(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予約してフレームを転送する時間帯である予約転送区間と、自由にフレームを転送する時間帯である自由転送区間とを一定周期で繰り返してフレームを転送する複数のネットワーク装置からなるネットワークシステムであって、
フレームの送信元である第１のネットワーク装置と当該フレームの送信先である第２のネットワーク装置との間を中継する中継ネットワーク装置と、前記第１のネットワーク装置とが、前記フレームを転送するために前記予約転送区間内の対応する時間帯を予約するように予約処理を実行し、
予約した結果に基づいて、前記第１のネットワーク装置から前記第２のネットワーク装置まで前記フレームを転送し、
前記予約処理を実行する際、
前記第１のネットワーク装置は、前記フレームの送信に要する要求時間帯と、予約の開始時間及び終了時間の情報と、を含む時間帯情報を有する仮予約フレームを、前記中継ネットワーク装置へ送信し、
前記中継ネットワーク装置は、予約されている時間帯情報を含む予約テーブルを備えており、前記第１のネットワーク装置から受信した前記仮予約フレームの時間帯情報と、前記予約テーブルの時間帯情報とに基づいて、予約可能かどうかを判断するネットワークシステム。
【請求項２】
前記予約テーブルの時間帯情報が、第１の予約のための第１の時間帯と、前記第１の予約よりも後に予約された第２の予約のための第２の時間帯とを含む場合、
前記中継ネットワーク装置は、受信した前記仮予約フレームの前記時間帯情報に応じて、前記第１の時間帯と前記第２の時間帯との間の空き時間帯を予約可能と判断し、前記空き時間帯を前記開始時間及び前記終了時間として前記仮予約フレームを作成、送信するか、または、前記空き時間帯を予約確定時間帯として予約確認フレームを作成、送信する請求項１に記載のネットワークシステム。
【請求項３】
前記中継ネットワーク装置は、前記予約の開始時間と終了時間内で、かつ前記要求時間帯以上の空き時間帯があった場合に予約可能と判断する請求項１に記載のネットワークシステム。
【請求項４】
前記中継ネットワーク装置は、予約可能と判断した場合、前記空き時間帯を前記開始時間及び終了時間として前記仮予約フレームを作成、送信するか、または、前記空き時間帯を予約確定時間帯として予約確認フレームを作成、送信する請求項３に記載のネットワークシステム。
【請求項５】
前記第１のネットワーク装置から前記第２のネットワーク装置までのホップ数が所定の値を超える場合、前記予約処理を禁止する請求項１〜４のいずれか一項に記載のネットワークシステム。
【請求項６】
ルートノード以外のネットワーク内の全ネットワーク装置に装置ＩＤを付与し、
当該装置ＩＤに基づいて、各ネットワーク装置がいずれのネットワーク装置からの予約を優先させるかを決定し、
前記予約処理を実行する請求項１〜５のいずれか一項に記載のネットワークシステム。
【請求項７】
予約してフレームを転送する時間帯である予約転送区間と、自由にフレームを転送する時間帯である自由転送区間とを一定周期で繰り返すことを複数のネットワーク装置で行うフレーム転送方法であって、
フレームの送信元である第１のネットワーク装置と当該フレームの送信先である第２のネットワーク装置との間を中継する中継ネットワーク装置と、前記第１のネットワーク装置とが、前記フレームを転送するために前記予約転送区間内の対応する時間帯を予約するように予約処理を実行し、
予約した結果に基づいて、前記第１のネットワーク装置から前記第２のネットワーク装置まで前記フレームを転送し、
前記予約処理を実行する際、
前記第１のネットワーク装置は、前記フレームの送信に要する要求時間帯と、予約の開始時間及び終了時間の情報と、を含む時間帯情報を有する仮予約フレームを、前記中継ネットワーク装置へ送信し、
前記中継ネットワーク装置は、予約されている時間帯情報を含む予約テーブルを備えており、前記第１のネットワーク装置から受信した前記仮予約フレームの時間帯情報と、前記予約テーブルの時間帯情報とに基づいて、予約可能かどうかを判断するフレーム転送方法。
【請求項８】
前記予約テーブルの時間帯情報が、第１の予約のための第１の時間帯と、前記第１の予約よりも後に予約された第２の予約のための第２の時間帯とを含む場合、
前記中継ネットワーク装置は、受信した前記仮予約フレームの前記時間帯情報に応じて、前記第１の時間帯と前記第２の時間帯との間の空き時間帯を予約可能と判断し、前記空き時間帯を前記開始時間及び前記終了時間として前記仮予約フレームを作成、送信するか、または、前記空き時間帯を予約確定時間帯として予約確認フレームを作成、送信する請求項７に記載のフレーム転送方法。
【請求項９】
前記中継ネットワーク装置は、前記予約の開始時間と終了時間内で、かつ前記要求時間帯以上の空き時間帯があった場合に予約可能と判断する請求項７に記載のフレーム転送方法。
【請求項１０】
前記中継ネットワーク装置は、予約可能と判断した場合、前記空き時間帯を前記開始時間及び終了時間として前記仮予約フレームを作成、送信するか、または、前記空き時間帯を予約確定時間帯として予約確認フレームを作成、送信する請求項９に記載のフレーム転送方法。
【請求項１１】
前記第１のネットワーク装置から前記第２のネットワーク装置までのホップ数が所定の値を超える場合、前記予約処理を禁止する請求項７〜１０のいずれか一項に記載のフレーム転送方法。
【請求項１２】
ルートノード以外のネットワーク内の全ネットワーク装置に装置ＩＤを付与し、
当該装置ＩＤに基づいて、各ネットワーク装置がいずれのネットワーク装置からの予約を優先させるかを決定し、
前記予約処理を実行する請求項７〜１１のいずれか一項に記載のフレーム転送方法。
【請求項１３】
予約してフレームを転送する時間帯である予約転送区間と、自由にフレームを転送する時間帯である自由転送区間とを一定周期で繰り返してフレームを転送するネットワーク装置であって、
前記予約転送区間のうち予約されている時間帯情報を含む予約テーブルと、
フレームの送信元である第１の他のネットワーク装置と当該フレームの送信先である第２の他のネットワーク装置との間を中継する場合、前記第１の他のネットワーク装置が予約する前記予約転送区間内の時間帯と対応する時間帯を予約するように予約処理を実行する予約管理部と、を備え、
前記予約管理部は、前記予約処理を実行する際、
前記第１の他のネットワーク装置から、前記フレームの送信に要する要求時間帯と、予約の開始時間及び終了時間の情報と、を含む時間帯情報を有する仮予約フレームを受信し、
前記予約テーブルの時間帯情報と、受信した前記仮予約フレームの時間帯情報とに基づいて、予約可能かどうかを判断するネットワーク装置。
【請求項１４】
前記予約テーブルの時間帯情報が、第１の予約のための第１の時間帯と、前記第１の予約よりも後に予約された第２の予約のための第２の時間帯とを含む場合、
前記予約管理部は、受信した前記仮予約フレームの前記時間帯情報に応じて、前記第１の時間帯と前記第２の時間帯との間の空き時間帯を予約可能と判断し、当該空き時間帯を、前記開始時間及び前記終了時間として前記仮予約フレームを作成、送信するか、または、予約確定時間帯として予約確認フレームを作成、送信する請求項１３に記載のネットワーク装置。
【請求項１５】
前記予約管理部は、前記予約の開始時間と終了時間内で、かつ前記要求時間帯以上の空き時間帯があった場合に予約可能と判断する請求項１３に記載のネットワーク装置。
【請求項１６】
前記予約管理部は、予約可能と判断した場合、前記空き時間帯を前記開始時間及び終了時間として前記仮予約フレームを作成、送信するか、または、前記空き時間帯を予約確定時間帯として予約確認フレームを作成、送信する請求項１５に記載のネットワーク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間帯予約型ネットワークシステム、フレーム転送方法及びネットワーク装置に関するものでる。
【背景技術】
【０００２】
ＩＥＥＥ１３９４等のリアルタイム通信技術では、リアルタイムデータとベストエフォートデータとを含むサイクルを用いた転送方式（以下、サイクル型転送と呼ぶ）が採用されている。図１４に、標準的なサイクルパターンを示す。図１４に示すように、予め決められた１２５μｓを１サイクルとして、これが繰り返される。この１サイクル内の所定の時間帯を占めるパケットデータすなわちフレームが、ネットワーク装置間で転送される。ここで、１サイクルの前半を予約転送区間、後半を自由転送区間としている。
【０００３】
予約転送区間は、リアルタイムデータの通信に利用される。この区間では、例えば、図１４に示すように、所定の時間すなわち時間帯１〜５がフレーム送信のために予約される。その予約時間帯１〜５は、それぞれ設定された装置間でのみ利用される。予約時間帯１〜５にリアルタイムデータのフレームＡ１〜Ａ５を配置すれば、一定時間内に一定量のデータ通信が可能となる。なお、予約転送区間の先頭には、ネットワーク装置を同期させるための同期フレームが配置される（不図示）。
【０００４】
一方、自由転送区間は、リアルタイム性を有しないベストエフォートデータの通信に利用される。この区間では、時間帯は予約されない。例えば、図１４に示すように、データ転送時に、この区間の時間帯６が空いていれば、そこにフレームＢ１を配置し、装置間のデータ通信が行われる。同様にフレームＢ２〜Ｂ５も配置される。
【０００５】
サイクル型転送を実現するネットワーク構成としては、例えば、図１５に示すネットワーク装置１１〜１４からなるデイジーチェーン接続、ネットワーク装置１１、１２、１３、１５からなるスター接続等が考えられる。ここで、各ネットワーク装置は、ブリッジ機能を有しており、ネットワーク装置１２、１３、１５などは、自装置の一方側にあるネットワーク装置から送信されたフレームを、他方側にあるネットワーク措置へ転送することができる。これにより、直接接続されていないネットワーク装置間でも、ブリッジ機能を用いて通信を行うことができる。
【０００６】
上述のサイクル型転送を、ＬＡＮ（Local Area Network）の規格であるＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）に適用する動きがあり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）を用いたＬＡＮにおいてサイクル型転送によるデータ通信の高速性及び高信頼性が求められている。
【０００７】
ところで、特許文献１には、装置間でネットワークリソースを予約する技術が開示されている。具体的には、第１の端末装置からの予約要求メッセージに対し、各ノード装置が予約可能か否かを判定し、可能ならば仮予約を行って、次装置に要求メッセージを送信する。第２の端末装置は、要求メッセージに対し、データ通信に応じられるか否かを判定し、前装置に予約可又は予約否の応答メッセージを送信する。各ノード装置は、予約可の応答メッセージの受信により仮予約を本予約に変更する。ここで、予約可能か否かの判定は、予約リソース量がノード装置毎に割り当てられているリソース量を越えないかどうかで行っている。
【特許文献１】特開２００２−１８５４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術を、上記サイクル型転送方法に適用した場合、次のような問題が生じ得る。図１５に示すネットワーク装置１１からネットワーク装置１２、１３を介して、ネットワーク装置１４にデータを転送する場合を考える。ここで、図１５に示すように、ネットワーク装置１１の送信ポートＣ１とネットワーク装置１２との間はケーブルで接続されている。同様に、ネットワーク装置１２の送信ポートＣ２とネットワーク装置１３との間、ネットワーク装置１３の送信ポートＣ３とネットワーク装置１４との間はケーブルにより接続されている。
【０００９】
図１６は、図１５に示した各装置の送信ポートにおける転送サイクルの一例である。各装置の送信ポートから送信される予約フレーム（ハッチング部分）に着目する。各装置では、１サイクルに１回の予約転送が確保されているものの、各装置での予約時間はまちまちになっている。このようになるのは、特許文献１の技術は、前装置からの予約メッセージの受信時に、リソース量に基づいて予約可能かどうかを判定して、予約を行っているからである。各装置には、メッセージの処理に要する遅延時間、装置間のケーブルによる遅延時間が生じるため、予約要求メッセージ自体に遅延がついて転送されていくことになる。よって、図１６のように、各装置でまちまちの予約時間となってしまうのである。これはフレーム送信元の装置から送信先の装置までを中継する装置が増えるほど、すなわちホップ数が増えるほど遅延が増加していくことになる。
【００１０】
図１６では、ポートＣ３での予約が、Ｃ１、Ｃ２とは違うサイクルになってしまっている。この場合、１サイクル以上の遅延がつくことになる。送信するデータによっては、同一サイクル内で転送をしたいといった場合があり、特許文献１の予約による転送方法ではこの対応は困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るネットワークシステムは、予約してフレームを転送する時間帯である予約転送区間と、自由にフレームを転送する時間帯である自由転送区間とを一定周期で繰り返してフレームを転送する複数のネットワーク装置からなるネットワークシステムであって、
フレームの送信元である第１のネットワーク装置と当該フレームの送信先である第２のネットワーク装置との間を中継する中継ネットワーク装置及び前記第１のネットワーク装置が、前記予約転送区間内の同一の時間帯を予約するように予約処理を実行し、
予約した結果に基づいて、前記第１のネットワーク装置から前記第２のネットワーク装置まで前記フレームを転送する。
【００１２】
また、本発明に係るフレーム転送方法は、予約してフレームを転送する時間帯である予約転送区間と、自由にフレームを転送する時間帯である自由転送区間とを一定周期で繰り返すことを複数のネットワーク装置で行うフレーム転送方法であって、
フレームの送信元である第１のネットワーク装置と当該フレームの送信先である第２のネットワーク装置との間を中継する中継ネットワーク装置及び前記第１のネットワーク装置が、前記予約転送区間内の同一の時間帯を予約するための予約処理を実行し、
予約した結果に基づいて、前記第１のネットワーク装置から前記第２のネットワーク装置まで前記フレームを転送する。
【００１３】
本発明に係るネットワーク装置は、予約してフレームを転送する時間帯である予約転送区間と、自由にフレームを転送する時間帯である自由転送区間とを一定周期で繰り返してフレームを転送するネットワーク装置であって、
前記予約転送区間のうち予約されている時間帯情報を含む予約テーブルと、
他のネットワーク装置から前記フレームの送信に要する要求時間帯と、予約の開始時間及び終了時間の情報とを含む仮予約フレームを受信し、前記予約テーブルの時間帯情報と、前記要求時間帯と、前記開始時間及び終了時間に基づいて、予約可能かどうかを判断する予約管理部とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、予約されたフレームを低遅延で転送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１６】
実施の形態
図１に本実施の形態のネットワーク構成及びネットワーク装置の概要を示す。図１に示すように、ネットワーク１００は、ネットワーク装置１０１〜１０６を有する。このネットワーク装置１０１〜１０６が、上述のサイクル型転送によりフレームの送受信を行っている。ネットワーク装置１０１〜１０６は同じ構成であるため、ここではネットワーク装置１０１を例に説明する。ネットワーク装置１０１は、アプリケーション１２１と、通信ロジック１２２と、ポート１２３〜１２５を有する。
【００１７】
アプリケーション１２１は、ネットワーク内の他のネットワーク装置で利用するデータの生成や、他のネットワーク装置が生成したデータを利用する。例えば、カメラなどの周辺装置を利用して映像データを作成し、映像データを他のネットワーク装置へ送信したり、他のネットワーク装置から送信された映像データをディスプレイ上に表示するなどのアプリケーションがある。
【００１８】
通信ロジック１２２は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１で規定されるＭＡＣブリッジ（自装置内の複数のポート間のブリッジ通信を実現するためのスイッチ、ルーティングテーブルなどを含む）、ＳＴＰ、ＲＳＴＰなどのプロトコルで規定される動作や制御を行う回路からなる。
【００１９】
ポート１２３〜１２５は、ネットワーク装置間のフレームの送受信を行う。例えば、ＩＥＥＥ８０２．３で規定されるコネクタやケーブル、ＭＡＣ（Media Access Control）などの送受信プロトコルに準拠したハードウェアなどが利用される。
【００２０】
通信ロジック１２２、アプリケーション１２１がポート１２３〜１２５を介して隣接したネットワーク装置と接続されることでネットワーク１００が構成されている。各ネットワーク装置の接続は、ネットワーク装置１０１〜１０４からなるデイジーチェーン接続でも、ネットワーク装置１０１、１０２、１０３、１０５からなるスター接続でもよい。ここで、ネットワーク装置１０１と１０２とはケーブルＣ１０２により、ネットワーク装置１０２と１０３とはケーブルＣ１０２により、ネットワーク装置１０３と１０４とはケーブルＣ１０３により接続されている。
【００２１】
各ネットワーク装置は自装置のどのポートが他のネットワーク装置のどのポートに接続されているかの情報を自装置内のルーティングテーブル（図示なし）に保持している。このため、ネットワーク装置１０２や１０３のように複数のポートを使用している場合であっても、その情報を元に適切なネットワーク装置同士のポート間の通信が行われる。
【００２２】
図２は、図１のネットワーク装置１０１〜１０６の構成ブロック図を更に詳細に示した図である。ネットワーク装置１０１〜１０６は同じ構成のため、ここでもネットワーク装置１０１を例に説明する。図２において、図１と同一符号のものは同様の構成であるため説明は省略する。
【００２３】
ポート１２３〜１２５の各ポートは、それぞれ受信ポート１３１と、送信ポート１３２とを有する。受信ポート１３１は、他のネットワーク装置からきたフレームを後述するスイッチ１４０へ送る。送信ポート１３２は、スイッチ１４０から送られてきたフレームを他のネットワーク装置へ送信する。
【００２４】
通信ロジック１２２は、スイッチ１４０、予約テーブル１４１、サイクルタイマー１４２、予約管理部１４３、送信部１４４、受信部１４５を有する。
【００２５】
スイッチ１４０は、自装置内の複数のポート間、例えばポート１２３の受信ポート１３１とポート１２５の送信ポート１３２間のブリッジ通信を行う。
また、自装置が受信したフレームを受信部１４５へ送り、送信部１４４から送られてきたフレームを指定されたポートの送信ポート１３２へ送る。ここで、受信部１４５は、スイッチ１４０から受けたデータをアプリケーション１２１に送る。送信部１４４は、アプリケーション１２１から受けたデータをスイッチ１４０に送る。
さらに、スイッチ１４０は、他のネットワーク装置から受信した仮予約のためのフレーム（仮予約フレーム）を予約管理部１４３に送る。
【００２６】
予約管理部１４３は、予約テーブル１４１を参照して、どの時間帯が予約されているかの予約情報を得る。
サイクルタイマー１４２は、自装置における各サイクルの時間を測定する。ここで、ネットワーク内の全ネットワーク装置は同期されているため、各ネットワーク装置のサイクルタイマー１４２は同時刻を示す。なお、ネットワーク装置間の同期を取る方法としては、ＩＥＥＥ１５８８による方法が知られている。ＩＥＥＥ１５８８の詳細な内容は省略する。
予約管理部１４３は、上記他のネットワーク装置から受信した仮予約フレームに記載された予約情報及び予約テーブル１４１からの情報に基づき、仮予約フレームを更新する。あるいは、予約失敗を伝えるフレームを生成する。そして、スイッチ１４０に送る。ここで、仮予約フレームは送信先へ転送される。一方、予約失敗を知らせるフレームは送信元に返信される。また、予約管理部１４３は、仮予約情報を予約テーブル１４１に書き込む。ここで、予約管理部１４３の動作の詳細について以下に説明する。
【００２７】
図３に示すフローチャートを用いて、予約管理部１４３の処理フローについて説明する。図３は、フレームの送信元が要求してくる予約情報をフレームの送信先に転送するネットワーク装置の処理フローである。ここで、予約は、ネットワーク装置のポート毎に管理される。
【００２８】
予約が行われていない場合、予約スタンバイの状態にある（Ｓ１０１）。フレーム送信元から、フレーム送信のために転送サイクル内の所定の時間帯を予約するための仮予約フレームが送信されてくる。仮予約フレームを受信すると（Ｓ１０２）、予約管理部１４３は、フレーム送信先に接続されたポートの予約状況を予約テーブル１４１により確認し、予約可能か否かを判断する（Ｓ１０３）。詳細には後述するように、仮予約フレームには、必要な時間及び仮予約のための時間帯の開始時間と終了時間に関する情報が含まれる。具体的には、例えば、１０μｓを各サイクル０〜１２５μｓでの時間０〜８０μｓの間に仮予約する旨の情報が含まれる。時間０〜８０μｓの間に１０μｓの空きがあれば、予約可能と判断し（Ｓ１０３ＹＥＳ）、そうでなければ、予約不可能と判断する（Ｓ１０３ＮＯ）。
【００２９】
予約不可能と判断した場合、予約管理部１４３は、予約失敗を知らせるフレームを生成する（Ｓ１０４）。そして、フレーム送信元のネットワーク装置にこの予約失敗を知らせるフレームを返信する（Ｓ１０５）。その後、予約スタンバイの状態に戻る（Ｓ１０１）。
【００３０】
一方、予約可能と判断した場合、自装置が予約経路における末端の中継装置、すなわち次の転送先が仮予約フレームの送信先に指定されている装置か、それ以外の中継の装置かにより動作が異なる。末端の中継装置でない場合、予約管理部１４３は、予約転送区間における転送ポートの空き時間をすべて仮予約し、仮予約フレームを生成する（Ｓ１０６）。上述の例では、時間０〜８０μｓの要求に対し、例えば２０〜８０μｓが空いていれば、時間２０〜８０μｓをすべて仮予約する。この仮予約情報は予約テーブル１４１に書き込まれる。そして、必要な時間１０μｓ、仮予約のための時間帯２０〜８０μｓの情報を反映させた仮予約フレームを生成して、仮予約フレームの送信先のネットワーク装置に対して送信し（Ｓ１０７）、応答待ちの状態に移る（Ｓ１０８）。フレーム送信先のネットワーク装置から予約結果を受信したら（Ｓ１０９）、この予約結果をフレーム送信元のネットワーク装置に転送する（Ｓ１１０）。ここで、予約結果が成功、失敗のいずれであっても、仮予約は解除され、予約テーブル１４１の仮予約情報は消去される。そして、予約成功の場合、正式予約情報が予約テーブル１４１に書き込まれる。
【００３１】
自装置が末端の中継装置であった場合、仮予約を正式予約とするための予約確認フレームを作成して、仮予約フレーム送信元に向けて送信する（Ｓ１１１）。上述の例では、０〜８０μｓの要求に対して、例えば２０〜８０μｓが空いていれば、２０μｓを予約登録開始時間とし、３０μｓを予約登録の終了時間とし、この情報を有する予約確認フレームを作成して、仮予約フレーム送信元に送信する。なお、予約可能な時間帯に幅がある場合（上記の例では２０〜８０μｓの中の１０μｓ）、先頭の時間帯、最後の時間帯、中心の時間帯など、どの時間帯を正式予約とするかは任意に設定すればよい。
【００３２】
次に、図４に示すフローチャートを用いて、予約管理部１４３の処理フローについて説明する。図４は、フレームの送信元のネットワーク装置の処理フローである。予約が行われていない場合、予約スタンバイの状態にある（Ｓ２０１）。自装置内のアプリケーション１２１からフレーム送信のための時間帯予約を要求されると、予約管理部１４３は、予約テーブル１４１を参照し、仮予約フレームを生成する。そして、フレーム送信先に送信する（Ｓ２０２）。その後、応答待ちの状態に移る（Ｓ２０３）。
【００３３】
次に、フレーム送信先から予約結果を受信する（Ｓ２０４）。ここで、予約結果が成功、失敗のいずれであっても、仮予約は解除され、予約テーブル１４１の仮予約情報は消去される。予約が失敗である場合、予約失敗の状態に移る（Ｓ２０６）。ここで、設定に応じて再送処理を行う（Ｓ２０２）。再送処理を行わない場合や再送処理が所定の回数に達した場合、予約スタンバイの状態に戻る（Ｓ２０１）。予約成功の場合、正式予約情報が予約テーブル１４１に書き込まれ、予約が完了する（Ｓ２０７）。その後、予約スタンバイの状態に戻る（Ｓ２０１）。
【００３４】
以上では１つの予約を行うための手順を詳細に説明した。次に、図５〜１０を用いて、複数の予約を行うための手順について説明する。ここで、１つ１つの予約手順は上記の通りである。図５は図１に示された送信ポートＣ１０１〜１０３の予約一覧表である。当然のことながら、あくまでも一例である。ここで、例えば、送信ポートＣ１０１の予約状況は、送信ポートＣ１０１に接続されたネットワーク装置１０１の転送ポート１３２の予約状況を参照することにより知ることができる。
【００３５】
図５の予約１は最初に行われる予約であり、図１に示したネットワーク装置１０１からネットワーク装置１０４へのフレーム転送のための幅１２μｓの時間帯予約である。予約２は２番目に行われる予約であり、図１に示したネットワーク装置１０３からネットワーク装置１０４へのフレーム転送のための８μｓ幅の時間帯予約である。予約３は３番目に行われる予約であり、図１に示したネットワーク装置１０２からネットワーク装置１０４へのフレーム転送のための幅８μｓの時間帯予約である。予約４は４番目に行われる予約であり、図１に示したネットワーク装置１０１からネットワーク装置１０４へのフレーム転送のための幅８μｓの時間帯予約である。予約５は５番目に行われる予約であり、図１に示したネットワーク装置１０１からネットワーク装置１０２へのフレーム転送のための幅１２μｓの時間帯予約である。
【００３６】
次に、図６〜１０を用いて、図５に示した予約１〜５の予約手順を１つずつ説明する。図６〜１０は送信ポートＣ１０１〜Ｃ１０３の予約状況示すサ転送イクルパターンである。送信ポートＣ１０１〜Ｃ１０３に対応するサイクルパターンを比較して示している。まず、予約１を行う前は送信ポートＣ１０１〜Ｃ１０３のいずれもサイクル内の時間帯が全く予約されていないものとする。
【００３７】
そこで、予約１を行うと、図６に示すように、送信ポートＣ１０１〜Ｃ１０３の各サイクルの最初の区間に予約１に対応する幅１２μｓの時間帯が予約される。
【００３８】
次に、予約２を行うと、図７に示すように、送信ポートＣ１０３の予約１に隣接して予約２に対応する幅８μｓの時間帯が予約される。予約２のフレーム転送は送信ポートＣ１０３のみを使用するため、送信ポートＣ１０３のみ予約される。
【００３９】
次に、予約３を行うと、図８に示すように、送信ポートＣ１０３の予約２に隣接して予約３に対応する幅８μｓの時間帯が予約される。また、送信ポートＣ１０２でも、送信ポートＣ１０３の予約３と同一の時間に、予約３に対応する幅８μｓの時間帯が予約される。すなわち、送信ポートＣ１０２では、予約１と予約３との間の時間帯は予約されていない幅８μｓの空き時間となる。なお、予約３のフレーム転送は送信ポートＣ１０１を使用しないため、送信ポートＣ１０１は予約されない。
【００４０】
次に、予約４を行うと、図９に示すように、送信ポートＣ１０２及びＣ１０３の予約３に隣接して予約４に対応する幅８μｓの時間帯が予約される。また、送信ポートＣ１０１でも、送信ポートＣ１０２及びＣ１０３の予約４と同一の時間に、予約４に対応する幅８μｓの時間帯が予約される。すなわち、送信ポートＣ１０１では、予約１と予約４との間の時間帯は予約されていない幅１６μｓの空き時間となる。
【００４１】
次に、予約５を行うと、図１０に示すように、送信ポートＣ１０１の予約１に隣接して予約５に対応する１２μｓの時間帯が予約される。予約５のフレーム転送は送信ポートＣ１０１のみを使用するためである。また、上述の通り、予約１と予約４との間には１６μｓの空き時間があったからである。以上の手順で、複数の予約がなされる。
【００４２】
以上説明したとおり、同一の予約はこれが関わる全ての経路において同一の時間帯に予約される。そのため、図１６を用いて説明したようなサイクルを単位とする遅延が生じることがない。すなわち、同一サイクル内において送信元から送信先までデータを転送することができる。従って、予約されたフレームを低遅延で転送することができる。
【００４３】
図１１は仮予約フレームの一例を示す。ＩＥＥＥ８０２．３のＭＡＣフレームでは、各サイクルの先頭に７ｂｙｔｅのプレアンブル（Preamble）、１ｂｙｔｅのＳＦＤ（Start of Frame Delimiter）、６ｂｙｔｅの宛先アドレス（Destination Address）、６ｂｙｔｅの送信元アドレス（Source Address）、２ｂｙｔｅのタイプ（Type）が配置される。これにデータ（DATA）が続き、最後にＦＳＣ（Frame Check Sequence）が配置される。本実施の形態では、ヘッダの最後すなわちデータの先頭に４ｂｙｔｅの制御データ、１ｂｙｔｅの装置ＩＤ情報、１ｂｙｔｅのホップ数情報、２ｂｙｔｅの要求する時間帯情報、２ｂｙｔｅずつの仮予約開始時間情報及び仮予約終了時間情報が配置される。
【００４４】
図１２は予約確認フレームの一例を示す。図１１の仮予約フレームにおける１ｂｙｔｅの装置ＩＤ情報、１ｂｙｔｅのホップ数情報に代えて、１ｂｙｔｅの予約結果情報が配置される。また、２ｂｙｔｅの要求する時間帯情報に代えて、２ｂｙｔｅの予約登録時間帯情報が配置される。さらに、２ｂｙｔｅずつの仮予約開始時間情報及び仮予約終了時間情報に代えて、２ｂｙｔｅずつの予約登録開始時間情報及び予約登録終了時間情報が配置される。
【００４５】
上述の説明では、ケーブルによる遅延（ケーブル遅延）及びネットワーク装置内でのデータリピート遅延（リピート遅延）については言及していない。しかしながら、実際には両者も考慮して予約を実行する必要がある。以下に、両遅延の影響を抑制する方法について述べる。例えば、図１における送信ポートＣ１０１〜Ｃ１０３を介してのネットワーク装置１０１からネットワーク装置１０４へのフレーム転送では、ホップ数はこの間のケーブル数に等しく３となる。また、上述のリピート遅延は４５０ｎｓ、ケーブル遅延は５０ｎｓとすると、両者によるトータル遅延は４５０ｎｓ×２＋５０ｎｓ×３＝１．０５μｓとなる。ホップ数をＮとすると、トータル遅延は４５０ｎｓ×（Ｎ−１）＋５０ｎｓ×ＮとなるからＮが大きいほど、当然のことながらトータル遅延も大きくなる。
【００４６】
通常、ネットワーク内の全ネットワーク装置に対して予約可能である。そのため、ケーブル遅延及びリピート遅延を所定の値以下とするには、ホップ数の大きい予約を禁止する必要がある。本実施の形態では、図１１に示したように、仮予約フレームにホップ数情報が含まれる。そのため、所定のホップ数を超える場合、この予約を禁止することができる。具体的には、１つのネットワーク装置を通過する毎にホップ数をカウントし、予約管理部１４３がホップ数情報を更新する。そして、予め定めたホップ数を超えた場合、予約失敗を仮予約送信元へ返信する。これにより、ケーブル遅延及びリピート遅延を所定の値以下に抑制することができる。
【００４７】
次に、仮予約フレームが競合した場合の優先処理について説明する。図１のネットワーク装置１０１からネットワーク装置１０２を介してネットワーク装置１０３へフレーム転送のための予約を考える。また、ネットワーク装置１０５からネットワーク装置１０２を介してネットワーク装置１０３へフレーム転送のための予約を考える。この２つのフレーム転送はいずれもネットワーク装置１０２を介しているため、仮予約フレームが競合し得る。仮予約フレームの転送では、空いている時間帯を全て仮予約するため、同時に２つ以上の予約処理をすることができない。従って、仮予約フレームが競合した場合、いずれかの仮予約フレームを優先的に処理する必要がある。
【００４８】
ここで、ＩＥＥＥ８０２．３で規定されるＭＡＣフレームの宛先アドレスに基づき判断することも考えられる。しかしながら、図１１及び図１２に示すように、宛先アドレスは６ｂｙｔｅに定められている。この宛先アドレスのみから優先度を判断することはできない。そこで、本実施の形態では、各ネットワーク装置に装置ＩＤを付与し、この装置ＩＤに基づき優先処理を実行する。本実施の形態では、図１１に示したように、仮予約フレームが装置ＩＤ情報を含んでいる。ここで、ネットワーク装置数が１００以下であれば、装置ＩＤ情報は１ｂｙｔｅで十分である。そのため、高速処理が可能となる。
【００４９】
図１３を用いて、上記装置ＩＤの付与方法について説明する。ＩＥＥＥ８０２．１で規定されるスパニングツリーでは、ネットワーク内のルートノードを決定する。本実施の形態では、このルートノード決定方法を利用し、各ネットワーク装置に装置ＩＤを付与する。ここで、単純にＩＤ付与をスパニングツリー中に追加すると、初期化の処理が複雑になるという問題が生じる。具体的には、ネットワーク構築の過程では、頻繁にルートノードが変更され、その度に装置ＩＤが付与される。そのため、ネットワーク内にフレームが氾濫し、初期化終了に長時間を要することになるからである。
【００５０】
この問題を解決するため、本実施の形態では、装置ＩＤ付与を開始するまでに所定の時間待機する。具体的には、スパニングツリーの手順において、ネットワーク装置のポートの状態をフォワードあるいはブロックにするかを決定した時点を起点として、タイマーを作動させる。そして、予め定められた時間待機する。待機後、ポートの状態が変化しなければ、ネットワークが安定したと判断し、装置ＩＤ付与を開始する。
【００５１】
図１３に示すフローチャートを用いて、装置ＩＤ付与のフローについて説明する。まず、ＩＥＥＥ８０２．１に規定のスパニングツリープロトコル（ＳＴＰ：Spanning Tree Protocol）が実行されると、そのネットワーク装置がルートノードか否かについて判断される（Ｓ３０１）。ルートノードでない場合、待機状態に移る（Ｓ３０２）。予め定められた時間待機して、ポート状態に変化がなければ、優先度を決定するための装置情報をネットワーク内にブロードキャストする（Ｓ３０３）。この装置情報には、ＭＡＣアドレス、ブリッジプライオリティ情報、その装置のアプリケーション１２１が設定した値などが該当する。装置情報送信後、待機状態に移り（Ｓ３０５）、ルートから装置ＩＤが付与されるのを待つ。
【００５２】
一方、ルートノードである場合、非ルートノードから送信された装置情報を受信する（Ｓ３０４）。そして、全ての非ルートノードからの装置情報に基づいて、全ての非ルートノードに対し装置ＩＤを付与するためのテーブル（ＩＤテーブル）を作成する（Ｓ３０６）。具体的には、決定した優先度の高低に応じて非ルートノードを並び替える。ここで、全ての非ルートノードから装置情報を受信するために、予め定められた時間待機する。その後、各非ルートノードに対してそのネットワーク装置の装置ＩＤを送信する（Ｓ３０７）。
【００５３】
待機していた非ルートノードはルートノードから送信された自装置の装置ＩＤを受信する（Ｓ３０８）。そして、自己の装置ＩＤを自装置に登録する。上記手順により決定された装置ＩＤを、図１１に示すように、仮予約フレームに挿入する。これにより、仮予約フレームが競合した場合、いずれのフレームを優先するか迅速に決定することができる。具体的には、両フレームに記載された各々の装置ＩＤを比較し、予め定められた判定基準に基づいて迅速に決定することができる。
【００５４】
以上説明したとおり、本発明では、同一のフレーム転送の予約はこれが関わる全ての経路において同一の時間帯に予約される。そのため、同一サイクル内において送信元から送信先までデータを転送することができる。また、所定のホップ数を超える転送を禁止することにより、ケーブル遅延及びリピート遅延を所定の値以下に抑制することができる。さらに、各ネットワーク装置に装置ＩＤを付与することにより、仮予約フレームが競合した場合、いずれのフレームを優先するか迅速に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施の形態に係るネットワークの概略図である。
【図２】実施の形態に係るネットワーク装置のブロック図である。
【図３】実施の形態に係る時間帯予約方法を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態に係る時間帯予約方法を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態に係る複数の時間帯予約手順を示す一覧表である。
【図６】実施の形態に係る複数の時間帯予約手順を示す転送サイクルの図である。
【図７】実施の形態に係る複数の時間帯予約手順を示す転送サイクルの図である。
【図８】実施の形態に係る複数の時間帯予約手順を示す転送サイクルの図である。
【図９】実施の形態に係る複数の時間帯予約手順を示す転送サイクルの図である。
【図１０】実施の形態に係る複数の時間帯予約手順を示す転送サイクルの図である。
【図１１】実施の形態に係る仮予約フレームの概念図である。
【図１２】実施の形態に係る予約確認フレームの概念図である。
【図１３】実施の形態に係る装置ＩＤ付与方法を示すフローチャートである。
【図１４】フレーム転送サイクルの一例を示す図である。
【図１５】ネットワークの概略図である。
【図１６】本発明の課題を説明するための図である。
【００５６】
１００  ネットワーク
１０１〜１０６  ネットワーク装置
１２１  アプリケーション
１２２  通信ロジック
１２３、１２４、１２５  ポート
１３１  受信ポート
１３２  送信ポート
１４０  スイッチ
１４１  予約テーブル
１４２  サイクルタイマー
１４３  予約管理部
１４４  送信部
１４５  受信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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