CN100574278C - 流量限制技术中刷新令牌桶的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量限制技术中刷新令牌桶的方法，所述方法应用于数据包排队调度过程中，包括：获取队列的队列号码；根据所述队列号码，获得所述队列对应令牌桶的当前令牌数，及需填充令牌数；根据所述队列对应令牌桶的当前令牌数，及需填充令牌数，获得更新令牌数；将所述队列对应令牌桶的当前令牌数更新为所述更新令牌数。本发明还公开了一种与所述方法对应的刷新令牌桶的装置，用于数据包排队调度过程中。采用本发明所提供方法或装置实现了在较短时间间隔内对同一令牌桶进行刷新，由于刷新时间间隔变短，每次填充令牌数也会减少；由于每次填充令牌数减少，令牌桶溢出现象不再会出现，避免了用户带宽损失以及流量突发过大等问题。

Description

流量限制技术中刷新令牌桶的方法及装置

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，尤其涉及流量限制技术中的刷新令牌桶的方法及装置。

背景技术

目前，通信领域普遍采用流量限制技术(Shaping)实现对队列出口带宽的限制，并使出口流量比较均匀。Shaping基本原理如图1所示，按用户设定的速度向令牌桶101中填充令牌，令牌桶是一个很好的控制数据流量的工具，用户可以设置令牌桶的容量，当令牌桶中令牌数超出桶的容量时，不再填充令牌。Shaping技术中，如果队列中有数据包，则按一定的周期调度队列中数据包出队，每次调度前都要将队列中数据包长度与队列对应令牌桶中令牌数作比较，如果令牌桶中有足够的令牌调度数据包出队，则调度该数据包出队，同时，令牌桶中令牌数要按数据包的长度做相应减少；如果令牌桶中没有足够令牌，则数据包不能够被调度，只有等到令牌桶中填充新的令牌后，数据包才可以被调度，这样就可以限制数据的流量只能是小于等于令牌填充的速度，达到限制流量的目的。

从以上分析可知，令牌桶中的令牌是一个变化量，因此，需要对令牌桶中的令牌不断进行刷新，值得注意的是，令牌桶本身不具备刷新令牌的功能。现有技术所提供的刷新令牌桶中令牌的方法如下，该方法包括两个刷新过程：

第一：每隔一定时间间隔，循环刷新单元主动刷新所有队列对应令牌桶中的令牌；

具体过程为：用一个循环刷新单元每隔一定时间间隔主动去刷新所有队列令牌桶中的令牌，当时间间隔到时，循环刷新单元会把所有队列对应令牌桶全部刷新一次；其中，将所有令牌桶中的令牌刷新一次的时间跟令牌桶个数成正比；刷新的过程是循环刷新单元先读出令牌桶中的当前令牌数，用当前令牌数加上需填充令牌数，再将结果写入令牌桶；其中，所述需填充令牌数由技术人员预先计算得出，并保存在队列配置信息表中，技术人员所采用的需填充令牌数的计算方法是：用刷新时间间隔乘以队列出口带宽速率，而刷新时间间隔等于系统时钟周期乘以总队列数，当队列数越多刷新时间间隔也就会越长，计算出来的需填充令牌数也就越大；

第二：队列调度结束后，调度器刷新该队列对应令牌桶中的令牌；

具体过程为：调度器轮询所有队列状态，所述队列状态包括：队列空满状态及出队限制(shaped)状态；所述队列空满状态也就是指该队列是否有数据包，如果队列中有数据包，则所述队列为非空队列，如果队列中没有数据包，则所述队列为空队列；所述shaped状态是指该队列对应令牌桶中令牌数小于等于预设的出队限制临界值，通常预设的出队限制临界值设定为0。

当队列非空且非shaped时，调度器发起对该队列的调度请求，将该队列中的数据包调度出队，包出队后，调度器读取令牌桶中当前令牌数，用当前令牌数减去与调度数据包长度对应的令牌数，所得结果重新写回令牌桶。

以上两个刷新过程原理如图2所示：

循环刷新单元203依次读取各个队列对应令牌桶中的当前令牌数，用当前令牌数加上预先配置的需填充令牌数，将所得结果重新写入令牌桶202；其中，所述需填充令牌数保存在队列配置单元204中；

当且仅当队列处于非空，且非Shaped状态时，调度器201发起对该队列的调度请求，调度器从该队列对应的令牌桶中读取当前的令牌数进行出队判断，如果符合数据包出队条件，则调度器调度数据包出队，调度结束后，用读取出的当前令牌数减去与调度数据包长度对应的令牌数，所得结果重新写回令牌桶。

现有技术所提供方法应用在队列数目较少时不会产生什么问题，但在队列数目较多时会产生以下几点问题：

第一、刷新同一队列对应令牌桶中令牌的时间间隔太长；因为现有技术中每次刷新是将所有队列对应的令牌桶中令牌都刷新一次，这样使得两次刷新同一队列对应令牌桶中的令牌的时间间隔至少是队列总个数乘以系统时钟周期；

第二、由于需填充令牌数与刷新时间间隔成正比，所以刷新时间间隔过长必然造成每次需填充令牌数过多，从而要求令牌桶的桶深必须足够大，也就是令牌桶容量要足够大，但是令牌桶容量过大会消耗大量的随机存储空间(RAM)，造成系统资源的浪费；

第三、每次需填充令牌数过多，如果令牌桶容量不够，则容易导致令牌桶装不下这些令牌而造成令牌的溢出，造成带宽损失。

举例说明以上问题，比如，队列总数为64K个，系统时钟频率为100MHz，队列入口带宽为8Gbps，队列出口带宽为5Gbps，假设刷新一个队列对应的令牌桶中的令牌数需要1个时钟周期，则两次刷新同一个队列对应令牌桶的时间间隔至少是64K个时钟周期，即64k乘以10ns等于640us，那么每次刷新一个队列对应令牌桶需要填充的令牌数至少是5Gbps乘以640us等于3200kbits，从上述计算结果可以看出每次刷新时需填充的令牌太多。

此外，为了保证Shaping精度，需要填充的每个令牌至少以32B为单位，也就是每个令牌允许源可以发送32B的数据，那么需填充的令牌个数等于3200kbits除以32B，结果等于12.5K，12.5K用二进制表示需要14bit，以上只是刷新一个队列时，对于64k个队列全部进行刷新则至少需要14bits乘以64k等于896kbits的RAM，如果要提高Shaping的精度，则会占用更多的RAM，会影响到系统其他逻辑功能的实现。

发明内容

为解决刷新同一令牌桶的时间间隔过长的技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的实施例提供了一种流量限制技术中刷新令牌桶的方法，所述方法应用于数据包排队调度过程中，所述方法包括：

当队列为待调度队列时，轮询队列所处状态，当队列所处状态满足调度条件时，获取所述队列的队列号码；

根据所述队列号码，获得所述队列对应令牌桶的当前令牌数，需填充令牌数；

根据所述队列对应令牌桶的当前令牌数，及需填充令牌数，获得更新令牌数；

将所述队列对应令牌桶的当前令牌数更新为所述更新令牌数。

本发明的实施例还提供了一种流量限制技术中刷新令牌桶的装置，应用于数据包排队调度过程中，所述装置包括：队列号获取单元，当前令牌数获取单元，需填充令牌数获取单元，令牌计算单元，令牌桶刷新单元；

其中，所述队列号获取单元，用于当队列为待调度队列时，轮询队列所处状态，当队列所处状态满足调度条件时，获取所述队列的队列号码；

所述当前令牌数获取单元，根据所述队列号码，获得当前令牌数；

所述需填充令牌数获取单元，用于根据所述队列号码，获得需填充令牌数；

所述令牌计算单元，根据所述队列对应令牌桶的当前令牌数，及需填充令牌数，获得更新令牌数；

所述令牌桶刷新单元，将所述队列对应令牌桶的当前令牌数更新为所述更新令牌数。

从以上内容看出，本发明实施例技术方案有以下有益效果：

本发明所提供方法及装置应用于数据包排队调度过程中，以获取到队列的队列号码作为每次启动刷新令牌桶过程的触发前提，实现了在较短时间间隔内对同一令牌桶进行刷新，由于刷新时间间隔变短，每次填充令牌数也会减少；每次填充令牌数减少，则令牌桶溢出现象不再会出现，避免了用户带宽损失以及流量突发过大等问题。

附图说明

图1为数据流量限制技术原理图；

图2为现有技术刷新令牌桶装置示意图；

图3为本发明实施例所提供刷新令牌桶方法流程图；

图4为本发明实施例所提供计算需填充令牌方法流程图；

图5为本发明实施例所提供装置示意图；

图6(a)所示为本发明实施例所提供需填充令牌获取单元组成示意图；

图6(b)所示为本发明实施例所提供需填充令牌获取单元组成示意图；

图7(a)所示为本发明实施例所提供令牌计算单元组成示意图；

图7(b)所示为本发明实施例所提供令牌计算单元组成示意图。

具体实施方式

本发明的实施例提供了在流量限制中刷新令牌的方法及装置，其核心思想为：在数据包排队调度过程中，以获取到队列的队列号码作为每次触发令牌桶刷新过程的前提，解决了现有技术对同一令牌桶刷新时间间隔过长的问题。

以上简要介绍了本发明实施例所提供方法的主要思想，以下结合附图并举具体实施例，对本发明的实施例做进一步详细描述。

本发明实施例1提供了一种应用于数据包排队调度过程中，对令牌桶进行刷新的方法，所述方法流程如图3所示，包括：

步骤301：获取队列的队列号码；

步骤302：根据所述队列号码，获得所述队列对应令牌桶的当前令牌数，及需填充令牌数；

步骤303：根据所述队列对应令牌桶的当前令牌数，及需填充令牌数，获得更新令牌数；

步骤304：将所述队列对应令牌桶的当前令牌数更新为所述更新令牌数。

其中，步骤301～步骤304所述队列可以是有数据包需入队的队列，也可以是待调度队列；

当步骤301～步骤304所述队列为有数据包需入队的队列时，所述队列的队列号码在需入队数据包携带的数据包信息中，所述步骤301具体包括：

从需入队数据包所携带数据包信息中，获取队列的队列号码。

当步骤301～步骤304所述为待调度队列时，所述队列的队列号码保存在队列信息中，但由于并不是每个待调度队列都符合调度条件，因此，为了避免空调度，节约系统资源，本发明的实施例中只对满足调度条件的待队列对应令牌桶进行刷新，因此，所述步骤301具体包括：

轮询队列所处状态，当队列所处状态满足调度条件时，获取所述队列的队列号码；

其中，本发明实施例中所述队列所处状态满足调度条件具体为：当队列中有数据包或队列对应令牌桶中的令牌数小于预设的出队限制临界值时，所述队列满足调度条件；

在本发明其他实施例中亦可采用现有技术所规定的调度条件，即当队列中有数据包且非队列对应令牌桶中令牌数大于出队限制临界值时，所述队列满足调度条件，并不影响本发明实现；

背景技术中写到预设的出队限制临界值一般设为0，而本发明的实施例在某些情况下为防止令牌桶亏空太多，亦可将预设的出队限制临界值设置为大于零的整数，比如：10、20、100等；

其中，步骤302所述需填充令牌数可以由工程技术人员预先配置并保存在系统中，因此，所述获得需填充令牌数的步骤具体包括：

获取预置的需填充令牌数；

但由于预先配置的需填充令牌数只是技术人员针对系统出口带宽为某一特定值时所配置的，不能适应shaping技术中不同的出口带宽，因此，为了实现对用户带宽的准确限制，本发明实施例还提供了一种获得需填充令牌数的方法，如图4所示，所述方法包括：

步骤401：根据所述队列号码，获取所述队列对应令牌桶的前一次刷新时刻值，当前时刻值，填充令牌大小参数；

其中，在本发明实施例中与令牌桶相关的信息，比如，令牌桶的前一次刷新时刻值，填充令牌大小参数均保存在队列配置信息表中，在本发明其他实施例中亦可保存在其他存储空间，并不影响本发明实现；

步骤402：计算当前时刻值与前一次刷新时刻值的差值；

其中，获取队列号码时系统记录下的时刻值为当前时刻值，在实现本发明的实施例所提供方法时，当前时刻值可由计数器提供，计数器每隔P个系统时钟周期加1；

步骤403：用所述差值乘以填充令牌大小参数得到所述需填充令牌数；

为了避免空调度，当所述差值等于0时，放弃对所述队列对应令牌桶的刷新。

如果采用本发明的实施例所提供的动态计算需填充令牌数的方法，为了使得计算结果准确，在步骤404后进一步包括：

将所述队列对应令牌桶的刷新时刻值更新为当前时刻值。

其中，步骤303所述根据队列对应令牌桶的当前令牌数，及需填充令牌数，获得更新令牌数具体包括：

用当前令牌数加上需填充令牌数，计算更新令牌数的方法；

但是，为了实现对有数据包需调度出队的待调度队列，以及满足调度条件的所述数据包需入队的队列对应令牌桶的准确刷新，所述获得更新令牌数的步骤具体包括：

用当前令牌数加上需填充令牌数计算得到待更新令牌数；

当所述待更新令牌数足够调度所述队列中的数据包出队时，调度数据包出队；

从待更新令牌数中减去与数据包长度相等的令牌数计算出更新令牌数。

本发明的实施例还提供了一种令牌桶刷新装置，所述装置应用于数据包排队调度过程，如图5所示，所述装置包括队列号获取单元501，当前令牌数获取单元502，需填充令牌数获取单元503，令牌计算单元504，令牌桶刷新单元505；

其中，所述队列号获取单元，用于获取队列的队列号码；

所述当前令牌数获取单元，根据所述队列号码，获取当前令牌数；

所述需填充令牌数获取单元，用于根据所述队列号码，获取需填充令牌数；

所述令牌计算单元，根据所述队列对应令牌桶的当前令牌数，及需填充令牌数，获得更新令牌数；

所述令牌桶刷新单元，将所述队列对应令牌桶的当前令牌数更新为所述更新令牌数。

如图6(a)所示，在实现本发明实施例所提供所述需填充令牌数获取单元时，所述单元可以包括：预置存储单元50311，获取单元50312；

其中，所述预置存储单元，用于保存预置的需填充令牌数

所述获取单元，用于根据所述队列号码，从所述预置存储单元，获取预置的需填充令牌数。

如图6(b)所示，为了实现对用户带宽的准确限制，在实现本发明实施例所提供所述需填充令牌数获取单元时，所述单元可以包括：令牌桶信息获取单元50321，需填充令牌计算单元50322；

所述令牌桶信息获取单元，用于根据所述队列号码，获取所述队列对应令牌桶的前一次刷新时刻值，当前时刻值，填充令牌大小参数；

所述需填充令牌数计算单元，用于计算当前时刻值与前一次刷新时刻值的差值，用所述差值乘以填充令牌大小参数得到所述需填充令牌数。

如果采用图6(b)所示需填充令牌计算单元，所述装置还需进一步包括刷新时刻更新单元506，用于将所述令牌桶的前一次刷新时刻值更新为当前时刻值。

如图7(a)所示，在实现本发明实施例所提供所述令牌计算单元时，所述单元可以包括：接收单元50411，计算单元50412；

所述接收单元，用于接收来自所述当前令牌数获取单元的当前令牌数，及来自所述需填充令牌数获取单元的需填充令牌数；

所述计算单元，用当前令牌数加上需填充令牌数获得更新令牌数。

如图7(b)所示，为了实现对有数据包需调度出队的待调度队列，以及满足调度条件的所述数据包需入队的队列对应令牌桶的准确刷新，在实现本发明实施例所提供所述令牌计算单元时，所述单元可以包括：接收单元50421，待更新令牌计算单元50422，调度单元50423，更新令牌数计算单元50424；

所述接收单元，用于接收来自所述当前令牌数获取单元的当前令牌数，及来自所述需填充令牌数获取单元的需填充令牌数；

所述待更新令牌计算单元，用当前令牌数加上需填充令牌数计算得到待更新令牌数；

所述调度单元，用于当所述待更新令牌数大于待调度队列数据包出队所需的令牌数时，调度该队列数据包出队；

所述更新令牌计算单元，用于将所述待更新令牌数减去该队列数据包出队所需的令牌数，得到更新令牌数。

前已述及采用现有的令牌桶刷新方法，在队列总数为64K个，系统时钟频率为100MHz，队列入口带宽为8Gbps，队列出口带宽为5Gbps时，每次刷新一个队列对应令牌桶需要填充的令牌数至少是3200kbits，而在相同队列情况下采用本发明方法，若设置填充令牌大小参数为1，计数器每隔1000个时钟周期加1，则每次需填充令牌数等于5Gbps*1*1000/100等于50Kbits，远少于现有技术需填充令牌数。

以上对本发明所提供的一种流量限制技术中刷新令牌桶的方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (14)

1、一种流量限制技术中刷新令牌桶的方法，其特征在于，应用于数据包排队调度过程，所述方法包括：

当队列为待调度队列时，轮询队列所处状态，当队列所处状态满足调度条件时，获取所述队列的队列号码；

根据所述队列号码，获得所述队列对应令牌桶的当前令牌数及需填充令牌数；

根据获得的所述队列对应令牌桶的当前令牌数及需填充令牌数，获得更新令牌数；

将所述队列对应令牌桶的当前令牌数更新为所述更新令牌数。

2、根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述调度条件具体为：

队列中有数据包或待调度队列对应令牌桶中的令牌数小于预设的出队限制临界值，其中，所述预设的出队限制临界值大于或等于零。

3、根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述获得更新令牌数具体包括步骤：

用当前令牌数加上需填充令牌数计算更新令牌数。

4、根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述获得更新令牌数具体包括步骤：

用当前令牌数加上需填充令牌数计算得到待更新令牌数；

当所述待更新令牌数大于待调度队列数据包出队所需的令牌数时，调度该队列数据包出队；

将所述待更新令牌数减去该队列数据包出队所需的令牌数，得到更新令牌数。

5、根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，获得需填充令牌数的步骤前，还包括：

预置令牌桶的需填充令牌数；

所述获得需填充令牌数的步骤具体包括：

根据所述队列号码，获取预置的需填充令牌数。

6、根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述获得需填充令牌数的步骤具体包括：

根据所述队列号码，获取所述队列对应令牌桶的前一次刷新时刻值，当前时刻值，填充令牌大小参数；

计算当前时刻值与前一次刷新时刻值的差值；

用所述差值乘以填充令牌大小参数得到所述需填充令牌数。

7、根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述计算当前时刻值与前一次刷新时刻值的差值的步骤后进一步包括：

将所述队列对应令牌桶的刷新时刻值更新为当前时刻值。

8、根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述计算当前时刻值与前一次刷新时刻值的差值的步骤后进一步包括：

当所述差值等于0时，放弃对所述队列对应令牌桶的刷新。

9、一种流量限制技术中刷新令牌桶的装置，其特征在于，应用于数据包排队调度过程，包括：队列号获取单元，当前令牌数获取单元，需填充令牌数获取单元，令牌计算单元，令牌桶刷新单元；

所述队列号获取单元，用于当队列为待调度队列时，轮询队列所处状态，当队列所处状态满足调度条件时，获取所述队列的队列号码；

所述当前令牌数获取单元，用于根据所述队列号码，获得当前令牌数；

所述需填充令牌数获取单元，用于根据所述队列号码，获得需填充令牌数；

所述令牌计算单元，用于根据所述队列对应令牌桶的当前令牌数，及需填充令牌数，获得更新令牌数；

所述令牌桶刷新单元，用于将所述队列对应令牌桶的当前令牌数更新为所述更新令牌数。

10、根据权利要求9所述装置，其特征在于，所述需填充令牌数获取单元具体包括：预置存储单元，获取单元；

所述预置存储单元，用于保存预置的各队列的需填充令牌数

所述获取单元，用于根据所述队列号码，从所述预置存储单元，获取预置的该队列的需填充令牌数。

11、根据权利要求9所述装置，其特征在于，所述需填充令牌数获取单元具体包括：令牌桶信息获取单元，需填充令牌计算单元；

所述令牌桶信息获取单元，用于根据所述队列号码，获取所述队列对应令牌桶的前一次刷新时刻值，当前时刻值，填充令牌大小参数；

所述需填充令牌数计算单元，用于计算当前时刻值与前一次刷新时刻值的差值，用所述差值乘以填充令牌大小参数得到所述需填充令牌数。

12、根据权利要求11所述装置，其特征在于，所述装置进一步包括刷新时刻更新单元，用于将所述令牌桶的前一次刷新时刻值更新为当前时刻值。

13、根据权利要求9或10或11或12所述装置，其特征在于，所述令牌计算单元具体包括：接收单元，计算单元；

所述接收单元，用于接收来自所述当前令牌数获取单元的当前令牌数，及来自所述需填充令牌数获取单元的需填充令牌数；

所述计算单元，用当前令牌数加上需填充令牌数获得更新令牌数。

14、根据权利要求9或10或11或12所述装置，其特征在于，所述令牌计算单元具体包括：接收单元，待更新令牌计算单元，调度单元，更新令牌数计算单元；

所述接收单元，用于接收来自所述当前令牌数获取单元的当前令牌数，及来自所述需填充令牌数获取单元的需填充令牌数；

所述待更新令牌计算单元，用当前令牌数加上需填充令牌数计算得到待更新令牌数；

所述调度单元，用于当所述待更新令牌数大于待调度队列数据包出队所需的令牌数时，调度该队列数据包出队；

所述更新令牌计算单元，用于将所述待更新令牌数减去该队列数据包出队所需的令牌数，得到更新令牌数。

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