WO2021166665A1 - 通信制御方法及び通信制御装置 - Google Patents

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WO2021166665A1
WO2021166665A1 PCT/JP2021/004139 JP2021004139W WO2021166665A1 WO 2021166665 A1 WO2021166665 A1 WO 2021166665A1 JP 2021004139 W JP2021004139 W JP 2021004139W WO 2021166665 A1 WO2021166665 A1 WO 2021166665A1
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electric
electric switch
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blocking
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怜典 松本
佐藤　健一
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国立研究開発法人産業技術総合研究所
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Definitions

  • the present invention relates to a communication control technique for controlling communication in an electro-optical hybrid switch network.
  • 5G 5th generation mobile communication systems
  • IoT Internet of Things
  • IP traffic in data centers around the world is expected to reach 20.6 zettabytes in 2021, of which about 75% will be processed within the data center.
  • the current network in a data center is constructed by electric switches having a plurality of layers (for example, Non-Patent Document 1), and the power consumption of a large-scale data center reaches tens of thousands to hundreds of thousands of kW.
  • Patent Document 1 discloses an example relating to a configuration and a control method of a network in a data center based on the current electric switch / router.
  • Non-Patent Document 2 an electric-optical hybrid switch network that uses both an electric switch and an optical switch has been proposed (for example, Non-Patent Document 2).
  • the ToR switch and the electric switch and the optical switch located above are connected to each other from the server computer or the storage via the ToR switch. Further, the traffic flow via the ToR switch or the traffic flow generated from each server computer or storage is monitored, and the route by the electric switch or the optical switch is selected according to the size of the flow.
  • a flow having a small capacity of 15 Mb / s or less is classified as a Mice flow, a flow having a large capacity exceeding that is classified as an Elephant flow, and the Mice flow is processed by an electric switch and the Elephant flow is processed by an optical switch.
  • the electric optical hybrid switch network has a lower volume of communication traffic than the current data center network (that is, a multi-layer electric switch configuration). It can be processed with power consumption.
  • an optical line exchange switch having a scale of 1,000 ports is used, and a method of configuring the optical line exchange switch has been proposed (for example, Non-Patent Document 3).
  • an object of the present invention is to provide a communication control technique for realizing an electro-optical hybrid switch network capable of transferring data with low delay as one aspect.
  • the communication control method is between a first electric switch and a second electric switch, each of which is connected via an optical network and via an electric network, and is in charge of one or more devices, respectively. It is a communication control method that controls the communication of. This communication control method determines the presence or absence of blocking in relation to (A) the first setting request of the optical line from the first electric switch to the second electric switch, and (B) if there is blocking. , The first process of transmitting a second setting request for an optical line from the first electric switch to the second electric switch from the first electric switch, and from the first electric switch via an electric network. It includes a process of executing at least one of the second processes of transmitting the packet or the packet flow related to the first setting request.
  • the communication control device is between a first electric switch and a second electric switch, each of which is connected via an optical network and via an electric network, and is in charge of one or more devices, respectively. It is a communication control device that controls the communication of. Then, this communication control device determines the presence or absence of blocking in relation to the first setting request of the optical line from the first electric switch to the second electric switch, and if there is blocking, the first The first process of transmitting the retransmission request of the setting request to the first electric switch and the second process of initiating communication from the first electric switch to the second electric switch via the electric network. Do one.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electric-optical hybrid switch network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the electric switch unit.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the optical switch unit.
  • FIG. 4 is a diagram showing a functional configuration example of the switch control unit.
  • FIG. 5 is a diagram showing a detailed example of the functional configuration of the switch control unit.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a table for managing the input / output ports of the optical line exchange switch.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a processing sequence of the electric-optical hybrid switch network according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electric-optical hybrid switch network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the electric switch unit.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the optical switch unit.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a processing sequence of the electric-optical hybrid switch network according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a processing sequence of the electric-optical hybrid switch network according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a processing sequence of an electric-optical hybrid switch network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a network model used when calculating the blocking rate of the electric-optical hybrid switch network according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows the blocking characteristic as an optical line exchange switch calculated based on a network model.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an electric-optical hybrid switch network according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing another example of the rack configuration.
  • FIG. 15 is a diagram showing still another example of the rack configuration.
  • FIG. 16 is a block configuration diagram of a computer device that is
  • FIG. 1 shows a configuration example of an electric-optical hybrid switch network according to an embodiment of the present invention.
  • the electric optical hybrid switch network shown in FIG. 1 includes a rack unit 1, a ToR switch unit 2, an electric switch unit 3, an optical switch unit 4, a switch control unit 5, a cable wiring unit 6, and a control line 7 for the electric switch unit 3. It has a control line 8 for the optical switch unit 4 and a control line 9 for the ToR switch unit 2.
  • This electric optical hybrid switch network is a multi-layer switch network having a ToR switch unit 2 at the lower level and an electric switch unit 3 and an optical switch unit 4 at the upper level.
  • the lower layer is referred to as a distributed layer
  • the upper layer is referred to as an aggregate layer.
  • the optical switch unit 4 is an example of an optical network
  • the electric switch unit 3 is an example of an electric network.
  • the switch control unit 5 is an example of a communication control device.
  • the rack unit 1 includes racks 1-1 to 1-n, and the ToR switch unit 2 includes ToR switches 2-1 to 2-n.
  • Each ToR switch of the ToR switch unit 2 and the electric switch unit 3 are connected by an electric or optical cable wiring unit 61.
  • Each ToR switch of the ToR switch unit 2 and the optical switch unit 4 are connected by an optical cable wiring unit 62.
  • the ToR switch unit 2 may include about 1,000 or more ToR switches, in which case about tens of thousands to hundreds of thousands of servers are accommodated.
  • the server is an example of an information processing device, and is a device that the ToR switch is in charge of, including the server and the storage device.
  • FIG. 2 shows a configuration example of the electric switch unit 3 shown in FIG.
  • the electric switch unit 3 includes a single or multiple layers of electric router or electric packet switch. These are examples of telecommunications equipment.
  • the h telecommunications devices 311 to 31h connected to the ToR switch section 2 of the distributed layer are j located at the uppermost stage k of the electric switch section 3 by the i telecommunications devices 321 to 32i. It is connected to each of the telecommunications equipment 3k1 to 3kj.
  • the number of stages k of the electric switch unit 3 and the number of parallel numbers h of the telecommunications equipment located at the lowest level of the electric switch unit 3 take a numerical value of 1 or more.
  • the parallel numbers i and j of the higher-ranking telecommunications equipment take a numerical value of 0 or more.
  • FIG. 3 shows a configuration example of the optical switch unit 4 shown in FIG.
  • the optical switch unit 4 includes a single or a plurality of optical line exchange switches.
  • the optical line exchange switch is an example of an optical communication device.
  • optical communication equipment and telecommunications equipment shall be collectively referred to as communication equipment.
  • the optical line exchange switches 411 to 41 m are connected to each ToR switch in the ToR switch unit 2 of the distributed layer.
  • the number of parallels m of the optical line exchange switch is 1 or more.
  • an optical line exchange switch having a scale of several thousand ports is used.
  • an example of a method for configuring a large-scale optical switch is disclosed in Non-Patent Document 2.
  • FIG. 4 shows a configuration example of the switch control unit 5 shown in FIG.
  • the switch control unit 5 includes an electric switch control unit 51, an optical switch control unit 52, and a ToR switch control unit 53.
  • the electric switch control unit 51 is connected to the electric switch unit 3 via a control line 7 for the electric switch unit 3.
  • the optical switch control unit 52 is connected to the optical switch unit 4 via a control line 8 for the optical switch unit 4.
  • the ToR switch control unit 53 is connected to the ToR switch unit 2 via a control line 9 for the ToR switch unit 3.
  • the control signal output by the electric switch control unit 51 and the ToR switch control unit 53 and the control signal output by the optical switch control unit 52 and the ToR switch control unit 53 may be shared with each other.
  • FIG. 5 shows a detailed configuration example of the electric switch control unit 51, the optical switch control unit 52, and the ToR switch control unit 53 shown in FIG.
  • the electric switch control unit 51 includes a first connection management unit 511, an electric switch switching unit 512, and a first load factor measuring unit 513.
  • the optical switch control unit 52 includes a second connection management unit 521, a blocking detection unit 522, an optical switch switching unit 523, and a second load factor measurement unit 524.
  • the ToR switch control unit 53 includes a third connection management unit 531 and a ToR switch switching unit 532.
  • the first connection management unit 511 collects connection information (information about the connection state) of the electric switch unit 3 via the control line 7 for the electric switch unit 3 and the first load factor measuring unit 513, and the electric switch.
  • the control signal related to the switching of the unit 3 is output to the electric switch switching unit 512.
  • the electric switch switching unit 512 sets the telecommunications equipment in the electric switch unit 3 according to the control signal.
  • the second connection management unit 521 collects the connection information (information about the connection state) of the optical switch unit 4 via the control line 8 for the optical switch unit 4 and the second load factor measuring unit 524, and the optical switch.
  • the control signal related to the switching of 4 is output to the blocking detection unit 522.
  • the second connection management unit 521 and the blocking detection unit 522 share a control signal related to switching of the optical switch unit 4.
  • the blocking detection unit 522 outputs a control signal related to switching of the optical switch unit 4 from the second connection management unit 521 to the optical switch switching unit 523.
  • the optical switch switching unit 523 sets the optical line switching switch in the optical switch unit 4 according to the control signal.
  • the third connection management unit 531 collects the connection information (information about the connection state) of the ToR switch unit 2 via the control line 9 for the ToR switch unit 2, and sends the control signal regarding the switching of the ToR switch unit 2 to the ToR switch. Output to the switching unit 532.
  • the ToR switch switching unit 532 sets the ToR switch in the ToR switch unit 2 according to the control signal.
  • the first connection management unit 511 and the third connection management unit 531 may share those control signals, and the second connection management unit 521 and the third connection management unit 531 may share those control signals.
  • the first load factor measuring unit 513 measures the load factor from the amount of electric packets or packet flows that flow into the electric switch unit 2 and flow out from the electric switch unit 2.
  • the second load factor calculation unit 524 measures the load factor from the amount of packets or packet flows that flow into the optical switch unit 4 and flow out from the optical switch unit 4.
  • the load factor is calculated from the amount of packets or packet flows flowing through each cable of the electric or optical cable wiring unit 61, the amount of packets or packet flows related to a plurality of cables, and the like.
  • the scale of the load factor is not limited to this, and various methods are assumed.
  • ToR switch # A the ToR switch on the transmitting side
  • ToR switch # B the ToR switch on the receiving side
  • the ToR switch #A transmits an optical line setting request up to the ToR switch #B to the third connection management unit 531 for the ToR switch unit 3.
  • the third connection management unit 531 transmits information regarding the connection request between the ToR switch # A and the ToR switch # B to the second connection management unit 521 for the optical switch unit 4.
  • the second connection management unit 521 outputs a command to the blocking detection unit 522 to set an optical line between the ToR switch # A and the ToR switch # B.
  • the blocking detection unit 522 confirms whether or not an optical line can be set between the requested ToR switch # A and the ToR switch # B, that is, whether or not blocking has occurred.
  • the second connection management unit 521 manages the connection state in a table as shown in FIG. FIG. 6 shows the connection state of the optical line exchange switch having the number of input ports P and the number of output ports Q.
  • the connection state indicates that connection is possible or impossible for each combination of input / output ports.
  • each row corresponds to an input port
  • each column corresponds to an output port
  • a set of connectable input / output ports is marked with a circle ( ⁇ )
  • the set of input / output ports having the same number is excluded (-).
  • the input port 2 and the output port 1 and the input port P and the output port 3 are already connected, and the pair related to those input / output ports is a connected cross mark (x) or a minus mark (-). It has become.
  • connection state of the optical switch unit 4 can be confirmed only by managing and referring to the table as shown in FIG. 6 without managing the connection state of the entire network.
  • the prior art shown in Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 described above confirms the availability of all electric switches and optical switches connected to the electric-optical hybrid switch network, and determines the presence / absence of blocking and the possibility of line setting. judge. Therefore, this embodiment enables low delay and simple control as compared with the prior art.
  • the optical switch switching unit 523 which receives a command from the second connection management unit 521, sets an optical line between the ToR switch # A and the ToR switch # B via the optical switch unit 4. Set. If the optical line cannot be set, the blocking detection unit 522 determines that blocking has occurred, and blocks information to the third connection management unit 531 for the ToR switch unit 2 via the second connection management unit 521. Notify.
  • the third connection management unit 531 Upon receiving the notification of the blocking information, the third connection management unit 531 immediately transfers the packet and the packet flow, which were originally assumed to be transmitted by the optical line in the ToR switch #A, to the electric switch unit 3 as the first example. Therefore, the information regarding the connection request between the ToR switch # A and the ToR switch # B is output to the first connection management unit 511. In response to this, the first connection management unit 511 causes the electric switch unit 3 to be set via the electric switch switching unit 512.
  • the transfer by the optical line is tried again, but when a certain condition is satisfied, the packet or the packet flow is transferred from the ToR switch #A to the ToR switch #B via the electric switch unit 3. do. Therefore, the third connection management unit 531 that has received the notification of the blocking information transmits the retransmission request to the ToR switch # A that is the transmission source of the optical line setting request. In response to this, the ToR switch #A again transmits the optical line setting request to the switch control unit 5.
  • a certain condition described above is, for example, a condition that the retransmission of the optical line setting request based on blocking reaches a certain number of times.
  • the third connection management unit 531 transfers the packet or packet flow that was supposed to be transferred by the optical line in the ToR switch #A to the electric switch unit 3, so that the third connection management unit 531 is the first connection management unit.
  • the information regarding the connection request between the ToR switch # A and the ToR switch # B is output to 511.
  • the first connection management unit 511 causes the electric switch unit 3 to be set via the electric switch switching unit 512.
  • the above-mentioned certain condition may be a condition that the duration of the optical line setting request transmission from the first blocking occurrence detection for the optical line setting request has elapsed a predetermined fixed time.
  • the third connection management unit 531 for the ToR switch unit 2 that has been notified of the blocking information has a usage rate of the electric switch unit 3 via the first connection management unit 511 for the electric switch unit 2.
  • information on the load factor or the usage rate of the cable (also referred to as a link) connecting the ToR switch # A and the electric switch unit 3 is acquired.
  • the first connection management unit 511 manages the registration information of the telecommunications equipment included in the electric switch unit 3, the occupancy degree of the input / output port, and the availability.
  • This registration information is information for identifying an individual of a telecommunications device, such as a MAC address or an IP address. Since each telecommunications device in the electric switch unit 3 periodically notifies the occupancy degree of the input / output port, the first connection management unit 511 manages the occupancy degree and the availability of the input / output port based on the occupancy degree. ..
  • the usage rate of the electric switch unit 3 a method using a packet discard rate or delay value in each electric switch or router belonging to the electric switch unit 3, or a packet discard rate or delay value in the entire electric switch unit 3 is used. Various things such as those based on are applicable.
  • the third connection management unit 531 determines whether or not the usage rate or load factor of the electric switch unit 3 or the usage rate of the cable connecting the ToR switch # A and the electric switch unit 3 is equal to or higher than a preset reference value. To judge. Third connection management in order to try to transfer the packet or packet flow that was originally supposed to be transferred by the optical line in the ToR switch # A again by the optical line when the usage rate or the like is equal to or higher than the reference value. Unit 531 transmits the retransmission request to the ToR switch # A, which is the source of the optical line setting request. In response to this, the ToR switch #A again transmits the optical line setting request to the switch control unit 5.
  • the ToR switch #A is initially used. A packet or packet flow that is supposed to be transferred by an optical line is transferred via the electric switch unit 3. Therefore, the third connection management unit 531 outputs the information regarding the connection request between the ToR switch # A and the ToR switch # B to the first connection management unit 511. In response to this, the first connection management unit 511 causes the electric switch unit 3 to be set via the electric switch switching unit 512.
  • each scene includes three phases of connection setting, data transfer, and connection disconnection.
  • the ToR switch # A (2-o) first transmits an optical line setting request to the switch control unit 5 (S1). Upon receiving the optical line setting request, the switch control unit 5 transmits the optical line connection request to the optical switch unit 4 (S2). As a result, the optical switch unit 4 sets the optical line from the ToR switch # A (2-o) to the ToR switch # B (2-p). Further, the switch control unit 5 transmits a connection setting request by an optical line to the ToR switch # B (2-p) (S3). Further, the switch control unit 5 transmits a transmission connection request to the ToR switch # A (2-o) (S4).
  • the ToR switch # A (2-o) transmits a transmission permission notification to the switch control unit 5 (S5). Further, the Tor switch # B (2-p) transmits a reception permission notification to the switch control unit 5 if communication is possible (S6). On the other hand, after setting the optical line, the optical switch unit 4 transmits the optical line connection permission to the switch control unit 5 (S7). In this way, when a positive response is received from the ToR switch # A (2-o), the ToR switch # B (2-p), and the optical switch unit 4, the switch control unit 5 receives the ToR switch # A (2-p). A transmission command is transmitted to o) (S8).
  • the ToR switch # A (2-o) that has received the transmission command transmits a packet or packet flow to the ToR switch # B (2-p) (S15).
  • the ToR switch # A (2-o) notifies the ToR switch # B (2-p) of the completion of data transmission (S16).
  • the ToR switch # A (2-o) transmits an optical line release request to the switch control unit 5 (S21).
  • the switch control unit 5 transmits an optical line connection disconnection request to the optical switch unit 4 (S22).
  • the optical switch unit 4 makes settings for releasing the optical line used this time.
  • the switch control unit 5 transmits a connection disconnection request to the ToR switch # B (2-p) (S23).
  • the switch control unit 5 transmits a transmitter release request to the ToR switch # A (2-o) (S24).
  • the ToR switch # A (2-o) transmits a transmitter release notification to the switch control unit 5 (S25).
  • the ToR switch # B (2-p) transmits a connection disconnection notification to the switch control unit 5 (S26).
  • the optical switch unit 4 transmits an optical line release notification to the switch control unit 5 (S27).
  • the ToR switch # A (2-o) first transmits an optical line setting request to the switch control unit 5 (S31).
  • the blocking detection unit 522 of the switch control unit 5 detects the occurrence of blocking (S32).
  • the switch control unit 5 immediately transmits an electric line connection request to the electric switch unit 3 (S33).
  • the switch control unit 5 is the usage rate or load factor of the electric switch unit 3, or the cable connecting the ToR switch # A (2-o) and the electric switch unit 3.
  • the switch control unit 5 transmits an electric line connection request to the electric switch unit 3 (S33). In this way, if the conditions for allowing transfer via the electric switch unit 3 are satisfied (the above usage rate or the like is less than the reference value), even if transfer via the optical line is initially assumed. Transfer via electrical line.
  • the switch control unit 5 transmits a connection setting request via the electric switch unit 3 to the ToR switch # B (2-p) (S34). Further, the switch control unit 5 transmits a transmission connection request via the electric switch unit 3 to the ToR switch # A (2-o) (S35). On the other hand, the ToR switch # A (2-o) transmits a transmission permission notification to the switch control unit 5 (S36). Further, the Tor switch # B (2-p) transmits a reception permission notification to the switch control unit 5 if communication is possible (S37). On the other hand, after setting the electric switch unit 3, the electric switch unit 3 transmits the electric line connection permission to the switch control unit 5 (S38).
  • the ToR switch # A (2-o) that has received the transmission command transmits a packet or packet flow to the ToR switch # B (2-p) via the electric switch unit 3 (S15).
  • the ToR switch # A (2-o) notifies the ToR switch # B (2-p) of the completion of data transmission (S46).
  • the ToR switch # A (2-o) transmits an electric line release request to the switch control unit 5 (S51).
  • the switch control unit 5 transmits an electric line connection disconnection request to the electric switch unit 3 (S52).
  • the electric switch unit 3 makes settings for releasing the electric line used this time.
  • the switch control unit 5 transmits a connection disconnection request to the ToR switch # B (2-p) (S53).
  • the switch control unit 5 transmits a transmitter release request to the ToR switch # A (2-o) (S54).
  • the ToR switch # A (2-o) transmits a transmitter release notification to the switch control unit 5 (S55).
  • the ToR switch # B (2-p) transmits a connection disconnection notification to the switch control unit 5 (S56).
  • the electric switch unit 3 transmits an electric line release notification to the switch control unit 5 (S57).
  • the ToR switch # A (2-o) first transmits an optical line setting request to the switch control unit 5 (S61).
  • the blocking detection unit 522 of the switch control unit 5 determines whether or not blocking has occurred (S62).
  • the switch control unit 5 is the usage rate or load factor of the electric switch unit 3, or the cable connecting the ToR switch # A (2-o) and the electric switch unit 3.
  • the usage rate is acquired and the usage rate or load factor of the electric switch unit 3 or the usage rate of the cable connecting the ToR switch # A (2-o) and the electric switch unit 3 is equal to or higher than the preset reference value. Further determine if it exists. Here, it is assumed that this condition is satisfied. This is because if the transfer is performed via the electric switch 3 even though this condition is satisfied, the load factor or the usage rate of the electric switch unit 3 may further increase and the transfer efficiency may decrease.
  • the switch control unit 5 transmits the retransmission request to the ToR switch # A (2-o) (S63).
  • the ToR switch # A (2-o) transmits the optical line setting request to the switch control unit 5 again in response to the retransmission request (S64).
  • the switch control unit 5 again determines whether or not blocking has occurred (S65). If it is confirmed that no blocking has occurred here, the subsequent processing sequence will execute the sequence after S2 shown in FIG. Therefore, the description will be omitted.
  • the occurrence of blocking was confirmed again in step S65, and the usage rate or load factor of the electric switch unit 3 or the usage rate of the cable connecting the ToR switch # A and the electric switch unit 3 was set in advance. If it is determined that the value is equal to or higher than the reference value, the process returns to step S63 and a retransmission request is transmitted to the ToR switch # A (2-o).
  • the ToR switch # A (2-o) first transmits an optical line setting request to the switch control unit 5 (S71).
  • the blocking detection unit 522 of the switch control unit 5 determines whether or not blocking has occurred (S72).
  • the switch control unit 5 transmits the retransmission request to the ToR switch # A (2-o) (S73).
  • the ToR switch # A (2-o) transmits the optical line setting request to the switch control unit 5 again in response to the retransmission request (S74).
  • the first time is counted here. If it is based on the duration, the duration is measured from step S72. Then, step S72 is executed again, and if blocking still occurs, steps S73 and S74 are executed again.
  • the ToR switch # A (2-o) transmits a retransmission request (S75), and the switch control unit 5 determines whether or not blocking has occurred. If the occurrence of blocking is still confirmed, the switch control unit 5 further determines whether or not the number of retransmissions is a certain number or more, or whether or not the duration is a certain time or more (S77). If it is determined that this condition is satisfied, data is transferred via the electric switch unit 3, so that the switch control unit 5 transmits an electric line connection request to the electric switch unit 3 (S33). The following is the same as step S34 and subsequent steps in FIG. 8, so the description thereof will be omitted.
  • FIG. 11 shows an example of the network model used when calculating the blocking rate.
  • the transmitting side ToR switch unit 2-1 and the receiving side ToR switch unit 2-n (individual ToR switches include a transmitting unit and a receiving unit) communicate with each other via the optical switch unit 4.
  • the transmitting side ToR switch unit 2-1 includes q electric switches 211 to 21q.
  • the optical switch unit 4 includes m optical line exchange switches 411 to 41 m.
  • the receiving side ToR switch unit 2-n includes r electric switches 2n1 to 2nr.
  • each electric switch and the optical switch unit 4 are interconnected via m input / output ports.
  • the ToR switch control unit 53 and the optical switch control unit 52 manage the connection state of the ToR switch unit 2 and the optical switch unit 4.
  • FIG. 12 is a diagram showing blocking characteristics as an optical line exchange switch calculated based on the model diagram of FIG.
  • the vertical axis shows the blocking rate.
  • the horizontal axis is the number of optical line exchange switches in parallel (m in this case), and is connected using a plurality of ports (m) of the electric switches arranged in each ToR.
  • each series (1)-(4) represents the difference in the load factor ⁇ .
  • the blocking rate can be suppressed to 10-5 or less by setting the load factor to 0.6 or less.
  • the delay time is a fixed value of 200 ⁇ s even when retransmission is performed. This value is small compared to the delay time of current data centers.
  • a packet or packet flow which was originally supposed to be transmitted by an optical line, is transferred to the electric switch unit 3 when blocking occurs.
  • the ratios of traffic handled by the optical switch unit 4 and the electric switch unit 3 in each ToR switch are 0.9 and 0.1, respectively, when blocking occurs with a quality of blocking rate of 10-6, 0.9 ⁇ traffic of 10 -6 ⁇ 10 -6 is to be transferred to the electric switch portion 3.
  • the increase in the usage rate of the link to the electric switch unit 3 of the ToR switch is 10-6 / when the traffic volume of 10-6 is received.
  • 0.1 10-5 (0.001%).
  • the increase in the usage rate of 0.001% is a value that has almost no effect on the delay time of the electric switch unit 3.
  • the blocking rate that increases the utilization rate of the link to the electric switch section of the ToR switch by 1% is 10 -3 , and the blocking rate of the optical switch section 4 is lowered to that value or less (10 -4 or less, etc.). Therefore, the influence of blocking on the electric switch unit 3 can be reduced. As a result, the control mechanisms of the electric switch unit 3 and the optical switch unit 4 can be handled independently, and route selection control can be realized with a simple software or hardware configuration, thereby using an efficient electric optical hybrid switch. The performance of the network in the data center can be improved.
  • a route passing through the electric switch unit 3 or the optical switch unit 4 is selected, and the packet or packet flow of the transmitting side ToR switch is transferred by that route to obtain data. It is possible to reduce the possibility that the transfer will fail. Further, by setting an appropriate value of m, the blocking rate of the optical switch unit 4 and the increase value of the usage rate of the electric switch unit when transmitting the optical line setting request again are very small, and the delay time distribution for successful transfer. The expected value of can be lowered. Furthermore, since dynamic network control including the entire network is not performed, the network can be controlled with a simple software or hardware configuration. As a result, the processing delay generated by the switch control unit 5 is reduced, and high-speed data transfer becomes possible.
  • FIG. 13 shows the configuration of the electric-optical hybrid switch network according to the second embodiment of the present invention.
  • the electric optical hybrid switch network shown in FIG. 13 is for a rack unit 1000, a ToR switch unit 2000, an electric switch unit 3000, an optical switch unit 4000, a control signal transfer network 5000, a cable wiring unit 6000, and an electric switch unit 3000.
  • the control line 7000 and the control line 8000 for the optical switch unit 4000 are included.
  • the rack unit 1000 includes racks 1000-1 to 1000-n
  • the ToR switch unit 2000 includes ToR switches 2000-1 to 2000-n.
  • Each ToR switch of the ToR switch unit 2000 and the electric switch unit 3000 are connected by an electric or optical cable.
  • Each ToR switch of the ToR switch unit 2000 and the optical switch unit 4000 are connected by an optical cable.
  • the network 5000 for control signal transfer includes a control line 8000 for the optical switch unit 4000, an optical switch unit 4000 via a control line 7000 for the electric switch unit 3000 if necessary, and an electric switch if necessary.
  • the control signal is shared with the unit 3000.
  • the control signal transfer network 5000 transmits control signals, and the network connecting the ToR switch unit 2000, the optical switch unit 4000, and the electric switch unit 3000 as needed has a role of transmitting information, and the ToR switches have a role of transmitting information to each other. It is a functionally independent network from the optical switch unit 3000 or the electric switch unit 4000 that transfers the signal of.
  • the ToR switch on the transmitting side is referred to as ToR switch # C
  • ToR switch on the receiving side is referred to as ToR switch # D.
  • the ToR switch #C notifies the switch control unit of the optical line setting request up to the ToR switch #D via the control signal transfer network 5000.
  • the ToR switch control unit 53 transmits information regarding a connection request between the ToR switch # C and the ToR switch # D to the second connection management unit 521 for the optical switch unit. .. If the optical line cannot be set, it is determined that blocking has occurred. In such a case, as in the first embodiment, the optical line setting request from the ToR switch # C to the ToR switch # D is attempted to be retransmitted.
  • the network 5000 for control signal transfer is composed of a single or multiple layers of electric routers or electric packet switches, and has a configuration similar to that of the electric switch unit 3. Therefore, the electric-optical hybrid switch network according to the present embodiment can also transfer data with high reliability and low delay.
  • a Middle of row configuration may be adopted in which the rack 1-x is arranged in the middle of the racks 1-1 to 1-n.
  • the electric switch 20-1 may be in charge of the rack 1-1
  • the electric switch 20-2 may be in charge of the rack 1-2, and so on, or one or more of them may be in a one-to-one relationship.
  • One electric switch 20 may be in charge of the rack.
  • a server, a memory, or the like in charge of each electric switch 20 may be set regardless of the rack.
  • the electric optical hybrid switch network that enables the low-delay data transfer described above in cooperation with the switch control unit 5 also for the electric switches 20-1 to 20-n having the same functions as the ToR switch. Can be realized.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the functional configuration example of the network control unit 5 is an example, and may not correspond to the program module configuration.
  • the order of the steps may be changed or a plurality of steps may be executed in parallel as long as the processing result does not change.
  • the switch control unit 5 described above is, for example, a computer device, and as shown in FIG. 16, displays a memory 2501, a CPU (Central Processing Unit) 2503, and a hard disk drive (HDD: Hard Disk Drive) 2505.
  • Display control unit 2507 connected to device 2509, drive device 2513 for removable disk 2511, input device 2515, communication control unit 2517 for connecting to a network, and peripheral devices (image sensor 100, attenuation mechanism 300, cooling mechanism 400).
  • the peripheral device connection unit 2521 for connecting to the peripheral device connection unit 2521 is connected by a bus 2519.
  • the HDD may be a storage device such as a solid state drive (SSD: Solid State Drive).
  • the operating system (OS: Operating System) and the application program for carrying out the processing according to the embodiment of the present invention are stored in the HDD 2505 and read from the HDD 2505 to the memory 2501 when executed by the CPU 2503. ..
  • the CPU 2503 controls the display control unit 2507, the communication control unit 2517, and the drive device 2513 according to the processing contents of the application program to perform a predetermined operation.
  • the data in the process of processing is mainly stored in the memory 2501, it may be stored in the HDD 2505.
  • the application program for performing the above-described processing is stored and distributed on a computer-readable removable disk 2511 and installed from the drive device 2513 to the HDD 2505.
  • Such a computer device realizes various functions as described above by organically collaborating with the hardware such as the CPU 2503 and the memory 2501 described above and the program such as the OS and the application program. ..
  • the switch control unit 5 is not only mounted on one device, but its function may be distributedly mounted on a plurality of devices. Further, the CPU may be a GPU (Graphics Processing Unit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array).
  • the communication control method for controlling communication with a first electric switch for example, a ToR switch or a second electric switch having the same function as the ToR switch) in charge of a processing device, a storage device, etc. is (A).
  • the first process of transmitting the second setting request of the optical line from the first electric switch to the second electric switch, and the packet related to the first setting request from the first electric switch via the electric network includes a process of executing at least one of the second processes of transmitting the packet flow.
  • a control unit for example, switch control unit 5
  • the process of determining the presence or absence of blocking may be included depending on whether or not the input / output port of the optical circuit switching switch in the optical network is already in use. Blocking can be detected by a simple method.
  • the second process described in (b1) may be executed promptly (that is, immediately without retransmitting the optical line setting request) when there is blocking. This is to shorten the transfer delay.
  • the first process may be executed. This is to prevent the usage rate of the electric network from increasing and affecting other communications.
  • the second process may be executed. If there is no problem in terms of the usage rate of the electric network, the electric network is used to shorten the transfer delay.
  • the first process when (b4) blocking is present, the first process may be executed a predetermined number of times, and then the second process may be executed.
  • the first process when (b5) blocking is present, the first process may be executed a plurality of times to execute the second process after a predetermined time has elapsed from the first blocking detection. The probability that blocking will continue to occur is low, but if blocking detection continues, it will switch to data transfer via the electrical network.
  • the control unit (for example, switch control unit 5) described above may manage a table that manages at least connectable and unconnectable combinations of input ports and output ports of the optical line exchange switch. .. This makes it possible to confirm the occurrence of blocking at high speed.
  • a third network is connected between the first electric switch and the second electric switch for the control unit that controls the communication equipment included in the optical network and the electric network to transmit the control signal. It may be the configuration that has been set. In this case, the process of executing at least one of the above-mentioned processes is changed from the first process, the second process, and the first electric switch to the first setting request via the third network. It may be a process of executing at least one of the third processes of transmitting the packet or the packet flow. It makes effective use of the third network.
  • the communication control device (for example, the switch control unit) that controls the above determines the presence or absence of blocking in relation to the first setting request of the optical line from the first electric switch to the second electric switch, and if there is blocking.
  • the first process of transmitting the retransmission request of the first setting request to the first electric switch and the communication from the first electric switch to the second electric switch via the electric network are started.
  • One of the second processing is executed.
  • the second process may be executed promptly. Further, when there is blocking and the usage rate or load factor of the electric network, or the usage rate of the link connecting the first electric switch and the electric network is equal to or higher than a predetermined reference value, the first Execute the process and execute the second process when the usage rate or load factor of the electric network or the usage rate of the link connecting the first electric switch and the electric network is less than a predetermined reference value. You can do it.
  • the second process is performed. May be executed.

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Abstract

高信頼且つ低遅延でデータを転送可能にするため、各々光ネットワークを介して且つ電気ネットワークを介して接続され、且つ、各々１又は複数の装置を担当する、第１の電気スイッチと第２の電気スイッチとの間の通信を制御する通信制御方法は、（Ａ）第１の電気スイッチから第２の電気スイッチへの光回線の第１の設定要求に関連してブロッキングの有無を判定し、（Ｂ）ブロッキングがある場合には、第１の電気スイッチから、第１の電気スイッチから第２の電気スイッチへの光回線の第２の設定要求を送信する第１の処理と、第１の電気スイッチから、電気ネットワークを介して第１の設定要求に係るパケット又はパケットフローを送信する第２の処理とのうち少なくともいずれかの処理を実行する処理を含む。

Description

通信制御方法及び通信制御装置
　本発明は、電気光ハイブリッドスイッチネットワークの通信を制御する通信制御技術に関する。
　第五世代移動通信システム（５Ｇ）やインターネット・オブ・シングス（ＩｏＴ：Internet of Things）の登場は、データセンター内における通信トラフィックの増加に拍車をかけつつある。例えば、全世界のデータセンターのＩＰトラフィックは、２０２１年に２０．６ゼタバイトまで及び、その内の約７５％がデータセンター内で処理されると予想されている。一方、現状のデータセンター内ネットワークは複数階層の電気スイッチにより構築されており（例えば非特許文献１）、大規模データセンターの消費電力は数万～数十万ｋＷに達する。さらに大容量且つ大量の通信トラフィックを処理するためには、データセンター内ネットワークの通信帯域を高めると共に消費電力を下げることが好ましい。
　現状のデータセンター内ネットワークにおいて電気スイッチ／ルータ構成は階層構造となっており、サーバコンピュータやストレージなどを集約するためのトップ・オブ・ラック（ＴｏＲ：Top of Rack）スイッチが下位に位置する。例えば、特許文献１において、現状の電気スイッチ／ルータに基づくデータセンター内ネットワークの構成や制御方法に関する例が開示されている。
　こうしたデータセンターの需要に対して、電気スイッチと光スイッチを併用する電気光ハイブリッドスイッチネットワークが提案されている（例えば非特許文献２）。非特許文献２に記載の技術では、サーバコンピュータやストレージからＴｏＲスイッチを経由し、ＴｏＲスイッチと上位に位置する電気スイッチ及び光スイッチを相互に接続する。また、ＴｏＲスイッチを経由するトラフィックフロー或いは個々のサーバコンピュータやストレージから発生するトラフィックフローは監視され、フローの大きさに応じて電気スイッチもしくは光スイッチによる経路が選択される。例えば、１５Ｍｂ／ｓ以下の小容量のフローをＭｉｃｅフロー、それを超える大容量のフローをＥｌｅｐｈａｎｔフローと分類し、Ｍｉｃｅフローを電気スイッチ、Ｅｌｅｐｈａｎｔフローを光スイッチで処理する。このように大規模なフローを光回線で交換することにより、電気光ハイブリッドスイッチネットワークは現状のデータセンター内ネットワーク（すなわち複数階層の電気スイッチ構成）と比較して、より大容量な通信トラフィックを低い消費電力で処理できる。また、大規模データセンターに対応可能な電気光ハイブリッドスイッチネットワークでは千ポート規模の光回線交換スイッチを用いており、その構成方法なども提案されている（例えば非特許文献３）。
　しかし、電気光ハイブリッドスイッチネットワークでは、送受信ＴｏＲスイッチ間に光回線を設定できない場合にはブロッキングが発生し、データ転送に失敗するという問題がある。この影響を最小限にするために、トラフィックフロー情報に加えてネットワーク全体の接続情報や使用状況を管理すると、制御機構が複雑化すると共に処理遅延が増加するという問題が生じる。ブロッキングが発生した場合に、使用していない他のＴｏＲスイッチを経由して目的の受信側ＴｏＲスイッチまでデータを送信するマルチホップ転送も考えられるが、この場合も複雑化する制御機構や増加する処理遅延が問題となる。
米国特許８４８３０９６号
Arjun Singh,et.al.,"Jupiter Rising: A Decade of Clos Topologies and Centralized Control in Google's Datacenter Network",Proc.ACM SIGCOMM 2015 Conference (SIGCOMM '15),pp.88-97,London,United Kingdom,Aug.2015 Nathan Farrington,et.al.,"Helios: A Hybrid Electrical/Optical Switch Architecture for Modular Data Centers",Proc.ACM SIGCOMM 2010 Conference (SIGCOMM '10),pp.339-350,New Delhi,India,Aug.2010 Ken-ichi Sato,"Realization and Application of Large-Scale Fast Optical Circuit Switch for Data Center Networking",IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology,Vol.36,No.7,pp.1411-1419,Apr.2018
　よって、本発明の目的は、一側面として、低遅延でデータを転送可能な電気光ハイブリッドスイッチネットワークを実現するための通信制御技術を提供することである。
　本発明に係る通信制御方法は、各々光ネットワークを介して且つ電気ネットワークを介して接続され、且つ、各々１又は複数の装置を担当する、第１の電気スイッチと第２の電気スイッチとの間の通信を制御する通信制御方法である。この通信制御方法は、（Ａ）第１の電気スイッチから第２の電気スイッチへの光回線の第１の設定要求に関連してブロッキングの有無を判定し、（Ｂ）ブロッキングがある場合には、第１の電気スイッチから、第１の電気スイッチから第２の電気スイッチへの光回線の第２の設定要求を送信する第１の処理と、第１の電気スイッチから、電気ネットワークを介して第１の設定要求に係るパケット又はパケットフローを送信する第２の処理とのうち少なくともいずれかの処理を実行する処理を含む。
　本発明に係る通信制御装置は、各々光ネットワークを介して且つ電気ネットワークを介して接続され、且つ、各々１又は複数の装置を担当する、第１の電気スイッチと第２の電気スイッチとの間の通信を制御する通信制御装置である。そして、この通信制御装置は、第１の電気スイッチから第２の電気スイッチへの光回線の第１の設定要求に関連してブロッキングの有無を判定し、ブロッキングがある場合には、第１の設定要求の再送要求を第１の電気スイッチへ送信する第１の処理と、第１の電気スイッチから第２の電気スイッチへの電気ネットワークを介した通信を開始させるための第２の処理とのいずれかを実行する。
図１は、本発明の実施の形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークの構成を示す図である。 図２は、電気スイッチ部の構成例を示す図である。 図３は、光スイッチ部の構成例を示す図である。 図４は、スイッチ制御部の機能構成例を示す図である。 図５は、スイッチ制御部の機能構成の詳細例を示す図である。 図６は、光回線交換スイッチの入出力ポートを管理するためのテーブルの一例を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークの処理シーケンス例を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークの処理シーケンス例を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークの処理シーケンス例を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークの処理シーケンス例を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークのブロッキング率を計算する際に使用したネットワークモデルを示す図である。 ネットワークモデルに基づき計算された光回線交換スイッチとしてのブロッキング特性を示す図である。 図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークの構成を示す図である。 図１４は、ラック構成の他の例を示す図である。 図１５は、ラック構成のさらに他の例を示す図である。 図１６は、ネットワーク制御部であるコンピュータ装置のブロック構成図である。
［実施の形態１］
　図１に、本発明の実施に形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークの構成例を示す。図１に示す電気光ハイブリッドスイッチネットワークは、ラック部１、ＴｏＲスイッチ部２、電気スイッチ部３、光スイッチ部４、スイッチ制御部５、ケーブル配線部６、電気スイッチ部３のための制御回線７、光スイッチ部４のための制御回線８、ＴｏＲスイッチ部２のための制御回線９を有する。この電気光ハイブリッドスイッチネットワークは、下位にＴｏＲスイッチ部２、上位に電気スイッチ部３と光スイッチ部４を有する複数階層スイッチネットワークである。以下では、下位階層を分散層、上位階層を集約層と呼ぶ。なお、光スイッチ部４は、光ネットワークの一例であり、電気スイッチ部３は、電気ネットワークの一例である。また、スイッチ制御部５は、通信制御装置の一例である。
　ラック部１は、ラック１－１乃至１－ｎを含み、ＴｏＲスイッチ部２はＴｏＲスイッチ２－１乃至２－ｎを含む。ＴｏＲスイッチ部２の各ＴｏＲスイッチと電気スイッチ部３とは、電気または光ケーブル配線部６１によって接続される。ＴｏＲスイッチ部２の各ＴｏＲスイッチと光スイッチ部４とは、光ケーブル配線部６２によって接続される。例えば、非特許文献１のデータセンターでは、ＴｏＲスイッチ部２は約千個以上のＴｏＲスイッチを含む場合があり、その場合、約数万から数十万のサーバが収容される。サーバは、情報処理装置の一例であり、サーバ及びストレージ装置を含めて、ＴｏＲスイッチが担当する装置である。
　図２に、図１に示した電気スイッチ部３の構成例を示す。電気スイッチ部３は単一又は複数階層の電気ルータもしくは電気パケットスイッチを含む。これらは電気通信機器の一例である。例えば、分散層のＴｏＲスイッチ部２に接続されるｈ個の電気通信機器３１１～３１ｈは、ｉ個の電気通信機器３２１～３２ｉによって、電気スイッチ部３の最上位段ｋに位置するｊ個の電気通信機器３ｋ１～３ｋｊへ各々接続される。電気スイッチ部３の段数ｋおよび電気スイッチ部３の最下位に位置する電気通信機器の並列数ｈは１以上の数値をとる。また、より上位に位置する電気通信機器の並列数ｉ、ｊは０以上の数値をとる。
　図３に、図１に示した光スイッチ部４の構成例を示す。光スイッチ部４は単一又は複数の光回線交換スイッチを含む。光回線交換スイッチは光通信機器の一例である。なお、光通信機器と電気通信機器を総称して通信機器と呼ぶものとする。例えば、光回線交換スイッチ４１１～４１ｍは、分散層のＴｏＲスイッチ部２における各ＴｏＲスイッチと接続される。なお、光回線交換スイッチの並列数ｍは１以上の数値をとる。非特許文献１のデータセンターに対処するためには、千ポート数規模の光回線交換スイッチが用いられる。例えば、大規模光スイッチの構成方法の例は、非特許文献２に開示されている。
　図４に、図１に示したスイッチ制御部５の構成例を示す。スイッチ制御部５は、電気スイッチ制御部５１、光スイッチ制御部５２、及びＴｏＲスイッチ制御部５３を含む。電気スイッチ制御部５１は、電気スイッチ部３のための制御回線７を介して電気スイッチ部３と接続される。光スイッチ制御部５２は、光スイッチ部４のための制御回線８を介して光スイッチ部４と接続される。ＴｏＲスイッチ制御部５３は、ＴｏＲスイッチ部３のための制御回線９を介してＴｏＲスイッチ部２と接続される。なお、スイッチ制御部５において、電気スイッチ制御部５１とＴｏＲスイッチ制御部５３が出力する制御信号、光スイッチ制御部５２とＴｏＲスイッチ制御部５３が出力する制御信号は互いに共有される場合がある。
　図５に、図４に示した電気スイッチ制御部５１、光スイッチ制御部５２及びＴｏＲスイッチ制御部５３の詳細な構成例を示す。電気スイッチ制御部５１は、第１接続管理部５１１と電気スイッチ切替部５１２と第１負荷率計測部５１３とを有する。光スイッチ制御部５２は、第２接続管理部５２１とブロッキング検出部５２２と光スイッチ切替部５２３と第２負荷率計測部５２４とを有する。ＴｏＲスイッチ制御部５３は、第３接続管理部５３１とＴｏＲスイッチ切替部５３２とを有する。
　第１接続管理部５１１は、電気スイッチ部３のための制御回線７、および第１負荷率計測部５１３を介して、電気スイッチ部３の接続情報（接続状態に関する情報）を収集し、電気スイッチ部３の切替に関する制御信号を電気スイッチ切替部５１２へ出力する。電気スイッチ切替部５１２は、制御信号に従って電気スイッチ部３内の電気通信機器に対する設定を行う。
　第２接続管理部５２１は、光スイッチ部４のための制御回線８、および第２負荷率計測部５２４を介して、光スイッチ部４の接続情報（接続状態に関する情報）を収集し、光スイッチ４の切替に関する制御信号をブロッキング検出部５２２に出力する。第２接続管理部５２１とブロッキング検出部５２２は、光スイッチ部４の切替に関する制御信号を共有する。ブロッキング検出部５２２は、第２接続管理部５２１からの、光スイッチ部４の切替に関する制御信号を、光スイッチ切替部５２３へ出力する。光スイッチ切替部５２３は、制御信号に従って光スイッチ部４内の光回線交換スイッチに対する設定を行う。
　第３接続管理部５３１は、ＴｏＲスイッチ部２のための制御回線９を介してＴｏＲスイッチ部２の接続情報（接続状態に関する情報）を収集し、ＴｏＲスイッチ部２の切替に関する制御信号をＴｏＲスイッチ切替部５３２に出力する。ＴｏＲスイッチ切替部５３２は、制御信号に従ってＴｏＲスイッチ部２内のＴｏＲスイッチに対する設定を行う。
　なお、第１接続管理部５１１と第３接続管理部５３１はそれらの制御信号を、第２接続管理部５２１と第３接続管理部５３１はそれらの制御信号を共有する場合がある。また、第１負荷率計測部５１３は、電気スイッチ部２に流入及び電気スイッチ部２から流出する電気パケットもしくはパケットフローの量から負荷率を計測する。第２負荷率計算部５２４は、光スイッチ部４に流入及び光スイッチ部４から流出するパケットもしくはパケットフローの量から負荷率を計測する。ここで負荷率は，電気または光ケーブル配線部６１各々のケーブルを流れるパケットもしくはパケットフローの量或いは複数のケーブルに関するパケットもしくはパケットフローの量などから計算する。例えば、１本の１０Ｇｂｐｓのケーブルに、１Ｇｂｐｓ相当のパケットもしくはパケットフローが存在すれば、負荷率は０．１となる。また、３本の１０Ｇｂｐｓのケーブルについて、それぞれ１Ｇｂｐｓ、２Ｇｂｐｓ、３Ｇｂｐｓ相当のパケットもしくはパケットフローが存在すれば、負荷率は０．２（＝（１＋２＋３）／３０）となる。負荷率の尺度はこれに留まらず、各種方法が想定される。
　次に本実施の形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークの動作について説明する。一例として、二つの異なるラックに含まれるサーバあるいは当該２つの異なるラックが光スイッチ部４を経由して情報を伝達する場合を想定する。なお、ここでは送信側のＴｏＲスイッチをＴｏＲスイッチ＃Ａ、受信側のＴｏＲスイッチをＴｏＲスイッチ＃Ｂと呼ぶものとする。
　ＴｏＲスイッチ＃Ａは、ＴｏＲスイッチ＃Ｂまでの光回線設定要求をＴｏＲスイッチ部３のための第３接続管理部５３１に送信する。これに応じて、第３接続管理部５３１は、ＴｏＲスイッチ＃ＡとＴｏＲスイッチ＃Ｂの間の接続要求に関する情報を、光スイッチ部４のための第２接続管理部５２１へ伝達する。これに応じて、第２接続管理部５２１は、ブロッキング検出部５２２に、ＴｏＲスイッチ＃ＡとＴｏＲスイッチ＃Ｂの間に光回線を設定する命令を出力する。この時、ブロッキング検出部５２２は、要求されたＴｏＲスイッチ＃ＡとＴｏＲスイッチ＃Ｂの間に光回線が設定可能かどうか、つまりブロッキングの発生有無を確認する。
　ブロッキングの検出方法として、ＴｏＲスイッチ部２からの光回線設定要求を満たす光回線交換スイッチの入出力ポートがすでに使用されていればブロッキングが発生したと判定する方法などが考えられる。例えば、第２接続管理部５２１は、図６に示すようなテーブルで接続状態を管理しておく。図６では、入力ポート数Ｐ及び出力ポート数Ｑである光回線交換スイッチの接続状態を示している。なお、接続状態とは、入出力ポートの組み合わせ毎に接続可能または接続不可を表すものである。
　図６の例では、各行が入力ポート、各列が出力ポートに対応し、接続可能な入出力ポートの組を丸印（○）、接続済み又は除外のため接続不可の入出力ポートの組をバツ印（×）又はマイナス印（－）で示す。なお、ここでは、同じ番号の入出力ポートの組については除外（－）とされる。この例では、入力ポート２と出力ポート１、および入力ポートＰと出力ポート３が接続済みとしており、それらの入出力ポートに関連する組は接続済みのバツ印（×）又はマイナス印（－）となっている。このように、本実施の形態ではネットワーク全体の接続状態を管理することなく、図６のようなテーブルを管理してこれを参照するのみで、光スイッチ部４の接続状態を確認できる。上で述べた特許文献１や非特許文献２に示す従来技術は、電気光ハイブリッドスイッチネットワークに接続される全ての電気スイッチおよび光スイッチの使用可否を確認し、ブロッキングの有無や回線設定の可否を判定する。よって、本実施の形態は、従来技術と比較して低遅延かつ簡易な制御が可能となる。
　光回線が設定可能な場合は、第２接続管理部５２１からの命令を受けた光スイッチ切替部５２３は、光スイッチ部４を介したＴｏＲスイッチ＃ＡとＴｏＲスイッチ＃Ｂの間に光回線を設定する。光回線が設定不能な場合は、ブロッキング検出部５２２は、ブロッキングが発生したと判断し、第２接続管理部５２１を経由して、ＴｏＲスイッチ部２のための第３接続管理部５３１へブロッキング情報を通知する。
　ブロッキング情報の通知を受けた第３接続管理部５３１は、第１の例として、ＴｏＲスイッチ＃Ａにおいて当初光回線により伝達することを想定していたパケットおよびパケットフローを直ちに電気スイッチ部３へ転送するため、第１接続管理部５１１に、ＴｏＲスイッチ＃ＡとＴｏＲスイッチ＃Ｂの間の接続要求に関する情報を出力する。これに応じて、第１接続管理部５１１は、電気スイッチ部３の設定を、電気スイッチ切替部５１２を介して行わせる。
　また、第２の例として、まず光回線による転送を再度試みるものの、ある条件を満たした場合にはＴｏＲスイッチ＃ＡからＴｏＲスイッチ＃Ｂへ電気スイッチ部３を経由してパケット又はパケットフローを転送する。このため、ブロッキング情報の通知を受けた第３接続管理部５３１は、再送要求を、光回線設定要求の送信元であるＴｏＲスイッチ＃Ａに送信する。これに応じて、ＴｏＲスイッチ＃Ａは、再度光回線設定要求を、スイッチ制御部５に送信する。
　上で述べたある条件は、例えば、ブロッキングに基づく光回線設定要求の再送が一定回数に達するという条件である。この条件が満たされると、ＴｏＲスイッチ＃Ａにおいて光回線により転送することを想定していたパケット又はパケットフローを電気スイッチ部３へ転送するため、第３接続管理部５３１は、第１接続管理部５１１に、ＴｏＲスイッチ＃ＡとＴｏＲスイッチ＃Ｂの間の接続要求に関する情報を出力する。これに応じて、第１接続管理部５１１は、電気スイッチ部３の設定を、電気スイッチ切替部５１２を介して行わせる。
　上で述べたある条件は、光回線設定要求に対する最初のブロッキング発生検出からの、光回線設定要求送信の継続時間が、予め設定された一定時間を経過したという条件であってもよい。
　さらに、第３の例としては、ブロッキング検出部５２２と電気スイッチ部３のための第１負荷率計測部５１３の情報等を利用する方法がある。例えば、ブロッキング情報の通知を受けた、ＴｏＲスイッチ部２のための第３接続管理部５３１は、電気スイッチ部２のための第１接続管理部５１１を経由して、電気スイッチ部３の使用率又は負荷率、あるいはＴｏＲスイッチ＃Ａと電気スイッチ部３とを接続するケーブル（リンクとも呼ぶ）の使用率の情報を取得する。なお、第１接続管理部５１１は、電気スイッチ部３に含まれる電気通信機器の登録情報及び入出力ポートの占有度合いや使用可否を管理している。この登録情報は、電気通信機器の個体を識別するための情報であり、例えばＭＡＣアドレスやＩＰアドレスなどである。電気スイッチ部３における各電気通信機器は定期的に入出力ポートの占有度合いを通知するので、第１接続管理部５１１は、当該占有度合いや当該占有度合いに基づく入出力ポートの使用可否を管理する。ここで電気スイッチ部３の使用率としては、電気スイッチ部３に属する個々の電気スイッチ或いはルータにおけるパケット廃棄率或いは遅延の値を用いる方法や、電気スイッチ部３全体におけるパケット廃棄率や遅延の値に基づくものなど種々のものが適用可能である。また、ＴｏＲスイッチ＃Ａと電気スイッチ部３とを接続するケーブルの使用率として、電気または光ケーブル配線部６１各々のケーブルを流れるパケットもしくはパケットフローの量或いは複数のケーブルに関するパケットもしくはパケットフローの量などから計算する。例えば、１本の１０Ｇｂｐｓのケーブルに、１Ｇｂｐｓ相当のパケットもしくはパケットフローが存在すれば、使用率は０．１となる。また、３本の１０Ｇｂｐｓのケーブルについて、それぞれ１Ｇｂｐｓ、２Ｇｂｐｓ、３Ｇｂｐｓ相当のパケットもしくはパケットフローが存在すれば、使用率は０．２（＝（１＋２＋３）／３０）となる。使用率の尺度はこれに留まらず、各種方法が想定される。
　第３接続管理部５３１は、電気スイッチ部３の使用率又は負荷率、あるいはＴｏＲスイッチ＃Ａと電気スイッチ部３とを接続するケーブルの使用率が予め設定された基準値以上であるか否かを判断する。使用率などが基準値以上である場合に、ＴｏＲスイッチ＃Ａにおいて当初光回線により転送することを想定していたパケット又はパケットフローを再度光回線で転送することを試みるために、第３接続管理部５３１は、再送要求を、光回線設定要求の送信元であるＴｏＲスイッチ＃Ａに送信する。これに応じて、ＴｏＲスイッチ＃Ａは、再度光回線設定要求を、スイッチ制御部５に送信する。
　一方、電気スイッチ部３の使用率又は負荷率、あるいはＴｏＲスイッチ＃Ａと電気スイッチ部３とを接続するケーブルの使用率が予め設定された基準値未満の場合には、ＴｏＲスイッチ＃Ａにおいて当初光回線により転送することを想定していたパケット又はパケットフローを電気スイッチ部３を経由して転送する。このため、第３接続管理部５３１は、第１接続管理部５１１に、ＴｏＲスイッチ＃ＡとＴｏＲスイッチ＃Ｂの間の接続要求に関する情報を出力する。これに応じて、第１接続管理部５１１は、電気スイッチ部３の設定を、電気スイッチ切替部５１２を介して行わせる。
　次に、図７乃至図１０を用いて、本実施の形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークの詳細な処理シーケンスを説明する。以下、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）が光回線によりパケット又はパケットフローをＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）へ転送する場合について説明する。図７の例では、ブロッキングが発生していない場面について説明する。また、本実施の形態では、各場面において、接続設定、データ転送、接続解除の三つのフェーズを含む。
　接続設定フェーズでは、まずＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）がスイッチ制御部５へ光回線設定要求を送信する（Ｓ１）。光回線設定要求を受信したスイッチ制御部５は、光スイッチ部４へ光回線接続要求を送信する（Ｓ２）。これによって光スイッチ部４は、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）からＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）への光回線の設定を行う。また、スイッチ制御部５は、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）へ光回線による接続設定要求を送信する（Ｓ３）。さらに、スイッチ制御部５は、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）へ送信接続要求を送信する（Ｓ４）。これに対して、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）は、送信許可通知をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ５）。また、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）は、通信可能であれば、受信許可通知をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ６）。一方、光回線の設定の後、光スイッチ部４は、光回線接続許可をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ７）。このように、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）及び光スイッチ部４から肯定的な応答を受信すると、スイッチ制御部５は、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）へ送信命令を送信する（Ｓ８）。
　データ転送フェーズでは、送信命令を受信したＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）は、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）へパケット又はパケットフローを送信する（Ｓ１５）。パケット又はパケットフローの転送が終了したとき、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）は、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）へデータ送信完了を通知する（Ｓ１６）。
　接続解除フェーズでは、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）は、光回線解放要求をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ２１）。これに対してスイッチ制御部５は、光スイッチ部４へ光回線接続解除要求を送信する（Ｓ２２）。光スイッチ部４は、今回用いていた光回線を解放するための設定を行う。また、スイッチ制御部５は、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）へ接続解除要求を送信する（Ｓ２３）。さらに、スイッチ制御部５は、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）へ送信器解放要求を送信する（Ｓ２４）。これに対して、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）は、送信器解放通知をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ２５）。また、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）は、接続解除通知をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ２６）。さらに、光スイッチ部４は、光回線解放通知をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ２７）。
　このような一連の処理を通じて、ＴｏＲスイッチ間における通信が光スイッチ部４における光回線を介して行われるようになる。なお、本シーケンスにおける処理に関して、送信許可や受信許可などの一部のステップを省略することで処理の高速化を図るようにしても良い。また、一連の処理においては、異常事象に対する処理は記されていないが、必要に応じて対応する処理を追加しても良い。
　次に、図８を用いて、ブロッキングが検出されて、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）が電気スイッチ部３を介してデータを転送する場合の処理シーケンスの一例を説明する。接続設定フェーズでは、まずＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）がスイッチ制御部５へ光回線設定要求を送信する（Ｓ３１）。ここで、スイッチ制御部５のブロッキング検出部５２２は、ブロッキングの発生を検出する（Ｓ３２）。そうすると、上で述べた第１の例では、スイッチ制御部５は、直ちに電気回線接続要求を電気スイッチ部３に送信する（Ｓ３３）。一方、上で述べた第３の例では、スイッチ制御部５は、電気スイッチ部３の使用率又は負荷率、あるいはＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）と電気スイッチ部３とを接続するケーブルの使用率が予め設定された基準値以上であるか否かをさらに判断する。そして、この条件を満たさない場合に、スイッチ制御部５は、電気回線接続要求を電気スイッチ部３に送信する（Ｓ３３）。このように、電気スイッチ部３を経由した転送が許容される条件を満たしている（上記使用率などが基準値未満である）場合であれば、当初光回線経由の転送を想定していても電気回線経由で転送する。
　そして、スイッチ制御部５は、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）へ電気スイッチ部３経由の接続設定要求を送信する（Ｓ３４）。さらに、スイッチ制御部５は、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）へ電気スイッチ部３経由での送信接続要求を送信する（Ｓ３５）。これに対して、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）は、送信許可通知をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ３６）。また、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）は、通信可能であれば、受信許可通知をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ３７）。一方、電気スイッチ部３の設定の後、電気スイッチ部３は、電気回線接続許可をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ３８）。このように、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）及び電気スイッチ部３から肯定的な応答を受信すると、スイッチ制御部５は、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）へ送信命令を送信する（Ｓ３９）。
　データ転送フェーズでは、送信命令を受信したＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）は、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）へ電気スイッチ部３を経由してパケット又はパケットフローを送信する（Ｓ１５）。パケット又はパケットフローの転送が終了したとき、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）は、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）へデータ送信完了を通知する（Ｓ４６）。
　接続解除フェーズでは、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）は、電気回線解放要求をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ５１）。これに対してスイッチ制御部５は、電気スイッチ部３へ電気回線接続解除要求を送信する（Ｓ５２）。電気スイッチ部３は、今回用いていた電気回線を解放するための設定を行う。また、スイッチ制御部５は、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）へ接続解除要求を送信する（Ｓ５３）。さらに、スイッチ制御部５は、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）へ送信器解放要求を送信する（Ｓ５４）。これに対して、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）は、送信器解放通知をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ５５）。また、ＴｏＲスイッチ＃Ｂ（２－ｐ）は、接続解除通知をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ５６）。さらに、電気スイッチ部３は、電気回線解放通知をスイッチ制御部５へ送信する（Ｓ５７）。
　このような一連の処理を通じて、ＴｏＲスイッチ間における通信が電気スイッチ部３における電気回線を介して行われるようになる。なお、本シーケンスにおける処理に関して、送信許可や受信許可などの一部のステップを省略することで処理の高速化を図るようにしても良い。また、一連の処理においては、異常事象に対する処理は記されていないが、必要に応じて対応する処理を追加しても良い。
　次に、図９を用いて、ブロッキングが検出されても、上で述べた第３の例においてＴｏＲスイッチが電気スイッチ部３を介してデータを転送するのが不適切なケースの処理シーケンスの一例を説明する。接続設定フェーズでは、まずＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）がスイッチ制御部５へ光回線設定要求を送信する（Ｓ６１）。ここで、スイッチ制御部５のブロッキング検出部５２２は、ブロッキングの発生の有無を判断する（Ｓ６２）。ここではブロッキングの発生を検出するものとする。そうすると、上で述べた第３の例では、スイッチ制御部５は、電気スイッチ部３の使用率又は負荷率、あるいはＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）と電気スイッチ部３とを接続するケーブルの使用率を取得して、電気スイッチ部３の使用率又は負荷率、あるいはＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）と電気スイッチ部３とを接続するケーブルの使用率が予め設定された基準値以上であるか否かをさらに判断する。ここでは、この条件が満たされているものとする。この条件が満たされているにもかかわらず電気スイッチ３を経由した転送を行うと、電気スイッチ部３の負荷率又は使用率がさらに上昇して転送効率が低下する可能性があるためである。
　そうすると、スイッチ制御部５は、再送要求をＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）に送信する（Ｓ６３）。ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）は、再送要求に応じて、再度光回線設定要求をスイッチ制御部５に送信する（Ｓ６４）。これに対して、スイッチ制御部５は、再度ブロッキングの発生の有無を判断する（Ｓ６５）。ここでブロッキングの発生がないことが確認されると、以降の処理シーケンスは、図６に示したＳ２以降のシーケンスを実行することになる。よって説明は省略する。なお、ステップＳ６５でもブロッキングの発生が再度確認されて、さらに、電気スイッチ部３の使用率又は負荷率、あるいはＴｏＲスイッチ＃Ａと電気スイッチ部３とを接続するケーブルの使用率が予め設定された基準値以上であると判断されると、ステップＳ６３に戻って再送要求を、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）に送信する。
　このように、当初光回線経由での転送を想定していてブロッキングが発生すると、電気回線経由での転送も検討した上で、適切な転送経路が選択される。
　次に、図１０を用いて、上で述べた第２の例に関する処理シーケンスの例を説明する。接続設定フェーズでは、まずＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）がスイッチ制御部５へ光回線設定要求を送信する（Ｓ７１）。ここで、スイッチ制御部５のブロッキング検出部５２２は、ブロッキングの発生の有無を判断する（Ｓ７２）。ここではブロッキングの発生を検出するものとする。そうすると、上で述べた第２の例では、スイッチ制御部５は、再送要求をＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）に送信する（Ｓ７３）。ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）は、再送要求に応じて、再度光回線設定要求をスイッチ制御部５に送信する（Ｓ７４）。再送回数ベースで判断する場合には、ここで１回目が計数される。継続時間ベースであれば、ステップＳ７２から継続時間を計測し始める。そして再度ステップＳ７２を実行し、まだブロッキングの発生状態であれば、再度ステップＳ７３及びＳ７４を実行する。
　その後、ＴｏＲスイッチ＃Ａ（２－ｏ）が、再送要求を送信して（Ｓ７５）、これに対してスイッチ制御部５が、ブロッキングの発生の有無を判断する。これでもブロッキングの発生が確認されると、スイッチ制御部５は、さらに、再送回数が一定回数以上となったか否か又は継続時間が一定時間以上となったか否かを判断する（Ｓ７７）。この条件を満たしたと判断された場合には、電気スイッチ部３経由でデータ転送を行うことになるので、スイッチ制御部５は、電気回線接続要求を電気スイッチ部３に送信する（Ｓ３３）。以降は、図８のステップＳ３４以降と同じになるので、説明は省略する。
　このような処理を行うことで、基本的に光回線経由でデータ転送を行うことを試みるが、なかなかブロッキングが解消されない場合には、電気スイッチ部３経由でデータ転送を行うように経路を切り替えることができるようになる。
　次に、本実施の形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークのブロッキング特性について説明する。図１１はブロッキング率を計算する際に使用したネットワークモデルの一例を示している。図１１に示す例では、送信側ＴｏＲスイッチ部２－１と受信側ＴｏＲスイッチ部２－ｎ（個々のＴｏＲスイッチは、送信部と受信部が含まれる）が光スイッチ部４を経由して通信する場合を考える。送信側ＴｏＲスイッチ部２－１は、ｑ個の電気スイッチ２１１～２１ｑを含む。光スイッチ部４はｍ個の光回線交換スイッチ４１１～４１ｍを含む。受信側ＴｏＲスイッチ部２－ｎは、ｒ個の電気スイッチ２ｎ１～２ｎｒを含む。
　ここで、説明の便宜上、送受信側のＴｏＲスイッチ部に配置される電気スイッチの個数が等しい場合、つまりｑ＝ｒを考える。このとき、各電気スイッチと光スイッチ部４の相互接続は、それぞれｍ個の入出力ポートを介して行われる。ＴｏＲスイッチ制御部５３および光スイッチ制御部５２では、ＴｏＲスイッチ部２と光スイッチ部４の接続状態が管理される。
　図１２は、図１１のモデル図に基づき計算された光回線交換スイッチとしてのブロッキング特性を示す図である。縦軸はブロッキング率を示している。横軸は光回線交換スイッチの並列数（この場合ｍ）であり、各ＴｏＲに配置された電気スイッチの複数のポート（ｍ）を用いて接続される。簡単化のためｑ＝ｒ＝１０００とすると、例えば光回線交換スイッチの並列数ｍが６４のとき、光スイッチ部４の各光回線交換スイッチの入出力ポート数は片方向当たり１０００、光スイッチ部４の入出力ポート総数は片方向当たり６４０００（＝１０００＊６４）となる。また、各系列（１）－（４）は負荷率ρの違いを表している。系列（１）、（２）、（３）、（４）は、それぞれ負荷率ρ＝０．２、ρ＝０．４、ρ＝０．６、ρ＝０．８に対応する。
　ｍ＝６４以上の並列数を得る場合、負荷率を０．６以下に設定することで、ブロッキング率を１０－５以下に抑えることができる。ブロッキングが発生した後に光回線設定要求の再送を行った場合のブロッキング率を考える。例えば、ブロッキング率１０－６の品質でブロッキングが発生した場合、当初光回線により転送することを想定していたパケット又はパケットフローを再度光回線で転送することを試みる。このとき、各送信事象が独立とすると、２回続けてブロッキングされるブロッキング率は１０－６×１０－６＝１０－１２となる。１０－１２のブロッキング率は小さな値であり、この様に再送した光回線設定要求が再度ブロッキングになる確率は非常に低くなるため、本実施の形態に記載するような再送処理は極めて有効である。
　一方、１回の光回線設定による処理遅延が１００μｓの確定値とすると、遅延時間は再送を行った場合でも２００μｓの確定値となる。この値は、現状のデータセンターの遅延時間に比べて小さい。他の例として、ブロッキングが発生した場合に、当初光回線により伝送することを想定していたパケット又はパケットフローを電気スイッチ部３へ転送する場合を考える。各々のＴｏＲスイッチにおいて、光スイッチ部４と電気スイッチ部３が扱うトラフィックの割合がそれぞれ０．９、０．１とすると、ブロッキング率１０－６の品質でブロッキングが発生した場合、０．９×１０－６≒１０－６のトラフィック量が電気スイッチ部３へ転送されることとなる。電気スイッチ部３が扱う当該ＴｏＲスイッチからのトラフィックは０．１なので、１０－６のトラフィック量を受け付けた場合において当該ＴｏＲスイッチの電気スイッチ部３へのリンクの使用率の増加は１０－６／０．１＝１０－５（０．００１％）となる。０．００１％の使用率の増加は、電気スイッチ部３の遅延時間にほとんど影響を与えない値である。
　一方、ＴｏＲスイッチの電気スイッチ部へのリンクの利用率を１％上昇させるブロッキング率は１０－３であり、光スイッチ部４のブロッキング率をその値以下に下げておく（１０－４以下など）ことで、ブロッキングが電気スイッチ部３へ与える影響を小さくすることできる。これにより、電気スイッチ部３と光スイッチ部４の制御機構を独立に扱うことができ、単純なソフトウエアもしくはハードウェア構成で経路選択制御が実現でき、これにより効率的な電気光ハイブリッドスイッチを用いてデータセンター内ネットワークを高性能化できる。
　以上のように、本実施の形態はブロッキング発生後に電気スイッチ部３もしくは光スイッチ部４を通過する経路を選択し、送信側ＴｏＲスイッチのパケット又はパケットフローをその経路で転送することで、データの転送に失敗する可能性を下げることができる。また、適切なｍの値を設定することで、再度光回線設定要求を送信する場合における光スイッチ部４のブロッキング率や電気スイッチ部の使用率上昇値は非常に小さく、転送成功に対する遅延時間分布の期待値を下げることができる。さらに、ネットワーク全体を含めた動的なネットワーク制御を行わないため、単純なソフトウエアもしくはハードウェア構成でネットワークを制御できる。これにより、スイッチ制御部５で生じる処理遅延が小さくなり、高速なデータ転送が可能となる。
［実施の形態２］
　図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークの構成を示す。図１３に示す電気光ハイブリッドスイッチネットワークは、ラック部１０００、ＴｏＲスイッチ部２０００、電気スイッチ部３０００、光スイッチ部４０００、制御信号転送用のネットワーク５０００、ケーブル配線部６０００、電気スイッチ部３０００のための制御回線７０００、光スイッチ部４０００のための制御回線８０００を含む。ラック部１０００は、ラック１０００－１乃至１０００－ｎを含み、ＴｏＲスイッチ部２０００は、ＴｏＲスイッチ２０００－１乃至２０００－ｎを含む。ＴｏＲスイッチ部２０００の各ＴｏＲスイッチと電気スイッチ部３０００とは、電気または光ケーブルによって接続される。ＴｏＲスイッチ部２０００の各ＴｏＲスイッチと光スイッチ部４０００とは、光ケーブルによって接続される。
　制御信号転送用のネットワーク５０００は、光スイッチ部４０００のための制御回線８０００、必要に応じて電気スイッチ部３０００のための制御回線７０００を経由して光スイッチ部４０００、また必要に応じて電気スイッチ部３０００と制御信号を共有する。なお、制御信号転送用のネットワーク５０００は制御信号を伝達し、ＴｏＲスイッチ部２０００と光スイッチ部４０００および必要に応じて電気スイッチ部３０００とを結ぶネットワークは情報を伝達する役割を持ち、ＴｏＲスイッチ同士の信号を転送する光スイッチ部３０００あるいは電気スイッチ部４０００と機能的には独立なネットワークである。
　次に図１３に示す電気光ハイブリッドスイッチネットワークの動作について説明する。例えば、二つの異なるラックが光スイッチ部４０００を経由して情報を伝達する場合を考える。なお、ここでは送信側のＴｏＲスイッチをＴｏＲスイッチ＃Ｃと呼び、受信側のＴｏＲスイッチをＴｏＲスイッチ＃Ｄと呼ぶ。ＴｏＲスイッチ＃Ｃは、ＴｏＲスイッチ＃Ｄまでの光回線設定要求を制御信号転送用のネットワーク５０００を介してスイッチ制御部に通知する。ＴｏＲスイッチ制御部５３は、この光回線設定要求に応じて、ＴｏＲスイッチ＃ＣとＴｏＲスイッチ＃Ｄとの間の接続要求に関する情報を、光スイッチ部のための第２接続管理部５２１へ伝達する。光回線が設定不能な場合は、ブロッキングが発生したと判断する。このような場合には、第１の実施の形態と同様に、ＴｏＲスイッチ＃ＣからＴｏＲスイッチ＃Ｄまでの光回線設定要求の再送を試みる。
　このように、光スイッチ部４０００、電気スイッチ部３０００と独立した制御信号転送用のネットワーク５０００を別途構築することにより、データセンター内ネットワーク負荷の大きさに左右されず、安定した高品質の制御信号転送が可能となる。なお、ブロッキングを検出した場合、ＴｏＲスイッチ＃Ｃにおいて当初光回線により伝達することを想定していたパケット又はパケットフローを、制御信号転送用のネットワーク５０００を経由してＴｏＲスイッチ＃Ｄへ転送することに利用することも可能である。制御信号転送用のネットワーク５０００は単一もしくは複数階層の電気ルータもしくは電気パケットスイッチから構成され、電気スイッチ部３と類似の構成を有する。そのため、本実施の形態に係る電気光ハイブリッドスイッチネットワークも、高信頼且つ低遅延にデータ転送することが可能となる。
［その他の実施の形態］
　上で述べた実施の形態では、図１に示すように各ラックにＴｏＲスイッチを設置する構成を前提に説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１４に示すように、各々１又は複数のサーバやメモリなどが配置されたラック１－１乃至１－ｎと並列に、ＴｏＲスイッチと等価な機能を有する電気スイッチ２０－１乃至２０－ｎを含むラック１－ｘをラック１－１乃至１－ｎの端に設ける場合もある。ラック１－１乃至１－ｎは電気リンク或いは光リンク１１を介して電気スイッチ２０－１乃至２０－ｎに接続する。これは、End of row構成と呼ばれる。また、図１５に示すように、ラック１－ｘをラック１－１乃至１－ｎの中程に配置するような、Middle of row構成を採用するようにしても良い。いずれの場合も、電気スイッチ２０－１がラック１－１を担当し、電気スイッチ２０－２がラック１－２を担当する、といったような一対一関係であっても良いし、１又は複数のラックを１つの電気スイッチ２０が担当するようにしても良い。さらに、ラックとは無関係に各電気スイッチ２０が担当するサーバやメモリなどが設定されている場合もある。
　すなわち、ＴｏＲスイッチと等価な機能を有する電気スイッチ２０－１乃至２０－ｎについても、スイッチ制御部５と協働して、上で述べた低遅延なデータ転送を可能にする電気光ハイブリッドスイッチネットワークを実現することが出来る。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ネットワーク制御部５の機能構成例は一例であり、プログラムモジュール構成とは対応しない場合もある。また、動作シーケンスについても、処理結果が変わらない限り、ステップの順番を入れ替えたり、複数ステップを並列に実行するようにしてもよい。
　また、実施の形態の組み合わせや、各実施の形態における任意の技術的特徴の組み合わせは、その目的に応じて随時なされるものである。
　なお、上で述べたスイッチ制御部５は、例えばコンピュータ装置であって、図１６に示すように、メモリ２５０１とＣＰＵ（Central Processing Unit）２５０３とハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）２５０５と表示装置２５０９に接続される表示制御部２５０７とリムーバブル・ディスク２５１１用のドライブ装置２５１３と入力装置２５１５とネットワークに接続するための通信制御部２５１７と周辺機器（イメージセンサ１００、減衰機構３００、冷却機構４００などを含む）と接続するための周辺機器接続部２５２１とがバス２５１９で接続されている。なお、ＨＤＤはソリッドステート・ドライブ（ＳＳＤ：Solid State Drive）などの記憶装置でもよい。オペレーティング・システム（ＯＳ：Operating System）及び本発明の実施の形態における処理を実施するためのアプリケーション・プログラムは、ＨＤＤ２５０５に格納されており、ＣＰＵ２５０３により実行される際にはＨＤＤ２５０５からメモリ２５０１に読み出される。ＣＰＵ２５０３は、アプリケーション・プログラムの処理内容に応じて表示制御部２５０７、通信制御部２５１７、ドライブ装置２５１３を制御して、所定の動作を行わせる。また、処理途中のデータについては、主としてメモリ２５０１に格納されるが、ＨＤＤ２５０５に格納されるようにしてもよい。例えば、上で述べた処理を実施するためのアプリケーション・プログラムはコンピュータ読み取り可能なリムーバブル・ディスク２５１１に格納されて頒布され、ドライブ装置２５１３からＨＤＤ２５０５にインストールされる。インターネットなどのネットワーク及び通信制御部２５１７を経由して、ＨＤＤ２５０５にインストールされる場合もある。このようなコンピュータ装置は、上で述べたＣＰＵ２５０３、メモリ２５０１などのハードウエアとＯＳ及びアプリケーション・プログラムなどのプログラムとが有機的に協働することにより、上で述べたような各種機能を実現する。
　スイッチ制御部５は、１台の装置に実装される場合だけではなく、複数台の装置にその機能が分散実装される場合もある。また、ＣＰＵは、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）或いはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの場合もある。
　以上述べた実施の形態をまとめると以下のようになる。
　本実施の形態に係る、各々光ネットワーク（例えば光スイッチ部４）を介して且つ電気ネットワーク（例えば電気スイッチ部３）を介して接続され、且つ、各々１又は複数の装置（例えばサーバなどの情報処理装置やストレージ装置など）を担当する、第１の電気スイッチ（例えばＴｏＲスイッチまたはＴｏＲスイッチと同様の機能を有する第２の電気スイッチ）との間の通信を制御する通信制御方法は、（Ａ）第１の電気スイッチから第２の電気スイッチへの光回線の第１の設定要求に関連してブロッキングの有無を判定し、（Ｂ）ブロッキングがある場合には、第１の電気スイッチから、第１の電気スイッチから第２の電気スイッチへの光回線の第２の設定要求を送信する第１の処理と、第１の電気スイッチから、電気ネットワークを介して第１の設定要求に係るパケット又はパケットフローを送信する第２の処理とのうち少なくともいずれかの処理を実行する処理を含む。
　このように、ブロッキングの発生に応じて、第１の処理、すなわち光回線の設定要求の再送と、第２の処理、すなわち電気ネットワーク経由でのデータ転送への切り替えとのうち少なくともいずれかを実施することで、低遅延でデータを転送可能となる。
　なお、上で述べた判定する処理が、（ａ１）光ネットワークと電気ネットワークとに含まれる通信機器の制御を行う制御部（例えばスイッチ制御部５）が、第１の設定要求により用いられることとなる、光ネットワーク内の光回線交換スイッチの入出力ポートが既に使用されているか否かによりブロッキングの有無を判定する処理を含むようにしても良い。簡易な方法でブロッキングが検出できる。
　また、（ｂ１）上で述べた第２の処理を、ブロッキングがある場合に速やかに（すなわち光回線の設定要求の再送無く直ちに）実行するようにしても良い。転送の遅延を短くするためである。
　さらに、（ｂ２）ブロッキングがある場合であって、電気ネットワークの使用率又は負荷率、もしくは第１の電気スイッチと電気ネットワークを接続するリンクの使用率が、所定の基準値以上である場合に、第１の処理を実行するようにしても良い。電気ネットワークの使用率などが増加して他の通信への影響が発生しないようにするためである。
　さらに、（ｂ３）ブロッキングがある場合であって、電気ネットワークの使用率又は負荷率、もしくは第１の電気スイッチと電気ネットワークを接続するリンクの使用率が、所定の基準値未満である場合に、第２の処理を実行するようにしても良い。電気ネットワークの使用率などからして問題が無い場合には、転送の遅延を短くするために電気ネットワークを使用するものである。
　さらに、（ｂ４）ブロッキングがある場合に第１の処理を所定回数実行した後に、第２の処理を実行するようにしても良い。一方、（ｂ５）ブロッキングがある場合に第１の処理を複数回実行して最初のブロッキング検知から所定時間経過した後、第２の処理を実行するようにしても良い。ブロッキングの発生が連続する確率は低いが、ブロッキング検出が続く場合には、電気ネットワーク経由でのデータ転送に切り替えるものである。
　なお、上で述べた制御部（例えばスイッチ制御部５）が、光回線交換スイッチの入力ポートと出力ポートとの組み合わせについて少なくとも接続可能と接続不能とを管理するテーブルを管理するようにしても良い。これによって高速にブロッキングの発生を確認できるようになる。
　また、第１の電気スイッチと第２の電気スイッチとの間に、さらに光ネットワークと電気ネットワークとに含まれる通信機器の制御を行う制御部が制御信号を送信するための第３のネットワークが接続されている構成であっても良い。この場合、上で述べた少なくともいずれかの処理を実行する処理が、第１の処理と、第２の処理と、第１の電気スイッチから、第３のネットワークを介して第１の設定要求に係るパケット又はパケットフローを送信する第３の処理とのうち少なくともいずれかの処理を実行する処理である場合もある。第３のネットワークを有効活用するものである。
　本実施の形態に係る、各々光ネットワークを介して且つ電気ネットワークを介して接続され、且つ、各々１又は複数の装置を担当する、第１の電気スイッチと第２の電気スイッチとの間の通信を制御する通信制御装置（例えばスイッチ制御部）は、第１の電気スイッチから第２の電気スイッチへの光回線の第１の設定要求に関連してブロッキングの有無を判定し、ブロッキングがある場合には、第１の設定要求の再送要求を第１の電気スイッチへ送信する第１の処理と、第１の電気スイッチから第２の電気スイッチへの電気ネットワークを介した通信を開始させるための第２の処理とのいずれかを実行する。
　上記通信制御方法を行う上で通信制御装置がこのような処理を行うことで、電気光ハイブリッドスイッチネットワークにおいて低遅延でデータを転送可能となる。なお、ブロッキングの検出には、光回線交換スイッチの入力ポートと出力ポートとの組み合わせについて少なくとも接続可能と接続不能とを管理するテーブルを用いる場合もある。
　なお、上で述べたブロッキングがある場合に、上記第２の処理を速やかに実行するようにしても良い。また、ブロッキングがある場合であって、電気ネットワークの使用率又は負荷率、もしくは第１の電気スイッチと電気ネットワークを接続するリンクの使用率が、所定の基準値以上である場合に、第１の処理を実行し、電気ネットワークの使用率又は負荷率、もしくは第１の電気スイッチと電気ネットワークを接続するリンクの使用率が、所定の基準値未満である場合に、第２の処理を実行するようにしても良い。
　さらに、ブロッキングがある場合に第１の処理を所定回数実行した後に、又は、ブロッキングがある場合に第１の処理を複数回実行して最初のブロッキング検知から所定時間経過した後、第２の処理を実行するようにしても良い。
　以上述べた通信制御装置の処理をプロセッサに実行させるためのプログラムを作成することができて、そのプログラムは、様々な記憶媒体に記憶される。

Claims (14)

  1. 　各々光ネットワークを介して且つ電気ネットワークを介して接続され、且つ、各々１又は複数の装置を担当する、第１の電気スイッチと第２の電気スイッチとの間の通信を制御する通信制御方法であって、
    　前記第１の電気スイッチから前記第２の電気スイッチへの光回線の第１の設定要求に関連してブロッキングの有無を判定し、
    　前記ブロッキングがある場合には、前記第１の電気スイッチから、前記第１の電気スイッチから前記第２の電気スイッチへの光回線の第２の設定要求を送信する第１の処理と、前記第１の電気スイッチから、前記電気ネットワークを介して前記第１の設定要求に係るパケット又はパケットフローを送信する第２の処理とのうち少なくともいずれかの処理を実行する
    　処理を含む通信制御方法。
  2. 　前記判定する処理が、
    　前記光ネットワークと前記電気ネットワークとに含まれる通信機器の制御を行う制御部が、前記第１の設定要求により用いられることとなる、前記光ネットワーク内の光回線交換スイッチの入出力ポートが既に使用されているか否かにより前記ブロッキングの有無を判定する
    　処理を含む請求項１の通信制御方法。
  3. 　前記第２の処理を、前記ブロッキングがある場合に速やかに実行することを特徴とする
    　請求項１又は２記載の通信制御方法。
  4. 　前記ブロッキングがある場合であって、前記電気ネットワークの使用率又は負荷率、もしくは前記第１の電気スイッチと前記電気ネットワークを接続するリンクの使用率が、所定の基準値以上である場合に、前記第１の処理を実行する
    　請求項１又は２記載の通信制御方法。
  5. 　前記ブロッキングがある場合であって、前記電気ネットワークの使用率又は負荷率、もしくは前記第１の電気スイッチと前記電気ネットワークを接続するリンクの使用率が、所定の基準値未満である場合に、前記第２の処理を実行する
    　請求項４記載の通信制御方法。
  6. 　前記ブロッキングがある場合に前記第１の処理を所定回数実行した後に、前記第２の処理を実行する
    　請求項１又は２記載の通信制御方法。
  7. 　前記ブロッキングがある場合に前記第１の処理を複数回実行して最初のブロッキング検知から所定時間経過した後、前記第２の処理を実行する
    　請求項１又は２記載の通信制御方法。
  8. 　前記制御部が、
    　前記光回線交換スイッチの入力ポートと出力ポートとの組み合わせについて少なくとも接続可能と接続不能とを管理するテーブルを管理する
    　請求項２記載の通信制御方法。
  9. 　前記第１の電気スイッチと前記第２の電気スイッチとの間に、さらに前記光ネットワークと前記電気ネットワークとに含まれる通信機器の制御を行う制御部が制御信号を送信するための第３のネットワークが接続されており、
    　前記少なくともいずれかの処理を実行する処理が、
    　前記第１の処理と、前記第２の処理と、前記第１の電気スイッチから、前記第３のネットワークを介して前記第１の設定要求に係るパケット又はパケットフローを送信する第３の処理とのうち少なくともいずれかの処理を実行する処理
    　である請求項１又は２記載の通信制御方法。
  10. 　各々光ネットワークを介して且つ電気ネットワークを介して接続され、且つ、各々１又は複数の装置を担当する、第１の電気スイッチと第２の電気スイッチとの間の通信を制御する通信制御装置であって、
    　前記第１の電気スイッチから前記第２の電気スイッチへの光回線の第１の設定要求に関連してブロッキングの有無を判定し、
    　前記ブロッキングがある場合には、前記第１の設定要求の再送要求を前記第１の電気スイッチへ送信する第１の処理と、前記第１の電気スイッチから前記第２の電気スイッチへの前記電気ネットワークを介した通信を開始させるための第２の処理とのいずれかを実行する
    　通信制御装置。
  11. 　前記ブロッキングがある場合に、前記第２の処理を速やかに実行する
    　請求項１０記載の通信制御装置。
  12. 　前記ブロッキングがある場合であって、前記電気ネットワークの使用率又は負荷率、もしくは前記第１の電気スイッチと前記電気ネットワークを接続するリンクの使用率が、所定の基準値以上である場合に、前記第１の処理を実行し、
    　前記電気ネットワークの使用率又は負荷率、もしくは前記第１の電気スイッチと前記電気ネットワークを接続するリンクの使用率が、前記所定の基準値未満である場合に、前記第２の処理を実行する、
    　請求項１０記載の通信制御装置。
  13. 　前記ブロッキングがある場合に前記第１の処理を所定回数実行した後に、又は、前記ブロッキングがある場合に前記第１の処理を複数回実行して最初のブロッキング検知から所定時間経過した後、前記第２の処理を実行する
    　請求項１０記載の通信制御装置。
  14. 　各々光ネットワークを介して且つ電気ネットワークを介して接続され、且つ、各々１又は複数の装置を担当する、第１の電気スイッチと第２の電気スイッチとの間の通信を制御する通信制御装置のプロセッサに、
    　前記第１の電気スイッチから前記第２の電気スイッチへの光回線の第１の設定要求に関連してブロッキングの有無を判定し、
    　前記ブロッキングがある場合には、前記第１の設定要求の再送要求を前記第１の電気スイッチへ送信する第１の処理と、前記第１の電気スイッチから前記第２の電気スイッチへの前記電気ネットワークを介した通信を開始させるための第２の処理とのいずれかを実行する
    　処理を実行させるためのプログラム。
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