专利名称：利用速率适配的能量效率的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及利用速率适配提高能量效率，并且具体地涉及组合睡眠状态开发和速率缩放技术的最佳属性的的速率适配方案。
背景技术：
数据联网服务和应用例如通过用数据分组的电子传输来替代人和物品的运输而在广泛的经济活动的实现了实质性的能量节约。为了最大化由网络服务和应用提供的替代功能的能量节约收益，分组网络本身必须在每个部件和每个功能中广泛地将能量效率作为目标。能量效率因而变成网络设备设计和鉴定中的最重要的属性。网络节点将数据分组从一个网络接口转发到另一个，这通常修改了它们一部分内容。为了最小化能量消耗，网络设备中的能量使用应当与业务处理活动成比例。更具体地，系统中的能量使用应当随着网络业务负载缩放并且当系统不处理分组时应当变得可忽略。速率缩放和睡眠状态开发是用于当业务负载在链路容量之下时减少网络节点中的能量消耗的受欢迎的方法。(作为参考，在本公开中，术语速率缩放和睡眠状态开发是作为速率适配的例子)利用速率缩放，利用频率与功率之间的通常为线性的关系来在低业务负载下降低功率消耗电平，数据路径设备的时钟频率随时间改变以跟踪业务负载。然而，由于业务处理速率也随操作频率而缩放，因此可能由于频率降低而导致延迟累积。为了控制延迟累积，速率缩放系统的操作通常受到较低处理速率能够对业务施加的附加延迟的边界的约束。通过在速率缩放系统中合并动态电压与频率调节(DVFS, dynamic voltage and frequencyscaling)技术，能够获得功率消耗电平的大幅降低。在DVFS设备中，电源的电压电平能够随着时钟频率缩小而降低，至少降低到用于维持处于可预知操作中的设备的电路而需要的最小电压电平。利用睡眠状态开发，网络设备在全容量状态与睡眠状态之间交替，其中，在所述全容量状态中只要用于处理的业务可用它就以最大时钟频率操作，而在所述睡眠状态中功耗相当低。尽管在定义并研究了速率缩放和睡眠状态开发方案和结构的文献中可以找到工作的重要部分，然而仍存在几个未解决的问题。首先，邻近的速率适配设备的协调的清晰框架仍然不可用。对于具有至今已经提出的结构的睡眠状态开发技术而言，缺乏协调会导致能量节约性能的实质性降低，而引入协调需要标准主体的广泛一致(例如参见在IEEE 802. 3az Energy Efficient EthernetTask Force中正在进行的工作)，或者需要整个网络的绝大部分的全面配合。即使在单个电路板内，新部件以及因此的新能耗源必须被添加以协调多个速率缩放设备的时钟频率。其次，尽管速率适配技术所呈现的能量节约性能结果通常并不令人鼓舞，然而 它们非常依赖于在给定设备内可用的特定操作状态集合以及所产生的功率-速率(PR，power-rate)功能。当比较不同的方案时,对最佳解决方案的最终选择仅能够在输入实际设备的真实参数之后被确定。对于直观设计实践的通用指南仍是不可用的。因此，期望一种组合了睡眠状态开发和速率缩放的最佳属性的用于速率适配的方案，其同时克服了现有技术中可用的速率适配技术的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于通过速率适配实现网络设备中的能量效率的改进的系统和方法。根据本发明的一个方面，提供了一种用于在具有多个域的分组网络中建立速率适配域的方法，该方法具有以下步骤在输入接口接收来自在所述速率适配域的上游的紧接着的那个域的分组；建立关联于所接收分组的服务质量需求；在处理单元中处理所接收分组；在输出接口将分组派送到在所述速率适配域的下游的紧接着的那个域；建立状态变量 的集合；利用所述状态变量控制所述处理单元的操作状态以控制在所述输出接口上派送分组的速率；选择所述状态变量以满足可行的离开曲线；以及进一步选择所述状态变量以减少所述速率适配域中的能量消耗。在本发明的一些实施例中，服务质量需求包括最大添加的延迟。在本发明的其他实施例中，进一步选择的步骤选择状态变量以将所述处理单元置于睡眠状态，或选择状态变量以调整所述处理单元的时钟速率。有利地，在特定的实施例中，选择的步骤使用状态设定策略来选择状态变量。同样，在特定的实施例中，该状态设定策略是基于速率适配域的系统参数的。该速率适配域的系统参数包括功率-速率函数、状态过渡时间或最小状态保持时间中的至少一个。在本发明的一些实施例中，分组处理的步骤包括分析、修改和存储到缓存队列中的至少一个。同样，在特定的实施例中，所述状态变量包括缓存队列中的队列长度和业务到达测量中的至少一个。有利地，在特定的实施例中，所述可行的离开曲线包括最佳离开曲线。根据本发明的另一方面，提供了一种用于操作具有动态电压和频率缩放操作模式以及睡眠开发操作模式的分组处理设备的方法，该方法包括以下步骤由于睡眠状态开发操作模式而建立所述分组处理设备的第一功率速率曲线；由于动态电压和频率缩放操作模式而建立所述分组处理设备的第二功率速率曲线；和通过选择睡眠状态开发模式或动态电压和频率缩放模式中的一个来操作所述分组处理设备从而最小化针对指定分组处理速率的能量消耗。在本发明的一些实施例中，存在以下附加步骤建立第一和第二功率速率曲线的交叉点；在低于该交叉点的速率处，选择最小化能量消耗的操作模式；和在高于该交叉点的速率处，选择供替换的操作模式。在本发明的其他实施例中，存在以下附加步骤建立第一和第二功率速率曲线的交叉点；在低于该交叉点的速率处，选择睡眠状态开发操作模式；和在高于该交叉点的速率处，选择动态电压和频率缩放操作模式。根据本发明的另一方面，提供了一种分组网络中的速率适配子域，所述分组网络具有相连网络节点的多个子域，所述速率适配子域具有用于从在所述速率适配子域的上游的紧接着的那个域接收分组的输入接口 ；关联于所接收分组的一组服务质量需求；用于处理所接收分组的处理单元；用于将分组派送至在所述速率适配子域的下游的紧接着的那个域的输出接口 ；用于控制所述处理单元的操作状态的一组状态变量，其中所述状态变量控制在所述输出接口上派送分组的速率；被选择成满足可行的离开曲线的所述状态变量的子集；和被选择成减少所述速率适配域中的能量消耗的所述状态变量的子集的另一个子集。在本发明的一些实施例中，服务质量需求集合包括最大添加的延迟。在本发明的一些实施例中，状态变量的另一个子集将所述处理单元设定为睡眠状态，而在其他实施例中，状态变量的另一个子集调整所述处理单元的时钟速率。有利地，本发明的一些实施例具 有用于选择状态变量的初始子集的状态设定策略。在这些实施例中的一些中，所述状态设定策略是基于速率适配域的系统参数的。该速率适配域的系统参数可以包括功率-速率函数、状态过渡时间和最小状态保持时间中的至少一个。在本发明的一些实施例中，还存在缓存队列，其中所述处理单元可以存储已经被所述处理单元分析或修改的分组。在本发明的一些实施例中，所述状态变量包括所述缓存队列中的队列长度或业务到达测量中的至少一个。有利地，在特定的实施例中，所述可行的离开曲线是最佳离开曲线。注意，以下描述和图示仅说明了本发明的原理。因此，应当认识到，本领域技术人员将能够设想各种不同的安排，尽管并未在这里明确描述或显示，然而所述安排体现了本发明的原理并且包含于其精神和范围内。此外，这里描述的所有实例都主要地旨在专门仅处于教学的目的而帮助读者理解本发明的原理和发明人为了改进现有技术而提供的概念，并且被看成是不限制所述专门描述的实例和条件。此外，在描述了本发明的原理、方面和实施例的所有陈述以及其指定实例，都旨在包含其等价物。
参考附图，通过阅读下面对本发明实施例的详细描述，将更好地理解本发明，其中图I示出了根据现有技术的通过数据路径相连的网络节点的例子；图2a示出了根据现有技术的通过双向链路相连的一组网络节点；图2b示出了图2a的可选版本，其中双向链路被分成它们的单向组件；图2c示出了图2b的有向图版本，其中顶点代表速率适配域，而边缘代表域之间的接口 ；图3a和3b示出了一组到达和离开曲线；图4a和4b示出了分别针对图3a和3b的到达曲线的一组最佳服务曲线；图5示出了根据本发明一个实施例的针对速率适配域的操作时间间隔的序列；图6示出了针对速率缩放设备的不同操作区域；图7不出了睡眠状态开发设备的功耗；图8示出了速率缩放和睡眠状态开发设备的混合组合的功耗；图9示出了根据本发明一个实施例的从睡眠状态开发到速率缩放的最佳功率函数过渡点；
图10是根据本发明实施例的关于几个后备(backlog)清除策略的能量增益的比较图；图11是根据本发明实施例的关于两个指定的强后备清除策略的额外延迟的另一个比较图；图12是说明根据本发明一个实施例的速率适配方案的效果的性能图，其中该速率适配方案组合了速率缩放和睡眠状态开发；和图13是根据本发明一个实施例的将速率适配方案的延迟性能与其基本速率缩放方案进行对比的比较图。
具体实施例方式下面是对遍及本说明书而使用的术语和概念的定义。也描述了用于评估速率适配 方案的能量节约性能的参考模型。速率适配的联网设备是一种在一个或多个接口上接收和转发数据分组并且能够将其操作状态调整至为其提供的业务负载的设备。为速率适配设备安排了操作状态的有限集合3={81;，1^1...1(}，其中每个状态是用时钟频率(4)和电源电压(Vk):sk= (fk，Vk)的固定值来标识的。由于唯一的业务处理容量r能够被关联于每个频率值f，因此能够也用各个处理能力的参考Sk= (rk, Vk)来代表操作状态。对于每个状态sk，根据设备是正在处理业
务)、未处理业务《Si)、还是正从不同的状态S/ (S1h >过渡到状态sk，进一步定义激活
子状态S;、空闲子状态Si以及过渡子状态在速率适配设备的能量模型的一阶逼近中，固
定级别的功率消耗((prk,pt))被关联于每个子状态。三个功率消耗级别分别称作激活功率、空闲功率和过渡功率。对于给定的设备，假定过渡时间δ是固定的并且与过渡中涉及的两个状态无关IJ(SlISk) = S VRIO,该过渡时间是完成状态过渡所需要的时间。作为传统的假设，假设在状态过渡期间不进行业务处理。等式I表示基于每个子状态所花费的时间的在持续时间T的时期内所消耗的能量Ε(Γ),Σ{ρ·τ·η < 'V)m
卜1空闲功率能够适当地被假定为总是低于激活功率Λ =#·ΡΑ*,0<#<1考虑该
O
设备在状态过渡期间保持空闲，认为过渡功率6应当被定义成在状态过渡之前和之后的状态的空闲功率的平均是合理的，其因而取决于两个状态察到在波动负载级别下，对于每次状态转换而言，总是有不同于同一状态的过渡，状态Sk的入站和出站空闲功率贡献能够被聚集成入站状态过渡的固定过渡功率g =Pi ,并且相应地从出站过渡的过渡功率中移除空闲功率贡献Pi/2β等式(I)现在可以重新写为E(T)=±l^^T + P.(n+T)](2)等式2是对用于比较不同速率适配方案的能量节约性能的参考的度量。在睡眠状态开发设备中，只有两个操作状态是可用的全容量状态S。= (C，Vc)和睡眠状态Ss = (O, Vs)。能量等式变成如下形式
权利要求
1.一种用于在具有多个域的分组网络中建立速率适配域的方法，该方法包括 在输入接口接收来自在所述速率适配域上游的紧接着的那个域的分组； 建立关联于所接收分组的服务质量需求； 在处理单元中处理所接收分组； 在输出接口将分组派送至在所述速率适配域下游的紧接着的那个域； 建立状态变量集合； 利用所述状态变量控制所述处理单元的操作状态从而控制分组在所述输出接口上被派送的速率； 选择所述状态变量以满足可行的离开曲线；和 进一步选择所述状态变量以减少所述速率适配域中的能量消耗。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述服务质量需求包括最大添加的延迟。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，所述进一步选择的步骤选择状态变量以将所述处理单元置于睡眠状态。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，所述进一步选择的步骤选择状态变量以调整所述处理单元的时钟速率。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述选择的步骤使用状态设定策略来选择所述状态变量，所述状态设定策略是基于所述速率适配域的系统参数的，并且所述速率适配域的所述系统参数包括功率-速率函数、状态过渡时间和最小状态保持时间中的至少一个。
6.根据权利要求I所述的方法，其中，所述处理的步骤包括分析、修改和存储到缓存队列中的至少一个，并且所述状态变量包括所述缓存队列中的队列长度和业务到达测量中的至少一个。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，所述可行的离开曲线包括最佳离开曲线。
8.一种用于操作具有动态电压和频率缩放操作模式以及睡眠状态开发操作模式的分组处理设备的方法，所述方法包括 由于睡眠状态开发操作模式而建立所述分组处理设备的第一功率速率曲线； 由于动态电压和频率缩放操作模式而建立所述分组处理设备的第二功率速率曲线；通过选择所述睡眠状态开发操作模式或动态电压和频率缩放操作模式中的一个来操作所述分组处理设备，从而最小化针对指定分组处理速率的能量消耗。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括 建立所述第一和第二功率速率曲线的交叉点； 在低于所述交叉点的速率处，选择最小化能量消耗的操作模式；和 在高于所述交叉点的速率处，选择供替换的操作模式。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括 建立所述第一和第二功率速率曲线的交叉点； 在低于所述交叉点的速率处，选择所述睡眠状态开发操作模式；和 在高于所述交叉点的速率处，选择所述动态电压和频率缩放操作模式。
全文摘要
公开了一种针对能量效率的速率适配系统和方法。针对能量效率的速率适配系统和方法规定将异构网络解析成速率适配域，该速率适配域就其操作状态控制而言是完全隔离的。所述系统和方法特别地用于创造将速率适配设备递增地引入现有网络中的条件；通过针对速率适配方案定义一类状态设定策略，来组合睡眠状态开发和速率缩放技术的最佳属性，其中所述状态设定策略关于所述速率适配方案可能对其所部署于的每个节点上的网络业务所造成的额外延迟而强制了紧密的确定性边界。
文档编号H04L12/12GK102714619SQ201080057423
公开日2012年10月3日 申请日期2010年11月23日 优先权日2009年12月18日
发明者A·弗朗希尼, D·斯提利艾迪斯 申请人:阿尔卡特朗讯公司