CN117294656B - 一种面向多用户的动态带宽管理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种面向多用户的动态带宽管理系统及其方法，属于芯片技术领域。所述系统包括流量整形器，用于根据接收的静态的用户配置带宽与所述带宽测量器动态下发的调整系数来限制用户发送的最大带宽；以及，带宽测量器用于测量片上网络总带宽，根据配置值，计算合适的调整系数，下发给各用户的流量整形器。本发明的方案提高了片上网络整体带宽利用率。

Description

一种面向多用户的动态带宽管理系统及其方法

技术领域

本发明涉及芯片技术领域，具体涉及一种面向多用户的动态带宽管理系统及其方法。

背景技术

芯片片上系统（System On Chip，简称SOC），往往拥有多个子系统，这些子系统，通过片上网络（Data Network On Chip）连接在一起，被称之为网络用户，下文简称用户。片上网络，类似于普通网络，服务于各个用户以实现流量的发送与交换，但由于芯片资源的限制，片上网络一般比实际网络要简单很多，体现在用户数较少、网络流量管理策略较少。一般来讲，为了防止每个用户的突发访问流量过大导致的片上网络过载，会在每个用户接口添加一个流量整形器（Shaper），以限定用户访问的最大带宽，当用户访问带宽超过流量整形器设定的参数值时，反压用户以限制过多流量进入片上网络。

实际使用中发现，大多用户的流量往往兼具动态与离散的特点。动态，是指每个用户在不同时刻实际发送的流量变化的。离散，是指在微观时间尺度上（毫秒或者微秒级）观察，用户的流量往往是断断续续的。这两个特点，使得片上网络的总体流量也波动起伏，甚至会出现，当只有少数用户访问时，网络带宽整体利用率较低。原因在于，用户级流量整形器的存在，限定了各用户的最大带宽，即使网络总体带宽有剩余，也无法被充分利用起来。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种面向多用户的动态带宽管理系统及其方法。

本发明的第一方面提供了一种面向多用户的动态带宽管理系统，包括流量整形器、带宽测量器；其中，

所述流量整形器，用于根据接收的静态的用户配置带宽与所述带宽测量器动态下发的调整系数来限制用户发送的最大带宽；

所述带宽测量器，用于测量片上网络总带宽，根据配置值，计算合适的调整系数，下发给各用户的所述流量整形器。

本发明实施例的第二方面提供了一种面向多用户的动态带宽管理方法，包括如下步骤：

带宽测量器测量片上网络实时总带宽；

根据所述片上网络实时总带宽计算合适的调整系数，下发给各用户的流量整形器；

所述流量整形器根据接收的静态的用户配置带宽与所述带宽测量器动态下发的所述调整系数来限制用户发送的最大带宽。

进一步地，所述根据所述片上网络实时总带宽计算合适的调整系数，包括：

若片上网络实时总带宽小于阈值α1，生成第一调整系数；其中，所述第一调整系数用于网络入口的用户的所述流量整形器进行慢加速，直到网络带宽利用率达到α2；

若所述片上网络实时总带宽等于或大于阈值α2且小于α3，维持当前调整系数不变；

若片上网络实时总带宽大于或等于阈值α3，生成第二调整系数；其中，所述第二调整系数用于网络入口的用户流量整形器进行快减速，并且当网络实时总带宽小于阈值α3后，停止减速，维持当前调整系数不变；否则，一直减速到所述第二调整系数为1时停止。

进一步地，所述流量整形器根据所述第一调整系数进行慢加速，包括：

每隔t时间，所述流量整形器给带宽参数c加一次δ1，加的次数为n时，流量整形器带宽参数为c*(1+n*δ1)；同时，保证1+n*δ1<=δ_max，结束慢加速时的最大值为c_max。

进一步地，所述流量整形器根据所述第二调整系数进行快减速，包括：

每隔t时间，所述流量整形器将带宽参数c减一次δ2，减的次数为n时，流量整形器带宽参数为c_max*(1-n*δ2)，其中c_max为结束慢加速时的最大值，快减速后的最小值为用户配置值即带宽参数c。

本发明的有益效果在于：

1）提高了片上网络整体带宽利用率，当只有少数用户访问网络时，提高流量整形器配置值，使得工作用户可以使用更大带宽，减少网络带宽的闲置；

2）快速的响应速度，硬件带宽测量器，自动测量网络带宽实时变化情况，能更快地响应带宽的变化并调整流量整形器配置值；

3）较低的硬件资源占用，带宽测量器与可调整的流量整形器，消耗资源较少，可应用于大规模和小规模芯片。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明中的一种面向多用户的动态带宽管理系统的示意图。

图2是本发明中的一种面向多用户的动态带宽管理方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

说明书和权利要求书中的词语“第一、第二、第三等”或模块A、模块B、模块C等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

在以下的描述中，所涉及的表示步骤的标号，如S110、S120……等，并不表示一定会按此步骤执行，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。

说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置A和B的设备”不应局限为仅由部件A和B组成的设备。

本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。如有不一致，以本说明书中所说明的含义或者根据本说明书中记载的内容得出的含义为准。另外，本文中所使用的术语只是为了描述本发明实施例的目的，不是旨在限制本发明。

请参阅图1，本发明实施例公开了一种面向多用户的动态带宽管理系统，包括流量整形器、带宽测量器；其中，

所述流量整形器，用于根据接收的静态的用户配置带宽与所述带宽测量器动态下发的调整系数来限制用户发送的最大带宽；

所述带宽测量器，用于测量片上网络总带宽，根据配置值，计算合适的调整系数，下发给各用户的所述流量整形器。

其中，片上网络：连接芯片片上系统的各子系统，用于子系统间的流量交换。用户：片上子系统，访问片上网络，发送和接受流量。

请参阅图2，本发明实施例还公开了一种面向多用户的动态带宽管理方法，包括如下步骤：

带宽测量器测量片上网络实时总带宽；

根据所述片上网络实时总带宽计算合适的调整系数，下发给各用户的流量整形器；

所述流量整形器根据接收的静态的用户配置带宽与所述带宽测量器动态下发的所述调整系数来限制用户发送的最大带宽。

进一步地，所述根据所述片上网络实时总带宽计算合适的调整系数，包括：

若片上网络实时总带宽小于阈值α1，生成第一调整系数；其中，所述第一调整系数用于网络入口的用户的所述流量整形器进行慢加速，直到网络带宽利用率达到α2；

若所述片上网络实时总带宽等于或大于阈值α2且小于α3，维持当前调整系数不变；

若片上网络实时总带宽大于或等于阈值α3，生成第二调整系数；其中，所述第二调整系数用于网络入口的用户流量整形器进行快减速，并且当网络实时总带宽小于阈值α3后，停止减速，维持当前调整系数不变；否则，一直减速到所述第二调整系数为1时停止。

进一步地，所述流量整形器根据所述第一调整系数进行慢加速，包括：

每隔t时间，所述流量整形器给带宽参数c（即用户配置带宽）加一次δ1，加的次数为n时，流量整形器带宽参数为c*(1+n*δ1)；同时，保证1+n*δ1<=δ_max，结束慢加速时的最大值为c_max。

其中，(1+n*δ1)即为慢加速过程中的第一调整系数，即第一调整系数实际上是动态步进的。

进一步地，所述流量整形器根据所述第二调整系数进行快减速，包括：

每隔t时间，所述流量整形器将带宽参数c减一次δ2，减的次数为n时，流量整形器带宽参数为c_max*(1-n*δ2)，其中c_max为结束慢加速时的最大值，快减速后的最小值为用户配置值即带宽参数c。

本发明的方案中，定义了用户流量整形器的配置带宽为c；定义三个网络带宽阈值α1，α2，α3，且α1<α2<α3；定义一个时间参数t；定义流量整形器调整系数δ1，δ2，且δ1<δ2。定义流量整形器最大加速系数为δ_max，该参数的主要目的是防止每个用户加速比过大，导致在多用户出现大突发流量时出现网络拥塞。

其中，(1-n*δ2)即为快减速过程中的第二调整系数，即第二调整系数实际上是动态步退的。

本发明还针对上述方案提供如下两个实施例：

实施例1）：

片上网络下挂3个用户A、B、C，用户流量整形器限速分别被配置为为30Gbps、30Gbps、50Gbps。

片上网络干路总带宽为100Gbps；设定三个网络带宽阈值α1、α2、α3分别为40Gbps、70Gbps、80Gbps；设定时间参数t为1us；设定流量整形器调整系数δ1、δ2分别为0.05、0.1；设定流量整形器最大加速系数δ_max为1.5。

慢加速阶段，初始时，片上网络实时总带宽为30Gbps，小于α1，启动慢加速过程。在t时刻，配置各用户流量整形器的限速分别为30*(1+0.05)、30*(1+0.05)、50*(1+0.05)；在2t时刻，配置各用户流量整形器的限速分别为30*(1+2*0.05)、30*(1+2*0.05)、50*(1+2*0.05)；在3t时刻，配置各用户流量整形器的限速分别为30*(1+3*0.05)、30*(1+3*0.05)、50*(1+3*0.05)；依此类推。

在5t时刻后，片上网络实时总带宽达到70G以上，达到了α2，此时停止加速，各用户带宽均获取到了1.25的加速比。

后随着用户流量增加，片上网络实时总带宽达到了80Gbps。启动快减速过程：在t时刻，配置各用户流量整形器的限速分别为30*1.25*(1-0.1)、30*1.25*(1-0.1)、50*1.25*(1-0.1)；在2t时刻，配置各用户流量整形器的限速分别为30*1.25*(1-2*0.1)、30*1.25*(1-2*0.1)、50*1.25*(1-2*0.1)，此时，已经恢复至用户原始配置值，保持不变。

实施例2）：

片上网络下挂3个用户A、B、C，用户流量整形器限速分别为30Gbps、30Gbps、50Gbps。

片上网络干路总带宽为100Gbps；设定三个网络带宽阈值α1、α2、α3分别为40Gbps、70Gbps、80Gbps；设定时间参数t为1us；设定流量整形器调整系数δ1、δ2分别为0.05、0.1；设定流量整形器最大加速系数δ_max为1.5。

慢加速阶段，初始时，片上网络实时总带宽为30Gbps，小于α1，启动慢加速过程。在t时刻，配置各用户流量整形器的限速分别为30*(1+0.05)、30*(1+0.05)、50*(1+0.05)；在2t时刻，配置各用户流量整形器的限速分别为30*(1+2*0.05)、30*(1+2*0.05)、50*(1+2*0.05)；在3t时刻，配置各用户流量整形器的限速分别为30*(1+3*0.05)、30*(1+3*0.05)、50*(1+3*0.05)；依此类推。

在10t时刻后，流量整形器的加速比都到达了1+10*0.05=1.5，达到了δ_max，此时，不管当前实际网络带宽为多少，都保持调整系数不变。

后随着用户流量增加，片上网络实时总带宽达到了80Gbps。启动快减速过程。在t时刻，配置各用户流量整形器的限速分别为30*1.5*(1-0.1)、30*1.5*(1-0.1)、50*1.5*(1-0.1)；在2t时刻，配置各用户流量整形器的限速分别为30*1.5*(1-2*0.1)、30*1.5*(1-2*0.1)、50*1.5*(1-2*0.1)。此时，如果片上网络实时总带宽降低到了80Gbps以下，则保持当前加速比不变。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明的构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本发明的保护范畴。

Claims (2)

1.一种面向多用户的动态带宽管理系统，其特征在于，包括流量整形器、带宽测量器；其中，

所述流量整形器，用于根据接收的静态的用户配置带宽c与所述带宽测量器动态下发的调整系数来限制用户发送的最大带宽；

所述带宽测量器，用于测量片上网络总带宽，根据用户配置带宽c，计算合适的调整系数，下发给各用户的所述流量整形器；

其中，所述根据所述片上网络实时总带宽计算合适的调整系数，包括：

若片上网络实时总带宽小于网络带宽阈值α1，生成第一调整系数；其中，所述第一调整系数用于网络入口的用户的所述流量整形器进行慢加速，直到片上网络实时总带宽达到网络带宽阈值α2；

若所述片上网络实时总带宽等于或大于网络带宽阈值α2且小于网络带宽阈值α3，维持当前调整系数不变；

若片上网络实时总带宽大于或等于网络带宽阈值α3，生成第二调整系数；其中，所述第二调整系数用于网络入口的用户流量整形器进行快减速，并且当网络实时总带宽小于网络带宽阈值α3后，停止减速；

其中，所述流量整形器根据所述第一调整系数进行慢加速，包括：每隔t时间，所述流量整形器给用户配置带宽c加一次流量整形器调整系数δ1，加的次数为n时，流量整形器带宽参数为c*(1+n*δ1)，1+n*δ1为所述第一调整系数；同时，保证1+n*δ1<=流量整形器最大加速系数δ_max，结束慢加速时的流量整形器带宽参数最大值为c_max；

其中，所述流量整形器根据所述第二调整系数进行快减速，包括：每隔t时间，所述流量整形器将c_max减一次流量整形器调整系数δ2，减的次数为m时，流量整形器带宽参数为c_max*(1-m*δ2)，1-m*δ2为所述第二调整系数，快减速后的最小值为用户配置带宽c。

2.根据权利要求1所述的一种面向多用户的动态带宽管理系统的动态带宽管理方法，其特征在于：包括如下步骤：

带宽测量器测量片上网络实时总带宽；

根据所述片上网络实时总带宽计算合适的调整系数，下发给各用户的流量整形器；

所述流量整形器根据接收的静态的用户配置带宽c与所述带宽测量器动态下发的所述调整系数来限制用户发送的最大带宽；

其中，所述根据所述片上网络实时总带宽计算合适的调整系数，包括：

若片上网络实时总带宽小于网络带宽阈值α1，生成第一调整系数；其中，所述第一调整系数用于网络入口的用户的所述流量整形器进行慢加速，直到片上网络实时总带宽达到网络带宽阈值α2；

若所述片上网络实时总带宽等于或大于网络带宽阈值α2且小于网络带宽阈值α3，维持当前调整系数不变；

若片上网络实时总带宽大于或等于网络带宽阈值α3，生成第二调整系数；其中，所述第二调整系数用于网络入口的用户流量整形器进行快减速，并且当网络实时总带宽小于网络带宽阈值α3后，停止减速；

其中，所述流量整形器根据所述第一调整系数进行慢加速，包括：每隔t时间，所述流量整形器给用户配置带宽c加一次流量整形器调整系数δ1，加的次数为n时，流量整形器带宽参数为c*(1+n*δ1)，1+n*δ1为所述第一调整系数；同时，保证1+n*δ1<=流量整形器最大加速系数δ_max，结束慢加速时的流量整形器带宽参数最大值为c_max；

其中，所述流量整形器根据所述第二调整系数进行快减速，包括：每隔t时间，所述流量整形器将c_max减一次流量整形器调整系数δ2，减的次数为m时，流量整形器带宽参数为c_max*(1-m*δ2)，1-m*δ2为所述第二调整系数，快减速后的最小值为用户配置带宽c。