专利名称：与协调无关的速率适配部署方法和系统的制作方法
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。[AF问题“限制”是否应当在这里被明确地写出(例如协调的需要、明显优胜者的缺乏、能量节约与延迟降级之间的明显折衷的缺乏)？]
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分组网络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不提供速率适配的相连网络 节点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首先，将多个相连网络节点划分成子域，每个子域具有与至少另一个子域的连接接口 ；然后，在连接接口之中标识那些与速率无关的连接接口，其中通过所述连接接口的数据传输的完整性是与那些相连的子域的操作状态无关地被保持的；接着，标识其所有连接接口都是与速率无关的连接接口的至少一个子域；以及作为与速率无关的子域来操作这个子域。在本发明的一些实施例中，操作的步骤包括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；和建立关联于所接收分组的服务质量需求；进一步地，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。有利地，在特定的实施例中，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，在一些实施例中，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。同样，在一些实施例中，所述可行的离开曲线是最佳离开曲线。根据本发明的另一个方面，提供了一种具有分组网络中的速率适配域的系统，所述分组网络具有多个相连网络节点。所述系统包括多个子域，每个子域都是所述多个相连网络节点的被划分的子集，每个子域具有与至少另一个子域的连接接口。同样，所述系统包括在所述连接接口之中的一组与速率无关的连接接口，其中，通过所述连接接口的数据传输的完整性是与那些相连的子域的操作状态无关地被保持的；至少一个子域的所有连接接口是与速率无关的连接接口 ；并且所述至少一个子域作为速率适配子域而操作。在本发明的一些实施例中，至少一个子域还包括用于从在所述速率适配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。有利地，在特定的实施例中，所述系统还包括缓存队列，所述处理单元可以将已经被该处理单元进行分析和修改中的至少一个的分组存储到该缓存队列中。同样，所述状态变量可以被选择成控制将所述处理单元设定为睡眠状态或调整所述处理单元的时钟速率。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(S':)、未处理业务、还是正从不同的状态过渡到状态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(iPWk、)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
权利要求
1.一种用于在具有多个不提供速率适配的相连网络节点的分组网络中建立速率适配域的方法，该方法包括 将所述多个相连网络节点划分成子域，每个子域具有与至少另一个子域的连接接口 ；在所述连接接口之中标识那些与速率无关的连接接口，其中通过所述连接接口的数据传输的完整性是与那些相连的子域的操作状态无关地被保持的； 标识其所有连接接口都是与速率无关的连接接口的至少一个子域；和 作为与速率无关的子域来操作所述至少一个子域。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述操作的步骤还包括 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。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述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。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求3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。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述可行的离开曲线包括最佳离开曲线。
7.一种具有分组网络中的速率适配域的系统，所述分组网络具有多个相连的网络节点，所述系统包括 多个子域，每个子域都是所述多个相连的网络节点的所划分的子集，每个子域具有与至少另一个子域的连接接口； 所述连接接口之中的一组与速率无关的连接接口，其中通过所述连接接口的数据传输的完整性是与所述相连子域的操作状态无关地被保持的； 其所有连接接口都是与速率无关的连接接口的至少一个子域；和 作为速率适配子域操作的所述至少一个子域。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述至少一个子域还包括 用于从在所述速率适配域上游的紧接着的那个域接收分组的输入接口； 与所接收分组相关联的一组服务质量需求； 用于处理所接收分组的处理单元； 用于将所述分组派送到在所述速率适配域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分组在所述输出接口上被派送的速率；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。
9.根据权利要求8所述的系统，还包括 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进行以下操作中的至少一个的分组分析和修改，其中所述状态变量控制以下操作中的至少一个将所述处理单元设定为睡眠状态和调整所述处理单元的时钟速率。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述可行的离开曲线包括最佳离开曲线。
全文摘要
公开了一种与协调无关的速率适配的方法和系统。与协调无关的速率适配的方法和系统规定在分组网络中部署速率适配子域，该分组网在诸网络节点之中不具有速率适配协调。该方法和系统特别地用于在现有网络中递增地引入速率适配设备；通过定义针对速率适配方案的状态设定策略的类别来组合睡眠状态开发和速率缩放技术的最佳属性，其中所述速率适配方案对于额外延迟强制了严格的确定边界，该方案会对其所部署于的每个节点上的网络业务造成所述额外延迟。
文档编号H04L12/24GK102714604SQ201080057429
公开日2012年10月3日 申请日期2010年11月30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