高速分組交換系統中的與流量負荷有關的功率減少的製作方法

2023-05-27 00:25:06 3

專利名稱：高速分組交換系統中的與流量負荷有關的功率減少的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於分組交換系統的方法和設備，該方法和設備用於分組交換系統中的與流量負荷有關的功率減少。
背景技術：
網際網路流量已經並且有望按照摩爾定律進一步呈指數增長。因而，網絡線路速度在過去已經約每兩年倍增。然而，集成電路和存儲器時鐘速率尚未提高到相同程度上，一個原因在於在設備邏輯之間的片上接線延遲未隨著幾何尺寸成比例縮放而實際上保持恆定。 一種解決高速設計中的這一互連延遲問題的常見解決方案是資源並行化，比如流量管理器的並行存儲器組或者大量相對低速的片到片接口。這樣用於高速數據分組處理的資源並行化是以所需空間和功耗並且最終以更高成本為代價。另外，如今的計算機和分組處理網絡設備的越來越小的硬體設計加之增加的功耗造成高功率密度。這些高功率密度損害晶片可靠性和壽命預期、增加冷卻成本並且對於大型數據中心而言甚至帶來環境顧慮。在現有技術的設計中，電路和邏輯級技術(例如，電晶體設計、低功率互連)、高速緩存架構(例如，自適應高速緩存)和動態電壓縮放(DVS)可以減少動態功耗和靜態功耗這兩種形式的功耗。然而，這些技術中的大多數技術對於高速(即100(ib/S和更高)分組處理設備(比如網絡處理器(NP)、流量管理器(TM)和交換機構造(SF))而言過於複雜。例如，在針對帶寬、處理延時和抖動具有特殊要求的高速分組處理設備中很難併入調製晶片的時鐘頻率和電源電壓的DVS方法。

發明內容
因此，需要解決上文提到的問題以提供用於高速分組交換系統的更高效和成本有效的功率減少。鑑於現有技術的上述問題，本發明的目的在於提供一種能夠減少分組交換系統 (具體為100(ib/S和更高速度的高速分組交換系統)的功耗的更高效方法和分組交換系統。這一目的由根據獨立權利要求的主題內容實現。從屬權利要求涉及本發明的優選實施方式。根據本發明的一個方面，提出一種用於減少分組交換系統的功耗的方法和系統， 該分組交換系統具有上遊分組處理設備和下遊分組處理設備。上遊分組處理設備可以具體為網絡處理器。下遊分組處理設備可以具體為流量管理器和/或交換機構造。該方法可以包括以下步驟在上遊分組處理設備確定用於傳入數據分組的流量速率。舉例而言，傳入數據分組可以存儲於上遊分組處理設備的預先分類緩衝器中以管理接口過量預訂、濾除突發傳送(burst)、執行初始分類並且確定分組長度。然後可以在後續測量用於傳入數據分組的流量速率(可以包括測量入口數據分組的數目)時使用確定的分組長度。流量速率可以由流量計量單元確定。根據本發明的又一方面，可以在上遊數據處理設備中處理、然後從上遊分組處理設備向下遊分組處理設備發送傳入數據分組。舉例而言， 在上遊數據處理設備的分組處理可以包括以下各項中的至少一項分組分類、排隊、對轉發表的地址學習和管理、橋接功能(包括地址和服務類別(CoQ映射)、MPLS標記生成或者對換。該方法可以包括以下步驟從上遊分組處理設備向下遊分組處理設備提前(即在向下遊分組處理設備發送流量速率已經被確定的已處理數據分組的時間之前的時間)發送對確定的流量速率的指示。在流量速率指示的發送與對應於流量速率的已處理數據分組的發送之間的時間差可以至少是為了激活或者解激活下遊分組處理設備的分組處理資源而需要的時間。這一流量速率指示可以是根據入口數據分組的確定流量速率導出的值，並且可以包括用於描述流量速率的信息。根據本發明的又一方面，可以基於接收的流量速率調整在下遊分組處理設備的可用分組處理資源。可以通過接通或者關斷下遊分組處理設備的一些並行分組處理資源來調整可用資源以使活躍資源適應流量負荷，從而可以使空餘處理容量掉電以節省能量、減少發熱以及增加處理單元的壽命。在本發明的上下文中，分組處理資源可以包括數據存儲器、具體為並行存儲器組、 數據分組發送線路或者任何用於操縱數據分組(比如存儲、排隊、轉發或者改變數據分組) 的其它資源。換而言之，通過從上遊向下遊數據分組處理設備針對一組數據分組發送確定的負荷計量信息，雖然仍在上遊分組處理設備處理負荷計量信息已經被測量的數據分組，但根據本發明的方法和系統可以向下遊分組處理設備發送流量預測值，下遊分組處理設備可以基於該流量預測值在流量預測已經被確定的數據分組到達下遊分組處理設備之前激活或者解激活並行分組處理資源。可以在上遊分組處理設備處理傳入數據分組的步驟之前或者並行進行發送確定的流量速率的步驟，只要在流量速率的發送與對應數據分組的發送之間的時間差提供足以讓下遊分組處理設備基於發送的流量速率信息來調整它的資源的時間。 通過使用在上遊分組處理設備測量的負荷計量信息，下遊設備避免了對具有它自己的如下內置計量單元的需要，該計量單元通常需要緩衝器並且增加設備的網絡延時和複雜性。通過向下遊分組處理設備提前發送處理負荷，下遊分組處理設備具有足以在流量速率已經被測量的已處理數據分組到達下遊設備之前調整它的資源的時間。以這一方式，下遊分組處理設備可以使用由於分組處理而在上遊分組處理設備引起的延遲時間以基於在數據分組之前接收的流量速率信息來優化它的資源配置。因而，下遊分組處理設備可以更高效地管理它的資源、由此減少能量消耗。根據本發明的另一方面，該方法可以包括以下步驟通過使利用的並行分組處理單元的數目最少而在具有並行處理單元的分組處理資源上對數據分組進行負載分布。高速分組交換系統中的常規負載平衡方式是通過在可用並行分組處理資源上均勻分布數據分組來在並行處理資源上對數據分組進行負荷平衡，從而處理負荷由所有處理資源分擔。對照而言，本發明提出向儘可能少的處理單元分布負荷以使空閒處理單元的數目最多，如果確定的流量速率表明更低流量預測，則然後可以使這些空閒處理單元掉電，從而節省功耗。 舉例而言，取代了使用具有低利用率的分組處理設備的所有可用並行發送線路，本發明提出在儘可能少的並行發送線路上分布數據分組，這可以有助於關斷由確定的流量速率表明的多個未用發送線路。根據本發明的另一方面，在發送流量速率信息的步驟中，上遊分組處理設備可以向上遊分組處理設備已經處理的至少一個數據分組添加如下報頭欄位，該報頭欄位包括針對仍然在上遊分組處理設備處理的傳入數據分組而確定的流量速率。因而，在上遊與下遊分組處理設備之間的信令負荷不會增加，因為將與下遊數據分組一起攜帶確定流量速率的信息。備選地，上遊分組處理設備可以使用單獨控制消息或者數據分組來發送流量速率。用於傳送和評估負載計量信息的手段並不限於帶內發送，而是還可以直接地或者通過其它設施的間接觀測來在帶外發生。根據本發明的又一方面，可以通過確定用於傳入數據分組的信息速率值和/或突發傳送速率值來確定流量速率。用於信息速率和突發傳送速率的確定值可以用於準確確定分組處理設備的資源需要，可以基於這些資源需要來動態調整可用資源以增加功率效率。 根據下遊分組處理設備的複雜性針對每個傳入分組流和/或針對合計分組帶寬單獨確定信息速率值和/或突發傳送速率值可能是有益的。本發明的又一方面涉及一種分組交換系統的上遊分組處理設備和下遊分組處理設備，其中上遊分組處理設備可以包括配置成確定用於傳入數據分組的流量速率的流量計量單元。上遊分組處理設備可以包括用於在向下遊分組處理設備發送流量速率已經被確定的已處理數據分組的時間之前的時間從上遊分組處理設備向下遊分組處理設備發送確定的流量速率的裝置。上遊分組處理設備還可以包括用於處理入口數據分組的數據分組處理器，並且可以包括用於從上遊分組處理設備向下遊分組處理設備發送已處理數據分組的數據分組發送器。下遊分組處理設備可以包括配置成基於接收的流量速率在下遊分組處理設備調整可用分組處理資源的資源管理器。在本發明的上下文中，上遊分組處理設備可以服務於多個下遊分組處理設備，例如第一下遊分組處理設備，其被配置成從上遊分組處理設備直接接收數據分組；以及第二下遊分組處理設備，其被配置成經由第一下遊分組處理設備從上遊分組處理設備接收數據分組。上遊分組處理設備還可以服務於下遊分組處理設備鏈。在本發明的上下文中，下遊分組處理設備接收和使用至少一個上遊分組處理設備已經確定和發送的流量速率信息以在下遊分組處理設備調整分組處理資源。優選地，上遊分組處理設備可以包括用於傳入數據分組的緩衝、預先分類和過量預訂管理的緩衝單元。這由於如下事實而可能是有益的這一緩衝單元可以能夠保持數百幀；濾除突發傳送；以及確定用於後續流量計量的分組長度。根據本發明的另一方面，上遊分組處理設備可以是高速網絡中樞的包括處理容量 (優選為並行分組處理容量)的網絡處理器，該網絡處理器用於執行分組分類、轉發和標記，而下遊分組處理設備可以是網絡中樞的包括並行處理容量的流量管理器，該流量管理器被配置成實施對數據分組的流量管理、排隊、分段和再組裝以及與交換構造的接口管理， 並且其中流量管理器可以經由多通道發送接口連接到網絡處理器設備。將本發明應用於流量管理器由於如下事實而特別有益流量管理器是對交換子系統的總功率耗散的主要貢獻者。舉例而言，流量管理器設備的資源管理器可以是用於控制下遊分組處理設備的一組並行存儲器組的存儲器控制器或者用於控制下遊分組處理設備的一組多個發送通道的接口控制器。
舉例而言，網絡處理器和流量管理器可以實施於通過高速互連來連接到交換卡的線路卡上。本發明的方法和系統優選地實施於高速分組交換網絡(例如100(ib/S和更高速度的網絡)中。根據本發明的另一方面，分組交換系統的資源管理器可以激活或者解激活並行處理單元中的一個或者多個並行資源。根據本發明的又一方面，高速流量管理器設備可以包括數十並行存儲器組、流水線迴路和多通道接口以實現所需吞吐量，可以基於確定的流量速率來部分地使這些並行存儲器組、流水線迴路和多通道接口掉電以節省能量、減少發熱和冷卻要求，並且提高分組處理單元的壽命。根據本發明的另一方面，提出下遊分組處理設備的資源管理器可以包括基於接收的流量速率改變分組處理資源的狀態的狀態機。舉例而言，狀態機可以被配置成基於接收的信息速率和突發傳送速率值針對設備的每個並行處理部件選擇如下狀態並且管理在狀態之間的轉變，其中該狀態確定並行處理部件的可用並行處理資源。為了沿著通過分組交換系統的發送流使用在上遊分組處理設備確定的負荷計量信息以使發送性能適應實際需求，本發明的又一方面涉及如下分組交換系統，該系統可以包括多個網絡處理器和多個流量管理器以及作為又一下遊分組處理設備的如下交換機構造，該交換機構造包括交叉連接到多個並行流量管理器的多個交換機設備。交換機構造的資源管理器可以被配置成接收經由流量管理器從多個上遊網絡處理器向交換機構造發送的所有流量速率，並且基於根據所有接收的流量速率而確定的合計流量速率信息來管理交換機構造的分組處理資源。合計流量速率信息確定用於交換機構造的完全入口流量負荷預測，交換機構造資源管理器可以基於該預測來接通或者關斷它的一些分組處理資源以增加它的功耗效率。根據本發明的另一方面，交換機構造的交叉連接的交換設備可以被配置成如果多個流量管理器已經基於在流量管理器的接收的流量速率來解激活將交換設備與多個流量管理器連接的所有發送鏈路則解激活。根據本發明的另一方面，資源管理器可以通過部分地使並行分組處理單元掉電以減少靜態功率耗散和/或通過時鐘門控分組處理資源以減少動態功率耗散來調整可用分組處理資源。


下文參照以下附圖以示例方式說明本發明，其中圖1圖示了包括網絡處理器和流量管理器的高速分組交換子系統的框圖；圖2圖示了根據本發明一個實施方式的上遊分組處理設備和下遊分組處理設備的框圖；圖3示出了在根據本發明一個實施方式的分組交換系統中的與流量負荷有關的功率減少中涉及到的步驟的流程圖；圖4圖示了根據本發明一個實施方式的數據分組的例子，其中添加包括確定的流量速率信息的附加報頭欄位；圖5圖示了包括存儲器控制器和多個並行存儲器單元的流量管理器的分組緩衝器；
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圖6圖示了根據本發明另一實施方式的包括多個網絡處理器、流量管理器和交換實體的高速分組交換系統的框圖；圖7圖示了網絡處理器的示例架構；以及圖8圖示了流量管理器的示例架構。
具體實施例方式圖1圖示了包括網絡處理器和流量管理器的高速分組交換子系統的框圖。PHY設備2和MAC/成幀器設備3用於乙太網傳送並且向網絡處理器(NP) 10和流量管理器(TM) 20 傳遞傳入的網絡數據用於轉發、分類、區分優先順序和流控制。PHY設備2、MAC/成幀器設備3、NP 10和TM 20以及與底板對接的構造管理器5通常實施於線路卡1上。線路卡1向交換機構造設備(SF) 30發送數據，該SF設備向其它線路卡傳遞數據。NP 10、TM 20和SF 30與乙太網交換功能有關。經由用於100(ib/S和以上的高速分組發送的並行多通道發送線路連接設備。本發明的方法可以實施於圖2中進一步描述的這種包括網絡處理器和流量管理器的高速分組交換子系統中。圖2圖示了根據本發明一個實施方式的上遊分組處理設備和下遊分組處理設備的框圖。上遊分組處理設備為入口網絡處理器10，而下遊分組處理設備為流量管理器20。網絡處理是指根據一些規則集處理傳入網絡數據分組並且將它們發送到傳出發送線路上。根據本發明一個實施方式的NP 10包括用於緩衝傳入數據分組以管理接口過量預訂、濾除突發傳送以及確定用於入口數據分組的分組長度的預先分類緩衝器11。分組長度用於藉助如下流量計量器12的後續計量，該流量計量器確定傳入數據分組的流量速率。NP 10還包括用於在分組已經穿過計量單元12之後處理傳入數據分組的多個處理單元 (PE) 13。PE 13可以實施為按比例縮減的精簡指令集計算機(RISC)芯，在這些芯中已經定製用於操縱和處理網絡數據分組的指令集。具體而言，NP 10(具有它的PE 1 執行各種功能、比如分組分類、過濾、轉發、分類、計量、標記、管制和計數。例如，NP可以被配置用於轉發表的地址學習和管理、橋接功能(包括地址和服務類別(CoS)映射)、VLAN標記處理、 MPLS標記生成或者對換。通常，NP被配置用於包含多個PE13的並行處理容量。存在用於高速分組交換系統的NP的不同實施方式(例如關於架構、複雜性或者可編程性)。在圖7 中示出了 NPlO的示例性架構。如圖2中所示，入口 NP 10經由並行多通道發送線路連接到下遊TM 20。TM 20通常駐留於構造管理器旁邊的線路卡上，因為它們實施交換機所必需的輸出排隊。TM 20執行通常在底板旁邊的具有虛擬輸出隊列(VOQ)的入口卡1上實現的分組排隊。備選地，TM和 FM可以集成到一個設備中。TM 20經常是對交換子系統的總功率耗散的主要貢獻者。一個原因在於流量管理器需要用於存儲數據分組的大量存儲器21。存儲器21可以包括嵌入式存儲器以及支持高速外部存儲器。另一原因在於用於朝向網絡處理器和交換機構造的多通道接口的大量收發器。TM 20還包括資源管理器23，其被配置成基於流量計量器12確定的流量速率調整 TM 20的分組處理資源。例如，流量管理器設備的資源管理器23包括用於根據流量負荷暫時解激活一些並行存儲器模塊22以減少TM 20的功耗的存儲器控制器23a，以及包括用於解激活朝向NP和/或FM的發送接口的特定通道的接口控制器23b。TM還包括比如維護如下流量隊列的隊列管理器這樣的部件(未示出)，這些流量隊列是指向外部存儲器中存儲的分組數據的指針。可以針對每個流量類別或者流量流保持單獨隊列。然而，與NP 10對照，TM 20通常無計量容量，因為這將通常增加分組交換子系統的延時和複雜性。圖8示出了流量管理器的示例架構。通過例子給出對NP 10和TM 20的描述。NP和TM可以在設計上和在實施的功能上變化。此外，NP的一些功能可以實施於TM內並且反之亦然。圖3示出了在根據本發明一個實施方式的分組交換系統中的與流量負荷有關的功率減少中涉及到的步驟的流程圖。在步驟100中，NP 10的預先分類緩衝器11緩衝傳入數據分組以管理接口過量預訂、濾除突發傳送並且如在步驟SllO中闡述的那樣確定用於入口數據分組的分組長度。分組長度用於後續計量並且在分組進入——潛在擁塞的——處理流水線(即處理單元13的陣列)之前施行基本服務質量(QoQ。在已經穿過過量預訂/預先分類緩衝器11之後，流量計量器12在步驟S120確定傳入數據分組的流量速率。例如，可以通過測量(成形的)流量流的信息速率和所得突發傳送速率來確定流量速率。這些測量的速率用於限制進入處理單元流水線的流量速率並且也將用於後續功率減少機制。根據下遊TM 20的複雜性，可以針對每個分組流或者針對合計分組帶寬測量流量速率。雖然仍在NP的處理單元13中處理流量速率已經被測量的分組，但可以通過在步驟S130中向已經處理的分組預先增添附加 『預計速率』擴展報頭欄位來實現工作負荷信息從NP向TM的發送。在步驟140中，然後在向TM 20發送流量速率已經被確定的已處理數據分組的時間之前的時間從NP 10向TM 20 發送確定的流量速率。這保證流量負荷信息在發送路徑中的實際數據之前行進。用於傳送和評估負荷計量信息的手段並不限於帶內發送而是也可以直接地或者通過其它設施的間接觀測來在帶外發生。備選地，上遊分組處理設備可以使用單獨控制消息或者數據分組來發送流量速率。圖4圖示了根據本發明一個實施方式的數據分組40的例子，其中添加包括確定的流量速率信息的附加『預計速率』報頭欄位41。除了 『預計速率』報頭之外，數據分組40還包括附加內部元信息，因為NP 10在針對入口分組進行轉發判決並且針對通常要求在每個分組前面添加額外報頭的TM 20選擇正確隊列。傳入數據流量的已修改報頭使流量管理器 20能夠區分優先順序並且判決在應當向交換機構造30發送分組時應當丟棄和重發哪些分組而在發送到網絡上時流量應當如何成形。具體而言，發送的流量速率代表針對TM 20的流量預測，因為流量速率信息在流量速率已經被確定的數據分組之前發送，而這些數據分組在圖3的步驟S145中仍然由NP 10的處理單元13處理。TM 20的資源管理器23在步驟150中分析發送的流量速率以確定所需處理資源。在步驟S160中，資源管理器23然後基於接收的流量速率調整它的可用分組處理資源。例如，可以根據流量負荷(部分)關停並行存儲器組21、接口通道4、流水線迴路或者其它處理單元。在步驟S145中已經在NP 10處理數據分組之後，在步驟170中向TM 20發送數據分組，其中在步驟180中處理數據分組，其中TM已經針對傳入數據分組調整它的處理資源， 由此避免不必要的空餘容量並且增加它的功率效率。用於在上遊分組處理設備的分組處理的典型延時時間範圍為100 μ S、有時達到若干ms，而用於功率喚醒電路的典型激活時間對於低級電路而言落在亞μ s內而對於較大邏輯塊(比如存儲器模塊)而言落入10μ s和以上的範圍中。如果用於分組處理的上遊分組處理設備的延時大於用於下遊分組處理設備中的功率喚醒電路的激活/解激活時間，那麼如果在NP中處理流量速率已經被確定的數據分組之前發送流量速率，則發送流量速率信息將提供足以在下遊設備調整分組處理資源的時間。可以在步驟S145之前或者與步驟S145並行進行步驟S130、S140、S150或者S160 中的任何步驟，只要在流量速率的發送與對應數據分組的發送之間的時間差提供足以讓下遊分組處理設備基於發送的流量速率信息來調整它的資源的時間。又一優點在於TM 20通過使用在NP 10測量的流量速率信息而無需任何複雜分組表徵容量來調整它的處理資源。圖5圖示了包括存儲器控制器和多個並行存儲器單元的流量管理器的分組緩衝器。由於存儲器性能限制而使用多個並行『組』和存儲器控制器來實現分組緩衝存儲器21。 即使最新的800MHzDDR3-SDRAM用於100(ib/S分組緩衝器的存儲器模塊，分組數據在10-20 組上的分布通常是實現所需吞吐量所必需的。這一數目和所得功率耗散對於下一代設備而言甚至將會增加。並行存儲器模塊由基於發送的流量速率值激活或者解激活存儲器組的存儲器控制器控制。存儲器控制器因此執行資源管理器的功能。資源管理器23可以包括基於接收的流量速率改變分組處理資源的狀態的狀態機。例如，狀態機可以例如基於信息速率和突發傳送速率值限定由接收的流量速率的下限和上限值限定的多個流量速率區間從而確定所需分組處理資源，其中每個區間對應於TM 20的預定資源狀態。需要這一資源狀態的時間點由在發送的流量速率到達TM 20與流量速率已經被確定的已發送數據分組到達之間的平均時間差來限定。狀態機然後可以向每個流量速率區間分配處理資源狀態，例如並行存儲器組總數之中的活躍存儲器組數目。如果流量速率值在預定流量速率區間內，則狀態機啟動向與這一區間對應的狀態的轉變。根據本發明的分組交換系統被配置成在流量速率已經被測量的實際數據之前在TM 20提供流量速率信息，其中在流量速率的發送與對應於流量速率的已處理數據分組的發送之間的時間差至少是為了激活或者解激活TM設備的自適應數據處理資源而需要的時間。圖6圖示了根據本發明另一實施方式的如下高速分組交換系統的框圖，該高速分組交換系統包括作為上遊分組處理設備的多個網絡處理器10、作為第一下遊分組處理設備的多個流量管理器20和作為第二分組處理設備的具有交換實體32的交換機構造30。交換設備32交叉連接到多個並行流量管理器20。根據這一實施方式，沿著通過分組交換系統的完整發送流發送和使用流量速率信息或者負載計量信息以便使發送表現適應實際需求，從而實現未用發送資源進一步在系統範圍內功率減少。根據實施方式，接口控制器可以根據進入流量管理器的分組帶寬合計來激活或者解激活在流量管理器與網絡處理器之間的多個發送通道的子集。根據又一實施方式，可以根據進入中央交換機構造的分組帶寬實際合計來使從流量管理器下遊開始並且將與(集中式)交換機構造連接的多個發送通道的子集掉電。通常， 中央分組交換矩陣由更小尺寸的交叉連接設備的陣列構造，並且在陣列上對來自線路終結設備(分組處理線路卡)的入口流量進行負荷平衡。通過在所有線路卡內以有組織的方式解激活多個通道的子集，可以動態地使交換部件的集中式陣列的部分(最終逐個設備)完全掉電。作為第一下遊設備的流量管理器20評估與來自NP 10的分組報頭一起傳送的負荷計量信息。調控TM 20的狀態機，然後解激活存儲器組23和/或發送鏈路52。中央交換機矩陣的資源管理器31觀測附接到交換實體的鏈路的狀態，並且一旦例如一個設備的所有鏈路解激活就自動使設備掉電。備選地，交叉連接到多個並行流量管理器20的交換機設備32可以被配置成如果交換機設備去往上遊流量管理器的所有鏈路被解激活，則自動掉 H1^ ο根據又一實施方式，交換機構造設備30的資源管理器31被配置成接收經由流量管理器20從多個網絡處理器10向交換機構造發送的所有流量速率，並且基於根據所有接收的流量速率確定的合計流量速率信息來管理交換機構造的分組處理資源。通過合計所有入口流量速率值，資源管理器31可以確定用於整個交換機構造的流量負荷並且調整活躍處理資源的數目以增加它的能量效率。例如，資源管理器31可以通過部分地使並行分組處理單元掉電以減少靜態功耗和/或通過時鐘門控分組處理資源以減少動態功耗來調整可用分組處理資源。如果分組處理設備被配置成使用接收的流量速率信息以使利用的處理資源數目最少或者換而言之使空閒處理資源(例如存儲器組或者發送鏈路)數目最多的方式在可用處理單元上對數據處理進行負荷平衡，則根據本發明的方法和分組交換系統的能量效率最高。例如，在100%負荷下操作一半處理單元並且如果如發送的流量預測表明的那樣將不需要另一半處理單元，則使它們掉電而不是在50%負荷下操作處理部件是有益的。優選地，下遊分組處理設備的資源管理器被配置成通過使利用的並行分組處理單元數目最少在具有並行處理單元的分組處理資源上分布流量負荷。通過在儘可能少的並行處理單元內分布負荷而不是在可用並行分組處理資源內均勻分布數據分組，基於接收的流量速率值使未用分組處理資源掉電將更快並且可以掉電的資源數目將增加。如圖6中所示，TM的資源管理器23被配置成向儘可能少的存儲器模塊21和發送線路51分布數據分組。只要流量負荷小於存儲器模塊21和發送線路51的處理容量，資源管理器23就不對存儲器模塊22和發送線路51提供服務。通過分析接收的流量速率信息，資源管理器23可以確定是否可以使空閒處理單元22和52掉電以節省能量消耗。在無關於將來流量負荷的可用估計時，由於流量負荷的不可預測性質以及為了解激活和再激活處理資源而需要的時間而不能及早使空閒處理單元掉電。在少數完全利用的處理資源內分布流量負荷也有助於對後續下遊分組處理設備的資源管理。例如，如果向交換機構造30發送數據分組的TM 20被配置成先向較高發送線路51分布它們的分組並且如果完全利用較高發送線路則才使用較低發送線路 52，則可以更容易和更快地關斷較低交叉連接交換設備32。圖7圖示了適合於實施本發明一個實施方式的網絡處理器(NP)的示例架構。根據這一實施方式的NP包括在控制處理器內實施的數據分組處理器(即分組引擎單元)以及用於向流量管理器發送確定的流量速率指示和處理的數據分組的裝置以及通向流量管理器的接口。NP還包括流量計量單元(未示出)圖8圖示了適合於實施本發明一個實施方式的流量管理器TM20的示例架構。例如根據本發明的資源管理器可以由存儲器控制器和/或NP接口控制器實施。通常使用可編程晶片或者硬體部件來配置資源管理器。 可以交換或者組合上述實施方式的結構的特徵、部件和具體細節以形成針對相應應用而優化的更多實施方式。在本領域技術人員清楚這些修改的程度上，上文描述應當隱含地公開它們而未明確指定每種可能組合。
權利要求
1.一種減少分組交換系統的功耗的方法，所述分組交換系統具有網絡中樞的上遊分組處理設備和網絡中樞的下遊分組處理設備，所述上遊分組處理設備和所述下遊分組處理設備包括並行分組處理容量，所述方法包括-在所述上遊分組處理設備確定用於傳入數據分組的流量速率；-處理所述傳入數據分組；-在向所述下遊分組處理設備發送所述流量速率已經被確定的所述處理的數據分組的時間之前的時間從所述上遊分組處理設備向所述下遊分組處理設備對所述確定的流量速率的指示；-在所述下遊分組處理設備基於所述接收的流量速率指示自適應地接通和關斷可用並行分組處理資源；以及-從所述上遊分組處理設備向所述下遊分組處理設備發送所述處理的數據分組。
2.根據權利要求1所述的方法，其中在發送所述流量速率指示時，所述上遊分組處理設備向所述上遊分組處理設備已經處理的至少一個數據分組添加報頭欄位，所述報頭欄位包括針對仍然在所述上遊分組處理設備處理的所述傳入數據分組而確定的所述流量速率。
3.根據權利要求1所述的方法，其中在所述流量速率指示的發送與對應於所述流量速率的所述處理的數據分組的發送之間的時間差至少是為了激活或者解激活所述下遊分組處理設備的分組處理資源而需要的時間。
4.根據權利要求1所述的方法，其中通過確定用於所述傳入數據分組的信息速率值和 /或突發傳送速率值來確定所述流量速率。
5.根據權利要求4所述的方法，其中針對每個傳入分組流單獨確定所述信息速率值和 /或所述突發傳送速率值。
6.根據權利要求4所述的方法，其中針對合計分組帶寬確定所述信息速率值和/或所述突發傳送速率值。
7.根據權利要求1所述的方法，還包括在具有並行處理單元的分組處理資源上對所述數據分組進行負荷分布，其中使利用的並行分組處理單元的數目最少。
8.一種網絡中樞的上遊分組處理設備，包括-流量計量單元，配置成確定用於傳入數據分組的流量速率；-數據分組處理器；-用於在向下遊分組處理設備發送所述流量速率已經被確定的所述處理的數據分組的時間之前的時間從所述上遊分組處理設備向所述下遊分組處理設備發送對所述確定的流量速率的指示的裝置；以及-數據分組發送器，用於從所述上遊分組處理設備向所述下遊分組處理設備發送所述處理的數據分組。
9.根據權利要求8所述的上遊分組處理設備，其中所述上遊分組處理設備為網絡中樞的網絡處理器(10)，所述網絡處理器包括緩衝單元(11)，用於所述傳入數據分組的緩衝、預先分類和過量預訂管理；以及並行處理容量(13)，用於執行分組分類、轉發、過濾和標記。
10.一種網絡中樞的下遊分組處理設備，包括-用於在所述下遊分組處理設備接收流量速率已經被確定的已處理數據分組的時間之前的時間接收發送的針對在上遊分組處理設備確定的所述流量速率的指示的裝置；以及-資源管理器，配置成在所述下遊分組處理設備基於所述接收的流量速率指示自適應地接通和關斷可用並行分組處理資源。
11.根據權利要求10所述的下遊分組處理設備，其中所述下遊分組處理設備為網絡中樞的流量管理器(20)，所述流量管理器包括-並行處理容量，配置成實施對數據分組的流量管理、排隊、分段和再組裝以及與交換構造和網絡處理器的接口管理，其中所述流量管理器00)經由多鏈路發送接口連接到所述上遊分組處理設備；以及其中所述資源管理器包括基於所述接收的流量速率指示來改變分組處理資源的狀態的狀態機。
12.根據權利要求11所述的下遊分組處理設備，其中所述流量管理器的基於所述接收的流量速率指示來管理的所述並行處理單元為朝向網絡處理器的所述接口的並行存儲器組和/或流水線迴路和/或多個發送通道。
13.根據權利要求10所述的下遊分組處理設備，其中所述下遊分組處理設備為網絡中樞的交換機構造(30)，所述交換機構造包括交叉連接到多個並行流量管理器00)的多個交換機設備(32)，並且其中所述交換機構造(30)的所述資源管理器(31)被配置成接收從多個網絡處理器(10)向所述交換機構造(30)發送的流量速率並且基於根據所述接收的流量速率指示而確定的合計流量速率信息來管理所述交換機構造(30)的所述分組處理資源。
14.根據權利要求13所述的交換機構造設備(32)，其中所述交換機構造的交叉連接交換設備被配置成如果多個流量管理器00)已經基於在所述流量管理器00)的所述接收的流量速率指示而解激活將所述交換設備(3 與所述多個流量管理器00)連接的所有發送鏈路(52)則解激活。
15.一種分組交換系統，具有根據權利要求9所述的上遊分組處理設備、根據權利要求 11所述的下遊分組處理設備以及根據權利要求13所述的下遊分組處理設備。
全文摘要
本發明涉及一種用於分組交換系統的方法和設備，該方法和設備用於分組交換系統中的與流量負荷有關的功率減少。為了減少分組交換系統的功耗，提出該方法包括以下步驟在上遊分組處理設備確定用於傳入數據分組的流量速率；處理傳入數據分組；在向下遊分組處理設備發送流量速率已經被確定的已處理數據分組的時間之前的時間從上遊分組處理設備向下遊分組處理設備發送對確定的流量速率的指示；以及在下遊分組處理設備基於接收的流量速率指示來調整可用分組處理資源。
文檔編號H04L12/56GK102422607SQ201080021067
公開日2012年4月18日 申請日期2010年4月22日 優先權日2009年5月12日
發明者C·赫爾姆斯邁爾, R·施倫克 申請人:阿爾卡特朗訊