(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を伝送する複数の通信チャンネルを有する情報伝送手段と、前記情報伝送手段を介して情報を送信及び受信する複数の通信手段とを含むネットワークを管理するネットワーク管理装置であって、
前記通信手段間の通信速度を計測する通信速度計測手段と、
前記通信手段間の全接続数に対する前記通信手段間のランダムな接続数の割合を表すランダム接続割合ｐを順次変更しながら、前記通信速度計測手段によって計測された通信速度及び前記情報伝送手段の通信チャンネル数を用いて各ランダム接続割合ｐで通信した場合に一の通信手段から他の全ての通信手段へ情報が伝達されるまでのブロードキャスト通信時間を算出し、ブロードキャスト通信時間が最短となるランダム接続割合ｐを決定する算出手段と、
各通信手段において、当該通信手段と他の通信手段との接続数をｋとしたときに、ｋ（１−ｐ）個の接続がランダムでない通常の接続となり、ｋｐ個の接続がランダムな接続となるように、前記情報伝送手段を介する前記通信手段間の接続状態を決定する決定手段とを備えることを特徴とするネットワーク管理装置。
【請求項２】
前記情報伝送手段に対する前記通信手段の接続状態を検出する接続状態検出手段をさらに備え、
前記通信速度計測手段は、前記接続状態検出手段の検出結果に基づいて前記通信手段間の通信速度を計測することを特徴とする請求項１記載のネットワーク管理装置。
【請求項３】
前記情報伝送手段の使用可能な通信チャンネル数を検出する通信チャンネル数検出手段をさらに備え、
前記算出手段は、ランダム接続割合ｐを順次変更しながら、前記通信速度計測手段によって計測された通信速度及び前記通信チャンネル数検出手段によって検出された通信チャンネル数を用いて各ランダム接続割合ｐで通信した場合のブロードキャスト通信時間を算出し、ブロードキャスト通信時間が最短となるランダム接続割合ｐを決定することを特徴とする請求項１又は２記載のネットワーク管理装置。
【請求項４】
前記通信手段間の通信量を計測する通信量計測手段をさらに備え、
前記算出手段は、ランダム接続割合ｐを順次変更しながら、前記通信速度計測手段によって計測された通信速度、前記情報伝送手段の通信チャンネル数及び前記通信量計測手段によって計測された通信量を用いて各ランダム接続割合ｐで通信した場合のブロードキャスト通信時間を算出し、ブロードキャスト通信時間が最短となるランダム接続割合ｐを決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のネットワーク管理装置。
【請求項５】
情報を伝送する複数の通信チャンネルを有する情報伝送手段と、前記情報伝送手段を介して情報を送信及び受信する複数の通信手段とを含むネットワークと、
前記ネットワークを管理する請求項１〜４のいずれかに記載のネットワーク管理装置とを備えることを特徴とするネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワークを管理するネットワーク管理装置及び同装置を用いたネットワークシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ネットワークの一例である計算機ネットワークには、種々の形態のネットワークが存在し、ネットワークを構成する要素となる計算機（コンピュータ等）の規模から以下の２種類のネットワークに分類することができる。
【０００３】
一方のネットワークは、パーソナルコンピュータ及びワークステーションを結合したＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）等のネットワークであり、他方のネットワークは宇宙開発事業団及び日本原子力研究所が協力して進めている地球シミュレータ計画や米国におけるＡＳＣＩ（Accelerated Strategic Computing Initiative）計画に代表される超並列計算機のように全体が単体として動作する計算機システムのネットワークである。
【０００４】
上記のネットワークのうち前者のネットワークは、後者のネットワークに比べて通信量及び通信速度はそれほど大きくないため、ネットワーク構造の重要性はあまり大きくないが、高速通信が可能なネットワークが実現された場合、ルーターに代表される中継機器の数を減少させることができるので、通信経路を決定するルーティングアルゴリズムを簡易化することができる。
【０００５】
一方、後者のネットワークは、ネットワーク構造がシステムの性能に大きな影響を与える。このような超並列計算機におけるプロセッサ（中央演算装置）間のネットワークの構造としては、種々の構造が提案され、ｎ次元ハイパーキューブによるネットワーク、ツリーによるネットワーク、クロスバーによるネットワークが広く使用されている。これらのネットワークは規則的な構造を有し、ルーティングが比較的容易である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クロスバーによるネットワークでは、ネットワーク構築費用が高く、ｎ次元ハイパーキューブによるネットワークでも、ある程度緩和されているが、同様の問題がある。一方、ツリーによるネットワークの場合、ネットワークのある点に通信負荷が集中するという問題がある。さらに、これらのネットワークでは、あるプロセッサから他の全プロセッサへの通信（ブロードキャスト）の性能が低く、特に、ツリーによるネットワーク及びｎ次元ハイパーキューブによるネットワークでは、送信側のプロセッサのネットワーク内の位置によってブロードキャスト速度が大きく変化するという問題もある。
【０００７】
また、単一のプロセッサを有する計算機システムでは計算速度の増加が見込めないため、近年の計算機のアーキテクチャは並列計算機へ移行しつつある。この場合、並列アルゴリズムが問題となるが、プロセッサ間で通信を行わない並列アルゴリズムの実現は困難であり、現在使用されている並列アルゴリズムのほとんどはプロセッサ間の通信を要求し、ブロードキャストに対する要求が大きくなっている。このような現状から、高速且つ高効率なブロードキャストを行うことができるネットワーク構造が必要となるが、従来のネットワークでは、高速なブロードキャストは実現されていない。
【０００８】
上記のブロードキャストに要する時間は、ネットワーク内のある計算機からネットワーク内の全ての計算機へ情報を送信する時間であり、ネットワーク内の任意の計算機間の最大通信時間と同値となる。したがって、高速なブロードキャストを行うことができるネットワークは、計算機間の通信が高速なネットワークを意味する。このことは、イーサネットやブルートゥースに代表される計算機ネットワークにおいても、ブロードキャスト速度が重要な判断基準になることを意味する。特に、リアルタイムなマルチメディア情報の通信に代表される大量情報の通信は、高速なネットワークを要求し、例えば、インターネットライブではブロードキャストに近いネットワークの通信能力を要求する。
【０００９】
また、各計算機が複数の接続数を持ち、ネットワークに対して同時通信できる通信チャンネル数が複数ある場合、同時に通信できる計算機のグループ数が増加するため、ネットワーク全体の通信速度が向上する。しかしながら、計算機は、通常一つのプロセッサしか持っていないため、複数の接続先からの情報を同時に処理できず、逐次的に情報を処理することになる。したがって、接続数の増加は、全処理時間のうち通信処理に必要な割合の増加を意味し、計算機当たりの接続数とネットワーク全体の通信速度は相反する。
【００１０】
また、計算機に使用されるプロセッサの処理速度の向上は目覚しいが、多数のプロセッサを接続した計算機システムの処理速度の増加率は、プロセッサの処理速度の増加率に追従できていない。計算機システムの性能はシステムを構成する全てのプロセッサの性能に左右されるため、ネットワークの形状（トポロジー）によってシステムの性能を向上させる必要がある。
【００１１】
さらに、無線ネットワークの普及によって重要視されるようになってきたのが、ネットワークの動的な変化であり、具体的には、（１）計算機の動的な追加及び削除、（２）各計算機が通信に必要とする情報量の動的な変化、（３）各計算機が使用可能な通信チャンネル数の動的な変化である。このような変化に対応してネットワークの性能（通信速度）を維持する方法が必要となる。
【００１２】
上記の（１）の対処法として、追加された計算機に単にＩＤ番号を割り当てるＤＨＣＰ（Dynamic Host Configuration Protocol）があり、（２）の対処法として、ＩＥＥＥ１３９４のようにプロトコルの設定によって（２）に対処する方法がある。しかしながら、どちらの方法も、ネットワークの構造自体を変化させるものではないため、ブロードキャスト速度は固定されたままであり、（３）には対処できていない。このように、従来のネットワークでは、ネットワークの動的な変化に対処することができず、高速なブロードキャストを実現することができなかった。
【００１３】
本発明の目的は、ネットワークが動的に変化しても高速なブロードキャストを実現することができるネットワーク管理装置及び同装置を用いたネットワークシステムを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
（１）第１の発明
第１の発明に係るネットワーク管理装置は、情報を伝送する複数の通信チャンネルを有する情報伝送手段と、情報伝送手段を介して情報を送信及び受信する複数の通信手段とを含むネットワークを管理するネットワーク管理装置であって、通信手段間の通信速度を計測する通信速度計測手段と、通信手段間の全接続数に対する通信手段間のランダムな接続数の割合を表すランダム接続割合ｐを順次変更しながら、通信速度計測手段によって計測された通信速度及び情報伝送手段の通信チャンネル数を用いて各ランダム接続割合ｐで通信した場合に一の通信手段から他の全ての通信手段へ情報が伝達されるまでのブロードキャスト通信時間を算出し、ブロードキャスト通信時間が最短となるランダム接続割合ｐを決定する算出手段と、各通信手段において、当該通信手段と他の通信手段との接続数をｋとしたときに、ｋ（１−ｐ）個の接続がランダムでない通常の接続となり、ｋｐ個の接続がランダムな接続となるように、情報伝送手段を介する通信手段間の接続状態を決定する決定手段とを備えるものである。
【００１５】
本発明に係るネットワーク管理装置においては、ネットワークを構成する通信手段間の通信速度が計測され、計測された通信速度とネットワークを構成する情報伝送手段の通信チャンネル数とに基づいて通信手段間のランダムな接続数の割合を表すランダム接続割合が制御され、このランダム接続割合に基づいて通信手段間の接続状態が決定される。
【００１６】
したがって、計測された通信速度及び通信チャンネル数に応じてブロードキャスト速度を高速化することができるように通信手段間のランダム接続割合が制御され、このランダム接続割合を達成するように通信手段間の接続状態が決定されるので、ネットワークが動的に変化しても高速なブロードキャストを実現することができる。
【００１７】
（２）第２の発明
第２の発明に係るネットワーク管理装置は、第１の発明に係るネットワーク管理装置の構成において、情報伝送手段に対する通信手段の接続状態を検出する接続状態検出手段をさらに備え、通信速度計測手段は、接続状態検出手段の検出結果に基づいて通信手段間の通信速度を計測する。
【００１８】
この場合、情報伝送手段に対する通信手段の接続状態が検出されるので、情報伝送手段に新たに通信手段が追加されたり、情報伝送手段から通信手段が切り離されて削除されたりしたことを検出することができ、通信手段の動的な追加及び削除を検出することができる。
【００１９】
したがって、通信手段の動的な追加及び削除に応じて通信手段間の通信速度が計測され、計測された通信速度及び通信チャンネル数に応じてブロードキャスト速度を高速化することができるように通信手段間のランダム接続割合が制御され、このランダム接続割合を達成するように通信手段間の接続状態が決定されるので、通信手段の動的な追加及び削除によりネットワークが動的に変化しても高速なブロードキャストを実現することができる。
【００２０】
（３）第３の発明
第３の発明に係るネットワーク管理装置は、第１又は第２の発明に係るネットワーク管理装置の構成において、情報伝送手段の使用可能な通信チャンネル数を検出する通信チャンネル数検出手段をさらに備え、算出手段は、ランダム接続割合ｐを順次変更しながら、通信速度計測手段によって計測された通信速度及び通信チャンネル数検出手段によって検出された通信チャンネル数を用いて各ランダム接続割合ｐで通信した場合のブロードキャスト通信時間を算出し、ブロードキャスト通信時間が最短となるランダム接続割合ｐを決定する。
【００２１】
この場合、通信手段間の通信速度が計測されるとともに、情報伝送手段の使用可能な通信チャンネル数が検出されるので、計測された通信速度及び検出された通信チャンネル数に応じてブロードキャスト速度を高速化することができるように通信手段間のランダム接続割合が制御され、このランダム接続割合を達成するように通信手段間の接続状態が決定される。したがって、使用可能な通信チャンネル数の動的な変化によりネットワークが動的に変化しても高速なブロードキャストを実現することができる。
【００２２】
（４）第４の発明
第４の発明に係るネットワーク管理装置は、第１〜第３のいずれかの発明に係るネットワーク管理装置の構成において、通信手段間の通信量を計測する通信量計測手段をさらに備え、算出手段は、ランダム接続割合ｐを順次変更しながら、通信速度計測手段によって計測された通信速度、情報伝送手段の通信チャンネル数及び通信量計測手段によって計測された通信量を用いて各ランダム接続割合ｐで通信した場合のブロードキャスト通信時間を算出し、ブロードキャスト通信時間が最短となるランダム接続割合ｐを決定する。
【００２３】
この場合、通信手段間の通信速度が計測されるとともに、通信手段間の通信量が計測されるので、計測された通信速度、情報伝送手段の通信チャンネル数及び計測された通信量に応じてブロードキャスト速度を高速化することができるように通信手段間のランダム接続割合が制御され、このランダム接続割合を達成するように通信手段間の接続状態が決定される。したがって、通信手段間の通信量すなわち通信手段が通信に必要とする情報量の動的な変化によりネットワークが動的に変化しても高速なブロードキャストを実現することができる。
【００２４】
（５）第５の発明
第５の発明に係るネットワークシステムは、情報を伝送する複数の通信チャンネルを有する情報伝送手段と、情報伝送手段を介して情報を送信及び受信する複数の通信手段とを含むネットワークと、ネットワークを管理する第１〜第４のいずれかの発明に係るネットワーク管理装置とを備えるものである。
【００２５】
本発明に係るネットワークシステムにおいては、複数の通信チャンネルを有する情報伝送手段と、情報伝送手段を介して情報を送信及び受信する複数の通信手段とを含むネットワークが上記のネットワーク管理装置によって管理される。このとき、通信手段間の通信速度が計測され、計測された通信速度及び情報伝送手段の通信チャンネル数に基づいて通信手段間のランダムな接続数の割合を表すランダム接続割合が制御され、このランダム接続割合に基づいて通信手段間の接続状態が決定される。
【００２６】
したがって、計測された通信速度及び通信チャンネル数に応じてブロードキャスト速度を高速化することができるように通信手段間のランダム接続割合が制御され、このランダム接続割合を達成するように通信手段間の接続状態が決定されるので、ネットワークが動的に変化しても高速なブロードキャストを実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態によるネットワークシステムについて図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態によるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。
【００２８】
図１において、ネットワークシステムは、通信ネットワーク１００及びネットワーク管理装置２００を備える。通信ネットワーク１００は、複数のノード１１〜１ｎ及び伝送路２を含む。ネットワーク管理装置２００は、通信速度計測装置３、ネットワーク構造制御装置４及びネットワーク構造改変装置５を含む。
【００２９】
各ノード１１〜１ｎは、ネットワークを構成する要素となり、例えば、計算機（コンピュータ）等から構成される。各ノード１１〜１ｎは、伝送路２に接続され、伝送路２を介して必要な情報を送信及び受信する。
【００３０】
伝送路２は、無線又は有線により多重通信可能な単数又は複数の伝送媒体からなり、情報を伝送するために同時に利用可能な複数の通信チャンネル２１〜２ｍを有する。例えば、無線の場合、使用可能な各周波数帯域をチャンネルに割り当てたり、有線の場合、波長多重通信方式の光ファイバー等を用いることができる。なお、ノード１１〜１ｎの数及び通信チャンネル２１〜２ｍの数は特に限定されないが、例えば、ノード１１〜１ｎが１００個の場合、１０個の通信チャンネル２１〜２ｍを用いることができる。
【００３１】
通信速度計測装置３は、複数のノード１１〜１ｎの任意のノード間の通信速度を計測する。通信速度の計測としては、全てのノード１１〜１ｎ間の通信速度を直接計測してもよく、また、複数のノード１１〜１ｎの中の任意のノード間の通信速度を計測し、この一部の計測結果から統計的手法等を用いて全体の通信速度を推定してもよい。
【００３２】
ネットワーク構造制御装置４は、通信速度計測装置３によって計測された通信速度及び通信チャンネル２１〜２ｍの数に基づいてノード１１〜１ｎ間のランダムな接続数の割合を表すランダム接続割合を制御する。
【００３３】
例えば、通信ネットワーク１００の各ノード１１〜１ｎに接続するノードの数すなわちノード当たりの接続数をｋ、ランダム接続割合をｐとすると、ｋ（１−ｐ）個の接続はランダムでない通常の接続となり、ノードは近傍に位置する他のノードに接続され、一方、ｋｐ個の接続はランダムな接続となり、ノードはランダムに選択された遠距離に位置する他のノードに接続される。
【００３４】
上記のノード当たりの接続数ｋが大きいほど、各ノードが関係する全ての通信チャンネルを走査する時間が長くなるとともに、通信ネットワークの構築費用が高くなるが、通信ネットワークの構造は整礎となり、ノードを追加又は削除しても、通信ネットワークの再構築がより簡単になる。一方、接続数ｋが小さいほど、より高いランダム接続割合が必要となる。
【００３５】
本実施の形態では、ランダム接続割合ｐの値を０．３以下に設定し、例えば、０．００１以上０．３以下の範囲に設定している。このようにして構築されたネットワークは、ｆ＝ｋ-γ（ここで、ｆは任意の接続数を有するノードの頻度、γは正の実数）に従う。
【００３６】
上式に基づき、ネットワーク構造制御装置４は、通信速度計測装置３によって計測された通信速度及び通信ネットワーク１００に存在する通信チャンネル２１〜２ｍの数等から、ノード１１〜１ｎ間の通信速度が最高速度となるランダム接続割合ｐをシミュレーションによって計算し、各ノード１１〜１ｎに接続する通信チャンネル及びその数を決定する。最適なランダム接続割合ｐを求める方法としては、例えば、以下の方法を用いることができる。
【００３７】
まず、通信ネットワーク１００のノード当たりの接続数ｋ及びノード１１〜１ｎの数ｎと、仮に決定したランダム接続割合ｐからネットワークを仮想的に構築し、構築したネットワークの通信速度をシミュレーションによって求める。
【００３８】
上記の通信速度のシミュレーションとしては、各ノード１１〜１ｎ間の通信速度として通信速度計測装置３により計測された通信速度を用いて、情報を伝送する初期ノードから全ノードへ情報が伝達されるまでの通信時間を求め、この処理を異なる初期ノードを選択して所定回数行い、求めた複数の通信時間からその平均及び分散を求める。
【００３９】
次に、ランダム接続割合ｐを順次変更し、上記と同様にして各ランダム接続割合ｐに対する通信時間の平均及び分散を求め、通信時間が最短となる、すなわち通信速度が最高速度となるランダム接続割合ｐを決定する。なお、上記の説明では、通信速度計測装置３により通信速度を計測したが、通信速度として通信時間を計測してもよく、この場合も、上記と同様にして通信速度が最高速度となるランダム接続割合ｐを決定することができる。
【００４０】
ネットワーク構造改変装置５は、上記のようにして求められたランダム接続割合、各ノード１１〜１ｎに接続する通信チャンネル及びその数に基づいて伝送路２に対するノード１１〜１ｎの接続状態を決定し、このランダム接続割合等を実現するように通信ネットワーク１００の構造を変化させる。なお、通信ネットワーク１００におけるノード１１〜１ｎ間の接続制御方法として、特に限定されず、中央制御方式及び分散制御方式のいずれの方式でも用いることができる。
【００４１】
例えば、分散制御方式の場合、通信ネットワーク１００の構造に関する情報を各ノード１１〜１ｎが保持し、構造が変化すると、構造の変更点が全てのノード１１〜１ｎへブロードキャストされる。また、他の分散制御方式の場合、各ノード１１〜１ｎから情報を送信する際に必ず情報に送信時間と送信したノードを特定するためのＩＤ番号とを添付し、受信するノードは受信時間から通信ネットワーク１００の構造を推定する。
【００４２】
本実施の形態では、通信ネットワーク１００がネットワークに相当し、ネットワーク管理装置２００がネットワーク管理装置に相当し、伝送路２が情報伝送手段に相当し、ノード１１〜１ｎが通信手段に相当し、通信速度計測装置３が通信速度計測手段に相当し、ネットワーク構造制御装置４が制御手段に相当し、ネットワーク構造改変装置５が決定手段に相当する。
【００４３】
上記のようにして、ネットワーク管理装置２００は、通信ネットワーク１００の通信速度を計測し、計測した通信速度及び通信チャンネル２１〜２ｍの数に応じてブロードキャスト速度を高速化することができるようにノード１１〜１ｎ間のランダム接続割合を制御し、このランダム接続割合を達成するようにノード１１〜１ｎ間の接続状態を決定するので、情報を送信するノードの通信ネットワーク１００内の位置によるブロードキャスト速度の変化を小さくすることができ、ネットワークが動的に変化しても高速なブロードキャストを実現することができる。
【００４４】
また、ブロードキャスト速度は、通信ネットワーク１００内のあるノードから他の全てのノードへ情報を伝達する速度であり、通信ネットワーク１００内の任意のノード間の通信速度の最悪値となるので、高速なブロードキャストを行うことにより通信ネットワーク１００内の任意のノード間の通信を高速に行うことができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、通信ネットワーク１００を構成するノード１１〜１ｎを次元数の低い空間、例えば、２次元又は３次元の空間に配置してノード１１〜１ｎ間の接続に低いランダム性を持たせているので、少ないノード当たりの接続数で高速なブロードキャストを実現することができ、通信チャンネル２１〜２ｍの数を削減することができ、通信ネットワーク１００を容易に構築することができる。
【００４６】
例えば、本実施の形態では、ｋ次元ハイパーキューブによるネットワークと比較して、ノード当たりの接続数ｋが同じ場合、２倍のブロードキャスト速度を実現することができ、ブロードキャスト速度を同じにした場合、ノード当たりの接続数を約半分にすることができる。また、クロスバーによる完全結合ネットワークと比較して、ブロードキャスト速度を同程度にした場合、ノード当たりの接続数をより少なくすることができる。
【００４７】
さらに、本実施の形態では、各ノード１１〜１ｎの接続数が異なる場合でも、全体として高速なブロードキャストを行うことができるネットワーク構造を維持することができ、また、各ノード１１〜１ｎの処理能力の変動に動的に対応することもできる。
【００４８】
図２は、本発明の第２の実施の形態によるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。図２に示すネットワークシステムと図１に示すネットワークシステムとで異なる点は、ネットワーク管理装置２００が要素追加／削除検出装置６をさらに含むネットワーク管理装置２００ａに変更されるとともに、通信速度計測装置３が要素追加／削除検出装置６の検出結果に基づいて通信速度を計測する通信速度計測装置３ａに変更された点であり、その他の点は図１に示すネットワークシステムとほぼ同様であるので同一部分には同一符号を付し、以下本実施の形態の特徴的な点について説明する。
【００４９】
要素追加／削除検出装置６は、伝送路２に対するノード１１〜１ｎの接続状態を検出し、通信速度計測装置３ａは、要素追加／削除検出装置６の検出結果に基づいてノード１１〜１ｎ間の通信速度を計測する。
【００５０】
具体的には、要素追加／削除検出装置６は、伝送路２に新たにノードが追加されたり、伝送路２からノード１１〜１ｎの中のノードが切り離されて削除されたことを検出し、ノードの動的な追加及び削除を検出する。したがって、通信速度計測装置３ａは、要素追加／削除検出装置６の検出結果から現在どのノードが伝送路２に接続されているかについて知ることができ、現在接続されているノード間の通信速度を効率よく計測することができる。
【００５１】
本実施の形態では、ネットワーク管理装置２００ａがネットワーク管理装置に相当し、通信速度計測装置３ａが通信速度計測手段に相当し、要素追加／削除検出装置６が接続状態検出手段に相当し、その他の点は第１の実施の形態と同様である。
【００５２】
上記の構成により、図２に示すネットワークシステムでは、図１に示すネットワークシステムと上記の処理を除いて同様に動作し、図１に示すネットワークシステムと同様の効果を得ることができるとともに、ノードの動的な追加及び削除に応じてノード間の通信速度が計測され、計測された通信速度及び通信チャンネル数に応じてブロードキャスト速度を高速化することができるようにノード間のランダム接続割合が制御され、このランダム接続割合を達成するようにノード間の接続状態が決定される。したがって、ノードの動的な追加及び削除により通信ネットワーク１００が動的に変化しても高速なブロードキャストを実現することができる。また、上記のようにノードの増減に対応することができるため、各ノードの故障等にも柔軟に対応することができる。
【００５３】
図３は、本発明の第３の実施の形態によるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。図３に示すネットワークシステムと図１に示すネットワークシステムとで異なる点は、ネットワーク管理装置２００が通信チャンネル数検出装置７をさらに含むネットワーク管理装置２００ｂに変更されるとともに、ネットワーク構造制御装置４が通信チャンネル数検出装置７によって検出された通信チャンネル数に基づいてランダム接続割合を制御するネットワーク構造制御装置４ａに変更された点であり、その他の点は図１に示すネットワークシステムとほぼ同様であるので同一部分には同一符号を付し、以下本実施の形態の特徴的な点について説明する。
【００５４】
通信チャンネル数検出装置７は、伝送路２の使用可能な通信チャンネル数を検出し、ネットワーク構造制御装置４ａは、通信速度計測装置３によって計測された通信速度及び通信チャンネル数検出装置７によって検出された通信チャンネル数に基づいて各ノード１１〜１ｎのランダム接続割合を制御する。
【００５５】
例えば、伝送路２として無線方式の伝送路を使用しているときに妨害電波等により本来の通信チャンネル数より少ない数の通信チャンネル数しか使用できない場合、通信チャンネル数検出装置７は、伝送路２の現在使用可能な通信チャンネル数を検出し、検出結果をネットワーク構造制御装置４ａへ出力する。
【００５６】
このとき、ネットワーク構造制御装置４ａは、伝送路２の通信チャンネル２１〜２ｍの数ｍではなく、伝送路２の現在使用可能な通信チャンネル数を用いて、ノード１１〜１ｎ間の通信速度が最高速度となるランダム接続割合をシミュレーションによって計算し、各ノード１１〜１ｎに接続する通信チャンネル及びその数を決定する。
【００５７】
本実施の形態では、ネットワーク管理装置２００ｂがネットワーク管理装置に相当し、ネットワーク構造制御装置４ａが制御手段に相当し、通信チャンネル数検出装置７が通信チャンネル数検出手段に相当し、その他の点は第１の実施の形態と同様である。
【００５８】
上記の構成により、図３に示すネットワークシステムでは、図１に示すネットワークシステムと上記の処理を除いて同様に動作し、図１に示すネットワークシステムと同様の効果を得ることができるとともに、ノード１１〜１ｎ間の通信速度が計測されるとともに、伝送路２の使用可能な通信チャンネル数が検出されるので、計測された通信速度及び検出された通信チャンネル数に応じてブロードキャスト速度を高速化することができるようにノード１１〜１ｎ間のランダム接続割合が制御され、このランダム接続割合を達成するようにノード１１〜１ｎ間の接続状態が決定される。したがって、使用可能な通信チャンネル数の動的な変化により通信ネットワーク１００が動的に変化しても高速なブロードキャストを実現することができる。
【００５９】
図４は、本発明の第４の実施の形態によるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。図４に示すネットワークシステムと図１に示すネットワークシステムとで異なる点は、ネットワーク管理装置２００が通信量計測装置８をさらに含むネットワーク管理装置２００ｃに変更されるとともに、ネットワーク構造制御装置４が通信量計測装置８によって計測された通信量にも基づいてランダム接続割合を制御するネットワーク構造制御装置４ｂに変更された点であり、その他の点は図１に示すネットワークシステムとほぼ同様であるので同一部分には同一符号を付し、以下本実施の形態の特徴的な点について説明する。
【００６０】
通信量計測装置８は、複数のノード１１〜１ｎの任意のノード間の通信量を計測し、後述するシミュレーションに用いられる全てのノード間の通信量を計測する。ネットワーク構造制御装置４ｂは、通信速度計測装置３によって計測された通信速度、伝送路２の通信チャンネル２１〜２ｍの数及び通信量計測装置８によって計測された通信量に基づいてノード１１〜１ｎ間のランダム接続割合を制御する。
【００６１】
ここで、各ノード１１〜１ｎは、他のノードとの通信量及び／又は必要な通信速度を要求することができ、単位時間当たりの通信量Ｖ（単位通信量）を用いて、各ノード１１〜１ｎに接続する通信チャンネルすなわちノード当たりの接続数ｋを決定することができる。
【００６２】
例えば、あるノードｉ（ｉは１〜ｎの整数）の単位通信量をＶiとすると、接続数ｋは、Ｆ＝α（ｋＶi）-γから求めることができる。ここで、Ｆは特定の通信量を有するノードの頻度であり、αは正規化のための係数、γは正の実数である。また、各ノード１１〜１ｎの接続数ｋは、通信量の関数、例えば、比例関数によって表すことができる。
【００６３】
上記の仮定に基づき、ネットワーク構造制御装置４ｂは、通信速度計測装置３によって計測された通信速度、通信ネットワーク１００に存在する通信チャンネル２１〜２ｍの数及び通信量計測装置８によって計測された通信量等から、第１の実施の形態とほぼ同様にして、計測された通信量に対してノード１１〜１ｎ間の通信速度が最高速度となるランダム接続割合をシミュレーションによって計算し、各ノード１１〜１ｎに接続する通信チャンネル及びその数を決定する。
【００６４】
ネットワーク構造改変装置５は、通信量計測装置８によって常時計測されているノード１１〜１ｎ間の通信量等に基づいて各ノード１１〜１ｎに接続する通信チャンネル及びその数を変更し、通信ネットワーク１００の構造を部分的に又は全体的に変更する。
【００６５】
本実施の形態では、ネットワーク管理装置２００ｃがネットワーク管理装置に相当し、ネットワーク構造制御装置４ｂが制御手段に相当し、通信量計測装置８が通信量計測手段に相当し、その他の点は第１の実施の形態と同様である。
【００６６】
上記の構成により、図４に示すネットワークシステムでは、図１に示すネットワークシステムと上記の処理を除いて同様に動作し、図１に示すネットワークシステムと同様の効果を得ることができるとともに、ノード１１〜１ｎ間の通信速度が計測されるとともに、ノード１１〜１ｎ間の通信量が計測されるので、計測された通信速度、伝送路２の通信チャンネル数及び計測された通信量に応じてブロードキャスト速度を高速化することができるようにノード１１〜１ｎ間のランダム接続割合が制御され、このランダム接続割合を達成するようにノード１１〜１ｎ間の接続状態が決定される。したがって、各ノード１１〜１ｎが通信に必要とする情報量の動的な変化により通信ネットワーク１００が動的に変化しても高速なブロードキャストを実現することができる。
【００６７】
図５は、本発明の第５の実施の形態によるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。図５に示すネットワークシステムと図１に示すネットワークシステムとで異なる点は、ネットワーク管理装置２００が要素追加／削除検出装置６、通信チャンネル数検出装置７及び通信量計測装置８をさらに含むネットワーク管理装置２００ｄに変更されるとともに、通信速度計測装置３が要素追加／削除検出装置６の検出結果に基づいて通信速度を計測する通信速度計測装置３ａに変更され、さらに、ネットワーク構造制御装置４が通信チャンネル数検出装置７によって検出された通信チャンネル数及び通信量計測装置８によって計測された通信量にも基づいてランダム接続割合を制御するネットワーク構造制御装置４ｃに変更された点であり、その他の点は図１に示すネットワークシステムとほぼ同様であるので同一部分には同一符号を付し、以下本実施の形態の特徴的な点について説明する。
【００６８】
要素追加／削除検出装置６及び通信速度計測装置３ａは上記の第２の実施の形態と同様に動作し、通信チャンネル数検出装置７は上記の第３の実施の形態と同様に動作し、通信量計測装置８は上記の第４の実施の形態と同様に動作する。
【００６９】
ネットワーク構造制御装置４ｃは、通信速度計測装置３ａによって計測された通信速度、通信チャンネル数検出装置７によって検出された通信チャンネル数及び通信量計測装置８によって計測された通信量に基づいて各ノード１１〜１ｎのランダム接続割合を制御する。なお、このときのネットワーク構造制御装置４ｃの動作は、通信速度として要素追加／削除検出装置６の検出結果に応じて通信速度計測装置３ａによって計測された通信速度が使用され、通信チャンネル数として通信チャンネル数検出装置７によって検出された通信チャンネル数が使用される点を除き、ネットワーク構造制御装置４ｂの動作とほぼ同様である。
【００７０】
本実施の形態では、ネットワーク管理装置２００ｄがネットワーク管理装置に相当し、通信速度計測装置３ａが通信速度計測手段に相当し、ネットワーク構造制御装置４ｃが制御手段に相当し、要素追加／削除検出装置６が接続状態検出手段に相当し、通信チャンネル数検出装置７が通信チャンネル数検出手段に相当し、通信量計測装置８が通信量計測手段に相当し、その他の点は第１の実施の形態と同様である。
【００７１】
上記の構成により、図５に示すネットワークシステムでは、図１に示すネットワークシステムと上記の各処理を除いて同様に動作し、図１に示すネットワークシステムと同様の効果を得ることができるとともに、ノードの動的な追加及び削除に応じてノード間の通信速度が計測されるとともに、伝送路２の使用可能な通信チャンネル数が検出され、さらに、ノード１１〜１ｎ間の通信量が計測されるので、計測された通信速度、検出された通信チャンネル数及び計測された通信量に応じてブロードキャスト速度を高速化することができるようにノード１１〜１ｎ間のランダム接続割合が制御され、このランダム接続割合を達成するようにノード１１〜１ｎ間の接続状態が決定される。したがって、ノード１１〜１ｎの動的な追加及び削除によるノード数の変化、ノード１１〜１ｎが使用可能な通信チャンネル数の動的な変化並びに各ノード１１〜１ｎが通信に必要とする情報量の動的な変化により通信ネットワーク１００が動的に変化しても、高速なブロードキャストを実現することができる。
【００７２】
なお、上記の説明では、ネットワーク管理装置を専用のハードウエアを用いて構成する場合について説明したが、ネットワーク管理装置の各機能の一部又は全部をソフトウエアを用いて構成するようにしてもよい。また、本発明が適用されるネットワークは、上記の計算機ネットワークに特に限定されず、種々のネットワークに同様に適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態によるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態によるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態によるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態によるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００  通信ネットワーク
２００，２００ａ〜２００ｄ  ネットワーク管理装置
１１〜１ｎ  ノード
２１〜２ｍ  通信チャンネル
２  伝送路
３  通信速度計測装置
４  ネットワーク構造制御装置
５  ネットワーク構造改変装置
６  要素追加／削除検出装置
７  通信チャンネル数検出装置
８  通信量計測装置
【図１】
0003938487.tif 000002
【図２】
0003938487.tif 000003
【図３】
0003938487.tif 000004
【図４】
0003938487.tif 000005
【図５】
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