與協調無關的速率適配部署方法和系統的制作方法

專利名稱：與協調無關的速率適配部署方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用速率適配提高能量效率，并且具體地涉及組合睡眠狀態開發和速率縮放技術的最佳屬性的速率適配方案。
背景技術：
數據聯網服務和應用例如通過用數據分組的電子傳輸來替代人和物品的運輸而在廣泛的經濟活動的實現了實質性的能量節約。為了最大化由網絡服務和應用提供的替代功能的能量節約收益，分組網絡本身必須在每個部件和每個功能中廣泛地將能量效率作為目標。能量效率因而變成網絡設備設計和鑒定中的最重要的屬性。網絡節點將數據分組從一個網絡接口轉發到另一個，這通常修改了它們一部分內 容。為了最小化能量消耗，網絡設備中的能量使用應當與業務處理活動成比例。更具體地，系統中的能量使用應當隨著網絡業務負載縮放并且當系統不處理分組時應當變得可忽略。速率縮放和睡眠狀態開發是用于當業務負載在鏈路容量之下時減少網絡節點中的能量消耗的受歡迎的方法。(作為參考，在本公開中，術語速率縮放和睡眠狀態開發是作為速率適配的例子)利用速率縮放，利用頻率與功率之間的通常為線性的關系來在低業務負載下降低功率消耗電平，數據路徑設備的時鐘頻率隨時間改變以跟蹤業務負載。然而，由于業務處理速率也隨操作頻率而縮放，因此可能由于頻率降低而導致延遲累積。為了控制延遲累積，速率縮放系統的操作通常受到較低處理速率能夠對業務施加的附加延遲的邊界的約束。通過在速率縮放系統中合并動態電壓與頻率調節(DVFS, dynamic voltage and frequencyscaling)技術，能夠獲得功率消耗電平的大幅降低。在DVFS設備中，電源的電壓電平能夠隨著時鐘頻率縮小而降低，至少降低到用于維持處于可預知操作中的設備的電路而需要的最小電壓電平。利用睡眠狀態開發，網絡設備在全容量狀態與睡眠狀態之間交替，其中，在所述全容量狀態中只要用于處理的業務可用它就以最大時鐘頻率操作，而在所述睡眠狀態中功耗相當低。盡管在定義并研究了速率縮放和睡眠狀態開發方案和結構的文獻中可以找到工作的重要部分，然而仍存在幾個未解決的問題。首先，鄰近的速率適配設備的協調的清晰框架仍然不可用。對于具有至今已經提出的結構的睡眠狀態開發技術而言，缺乏協調會導致能量節約性能的實質性降低，而引入協調需要標準主體的廣泛一致(例如參見在IEEE 802. 3az Energy Efficient EthernetTask Force中正在進行的工作)，或者需要整個網絡的絕大部分的全面配合。即使在單個電路板內，新部件以及因此的新能耗源必須被添加以協調多個速率縮放設備的時鐘頻率。其次，盡管速率適配技術所呈現的能量節約性能結果通常并不令人鼓舞，然而它們非常依賴于在給定設備內可用的特定操作狀態集合以及所產生的功率-速率(PR，power-rate)功能。當比較不同的方案時,對最佳解決方案的最終選擇僅能夠在輸入實際設備的真實參數之后被確定。對于直觀設計實踐的通用指南仍是不可用的。因此，期望一種組合了睡眠狀態開發和速率縮放的最佳屬性的用于速率適配的方案，其同時克服了現有技術中可用的速率適配技術的限制。[AF問題“限制”是否應當在這里被明確地寫出(例如協調的需要、明顯優勝者的缺乏、能量節約與延遲降級之間的明顯折衷的缺乏)？]

發明內容
本發明的目的是提供一種用于通過速率適配實現分組網絡中的能量效率的改進的系統和方法。根據本發明的一個方面，提供了一種用于在具有多個不提供速率適配的相連網絡 節點的分組網絡中建立速率適配域的方法，該方法具有以下步驟首先，將多個相連網絡節點劃分成子域，每個子域具有與至少另一個子域的連接接口 ；然后，在連接接口之中標識那些與速率無關的連接接口，其中通過所述連接接口的數據傳輸的完整性是與那些相連的子域的操作狀態無關地被保持的；接著，標識其所有連接接口都是與速率無關的連接接口的至少一個子域；以及作為與速率無關的子域來操作這個子域。在本發明的一些實施例中，操作的步驟包括在輸入接口接收來自在所述速率適配域的上游的緊接著的那個域的分組；和建立關聯于所接收分組的服務質量需求；進一步地，在處理單元中處理所接收分組；在輸出接口將分組派送到在所述速率適配域的下游的緊接著的那個域；建立狀態變量的集合；利用所述狀態變量控制所述處理單元的操作狀態以控制在所述輸出接口上派送分組的速率；選擇所述狀態變量以滿足可行的離開曲線；以及進一步選擇所述狀態變量以減少所述速率適配域中的能量消耗。有利地，在特定的實施例中，分組處理的步驟包括分析、修改和存儲到緩存隊列中的至少一個。同樣，在一些實施例中，進一步選擇的步驟選擇狀態變量以將所述處理單元置于睡眠狀態或選擇狀態變量以調整所述處理單元的時鐘速率。同樣，在一些實施例中，所述可行的離開曲線是最佳離開曲線。根據本發明的另一個方面，提供了一種具有分組網絡中的速率適配域的系統，所述分組網絡具有多個相連網絡節點。所述系統包括多個子域，每個子域都是所述多個相連網絡節點的被劃分的子集，每個子域具有與至少另一個子域的連接接口。同樣，所述系統包括在所述連接接口之中的一組與速率無關的連接接口，其中，通過所述連接接口的數據傳輸的完整性是與那些相連的子域的操作狀態無關地被保持的；至少一個子域的所有連接接口是與速率無關的連接接口 ；并且所述至少一個子域作為速率適配子域而操作。在本發明的一些實施例中，至少一個子域還包括用于從在所述速率適配域的上游的緊接著的那個域接收分組的輸入接口 ；關聯于所接收分組的一組服務質量需求；用于處理所接收分組的處理單元；用于將分組派送至在所述速率適配域的下游的緊接著的那個域的輸出接口 ；用于控制所述處理單元的操作狀態的一組狀態變量，其中所述狀態變量控制在所述輸出接口上派送分組的速率；被選擇成滿足可行的離開曲線的所述狀態變量的子集；和被選擇成減少所述速率適配域中的能量消耗的所述狀態變量的子集的另一個子集。有利地，在特定的實施例中，所述系統還包括緩存隊列，所述處理單元可以將已經被該處理單元進行分析和修改中的至少一個的分組存儲到該緩存隊列中。同樣，所述狀態變量可以被選擇成控制將所述處理單元設定為睡眠狀態或調整所述處理單元的時鐘速率。在特定的實施例中，所述可行的離開曲線是最佳離開曲線。注意，以下描述和圖示僅說明了本發明的原理。因此，應當認識到，本領域技術人員將能夠設想各種不同的安排，盡管并未在這里明確描述或顯示，然而所述安排體現了本發明的原理并且包含于其精神和范圍內。此外，這里描述的所有實例都主要地旨在專門僅處于教學的目的而幫助讀者理解本發明的原理和發明人為了改進現有技術而提供的概念，并且被看成是不限制所述專門描述的實例和條件。此外，在描述了本發明的原理、方面和實施例的所有陳述以及其指定實例，都旨在包含其等價物。


參考附圖，通過閱讀下面對本發明實施例的詳細描述，將更好地理解本發明，其中圖I示出了根據現有技術的通過數據路徑相連的網絡節點的例子；
圖2a示出了根據現有技術的通過雙向鏈路相連的一組網絡節點；圖2b示出了圖2a的可選版本，其中雙向鏈路被分成它們的單向組件；圖2c示出了圖2b的有向圖版本，其中頂點代表速率適配域，而邊緣代表域之間的接口 ；圖3a和3b示出了一組到達和離開曲線；圖4a和4b示出了分別針對圖3a和3b的到達曲線的一組最佳服務曲線；圖5示出了根據本發明一個實施例的針對速率適配域的操作時間間隔的序列；圖6示出了針對速率縮放設備的不同操作區域；圖7不出了睡眠狀態開發設備的功耗；圖8示出了速率縮放和睡眠狀態開發設備的混合組合的功耗；圖9示出了根據本發明一個實施例的從睡眠狀態開發到速率縮放的最佳功率函數過渡點；圖10是根據本發明實施例的關于幾個后備(backlog)清除策略的能量增益的比較圖；圖11是根據本發明實施例的關于兩個指定的強后備清除策略的額外延遲的另一個比較圖；圖12是說明根據本發明一個實施例的速率適配方案的效果的性能圖，其中該速率適配方案組合了速率縮放和睡眠開發；和圖13是根據本發明一個實施例的將速率適配方案的延遲性能與其基本速率縮放方案進行對比的比較圖。
具體實施例方式下面是對遍及本說明書而使用的術語和概念的定義。也描述了用于評估速率適配方案的能量節約性能的參考模型。速率適配的聯網設備是一種在一個或多個接口上接收和轉發數據分組并且能夠將其操作狀態調整至為其提供的業務負載的設備。為速率適配設備安排了操作狀態的有限集合3={81;，1^1...1(}，其中每個狀態是用時鐘頻率(4)和電源電壓(Vk):sk= (fk，Vk)的固定值來標識的。由于唯一的業務處理容量r能夠被關聯于每個頻率值f，因此能夠也用各個處理能力的參考sk= (rk, Vk)來代表操作狀態。對于每個狀態sk，根據設備是正在處理業
務(S':)、未處理業務、還是正從不同的狀態過渡到狀態sk，進一步定義激活子狀態S;、空閑子狀態Si以及過渡子狀態^。在速率適配設備的能量模型的一階逼近中，固定級別的功率消耗(iPWk、)被關聯于每個子狀態。三個功率消耗級別分別稱作激活功率、空閑功率和過渡功率。對于給定的設備，假定過渡時間δ是固定的并且與過渡中涉及的兩個狀態無關
權利要求
1.一種用于在具有多個不提供速率適配的相連網絡節點的分組網絡中建立速率適配域的方法，該方法包括 將所述多個相連網絡節點劃分成子域，每個子域具有與至少另一個子域的連接接口 ；在所述連接接口之中標識那些與速率無關的連接接口，其中通過所述連接接口的數據傳輸的完整性是與那些相連的子域的操作狀態無關地被保持的； 標識其所有連接接口都是與速率無關的連接接口的至少一個子域；和 作為與速率無關的子域來操作所述至少一個子域。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，所述操作的步驟還包括 在輸入接口接收來自在所述速率適配域上游的緊接著的那個域的分組； 建立關聯于所接收分組的服務質量需求； 在處理單元中處理所接收分組； 在輸出接口將分組派送至在所述速率適配域下游的緊接著的那個域； 建立狀態變量集合； 利用所述狀態變量控制所述處理單元的操作狀態從而控制分組在所述輸出接口上被派送的速率； 選擇所述狀態變量以滿足可行的離開曲線；和 進一步選擇所述狀態變量以減少所述速率適配域中的能量消耗。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述分組處理的步驟包括分析、修改和存儲到緩存隊列中的至少一個。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述進一步選擇的步驟選擇狀態變量以將所述處理單元置于睡眠狀態。
5.根據權利要求3所述的方法，其中，所述進一步選擇的步驟選擇狀態變量以調整所述處理單元的時鐘速率。
6.根據權利要求2所述的方法，其中，所述可行的離開曲線包括最佳離開曲線。
7.一種具有分組網絡中的速率適配域的系統，所述分組網絡具有多個相連的網絡節點，所述系統包括 多個子域，每個子域都是所述多個相連的網絡節點的所劃分的子集，每個子域具有與至少另一個子域的連接接口； 所述連接接口之中的一組與速率無關的連接接口，其中通過所述連接接口的數據傳輸的完整性是與所述相連子域的操作狀態無關地被保持的； 其所有連接接口都是與速率無關的連接接口的至少一個子域；和 作為速率適配子域操作的所述至少一個子域。
8.根據權利要求7所述的系統，其中，所述至少一個子域還包括 用于從在所述速率適配域上游的緊接著的那個域接收分組的輸入接口； 與所接收分組相關聯的一組服務質量需求； 用于處理所接收分組的處理單元； 用于將所述分組派送到在所述速率適配域下游的緊接著的那個域的輸出接口； 用于控制所述處理單元的操作狀態的一組狀態變量，其中所述狀態變量控制分組在所述輸出接口上被派送的速率；被選擇成滿足可行的離開曲線的所述狀態變量的子集；和 被選擇成減少所述速率適配域中的能量消耗的所述狀態變量的子集的另一個子集。
9.根據權利要求8所述的系統，還包括 緩存隊列，其中所述處理單元可以存儲已經被所述處理單元進行以下操作中的至少一個的分組分析和修改，其中所述狀態變量控制以下操作中的至少一個將所述處理單元設定為睡眠狀態和調整所述處理單元的時鐘速率。
10.根據權利要求8所述的系統，其中，所述可行的離開曲線包括最佳離開曲線。
全文摘要
公開了一種與協調無關的速率適配的方法和系統。與協調無關的速率適配的方法和系統規定在分組網絡中部署速率適配子域，該分組網在諸網絡節點之中不具有速率適配協調。該方法和系統特別地用于在現有網絡中遞增地引入速率適配設備；通過定義針對速率適配方案的狀態設定策略的類別來組合睡眠狀態開發和速率縮放技術的最佳屬性，其中所述速率適配方案對于額外延遲強制了嚴格的確定邊界，該方案會對其所部署于的每個節點上的網絡業務造成所述額外延遲。
文檔編號H04L12/24GK102714604SQ201080057429
公開日2012年10月3日 申請日期2010年11月30日 優先權日2009年12月18日
發明者A·弗朗希尼, D·斯提利艾迪斯 申請人:阿爾卡特朗訊公司