JP5046316B2 - ネットワーク管理方法、プログラム及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、複数の計算機をスイッチ装置により相互接続して並列計算機システムを構築する相互接続網を管理するネットワーク管理方法、プログラム及び装置に関し、特にスイッチ装置間を繋ぐ複数の物理回線を束ねて１つの論理回線に見せることで回線伝送速度（帯域）を高める相互接続網のネットワーク管理方法、プログラム及び装置に関する。

従来、多数の計算機をギガビットオーダーの回線伝送速度をもつスイッチ装置を介して相互に接続する相互接続網（インタコネクト）によりクラスタシステムなどの並列計算機システムが構築されている。

並列計算機システムを構築する計算機の数が多い場合、各計算機を繋ぐ相互接続網（インタコネクト）には多数のスイッチ装置が使用され、スイッチ装置間の回線伝送速度（ビットレートbps）がネックにならないように、スイッチ装置間に複数の回線を設けて論理的に１本の回線に見せることで回線伝送速度を高めることが多い。このように複数の物理回線を束ねて論理的に１本の高速回線にみせる手法をトランキングという（特許文献１）。

なお、ビットレート(bps)で定義される回線伝送速度は、回線の帯域の拡大に応じて増加する関係にあることから、回線伝送速度を回線の帯域と表現することが慣用的に行われ、例えば回線の帯域が拡張(拡大)するという表現は、回線伝送速度が高くなることを意味する。

また並列計算機システムにあっては、個々の計算機を構成するプロセッサ、メモリ、ハードディスクドライブ等の要素については多くの省電力手法が適用されている。一方で、複数の計算機を繋ぐネットワークを構成するスイッチ装置は常時通電状態とし、回線伝送速度で決まる最大データ伝送速度によるデータ伝送を常に提供できるような状態で動作している。

更に、ネットワークを構成するスイッチ装置の省電力化を行う方式としては、パケットの到着を監視することでポート機能部分の無効化と有効化を行う方式が提案されている（特許文献２）。
特開２００２−２３２４２７号公報 特開２００１−３２０４１５号公報

しかしながら、このような従来の複数の物理回線を束ねて１つの論理回線に見せるトランキングが行われた相互接続網にあっては、多くの場合、回線伝送速度に対応した最大データ伝送速度を必要とする時間は短時間であり、ほとんどの時間は回線伝送速度より低いデータ伝送速度の通信であり、必要とするデータ伝送速度に対し過剰な回線通信速度を提供している。

例えば特許文献１にあっては、スイッチ間に複数の物理回線を設けて回線伝送速度を高めているが、通信量が少ないときにも、その少ない通信量を複数の物理回線に均等に割り振ろうとするため、物理回線の回線伝送速度に対しデータ伝送速度が低くなって無駄が多く、それにも関わらず全てのポート部分を動作しているため省電力化も期待できない。

また特許文献２のパケットの到着を監視することでポート部分の無効化と有効化を行う方式は、ポート部分を無効化する場合、論理的に回線を完全に遮断してしまうため、ネットワーク形状が変化してしまい、システムに与える副作用が大きいという問題がある。

本発明は、スイッチ装置間を繋ぐ複数の物理回線を束ねて１つの論理回線に見せるトランキングが行われた相互接続網につき、ポート部分の電源オン又は電源オフにより、データ伝送速度に見合った回線伝送速度を動的に提供して消費電力を低減させるネットワーク管理方法、プログラム及びシステムを提供することを目的とする。

（方法）
本発明は、ネットワーク管理方法を提供する。本発明は、所定の回線伝送速度（帯域）をもつ複数の物理ポート部を備えた複数のスイッチ装置を有し、複数のスイッチ装置の物理ポート部に接続した物理回線により複数の計算機を相互接続して並列計算機システムを構築する相互接続網を管理するネットワーク管理方法に於いて、
スイッチ装置における複数の物理ポート部に接続した物理回線を束ねて１つの論理回線を構築する論理回線構築ステップと、
スイッチ装置の複数の物理ポート部を電源オン又は電源オフすることにより物理回線を有効化又は無効化して、計算機の間で必要なデータ伝送速度に対応した回線伝送速度に変更するポート制御ステップと、
とを備えたことを特徴とする。

ここで、スイッチ装置の物理ポート部は、外付けポート部を介して物理回線を接続しており、物理ポート部及び外付けポート部に対し電源供給をオン、オフ制御する。

ポート制御ステップは、
計算機の間で必要なデータ伝送速度が記物理回線の１回線分の回線伝送速度を下回ることを判定する毎に、物理回線毎に設けた物理ポート部を所定の優先順位に従って順次電源オフして無効化するポート無効化ステップと、
計算機の間で必要なデータ伝送速度が物理回線の１回線分の回線伝送速度を上回ることを判定する毎に、無効化している物理ポート部を優先順位とは逆の順位に従って順次電源オンして有効化するポート有効化ステップと、
を備える。

ポート制御ステップは、論理回線から検出したデータ伝送速度に基づいて物理ポート部を電源オン又は電源オフする。

ポート制御ステップは、スイッチ装置から取得した通信履歴から論理回線のデータ伝送速度の予測タイムスケジュールを生成し、予測タイムスケジュールに基づいて物理ポート部を電源オン又は電源オフする。

ポート制御ステップは、一日２４時間の各時間毎の必要データ伝送速度の予測タイムスケジュール又は1週間各曜日毎の必要データ伝送速度の予測タイムスケジュールに基づいて物理ポート部を電源オン又は電源オフ。

ポート制御ステップは、スイッチ装置の論理ポート部に接続されている計算機の使用可能台数に基づいて物理ポート部の動作数を制御する。

ポート制御ステップは、スイッチ装置の論理回線に接続されている計算機で実行されるプログラムのジョブの開始部分と終了部分に埋め込まれた特殊命令の実行に伴って通知された必要データ伝送速度に基づいて物理ポート部を電源オン又は電源オフする。

ポート制御ステップは、スイッチ装置の論理回線に接続されている計算機でジョブを開始する直前の設定操作で通知されたデータ伝送速度に基づいて物理ポート部を電源オン又は電源オフする。

（プログラム）
本発明は、ネットワーク管理プログラムを提供する。本発明のネットワーク管理プログラムは、所定の回線伝送速度（帯域）をもつ複数の物理ポート部を備えた複数のスイッチ装置を有し、複数のスイッチ装置の物理ポート部に接続した物理回線により複数の計算機を相互接続して並列計算機システムを構築する相互接続網を管理するネットワーク管理装置のコンピュータに、
スイッチ装置における複数の物理ポート部に接続した物理回線を束ねて１つの論理回線を構築する論理回線構築ステップと、
スイッチ装置の複数の物理ポート部を電源オン又は電源オフすることにより物理回線を有効化又は無効化して、計算機の間で必要なデータ伝送速度に対応した回線伝送速度に変更するポート制御ステップと、
を実行させることを特徴とする。

（システム）
本発明は、ネットワーク管理システムを提供する。本発明ネットワーク管理システムは、
所定の回線伝送速度（帯域）をもつ複数の物理ポート部を備えた複数のスイッチ装置を有し、複数のスイッチ装置の物理ポート部に接続した物理回線により複数の計算機を相互接続して並列計算機システムを構築した相互接続網と、
相互接続網を管理するネットワーク管理装置と、
を備え、
ネットワーク管理装置は、
スイッチ装置における複数の物理ポート部に接続した物理回線を束ねて１つの論理回線を構築する論理回線構築部と、
スイッチ装置の複数の物理ポート部を電源オン又は電源オフすることにより物理回線を有効化又は無効化して、計算機の間で必要なデータ伝送速度に対応した回線伝送速度に変更するポート制御部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、複数の物理ポート部に接続した物理回線を束ねて１つの論理回線にみせるスイッチ装置において、論理回線を構成する複数の物理ポート部を個別に電源オン又は電源オフにより有効化又は無効化することで、必要とするデータ伝送速度に応じて論理回線の回線伝送速度（帯域）を動的に変更することができ、データ伝送速度が低いときには、過剰な回線伝送速度を提供している物理ポート部の電源をオフして物理回線を無効化することで回線伝送速度を下げ、これによって消費電力を必要最小限に抑えることができる。

また、物理ポート部の電源オン又は電源オフにより物理回線を有効化又は無効化して論理回線の回線伝送速度を動的に変更しているため、データ伝送速度が低い場合にも少なくとも１本の物理回線は有効化されているために論理回線が途切れることがなく、ネットワーク形状が変化する不都合は起きない。

また、スイッチ装置における通信履歴に基づく必要なデータ伝送速度の予測、計算機の使用者の操作指示による明示的な必要なデータ伝送速度の確保と開放、更に、ジョブを実行する計算機のプログラムに埋め込まれた特殊命令の実行に基づく必要なデータ伝送速度の確保と開放などを行うことで、必要なデータ伝送速度に応じて論理回路の回線伝送速度を動的に変え、相互接続網を介して接続している計算機のその時々の稼動状況に応じて、消費電力を低減しながら柔軟で無駄のないスイッチ装置間の回線伝送速度を提供することが可能となる。

図１は本発明の一実施形態を示した並列計算機システムの説明図である。図１において、ネットワークスイッチとして機能するスイッチ装置１０−１，１０−２は、本実施形態にあっては、４台の計算機１２−１〜１２−４を物理回線により相互接続して並列計算機システムの相互接続網（インタコネクト）１１を構成している。

スイッチ装置１０−１，１０−２は、本実施形態にあっては１６本の物理回線が接続可能であり、４本の物理回線を１つにまとめて論理回線１４−１〜１４−６を構築している。スイッチ装置１０−１に対しては、論理回線１４−１，１４−２により計算機１２−１，１２−２が接続され、またスイッチ装置１０−１，１０−２間は論理回線１４−３，１４−４で接続され、更にスイッチ装置１０−２には計算機１２−３，１２−４が論理回線１４−５，１４−６により接続されている。

このようなスイッチ装置１０−１，１０−２により計算機１２−１〜１２−４を相互接続した相互接続網（インタコネクト）１１にあっては、必要に応じて計算機１２−１〜１２−４の間でスイッチ装置１０−１，１０−２を経由して相互に１対１又は１対ｎの相互接続を確立することができる。

スイッチ装置１０−１，１０−２に対しては、相互接続網（インタコネクト）１１を管理するネットワーク管理装置１６が設けられる。ネットワーク管理装置１６はＬＡＮ１８によりスイッチ装置１０−１，１０−２及び計算機１２−１〜１２−４と接続されている。

ここでスイッチ装置１０−１，１０−２は、それぞれ１６本の物理回線を接続している内部の物理ポート部に対し、電源供給を個別にオン、オフ制御することができ、物理ポート部に対する電源供給をオン又はオフすることで物理回線を有効化又は無効化することができる。

図２は本実施形態によるスイッチ装置及びネットワーク管理装置を取り出して示した説明図である。図２において、スイッチ装置１０−１は半導体集積回路又は筐体組込みの回路ボートとてて製造されており、共通処理部２６に対し１６個の物理ポート部２０−１〜２０−１６を設け、物理ポート部２０−１〜２０−１６に対しては、本実施形態にあっては光モジュールを外付けポート部２２−１〜２２−１６として接続し、外付けポート部２２−１〜２２−１６から引き出された光ファイバー線路が物理回線２４−１〜２４−１６を構成している。

共通処理部２６には、プロセッサ２８、電源制御部３０及び共有メモリ３２が設けられている。プロセッサ２８には、物理ポート部２０−１〜２０−１６及び光モジュールを用いた外付けポート部２２−１〜２２−１６を個別に制御可能なファームウェアが組み込まれている。

電源制御部３０は、電源ライン３４により物理ポート部２０−１〜２０−１６及び外付けポート部２２−１〜２２−１６に電源供給を行っており、各ポート部に対する電源供給を個別にオンオフ制御することができ、電源オンで物理回線を有効化し、電源オフで物理回線を無効化する。

共有メモリ３２は、物理ポート部２０−１〜２０−１６の相互間におけるデータ転送を、例えばＦＩＦＯ機能を使用して実行する。共有メモリ３２の機能はクロスバーにより代替することもできる。

スイッチ装置１０−１に対し外部の制御端末として設けられたネットワーク管理装置１６は、論理ポート構築部３６、ポート制御部３８及び履歴テーブル４０を備えている。論理ポート構築部３６は、スイッチ装置１０−１における物理ポート部２０−１〜２０−１６及び外付けポート部２２−１〜２２−１６に接続した物理回線２４−１〜２４−１６を所定数単位、例えば本実施形態にあっては４本ずつに束ねて論理回線１４−１〜１４−４を構成している。

ポート制御部３８は、論理回線１４−１〜１４−４を構成する４本ずつの物理回線を、４つの物理ポート部のオン、オフ制御により有効化又は無効化して回線伝送速度を動的に変化させ、論理回線１４−１〜１４−４に必要なデータ伝送速度に応じた回線伝送速度を提供する。

これによって常にデータ伝送速度に見合った数の物理回線を有効化し、残りの物理回線は無効化することで、論理回線１４−１〜１４−４の回線伝送速度が確保され、不必要な物理回線については、ポート部の電源をオフしていることで、消費電力の低減を図ることができる。

履歴テーブル４０にはスイッチ装置１０−１の物理ポート部２０−１〜２０−１６から検出されるデータ伝送速度が通信履歴として格納される。データ伝送速度の検出は、例えばパケットカウンタを使用し、物理ポート部２０−１〜２０−１６において受信されるデータパケットをカウントして検出する。

また本実施形態における回線伝送速度の制御は論理回線単位に行うことから、データ伝送速度について論理回線１４−１〜１４−４単位にまとめて通信履歴として格納する。

ここでポート制御部３８によるスイッチ装置１０−１の論理回線１４−１〜１４−４を構成する物理ポート及び外付けポートに対する電源供給のオン、オフにより回線伝送速度を動的に変化させるために必要なデータ伝送速度の取得は、例えば次のいずれかを行う。
（１）論理回線の常時監視による必要データ伝送速度
（２）通信履歴に基づく予測による必要データ伝送速度
（３）使用可能計算機の台数に基づく必要データ伝送速度
（４）計算機のジョブ実行に伴うプログラム埋込みの特殊命令による必要データ伝送速度
（５）計算機使用者の操作指示によるジョブ実行時の必要データ伝送速度

このような（１）〜（５）のいずれかによる必要データ伝送速度に基づき、ポート制御部３８は、対象となる論理回線１４−１〜１４−４に対応した物理ポート部２０−１〜２０−１６及び外付けポート部２２−１〜２２−１６に対する電源供給のオン、オフ制御により、必要データ伝送速度に見合ったポート部の電源制御による有効化数を決めることで、必要データ伝送速度に対応した最適な回線伝送速度を動的に設定する。

例えば論理回線１４−１にあっては、４本の物理回線２４−１〜２４−４で構成されており、物理回線２４−１〜２４−４の１本当たりの回線伝送速度を１Ｇｂｐｓとすると、４台の物理ポート部２０−１〜２０−４と外付けポート部２２−１〜２２−４の４つの組につき、有効化数＝１とした場合は１Ｇｂｐｓの回線伝送速度、有効化数＝２とした場合は２Ｇｂｐｓの回線伝送速度、有効化数＝３とした場合は３Ｇｂｐｓの回線伝送速度、更に有効化数＝４とした場合は４Ｇｂｐｓの回線伝送速度というように論理回線１４−１の回線伝送速度を切り替えることができる。

図３は本実施形態のネットワーク管理装置１６のプログラムが実行されるコンピュータのハードウェア環境のブロック図である。図３において、ＣＰＵ８４に対しては、バスを介してＲＯＭ８６、ＲＡＭ８５、ハードディスクドライブ８８、キーボード９２，マウス９４及びディスプレイ９６を接続したデバイスインタフェース９０、更にネットワークアダプタ９８が接続されている。

ハードディスクドライブ８８には本実施形態のネットワーク管理プログラムが格納されており、コンピュータの起動時のブートアップ後のＲＡＭ８５に対するＯＳの読出し展開後に、ネットワーク管理プログラムがハードディスクドライブ８８から読み出されてＲＡＭ８５に記憶され、ＣＰＵ８４により実行される。

図４は本実施形態のスイッチ装置における物理ポート部と物理回線の説明図である。図４は図１のスイッチ装置１０−１，１０−２の間のネットワーク接続を取り出している。

図４において、スイッチ装置１０−１には物理ポート部２０−１１が設けられ、物理ポート部２０−１１にはエンコーダ４２、ドライバ４４、レシーバ５４及びデコーダ５６が設けられ、電源ライン３４−１による電源供給のオン又はオフで有効化又は無効化される。

スイッチ装置１０−２にも物理ポート部２０−２１が設けられ、物理ポート部２０−２１にはレシーバ４６、デコーダ４８、エンコーダ５０及びドライバ５２が設けられている。物理ポート部２０−１１のドライバ４４は、平衡線路５８−１によりスイッチ装置１０−２のレシーバ４６に接続される。またスイッチ装置１０−２のドライバ５２は、平衡線路５８−２によりスイッチ装置１０−１のレシーバ５４に接続される。この２本の平衡線路５８−１，５８−２を通常レーンと呼び、１レーンで物理回線６０を構成している。

物理ポート部２０−１１，２０−２１に設けているエンコーダ４２，５０は、パケット通信に伴って転送されてくるシリアルビット列を、例えば８ビット／１０ビット変換している。またデコーダ４８，５６は、レシーバ４６，５４で受信したシリアルビットデータを１０ビット／８ビット変換して元に戻している。

このような物理ポート部２０−１１，２０−２１による物理回線６０の回線伝送信速度は、物理ポート部２０−１１，２０−２１を動作しているクロック速度により決まり、例えば１Ｇｂｐｓの回線伝送速度（ビットレート）を得ている。

図５は外付けポート部を備えたスイッチ装置における物理ポート部と物理回線の説明図である。図５にあっては、図４のスイッチ装置１０−１，１０−２の物理ポート部２０−１１，２０−２１の外部に光モジュールからなる外付けポート部２２−１１，２２−２１を接続している。

外付けポート部２２−１１，２２−２１には発光部６２，６６と受光部６４，６８が設けられ、それぞれの間を光ファイバー７０，７２で接続しており、光ファイバー７０，７２によって物理回線７４を構成している。

外付けポート部２２−１１，２２−２１に対しては、スイッチ装置１０−１，１０−２から電源ライン３４−１，３４−２が接続されており、物理ポート部２０−１１，２０−２１と同時に電源供給のオン、オフ制御が行われる。

図６は本実施形態のネットワーク管理部１６に設けた論理ポート構築部３６で使用される論理回線予約テーブル７６の説明図である。図６において、論理回線予約テーブル７６は論理回線に対応した論理ポート番号７８と物理回線に対応した物理ポート番号８０で構成されている。

図１のスイッチ装置１０−１を例にとると、論理回線予約テーブル７６には論理ポート番号７８として論理回線１４−１〜１４−４に対応した論理ポート番号Ｌ００１〜Ｌ００４が格納されている。

スイッチ装置１０−１は、図２のように１６個の物理ポート部２０−１〜２０−１６を備えていることから、論理回線１４−１〜１４−４の論理ポート番号Ｌ００１〜Ｌ００４に対応し、物理ポート部２０−１〜２０−１６につき先頭から４つ単位に分けて物理ポート番号Ｐ００１〜Ｐ００４，Ｐ００５〜Ｐ００８，Ｐ００９〜Ｐ０１２及びＰＯ１３〜Ｐ０１６を格納している。

この論理回線予約テーブル７６は、ネットワーク管理装置１６において並列計算機システムの相互接続網（インタコネクト）を立ち上げる際に、オペレータの操作などによりテーブル内容が設定され、ネットワーク管理装置１６を起動した際に、論理回線予約テーブル７６の内容に基づき、スイッチ装置１０−１における論理回線と物理ポート部の対応関係が設定される。

このように論理回線予約テーブル７６による論理回線と物理ポート部の対応関係がスイッチ装置１０−１に設定された場合、特定の論理回線を構成する複数の物理ポート部の中のいずれかが電源オフにより無効化されて未使用状態になっていたとしても、テーブル内容に従った論理回線の物理ポート部しか使用できないため、他の論理回線が未使用状態にある物理ポート部を獲得して使用することを抑止できる。

図７は本実施形態のネットワーク管理装置１６に設けたポート制御部３８による必要データ伝送に基づいて論理回線の回線伝送速度を動的に変化させるために必要な物理ポート部に対する電源供給をオン、オフ制御するためのポート電源制御テーブルの説明図である。

図７において、物理ポート部に接続した物理回線１本の回線伝送速度を１Ｇｂｐｓとすると、物理回線４本で論理回線を構成しており、物理回線の有効化数に応じて必要データ伝送速度は次の４つのモードに分けられる。
モード１＝１Ｇｂｐｓ未満
モード２＝１Ｇｂｐｓ以上２Ｇｂｐｓ未満
モード３＝２Ｇｂｐｓ以上３Ｇｂｐｓ未満
モード４＝３Ｇｂｐｓ以上
モード１〜４の必要データ伝送速度に対応して物理回線に対応した４つの物理ポート部の番号Ｐ００１〜Ｐ００４に対し、電源オンで「○」、電源オフで「×」で示す電源制御パターンが設定される。

図２のネットワーク管理装置１６に設けたポート制御部３８は、必要データ伝送速度を取得すると図７のポート電源制御テーブル８２を参照して対応する物理ポート部に対する４ビット表現される電源制御パターンを取得し、これをスイッチ装置１０−１のプロセッサ２８に送って電源制御部３０を動作し、例えばモード３の電源制御パターンであれば、論理回線１４−１における物理ポート部２０−１〜２０−３と外付けポート部２２−１〜２２−３に対する電源供給をオンして物理回線２４−１〜２４−３を有効化し、物理ポート部２０−４と外付けポート部２２−４に対する電源供給をオフして物理回線２４−４を無効化する。

図８は本実施形態のネットワーク管理装置１６による管理処理のフローチャートである。図８において、ネットワーク管理装置１６の電源を投入すると、ステップＳ１で初期化処理を行った後、ステップＳ２で図６の論理回線予約テーブル７６を読み取って、スイッチ装置１０−１，１０−２に対しテーブル内容に基づく論理回線に対する物理ポート部（物理回線）の割当てを行う。

続いてステップＳ３で、必要データ伝送速度としてデフォルトデータ伝送速度を取得して図７のポート電源制御テーブル８２を参照し、例えばモード４の電源制御パターンで論理回線を構成する物理ポート部の電源を制御し、例えば論理回線の回線伝送速度を最大の４Ｇｂｐｓに初期設定する。

続いてステップＳ４でデータ伝送速度の変更イベントの有無をチェックし、変更イベントがあれば、ステップＳ５で変更イベントの対象となった必要データ伝送速度を取得する。この場合に取得する必要データ伝送速度は、前述した（１）〜（５）のいずれかにより与えられる。

次にステップＳ６で図７のポート電源制御テーブル８２を参照し、ステップＳ５で取得した必要なデータ伝送速度に対応した電源制御パターンを取得する。続いてステップＳ７で現在の電源制御パターンと比較し、ステップＳ８で電源制御パターンの変化した物理ポート部があった場合は、ステップＳ９でスイッチ装置に対し変化のあった物理ポート部の電源オン又は電源オフを指示する。このようなステップＳ４〜Ｓ９の処理を、ステップＳ１０で停止指示があるまで繰り返す。

なお、現在の電源制御パターンと比較せずに、ステップＳ６で取得した新たま電源制御パターンをそのままスイッチ装置に送って論理回線を構成する物理ポート部の電源をオン、オフ制御しても良い。

ここで図８のステップＳ５における必要通信速度の取得の詳細を説明する。この必要通信速度の取得は前述した（１）〜（５）のいずれかを採用する。

まず（１）の論理回線の常時監視による必要通信速度の取得については、図２に示したスイッチ装置１０−１のプロセッサ２８で実行されるファームウェアに物理ポート部２０−１〜２０−１６のデータパケットをカウントするパケットカウンタを設けておき、一定のタイミングでパケットカウンタの値をネットワーク管理装置１６に通知し、常時監視している論理回線のデータ伝送速度の変化に対し、論理回線の回線伝送速度をほぼリアルタイムで動的に変化させる。

次に前記（３）の使用可能計算機の台数に基づく必要データ伝送速度の取得は、相互接続網（インタコネクト）で構築されている並列計算機システムにおける計算機の全てが運用上、使用可能な状態になっているとは限らないことに基づいている。並列計算機システムの中で使用可能となっていない計算機が存在する場合には、その計算機は通信を行わないため、相互接続網全体に要求される通信量（データ伝送速度）は少なくなる。

そこでネットワーク管理装置１６で使用可能となっている計算機の数を取得し、必要なデータ伝送速度だけを提供するようにスイッチ装置の論理回線における回線伝送速度を調整する。

実際の運用にあっては、使用可能となっている計算機の数と位置は管理者によって管理されているため、この管理者の使用端末と本実施形態のネットワーク管理装置１６が計算機の使用可能に関する情報を共有することで、ネットワーク管理装置１６上で使用可能になっている計算機の台数を取得して、対応する論理回線に必要なデータ伝送速度を取得して、スイッチ装置の論理回線を構成する物理ポート部の有効化数を制御して最適な回線伝送速度とすることができる。

図９は本実施形態のネットワーク管理装置あり、前記「（２）通信履歴に基づく予測による必要データ伝送速度」に対応する。

図９において、ネットワーク管理装置１６のポート制御部３８には、履歴テーブル４０−１，４０−２、データ伝送速度予測部１０２、データ伝送速度調整部１０４、現在データ伝送速度保持部１０６、消費電力設定部１０８、ユーザ管理部１１０及びスイッチ設定部１１２が設けられている。

履歴テーブル４０−１，４０−２には、図１のスイッチ装置１０−１，１０−２のプロセッサで実行しているスイッチ装置ファームウェア１００−１，１００−２で検出された現在の論理回線ごとのデータ伝送速度が例えばパケットカウンタを使用して取得され、格納されている。

データ伝送速度予測部１０２は、履歴テーブル４０−１，４０−２に統計処理に必要な量の履歴情報が蓄積された適宜のタイミングでデータ伝送速度の予測を行う。このデータ伝送速度の予測は例えば次の予測タイムスケジュールを生成する。
（１）１日２４時間の各時間ごとの必要データ伝送速度の予測タイムスケジュール
（２）１週間各曜日ごとの必要データ伝送速度の予測タイムスケジュール

このような履歴テーブル４０−１，４０−２に基づく各論理回線ごとの予測タイムスケジュールが作成できたならば、タイムスケジュールの時刻を現在時刻と比較し、現在時刻がスケジュール上の時刻に達したならば、対応する予測データ伝送速度をデータ伝送速度調整部１０４に出力する。データ伝送速度調整部１０４にあっては、現在データ伝送速度保持部１０６の現在データ伝送速度、消費電力設定部１０８からの設定条件、ユーザ管理部１１０からの設定条件に基づいて、予測データ伝送速度を調整して出力する。

消費電力設定部１０８による設定情報としては、重み設定や最大提供データ伝送速度の制限などがある。またユーザ管理部１１０による設定としては、優先度、データ伝送速度、電力増減などがある。

データ伝送速度調整部１０４で調整が済んだデータ伝送速度はスイッチ設定部１１２に与えられ、予測データ伝送速度に対し、現在のデータ伝送速度との関係から、図７に示したポート電源制御テーブル８２に従って電源制御パターンを生成し、スイッチ装置側のスイッチファームウェエア１００−１，１００−２に通知して、論理回線を構成している物理ポート部の電源供給をオン、オフ制御し、新たな予測データ伝送速度に適合した物理ポート部の有効化数への切替えを行って、予測データ伝送速度に見合った論理回線の回線伝送速度を提供する。

図１０は図９のデータ伝送速度予測処理のフローチャートである。図１０において、ステップＳ１でのスイッチ装置から論理回線ごとのデータ伝送速度を取得し、履歴テーブルに記録する。続いてステップＳ２で統計処理に必要な量の履歴情報が履歴テーブルに蓄積された予測スケジュールの作成タイミングを判別するとステップＳ３に進み、履歴テーブルに基づいて次の予測タイムスケジュールを生成する。

続いてステップＳ４で消費電力設定部１０８による設定を判別するとステップＳ５で重み設定や最大提供データ伝送速度の制限などの消費電力設定を満たすように予測スケジュールを調整する。またステップＳ６でユーザ管理部１１０による設定を判別すると、ステップＳ７で優先度、データ伝送速度、電力増減などのユーザ管理指示を満たすように予測スケジュールを調整する。これＳ１〜Ｓ７の処理をステップＳ８で停止指示を判別するまで繰り返す。

図１１は本実施形態のネットワーク管理装置１６に設けたポート制御部３６による計算機のジョブプログラムに埋め込んだ特殊命令に基づく必要データ伝送速度の指示に基づく機能処理の説明図である。これは前記（４）に対応した必要通信速度の取得に基づく処理となる。

図１１において、ネットワーク管理装置１６のポート制御部３８には、データ伝送速度調整部１０４、現行データ伝送速度保持部１０６、消費電力設定部１０８、ユーザ管理部１１０及びスイッチ設定部１１２が設けられている。一方、相互接続網（インタコネクト）で接続された計算機側には計算機ジョブ１１４−１，１１４−２が設けられており、適宜のタイミングで実行される。

本実施形態にあっては、計算機ジョブ１１４−１，１１４−２側に、ジョブの実行に伴ってデータ伝送速度の確保を行う特殊命令１１６と、データ伝送速度の開放を行う特殊命令１１８をプログラムの中に埋め込んでいる。このような計算機ジョブ１１４−１におけるプログラムに対する特殊命令１１６，１１８の埋込みは、計算機の使用者側でプログラムの中にデータ伝送速度の確保と開放を行う特殊命令１１６，１１８を挿入する。

また人為的な特殊命令１１６，１１８の埋込み以外に、プログラム中で通信を必要とする部分は比較的容易に同定できるため、コンパーレンや通信部を見つけて特殊命令を埋め込むツールを使用することで、データ伝送速度の確保と開放を行う特殊命令１１６，１１８をプログラム中に埋め込むことができる。

このようなデータ伝送速度の確保と開放を行う特殊命令１１６，１１８を埋め込んだプログラムによる計算機ジョブ１１４−１を実行した場合には、通信を必要とする処理の前に特殊命令１１６の命令コードが解読され、ネットワーク管理装置１６のデータ伝送速度調整部１０４に対し、ジョブの実行に必要なデータ伝送速度が通知され、これを受けてデータ伝送速度調整部１０４で調整処理を行った後、スイッチ設定部１１２に出力して、図７に示したポート電源制御テーブル８２から得られた電源制御パターンをスイッチ装置のスイッチ装置ファームウェア１１０−１に出力して、計算機ジョブ１１４−１の実行に必要な論理回線の回線伝送速度を確保する。

計算機ジョブ１１４−１でジョブが終了すると、データ伝送速度を開放する特殊命令１１８が解読され、ネットワーク管理装置１６によりジョブ実行中に例えば増加させていた論理回線の回線伝送速度を元に戻す処理が行われる。

図１２は図１１のジョブプログラムに埋め込んだ特殊命令に基づく必要データ伝送速度の指示に基づく処理機能のタイムチャートである。図１２において、計算機処理においてステップＳ１でジョブが開始されると、ステップＳ２で特殊命令を解読して必要なデータ伝送速度をネットワーク管理装置１６側に通知する。これを受けてネットワーク管理処理にあっては、ステップＳ１０１でデータ伝送速度を取得し、図７のポート電源制御テーブル８２から物理ポート部の電源制パターンを取得し、論理回線の回線伝送速度を増加させるように物理ポート部の電源オン制御を行う。

続いて計算機処理は、ステップＳ３でジョブを実行し、続いてステップＳ４でデータ伝送通信速度の開放を通知する。このデータ伝送速度の開放通知を受けて、ネットワーク管理処理側にあっては、ステップＳ１０２で開放通知を取得して物理ポート部の電源制御状態を元にも電源オフ制御をスイッチ装置に対し行う。

この図１１及び図１２のような計算機ジョブを実行するプログラムにデータ伝送速度の確保と開放を行う特殊命令を埋め込むことができない場合についても、計算機におけるプログラム実行前に使用者が端末装置を使用して明示的にデータ伝送速度の予約を行い、プログラム終了時に予約したデータ伝送速度を開放し、この使用者操作に伴うデータ伝送速度の予約と開放をネットワーク管理装置１６に通知することで、プログラム実行に伴って必要なデータ伝送速度を確保するように、相互接続網の対応するスイッチ装置における論理回線を構成する物理ポート部の有効化数による回線伝送速度を、予約されたデータ伝送速度が確保できるように切り替えることができる。これは前記（５）の計算機使用者の予約指示によるジョブ実行時の必要通信速度の取得に対応した処理となる。

また本実施形態は、ネットワーク管理装置１６で実行されるネットワーク管理プログラムを提供するものであり、このプログラムは図８，図１０のフローチャートに示した内容を持つことになる。

また本発明は、ネットワーク管理装置１６のコンピュータで可読なネットワーク管理プログラムを格納した記録媒体を提供するものであり、この記録媒体としてはＣＤ−ＲＯＭ、フロッピィ（Ｒ）ディスク、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの可搬型記憶媒体や、コンピュータシステムの内外に備えられたハードディスクドライブなどの記憶装置の他、回線を介してプログラムを保持するデータベース、あるいは他のコンピュータシステム並びにそのデータベースや、更に回線上の伝送媒体を含むものである。

なお上記の実施形態は、並列計算機システムを構成する相互接続網のスイッチ装置を管理するネットワーク管理装置１６に、論理ポート構築部３６とポート制御部３８のプログラムにより実現される機能を設けているが、これらの機能の全部または一部をスイッチ装置側のプロセッサのファームウェアに組み込むようにしてもよい。

また本実施形態は、本発明の目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

ここで本発明の特徴をまとめて列挙すると次の付記のようになる。
（付記）

（付記１）
所定の回線伝送速度（帯域）をもつ複数の物理ポート部を備えた複数のスイッチ装置を有し、前記複数のスイッチ装置の物理ポート部に接続した物理回線により複数の計算機を相互接続して並列計算機システムを構築する相互接続網を管理するネットワーク管理方法に於いて、
前記スイッチ装置における複数の物理ポート部に接続した物理回線を束ねて１つの論理回線を構築する論理回線構築ステップと、
前記スイッチ装置の複数の物理ポート部を電源オン又は電源オフすることにより前記物理回線を有効化又は無効化して、前記計算機の間で必要なデータ伝送速度に対応した回線伝送速度に変更するポート制御ステップと、
を設けたことを特徴とするネットワーク管理方法。（１）

（付記２）
付記１記載のネットワーク管理方法に於いて、前記スイッチ装置の物理ポート部は、外付けポート部を介して前記物理回線を接続しており、前記物理ポート部及び外付けポート部に対し電源供給をオン、オフ制御することを特徴とするネットワーク管理方法。

（付記３）
付記１記載のネットワーク管理方法に於いて、前記ポート制御ステップは、
前記計算機の間で必要なデータ伝送速度が前記物理回線の１回線分の回線伝送速度を下回ることを判定する毎に、前記物理回線毎に設けた物理ポート部を所定の優先順位に従って順次電源オフして無効化するポート無効化ステップと、
前記計算機の間で必要なデータ伝送速度が前記物理回線の１回線分の回線伝送速度を上回ることを判定する毎に、無効化している前記物理ポート部を前記優先順位とは逆の順位に従って順次電源オンして有効化するポート有効化ステップと、
を備えたことを特徴とするネットワーク管理方法。（２）

（付記４）
付記１記載のネットワーク管理方法に於いて、前記ポート制御ステップは、前記論理回線から検出したデータ伝送速度に基づいて前記物理ポート部を電源オン又は電源オフすることを特徴とするネットワーク管理方法。（３）

（付記５）
付記１記載のネットワーク管理方法に於いて、前記ポート制御ステップは、前記スイッチ装置から取得した通信履歴から前記論理回線のデータ伝送速度の予測タイムスケジュールを生成し、前記予測タイムスケジュールに基づいて前記物理ポート部を電源オン又は電源オフすることを特徴とするネットワーク管理方法。（４）

（付記６）
付記５記載のネットワーク管理方法に於いて、前記ポート制御ステップは、一日２４時間の各時間毎の必要データ伝送速度の予測タイムスケジュール又は1週間各曜日毎の必要データ伝送速度の予測タイムスケジュールに基づいて前記物理ポート部を電源オン又は電源オフすることを特徴とするネットワーク管理方法。

（付記７）
付記１記載のネットワーク管理方法に於いて、前記ポート制御ステップは、前記スイッチ装置の論理回線に接続されている計算機の使用可能台数に基づいて前記物理ポート部を電源オン又は電源オフすることを特徴とするネットワーク管理方法。（５）

（付記８）
付記３記載のネットワーク管理方法に於いて、前記ポート制御ステップは、前記スイッチ装置の論理回線に接続されている計算機で実行されるプログラムのジョブの開始部分と終了部分に埋め込まれた特殊命令の実行に伴って通知された必要データ伝送速度に基づいて前記物理ポート部を電源オン又は電源オフすることを特徴とするネットワーク管理方法。（６）

（付記９）
付記３記載のネットワーク管理方法に於いて、前記ポート制御ステップは、前記スイッチ装置の論理回線に接続されている計算機でジョブを開始する直前の設定操作で通知されたデータ伝送速度に基づいて前記物理ポート部を電源オン又は電源オフすることを特徴とするネットワーク管理方法。（７）

（付記１０）
所定の回線伝送速度（帯域）をもつ複数の物理ポート部を備えた複数のスイッチ装置を有し、前記複数のスイッチ装置の物理ポート部に接続した物理回線により複数の計算機を相互接続して並列計算機システムを構築する相互接続網を管理するネットワーク管理装置のコンピュータに、
前記スイッチ装置における複数の物理ポート部に接続した物理回線を束ねて１つの論理回線を構築する論理回線構築ステップと、
前記スイッチ装置の複数の物理ポート部を電源オン又は電源オフすることにより前記物理回線を有効化又は無効化して、前記計算機の間で必要なデータ伝送速度に対応した回線伝送速度に変更するポート制御ステップと、
を実行させることを特徴とするネットワーク管理プログラム。（８）

（付記１１）
付記１０記載のネットワーク管理プログラムに於いて、前記ポート制御ステップは、
前記計算機の間で必要なデータ伝送速度が前記物理回線の１回線分の回線伝送速度を下回ることを判定する毎に、前記物理回線毎に設けた物理ポート部を所定の優先順位に従って順次電源オフして無効化するポート無効化ステップと、
前記計算機の間で必要なデータ伝送速度が前記物理回線の１回線分の回線伝送速度を上回ることを判定する毎に、無効化している前記物理ポート部を前記優先順位とは逆の順位に従って順次電源オンして有効化するポート有効化ステップと、
を備えたことを特徴とするネットワーク管理プログラム。（９）

（付記１２）
付記１０記載のネットワーク管理プログラムに於いて、前記ポート制御ステップは、前記論理回線から検出したデータ伝送速度に基づいて前記物理ポート部を電源オン又は電源オフすることを特徴とするネットワーク管理プログラム。

（付記１３）
付記１０記載のネットワーク管理プログラムに於いて、前記ポート制御ステップは、前記スイッチ装置から取得した通信履歴から前記論理回線のデータ伝送速度の予測タイムスケジュールを生成し、前記予測タイムスケジュールに基づいて前記物理ポート部を電源オン又は電源オフすることを特徴とするネットワーク管理プログラム。

（付記１４）
付記１３記載のネットワーク管理プログラムに於いて、前記ポート制御ステップは、一日２４時間の各時間毎の必要データ伝送速度の予測タイムスケジュール又は1週間各曜日毎の必要データ伝送速度の予測タイムスケジュールに基づいて前記物理ポート部を電源オン又は電源オフすることを特徴とするネットワーク管理プログラム。

（付記１５）
付記１０記載のネットワーク管理プログラムに於いて、前記ポート制御ステップは、前記スイッチ装置の論理回線に接続されている計算機の使用可能台数に基づいて前記物理ポート部を電源オン又は電源オフすることを特徴とするネットワーク管理プログラム。

（付記１６）
付記１０記載のネットワーク管理プログラムに於いて、前記ポート制御ステップは、前記スイッチ装置の論理回線に接続されている計算機で実行されるプログラムのジョブの開始部分と終了部分に埋め込まれた特殊命令の実行に伴って通知された必要データ伝送速度に基づいて前記物理ポート部を電源オン又は電源オフすることを特徴とするネットワーク管理プログラム。

（付記１７）
付記１０記載のネットワーク管理プログラムに於いて、前記ポート制御ステップは、前記スイッチ装置の論理回線に接続されている計算機でジョブを開始する直前の設定操作で通知されたデータ通信速度に基づいて前記物理ポート部を電源オン又は電源オフすることを特徴とするネットワーク管理プログラム。

（付記１８）
所定の回線伝送速度（帯域）をもつ複数の物理ポート部を備えた複数のスイッチ装置を有し、前記複数のスイッチ装置の物理ポート部に接続した物理回線により複数の計算機を相互接続して並列計算機システムを構築する相互接続網と、
前記相互接続網のスイッチ装置を管理するネットワーク管理装置と、
を備え、
前記ネットワーク管理装置は、
前記スイッチ装置における複数の物理ポート部に接続した物理回線を束ねて１つの論理回線を構築する論理回線構築部と、
前記スイッチ装置の複数の物理ポート部を、電源オン又は電源オフすることにより前記物理回線を有効化又は無効化して、前記計算機の間で必要なデータ伝送速度に対応した回線伝送速度に変更するポート制御部と、
を設けたことを特徴とするネットワーク管理システム。（１０）

（付記１９）
付記１８記載のネットワーク制御システムに於いて、前記スイッチ装置の物理ポート部は、外付けポート部を介して前記物理回線を接続しており、前記物理ポート部及び外付けポート部に対する電源供給を制御することを特徴とするネットワーク制御システム。

（付記２０）
付記１８記載のネットワーク管理システムに於いて、前記ポート制御部は、
前記計算機の間で必要なデータ伝送速度が前記物理回線の１回線分の回線伝送速度を下回ることを判定する毎に、前記物理回線毎に設けた物理ポート部を所定の優先順位に従って順次電源オフして無効化するポート無効化部と、
前記計算機の間で必要なデータ伝送速度が前記物理回線の１回線分の回線伝送速度を上回ることを判定する毎に、無効化している前記物理ポート部を前記優先順位とは逆の順位に従って順次電源オンして有効化するポート有効化部と、
を備えたことを特徴とするネットワーク管理システム。

本発明の一実施形態を示した並列計算機システムの説明図 本実施形態によるスイッチ装置及びネットワーク管理装置の説明図 本実施形態のネットワーク管理装置のプログラムが実行されるコンピュータのハードウェア環境のブロック図 本実施形態のスイッチ装置における物理ポート部と物理回線の説明図 外付けポート部を備えたスイッチ装置における物理ポート部と物理回線の説明図 本実施形態の論理ポート構築部で使用する論理回線予約テーブルの説明図 論理回線の必要データ伝送速度に基づく物理ポート部に対する電源制御パターンを示したポート電源制御テーブルの説明図 本実施形態のネットワーク管理処理のフローチャート 本実施形態のポート制御部による必要データ伝送速度の予測処理機能の説明図 図９のポート制御部による必要データ伝送速度の予測処理のフローチャート 本実施形態のポート制御部による計算機のジョブプログラムに埋め込んだ特殊命令に基づく必要データ伝送速度の指示に基づく処理機能の説明図 図１１の処理機能による計算機とネットワーク管理装置の処理を示したタイムチャート

符号の説明

１０−１，１０−２：スイッチ装置
１１：相互接続網
１２−１〜１２−４：計算機
１４−１〜１４−６：論理回線
１６：ネットワーク管理装置
１８：ＬＡＮ
２０−１〜２０−１６，２０−１１，２０−２１：物理ポート部
２２−１〜２２−１６：外付けポート部
２４−１〜２４−１６，６０，７４：物理回線
２６：共通処理部
２８：プロセッサ
３０：電源制御部
３２：共有メモリ
３４，３４−１，３４−２：電源ライン
３６：論理ポート構築部
３８：ポート制御部
４０，４０−１，４０−２：履歴テーブル
４２，５０：エンコーダ
４４，５２：ドライバ
４６，５４：レシーバ
４８，５６：デコーダ
５８−１，５８−２：平行線路
６２，６６：発光部
６４，６８：受光部
７０，７２：光ファイバー線路
７６：論理回線予約テーブル
７８：論理ポート番号
８０：物理ポート番号
８２：ポート電源制御テーブル
８４：ＣＰＵ
８５：ＲＡＭ
８６：ＲＯＭ
８８：ハードディスクドライブ
９０：デバイスインタフェース
９２：キーボード
９４：マウス
９６：ディスプレイ
９８：ネットワークアダプタ
１００−１，１００−２：スイッチ装置ファームウェア
１０２：データ伝送速度予測部
１０４：データ伝送速度調整部
１０６：現在データ伝送速度保持部
１０８：消費電力設定部
１１０：ユーザ管理部
１１２：スイッチ設定部
１１４−１，１１４−２：計算機ジョブ
１１６，１１８：特殊命令

Claims (3)

1. 所定の回線伝送速度（帯域）をもつ複数の物理ポート部を備えた複数のスイッチ装置を有し、前記複数のスイッチ装置の物理ポート部に接続した物理回線により複数の計算機を相互接続して並列計算機システムを構築する相互接続網を管理するネットワーク管理方法に於いて、
   前記スイッチ装置における複数の物理ポート部に接続した物理回線を束ねて1つの論理回線を構築する論理回線構築ステップと、
   前記スイッチ装置から取得した通信履歴から一日２４時間の各時間毎の前記論理回線の必要データ伝送速度の予測タイムスケジュールまたは１週間各曜日毎の前記論理回線の必要データ伝送速度の予測タイムスケジュールを生成し、前記予測タイムスケジュールに対応した必要データ伝送速度に基づいて前記複数の物理ポート部を電源オン又は電源オフすることにより前記物理回線を有効化又は無効化して、前記データ伝送速度に対応した回線伝送速度に変更するポート制御ステップと、
   を設けたことを特徴とするネットワーク管理方法。
   
2. 所定の回線伝送速度（帯域）をもつ複数の物理ポート部を備えた複数のスイッチ装置を有し、前記複数のスイッチ装置の物理ポート部に接続した物理回線により複数の計算機を相互接続して並列計算機システムを構築する相互接続網を管理するネットワーク管理装置のコンピュータに、
   前記スイッチ装置における複数の物理ポート部に接続した物理回線を束ねて1つの論理回線を構築する論理回線構築ステップと、
   前記スイッチ装置から取得した通信履歴から一日２４時間の各時間毎の前記論理回線の必要データ伝送速度の予測タイムスケジュールまたは１週間各曜日毎の前記論理回線の必要データ伝送速度の予測タイムスケジュールを生成し、前記予測タイムスケジュールに対応した必要データ伝送速度に基づいて前記複数の物理ポート部を電源オン又は電源オフすることにより前記物理回線を有効化又は無効化して、前記データ伝送速度に対応した回線伝送速度に変更するポート制御ステップと、
   を実行させることを特徴とするネットワーク管理プログラム。
   
3. 所定の回線伝送速度（帯域）をもつ複数の物理ポート部を備えた複数のスイッチ装置を有し、前記複数のスイッチ装置の物理ポート部に接続した物理回線により複数の計算機を相互接続して並列計算機システムを構築する相互接続網と、
   前記相互接続網のスイッチ装置を管理するネットワーク管理装置と、
   を備え、
   前記ネットワーク管理装置は、
   前記スイッチ装置における複数の物理ポート部に接続した物理回線を束ねて1つの論理回線を構築する論理回線構築部と、
   前記スイッチ装置から取得した通信履歴から一日２４時間の各時間毎の前記論理回線の必要データ伝送速度の予測タイムスケジュールまたは１週間各曜日毎の前記論理回線の必要データ伝送速度の予測タイムスケジュールを生成し、前記予測タイムスケジュールに対応した必要データ伝送速度に基づいて前記複数の物理ポート部を、電源オン又は電源オフすることにより前記物理回線を有効化又は無効化して、前記データ伝送速度に対応した回線伝送速度に変更するポート制御部と、
   を設けたことを特徴とするネットワーク管理システム。

Images