CN113132272B - 基于流量感知的网络交换频率动态调整方法、系统及网络交换芯片结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于网络交换功耗管理技术领域,特别涉及一种基于流量感知的网络交换频率动态调整方法、系统及网络交换芯片结构,用于网络交换芯片动态功耗管理,该方法包含:感知并监控网络交换端口流量,获取实时网络流量特性信息;通过实时网络流量特性信息提取实时网络流量特征,依据网络流量特征与时钟频率映射关系并根据实时网络流量特征置位相应调频标志信号,输出时钟频率控制信息;根据时钟频率控制信息产生相应用于网络交换数据通路时钟转换的工作时钟。本发明根据应用程序的实时通信需求和流量特性来对核心交换结构的功耗进行动态管理,方案实现方便、可靠,降低网络交换芯片功耗,具有较好应用前景。
Description
技术领域
本发明属于网络交换功耗管理技术领域,特别涉及一种基于流量感知的网络交换频率动态调整方法、系统及基于网络交换频率动态调整方案实现的网络交换芯片结构。
背景技术
现有网络交换芯片通常包括协议控制器(PMA、PCS和MAC)、核心交换结构(SwitchFabric)以及时钟、复位、I2C、JTAG、事件管理等基础模块。现有的技术方案中,网络交换芯片进行功耗管理通常采用门控时钟(Clock gating)和电源关断(Power down)等方法。现有的门控时钟和电源关断等功耗管理方案通常需要根据网络交换芯片的应用场景进行提前地静态配置,需要用户或程序员十分熟悉应用场景以及熟悉交换芯片内部的寄存器配置,影响实时交换性能,无法实现网络交换芯片精细化功耗管理。
发明内容
为此,本发明提供一种基于流量感知的网络交换频率动态调整方法、系统及基于网络交换频率动态调整方案实现的网络交换芯片结构,降低网络交换芯片系统的功耗开销,根据应用程序的实时通信需求和流量特性来对核心交换结构的功耗进行动态管理,方案实现方便、可靠。
按照本发明所提供的设计方案,一种基于流量感知的网络交换频率动态调整方法,用于网络交换芯片动态功耗管理,包含:
感知并监控网络交换端口流量,获取实时网络流量特性信息;
通过实时网络流量特性信息提取实时网络流量特征,依据网络流量特征与时钟频率映射关系并根据实时网络流量特征置位相应调频标志信号,输出时钟频率控制信息;
根据时钟频率控制信息产生相应用于网络交换数据通路时钟转换的工作时钟。
作为本发明基于流量感知的网络交换频率动态调整方法,进一步地,通过监控网络交换协议端口或端口组的端口状态、协议类型、通道速率及收发包个数,实时感知网络流量特性信息。
作为本发明基于流量感知的网络交换频率动态调整方法,进一步地,设置多个预置时钟频率,添加至网络流量特征与时钟频率映射关系中。
作为本发明基于流量感知的网络交换频率动态调整方法,进一步地,预置时钟频率包含但不限于:全频、1/2频率、1/4频率和1/8频率。
进一步地,本发明还提供一种基于流量感知的网络交换频率动态调整系统,用于网络交换芯片动态功耗管理,流量感知模块、时钟置位模块和时钟生成模块,其中,
流量感知模块,用于感知并监控网络交换端口流量,获取实时网络流量特性信息;
时钟置位模块,用于通过实时网络流量特性信息提取实时网络流量特征,依据网络流量特征与时钟频率映射关系并根据实时网络流量特征置位相应调频标志信号,输出时钟频率控制信息;
时钟生成模块,用于根据时钟频率控制信息产生相应用于网络交换数据通路时钟转换的工作时钟。
进一步地,基于上述的方法,本发明还提供一种网络交换芯片结构,包含核心交换模块及与核心交换模块连接的协议控制器、时钟模块、复位模块、I2C驱动模块、JTAG接口模块和事件管理模块,核心交换模块输入输出外围中还设置有用于感知网络流量特性信息的流量感知模块、用于依据网络流量特性输出时钟频率控制信息的功耗管理模块及用于依据时钟频率控制信息产生工作时钟的多频率时钟生成模块,该多频率时钟生成模块将依据时钟频率控制信息产生的工作时钟反馈给核心交换模块,以完成核心交换模块输入输出外围数据通路时钟转换。
本发明的有益效果:
本发明依据网络中的流量特性自适应地调整交换结构的核心工作频率,在不影响实时交换性能的前提下实现系统功耗的降低,从整个交换结构的流量特性出发来降低整个交换芯片的功耗,当流量较大时,采用高频工作以保证通信的性能;当流量较小时,采用低频工作,在不影响流量和吞吐率的前提下有效降低芯片的功耗;在应用过程中不需要用户或程序员参与,且本发明提出的方法可与现有的门控时钟和电源关断等方案不相冲突,可以和现有技术方案有机结合,便于实际应用,具有较好的应用前景。
附图说明:
图1为实施例中网络交换频率动态调整流程示意;
图2为实施例中现有网络交换芯片基本结构示意;
图3为实施例中网络交换芯片结构示意;
图4为实施例中频率调节处理流程示意。
具体实施方式:
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚、明白,下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明。
不同的应用程序具有不同的通信需求,甚至同一程序不同执行阶段的通信需求也表现出很大的差异性。在网络交换芯片的应用场景中,不同协议类型、通道速率、端口绑定模式、端口个数等参数的不同均会对核心交换的资源和性能需求提出不同的要求。网络交换芯片中承载的网络流量涵盖语音、图像、视频、文本、实时业务、甚至分布式的网络游戏在内的各种各样的信息,流量特性呈现出自相似性、复杂性、长相关性、突发性和分形特性等多种典型业务特性。本发明实施例,参见图1所示,提供一种基于流量感知的网络交换频率动态调整方法,用于网络交换芯片动态功耗管理,包含:
S101、感知并监控网络交换端口流量,获取实时网络流量特性信息;
S102、通过实时网络流量特性信息提取实时网络流量特征,依据网络流量特征与时钟频率映射关系并根据实时网络流量特征置位相应调频标志信号,输出时钟频率控制信息;
S103、根据时钟频率控制信息产生相应用于网络交换数据通路时钟转换的工作时钟。
依据网络中的流量特性自适应地调整交换结构的核心工作频率,在不影响实时交换性能的前提下实现系统功耗的降低,从整个交换结构的流量特性出发来降低整个交换芯片的功耗。
进一步地,基于上述的方法,本发明实施例还提供一种基于流量感知的网络交换频率动态调整系统,用于网络交换芯片动态功耗管理,流量感知模块、时钟置位模块和时钟生成模块,其中,
流量感知模块,用于感知并监控网络交换端口流量,获取实时网络流量特性信息;
时钟置位模块,用于通过实时网络流量特性信息提取实时网络流量特征,依据网络流量特征与时钟频率映射关系并根据实时网络流量特征置位相应调频标志信号,输出时钟频率控制信息;
时钟生成模块,用于根据时钟频率控制信息产生相应用于网络交换数据通路时钟转换的工作时钟。
进一步地,基于上述的方法,本发明实施例还提供一种网络交换芯片结构,包含核心交换模块及与核心交换模块连接的协议控制器、时钟模块、复位模块、I2C驱动模块、JTAG接口模块和事件管理模块,核心交换模块输入输出外围中还设置有用于感知网络流量特性信息的流量感知模块、用于依据网络流量特性输出时钟频率控制信息的功耗管理模块及用于依据时钟频率控制信息产生工作时钟的多频率时钟生成模块,该多频率时钟生成模块将依据时钟频率控制信息产生的工作时钟反馈给核心交换模块,以完成核心交换模块输入输出外围数据通路时钟转换。
如图2所示,现有网络交换芯片通常包括协议控制器(PMA、PCS和MAC)、核心交换结构(Switch Fabric)以及时钟、复位、I2C、JTAG、事件管理等基础模块。现有的技术方案中,网络交换芯片进行功耗管理通常采用门控时钟(Clock gating)和电源关断(Power down)。本案实施例中,从交换结构数据通路出发,在输入输出缓存、描述符队列和相关控制逻辑等多方面根据流量和协议特征降低核心交换模块的时钟频率。当流量较大时,采用高频工作以保证通信的性能;当流量较小时,采用低频工作,在不影响流量和吞吐率的前提下有效降低芯片的功耗,参见图3所示,在核心交换结构的输入输出外围模块中分别设置一个流量感知模块,用于实时感知和监控各个协议端口或端口组的端口状态、协议类型、通道速率、收发包个数等信息,感知的信息将统一送至核心交换模块中的功耗管理模块进行统一处理。功耗管理模块接收到的实时网络流量特性信息,根据流量特征与时钟频率的映射关系来置位相应的调频标志信号,并输出相应的时钟频率控制信息给多频率时钟生产模块。多频率时钟生产模块用于根据时钟频率控制信息来产生相应的工作时钟反馈给核心交换数据通路的各个功能模块,进而完成交换模块工作时钟的转换。
动态功耗管理主要是为了产生频率调节的使能,为了简化频率调节中的硬件实现,本案实施例中,在多频率时钟生成中设置几个预置的时钟频率,如全频、1/2频率、1/4频率和1/8频率。如图4所示,根据端口状态、通道速率、收发包个数等流量感知条件,在固定的时间片内进行流量感知,根据动态功耗管理的原则判断确认是否需要调频,产生频率调节使能及选择信号,将频率调节成某个预置的频率并输出至核心交换模块。
本案实施例,在核心交换结构的输入输出外围模块中分别设置一个流量感知模块,用于实时感知和监控各个协议端口或端口组的端口状态、协议类型、通道速率、收发包个数等信息,感知的信息将统一送至核心交换模块中的功耗管理模块进行统一处理;根据流量特征与时钟频率的映射关系来置位相应的调频标志信号,并输出相应的时钟频率控制信息给多频率时钟生产模块;在多频率时钟生成中设置几个预置的时钟频率,如全频、1/2频率、1/4频率和1/8频率。根据端口状态、通道速率、收发包个数等流量感知条件,在固定的时间片内进行流量感知,根据动态功耗管理的原则判断确认是否需要调频,产生频率调节使能及选择信号,将频率调节成某个预置的频率并输出至核心交换模块;根据应用程序的实时通信需求和流量特性来对核心交换结构的功耗进行动态管理,方案实现方便、可靠,降低网络交换芯片的功耗开销。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
本发明实施例所提供的装置,其实现原理及产生的技术效果和前述系统实施例相同,为简要描述,装置实施例部分未提及之处,可参考前述系统实施例中相应内容。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统和装置的具体工作过程,可以参考前述系统实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在这里示出和描述的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制,因此,示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、系统和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分,所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意,在有些作为替换的实现中,方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个连续的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注意的是,框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合,可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和系统,可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,又例如,多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述系统的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本发明的具体实施方式,用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,本发明的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种基于流量感知的网络交换频率动态调整方法,用于网络交换芯片动态功耗管理,其特征在于,包含如下内容:
感知并监控网络交换端口流量,获取实时网络流量特性信息;
通过实时网络流量特性信息提取实时网络流量特征,依据网络流量特征与时钟频率映射关系并根据实时网络流量特征置位相应调频标志信号,输出时钟频率控制信息;
根据时钟频率控制信息产生相应用于网络交换数据通路时钟转换的工作时钟;
通过监控网络交换协议端口或端口组的端口状态、协议类型、通道速率及收发包个数,实时感知网络流量特性信息;从交换结构数据通路出发,在输入输出缓存、描述符队列和相关控制逻辑方面根据网络流量和协议特征置位相应调频标志信号。
2.根据权利要求1所述的基于流量感知的网络交换频率动态调整方法,其特征在于,设置多个预置时钟频率,添加至网络流量特征与时钟频率映射关系中。
3.根据权利要求2所述的基于流量感知的网络交换频率动态调整方法,其特征在于,预置时钟频率包含但不限于:全频、1/2频率、1/4频率和1/8频率。
4.一种基于流量感知的网络交换频率动态调整系统,用于网络交换芯片动态功耗管理,其特征在于,基于权利要求1所述的方法实现,包含:流量感知模块、时钟置位模块和时钟生成模块,其中,
流量感知模块,用于感知并监控网络交换端口流量,获取实时网络流量特性信息;
时钟置位模块,用于通过实时网络流量特性信息提取实时网络流量特征,依据网络流量特征与时钟频率映射关系并根据实时网络流量特征置位相应调频标志信号,输出时钟频率控制信息;
时钟生成模块,用于根据时钟频率控制信息产生相应用于网络交换数据通路时钟转换的工作时钟。
5.一种网络交换芯片结构,包含核心交换模块及与核心交换模块连接的协议控制器、时钟模块、复位模块、I2C驱动模块、JTAG接口模块和事件管理模块,其特征在于,核心交换模块输入输出外围中还设置有用于感知网络流量特性信息的流量感知模块、用于依据网络流量特性输出时钟频率控制信息的功耗管理模块及用于依据时钟频率控制信息产生工作时钟的多频率时钟生成模块,该多频率时钟生成模块将依据时钟频率控制信息产生的工作时钟反馈给核心交换模块,以完成核心交换模块输入输出外围数据通路时钟转换;所述功耗管理模块依据网络流量特征与时钟频率映射关系来置位调频标志信号并输出相应时钟频率控制信息;所述流量感知模块实时监控各网络交换协议端口或端口组的端口状态、协议类型、通道速率及收发包个数来感知实时网络流量特性;从交换结构数据通路出发,在输入输出缓存、描述符队列和相关控制逻辑方面根据网络流量和协议特征置位相应调频标志信号。
6.根据权利要求5所述的网络交换芯片结构,其特征在于,所述多频率时钟生成模块中设置有用于根据动态功耗管理来产生频率调节信号的多个预置时钟频率。
7.根据权利要求6所述的网络交换芯片结构,其特征在于,预置时钟频率包含但不限于:全频、1/2频率、1/4频率和1/8频率。
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