は、仮想ネットワーク上における各サーバ２０の配置の例を示した図である。図１０では、サーバ２０－１からサーバ２０－ＮがＶＰＮによるリング型の仮想ネットワークを形成している。

第２の実施形態では、新たにサーバが接続された際に、新たなサーバを仮想ネットワークの構成に追加した管理データを生成していた。本実施形態のネットワークシステムは、そのような構成に加え、ネットワークの遅延や通信の異常が生じた際に、仮想ネットワークの構成を更新することを特徴とする。

サーバ２０について図１１を参照して説明する。図１１は、サーバ２０の構成を示す図である。サーバ２０は、通常の情報処理装置の機能に加え内部に通信回路２１を備えている。通信回路２１は、送受信部２２と、通信制御部２３と、監視部２４と、管理データ生成部２５と、データ保存部２６と、応答時間計測部２７をさらに備えている。

本実施形態の送受信部２２、管理データ生成部２５およびデータ保存部２６の構成と機能は、第２の実施形態の同名称の部位と同様である。

通信制御部２３は、第２の実施形態の通信制御部１３と同様の機能を有する。また、通信制御部２３は、ネットワークの遅延や通信の異常が生じた際に、仮想ネットワークの構成の更新を制御する。

監視部２４は、送受信部２２が受信するトークンの周期を基にネットワークの遅延の有無を監視する。

応答時間計測部２７は、仮想ネットワークを形成している他のサーバと通信を行う際の応答時間を計測する。

本実施形態のネットワークシステムの動作について説明する。本実施形態のネットワークシステムの通常時の動作と、新たに接続されたサーバを追加する際の動作は、第２の実施形態と同様である。そのため、以下ではネットワークの遅延や通信障害が発生した際に仮想ネットワークの構成を更新する際の動作について説明する。

ネットワークの遅延が生じている際に、仮想ネットワークのリング上の各装置の配置を変更し仮想ネットワークの構成の更新を行う際の動作について図１２を参照して説明する。図１２は、ネットワークに遅延が生じた際にネットワークの構成の更新を行う際のサーバ２０の動作フローを示す図である。

監視部２４は、送受信部２２がトークンを受信する周期を監視する（ステップＳ５１）。監視部２４は、例えば、あらかじめ設定された時間におけるトークンの周期の平均値を計測する。監視部２４は、あらかじめ設定された周回数におけるトークンの周期の平均値を計測してもよい。

トークンを受信する周期が基準時間未満であるとき（ステップＳ５２でＹｅｓ）、監視部２４は、トークンを受信する周期の監視を継続する。トークンが自装置に回ってくるまでに基準以上の時間を要しているとき（ステップＳ５２でＮｏ）、監視部２４は、ネットワークに遅延が生じていると判断する。ネットワークに遅延が生じていると判断すると、監視部２４は、遅延が生じていることを示す情報を通信制御部２３に送る。

遅延が生じていることを示す情報を受け取ると、通信制御部２３は、トークンに付加されている管理データを参照し、他のサーバがネット構成の変更の処理を行っていないかを確認する。他のサーバが既に変更処理中であるとき（ステップＳ５３でＹｅｓ）、通信制御部２３は、自装置での仮想ネットワークの構成の更新処理を終了する。

他のサーバが仮想ネットワークの構成の更新処理をおこなっていないとき（ステップＳ５３でＮｏ）、通信制御部２３は、仮想ネットワークの構成の更新処理を管理データ生成部２５に要求する。仮想ネットワークの構成の更新処理を開始すると、通信制御部２３は、仮想ネットワークの構成の更新処理を開始すると、通信制御部２３は、構成の更新処理を行っていることを示す情報を管理データに書き込みトークンに付加して他のサーバに送る。

追加処理中であることを示す情報を送ると、通信制御部２３は、応答時間計測部２７に、ネットワーク上の各サーバの応答時間の計測を要求する。応答時間の計測の要求を受けると、応答時間計測部２７は、各サーバの応答時間を計測する（ステップＳ５４）。

応答時間の計測を開始すると、応答時間計測部２７は、ネットワーク上にある全ての装置に対してＰｉｎｇを送受信部２２を介して送信する。応答時間計測部２７は、Ｐｉｎｇとして、例えば、ＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）を送信する。応答時間計測部２７は、Ｐｉｎｇの送信後、Ｐｉｎｇが相手装置に到達したのち、自装置に応答が戻っててき送受信部２２が受信するまでの時間の長さを応答時間として計測する。

ネットワーク上の全てのサーバに対してＰｉｎｇを送信して応答時間を計測すると、応答時間計測部２７は、各サーバの応答時間のデータを通信制御部２３に送る。各サーバの応答時間のデータを受け取ると、通信制御部２３は、各サーバの応答時間を管理データに書き込む。全てのサーバの応答時間を管理データに書き込むと、通信制御部２３は、管理データをトークンに付加して送受信部２２を介して送信する（ステップＳ５５）。

管理データは、仮想ネットワーク上の各サーバにおいてそれぞれ応答時間のデータが書き込まれ、最初に応答時間のデータを書き込んだサーバが、管理データを受信する（ステップＳ５６）。各サーバがそれぞれ全ての他のサーバの応答時間を計測するため、管理データには同一の経路について応答時間の計測値が２回分、含まれている。

最初に応答時間の計測を行ったサーバの通信制御部２３は、全ての装置の計測結果が記録された管理データを受け取ると、同一経路と２回分のデータを比較する。同一経路の２回分の応答時間の差があらかじめ設定されている基準よりも大きいとき（ステップＳ５７でＮｏ）、通信制御部２３は、再度、応答時間の計測する要求を応答時間計測部２７に送りステップＳ５４の動作を実行させる。

同一経路の２回分の応答時間の差があらかじめ設定されている基準以下であるとき（ステップＳ５７でＹｅｓ）、計測した応答時間を基に、管理データ生成部２５は、仮想ネットワークの組み替えを行って、仮想ネットワークの構成を更新する（ステップＳ５８）。管理データ生成部２５は、同一経路の応答時間の平均値を算出して、平均値を各経路の応答時間とみなし、トークンが各装置間を回る時間が平準化するように仮想ネットワークのリング上における各装置の順番を決定する。管理データ生成部２５は、決定した各装置の順番に基づいて仮想ネットワークの構成を決定し管理データを更新する。管理データが更新されると、通信制御部２３は、更新された管理データをデータ保存部２６に保存する。また、通信制御部２３は、更新した管理データをトークンに付加して他のサーバに送信する（ステップＳ５９）。

各装置の通信制御部２３は、更新された管理データを受け取ると、受け取った管理データを用いて自装置が保存している管理データを更新する。管理データを更新すると、各装置の通信制御部２３は、更新後の管理データを用いて通信を制御する。

図１３は、ネットワークの遅延が生じた際に構成の更新を行う際の動作を模式的に示した図である。図１３は、サーバＡ、サーバＢ、サーバＣ、サーバＤの順に４台でリング型の仮想ネットワークを形成している例を示している。図１３において、サーバ間の実線の矢印は、トークンの経路を示している。また、図１３の破線の矢印は、他のサーバに対しての接続確認を示している。また、図１３における文章マークは、管理データを示しており、以下の図においても同様である。

図１３の例では、サーバＤがネットワークの遅延を検知し、サーバＡ、サーバＢ、サーバＣの順に各サーバとの応答時間を計測しながら管理データを巡回している。ネットワークの遅延を検知したサーバＤに管理データが戻ると、ネットワークの構成の更新が行われる。図１３では、サーバＡ、サーバＣ、サーバＤ、サーバＢの順で通信を行うネットワークの構成の更新が行われている。

次に、トークンに付加した管理データがネットワーク上で失われ、回ってこない場合に仮想ネットワークの構成の更新を行う場合の動作について図１４を参照して説明する。図１４は、管理データがネットワーク上で失われ、回ってこない場合に、仮想ネットワークの構成の更新を行う際のサーバ２０の動作フローを示す図である。

監視部２４は、送受信部２２におけるトークンの送受信の有無を監視する（ステップＳ６１）。トークンをあらかじめ設定された基準時間内で受信しているとき（ステップＳ６２でＹｅｓ）、監視部２４は、送受信部２２におけるトークンの送受信の有無の監視を継続する。

トークンをあらかじめ設定された基準時間以上受信できないとき（ステップＳ６２でＮｏ）、監視部２４は、基準時間内にトークンを受信できずにタイムアウトが発生したことを示す情報を通信制御部２３に送る。

リング型の仮想ネットワーク上をトークンがループする場合、ロストが発生した装置の次に管理データを受け取るはずだった装置の待ち時間が長くなり、次に管理データを受け取るはずだったサーバ２０の監視部２４がタイムアウトを検出する。

タイムアウトを検出すると、監視部２４は、タイムアウトが発生したことを示す情報を通信制御部２３に送る。タイムアウトの発生の情報を受け取ると、通信制御部２３は、リカバリーモードを開始する（ステップＳ６３）。リカバリーモードを開始すると、通信制御部２３は、データ保存部２６に保存されている管理データを読み出す。

管理データを読み出すと、通信制御部２３は、トークンに付加した管理データを送受信部２２を介して送信する。

トークンを受信した各サーバは、自装置、すなわち、トークンを受信したサーバの通信回路２１が保持している管理データで受け取った管理データを更新して次のサーバに送る。次の装置からの応答を受信できていない装置は、応答を受信できていないサーバをとばして、その次の装置に管理データを送信する。

タイムアウトを検出したサーバ２０が管理データを受信すると（ステップＳ６５）、管理データ生成部２５は、応答していない装置を切り離して新たなループを設定する（ステップＳ６６）。管理データ生成部２５は、組み換えを行った仮想ネットワークの構成を基に管理データを更新する。

管理データ生成部２５が管理データを更新すると、通信制御部２３は、更新した管理データをデータ保存部２６に保存する。また、通信制御部２３は、更新した管理データをトークンに付加してネットワークに送信する（ステップＳ６７）。

各サーバの通信制御部２３は、更新された管理データを受け取ると、受け取った管理データを用いて自装置が保存している管理データを更新する。管理データを更新すると、各装置の通信制御部２３は、更新後の管理データを用いて通信を制御する。

また、ロストしたと判断した管理データが回ってきたとき、通信制御部２３は、回ってきた管理データを一時保存し、管理データが戻ってきたときに、一時保存していた管理データで自装置の管理データを更新する。自装置の管理データを更新すると、通信制御部２３は、一時保存していた管理データを次の装置に送信する。

図１５は、ネットワークでの通信異常が生じた際に構成の更新を行う際の動作を模式的に示した図である。図１５は、サーバＡ、サーバＢ、サーバＣ、サーバＤの順に４台でリング型の仮想ネットワークを形成している例を示している。図１５の例では、サーバＤが管理データを受信しないことでネットワークの異常を検知し、サーバＡ、サーバＢの順に各サーバとの接続を確認しながら管理データを巡回している。図１５の例では、サーバＢがサーバＣとの通信を行えずに、その次のサーバＤに管理データを送信している。サーバＤに管理データが戻ると、サーバＤは、サーバＣを削除してネットワークの構成の更新を行っている。図１５では、ネットワーク構成の更新後に、サーバＡ、サーバＢ、サーバＤ、の順で通信が行われている。

本実施形態のネットワークシステムは、ネットワークに接続されているサーバ２０のいずれかがネットワークの遅延または通信異常の発生を検知したときに、仮想ネットワークの構成の更新を行っている。本実施形態のネットワークシステムは、仮想ネットワークを用いることでネットワークの構成を柔軟に構成でき、また、各サーバがネットワークの構成を決定できるので、異常がある装置がある場合にも、ネットワーク構成の変更を行うことができる。その結果、本実施形態のネットワークシステムは、ネットワークの遅延や通信の異常が生じて構成の変更が必要な際に容易に変更を行うことができる。

第２および第３の実施形態における通信回路は、図１６のような構成としてもよい。図１６は、通信回路として用いる通信回路３０の構成を示した図である。図１６の通信回路３０は、制御回路３１と、メモリ３２を備えている。制御回路３１には、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いることができる。また、メモリ３２には、不揮発性の半導体記憶装置が用いられる。制御回路３１にＦＰＧＡを用いる場合、メモリ３２には、各ＦＰＧＡの回路パターンを構成するデータが記憶される。ＦＰＧＡは、メモリ３２から読み出したデータを基に回路を構成することで各処理を実行する。また、制御回路３１は、ＣＰＵがメモリ３２上のプログラムを実行することで通信回路が実行する各処理を行う構成であってもよい。

第２の実施形態および第３の実施形態では、複数のサーバによって構成されたネットワークについて説明したが、ネットワークに接続される機器は、通信回路１１または通信回路２１と同様の通信機能を有する機器であればサーバ以外であってもよい。例えば、通信機能を有するカメラをネットワークに接続してもよい。

図１７は、サーバ、カメラ、映像機器および通信機器によって構成されるネットワークの例を示している。図１７の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｋ）および（Ｍ）は、サーバを示している。また、図１７の（Ｃ）、（Ｆ）、（Ｎ）、（Ｉ）および（Ｈ）は、通信機器を示している。また、図１７の（Ｄ）、（Ｇ）、（Ｊ）、（Ｏ）および（Ｑ）は、ネットワークカメラを示している。また、図１５の（Ｅ）、（Ｌ）および（Ｐ）は、映像機器を示している。図１８は、図１７の各機器が構成するリング型の仮想ネットワークの例を示している。図１８のようにリング型の仮想ネットワークを構成することで、第２および第３の実施形態と同様に各機器が管理データを生成し、トークンに付加して共有することで各機器は、共通の管理データを基にして通信を行うことができる。

第２および第３の実施形態では、ネットワークの構成を示すデータを管理データとしてトークンに付加して送信しているが、管理データには他のデータが付加されていてもよい。例えば、図１９のようにサーバとカメラが他の機器を介して接続されている場合に、撮影の要求やデータの要求が管理データに書き込まれてサーバからカメラに送られてもよい。また、そのような場合に、要求に応じたデータが管理データに付加されてカメラからサーバに送信されてもよい。また、サーバからカメラにファームウェアのデータや設定データが管理データに付加されて送信されてもよい。また、そのような構成とする場合に、カメラ間でファームウェアやデータの送信が行われてもよい。また、異常が生じた機器がある場合に、正常に動作する同種類の機器から異常が生じた機器にファームウェアや設定データの送信が行われてもよい。

第２および第３の実施形態、並びに、図１７および図１８の例では、全体で１つのリングを形成しているが、図２０のように複数のリングが互いに接続されていもよい。図２０の例では、３つのリング型のネットワークが形成され、それぞれのリング型ネットワークがさらに接続されている。図２０のような構成とすることで、トークンが１周するのに要する時間を短くすることができるのでデータ通信の速度の低下を抑制することができる。

１ 送受信部
２ 管理データ生成部
３ 通信制御部
１０ サーバ
１１ 通信回路
１２ 送受信部
１３ 通信制御部
１４ 管理データ生成部
１５ データ保存部
２０ サーバ
２１ 通信回路
２２ 送受信部
２３ 通信制御部
２４ 監視部
２５ 管理データ生成部
２６ データ保存部
２７ 応答時間計測部

Claims (10)

1. リング型の仮想ネットワークを形成する装置の通信の順番を示す情報を管理データとしてトークンに付加して送受信する送受信手段と、
   新たに接続された装置を検出した際に、前記仮想ネットワーク上の他の装置において前記新たに接続された装置の前記仮想ネットワークへの追加処理が行われていない場合に、前記新たに接続された装置を前記仮想ネットワークの構成に追加した前記管理データを生成する管理データ生成手段と、
   生成した前記管理データまたは前記仮想ネットワーク上の装置から受信した前記管理データを基に通信を制御する通信制御手段と
   を備える通信回路。
2. 前記管理データ生成手段は、前記新たに接続された装置を検出したときに、受信した前記トークンに前記新たに接続された装置が追加処理中であることを示す情報が付加されていない場合に、前記新たに接続された装置を追加した前記管理データを生成する請求項１に記載の通信回路。
3. 前記仮想ネットワークを構成する他の装置それぞれとの間の応答時間を計測する応答時間計測手段をさらに備え、
   前記通信制御手段は、前記応答時間計測手段が計測した前記応答時間の情報を前記管理データに付加して送信し、
   前記管理データ生成手段は、前記トークンに付加された前記仮想ネットワークを構成する装置それぞれが互いに応答時間を計測した結果を基に、前記仮想ネットワーク上の各装置の通信の順番を決定する請求項１または２に記載の通信回路。
4. 前記通信制御手段が、前記仮想ネットワーク上において前記トークンに付加されている前記管理データが失われたことを検知すると、
   前記管理データ生成手段は、保存していた前記管理データを前記トークンに付加して送信する請求項１から３いずれかに記載の通信回路。
5. 受信した前記トークンに他の装置が保存していた前記管理データが付加されていたとき、前記管理データ生成手段は、保存している前記管理データの情報を基に前記トークンに付加されている前記管理データを更新する請求項１から４いずれかに記載の通信回路。
6. 前記通信制御手段は、通信機能を有しない他の装置に代わって前記仮想ネットワークにおける通信を行い、
   前記管理データ生成手段は、通信機能を有しない他の装置の情報を含む前記管理データを生成して、生成した前記管理データを前記トークンに付加して送信する請求項１から５いずれかに記載の通信回路。
7. 請求項１から６いずれかに記載の通信回路を有する複数の装置を備え、
   前記複数の装置は、リング型の仮想ネットワークを形成し、前記装置それぞれの前記通信回路は、トークンに付加された管理データに基づいて通信を行うネットワークシステム。
8. リング型の仮想ネットワークを形成する装置の通信の順番を示す情報を管理データとしてトークンに付加して送受信し、
   新たに接続された装置を検出した際に、前記仮想ネットワーク上の他の装置において前記新たに接続された装置の前記仮想ネットワークへの追加処理が行われていない場合に、前記新たに接続された装置を前記仮想ネットワークの構成に追加した前記管理データを生成し、
   生成した前記管理データまたは前記仮想ネットワーク上の装置から受信した前記管理データを基に通信を制御する通信制御方法。
9. 前記新たに接続された装置を検出したときに、受信した前記トークンに前記新たに接続された装置が追加処理中であることを示す情報が付加されていない場合に、前記新たに接続された装置を追加した前記管理データを生成する請求項８に記載の通信制御方法。
10. リング型の仮想ネットワークを形成する装置の通信の順番を示す情報を管理データとしてトークンに付加して送受信する処理と、
    新たに接続された装置を検出した際に、前記仮想ネットワーク上の他の装置において前記新たに接続された装置の前記仮想ネットワークへの追加処理が行われていない場合に、前記新たに接続された装置を前記仮想ネットワークの構成に追加した前記管理データを生成する処理と、
    生成した前記管理データまたは前記仮想ネットワーク上の装置から受信した前記管理データを基に通信を制御する処理と
    をコンピュータに実行させる通信制御プログラム。

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