JP4825740B2

JP4825740B2 - 電力制御装置および方法

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Publication number: JP4825740B2
Application number: JP2007165762A
Authority: JP
Inventors: 小西亮
Original assignee: Alaxala Networks Corp
Current assignee: Alaxala Networks Corp
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2027-06-25
Also published as: JP2009005534A

Description

本発明はルータ及びスイッチなどの通信機器の電力制御装置および方法に関し、特に、複数個の電源モジュールを搭載し、通信機器内の負荷状態に応じた電力制御を行う機器および、その電力制御方法に関する。

従来、複数個の電源モジュールを搭載した通信機器の電力制御装置および方法では、各電源モジュールから供給する電力を均等にする並列運転方法が知られていた。しかし、この方法では、通信機器内の負荷が低下した場合でも電力を供給する電源モジュールの数量は変わらないため、各電源モジュールは最大出力電力よりもかなり少ない電力を供給していた。電源モジュールには、出力電力が多い程電源の変換効率が良く、出力電力が少ない程電源の変換効率が悪くなる特性があり、通信機器内の負荷が低下した場合、電源の変換効率が悪く電力を無駄に消費していた。また、無駄な電力を少なくするため、機器内の負荷状態を監視し、その負荷に応じて、電源モジュールの電源スイッチのオン／オフ制御により、電力供給が必要な電源モジュールのみ電源スイッチをオンにして、電力供給する方法があった。この技術は特許文献１に記載されている。

特開２００２−１８９５４０号公報

電源モジュールの電源スイッチのオン／オフ制御により、電力供給が必要な電源モジュールのみ電源スイッチをオンにして、電力供給する方法では、電力供給を行っていない電源モジュールは、電源スイッチをオフにしているため、急激な電力増加が発生した場合、電源モジュールの立ち上げに時間が掛かり、電力供給が遅れるという課題があった。特に、ルータ及びスイッチなどの通信機器の場合、その電力は、受信するパケット量による影響が大きく、受信するパケット量は常に変動しており、急激な電力増加が発生する可能性は高い。電力供給が遅れると受信したパケットのロスが発生することがあるが、ルータ及びスイッチなどの通信機器の場合、通信性能の低下に繋がるため、このパケットロスは回避する必要がある。

したがって、本発明の目的は、機器全体としての電源の変換効率を向上させつつ、急激な電力増加の場合にも電力供給の遅れを抑止することができる電力制御装置および方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、通信機器の負荷状態に応じて電源供給を行う電力制御装置であって、前記通信機器に電力を供給する複数の電力供給部と、前記通信機器の負荷に応じて必要となる電力値を計算する電力値算出部と、前記電力値に応じて、前記複数の電力供給部に動作指示を与える電源制御部とを有し、前記電源制御部は、前記電力値に応じて、前記複数の電源供給部のうち、変動する前記電力値に応じた電力供給を行う第一のモードで動作する第一の電力供給部と、変動する前記電力値にかかわらず一定の電力供給を行う第二のモードで動作する第二の電力供給部とを選別することを特徴とする電力制御装置を提供する。

本発明の電力制御装置および方法は、本来電力供給を行う必要のない電源モジュールについても、最小限の電力値で電力供給を行うことで、急激な電力増加に対応でき、電源供給の遅れを抑止することができる。

図１は本発明の一実施形態である電力制御方法を適用した通信機器のブロック図である。本実施形態における通信機器は、被電力供給回路６０、電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−４から構成される。

被電力供給回路６０は、通信回路１０−１〜通信回路１０−８、通信ポート１１−１〜通信ポート１１−８、ＣＰＵ２０、スイッチング回路３０、電力値算出回路４０、電源モジュール制御回路５０から構成される。

通信回路１０−１〜通信回路１０−８は、通信ポート１１−１〜通信ポート１１−８よりパケットを受信し、スイッチング回路３０にパケットを送信する。さらに、スイッチング回路３０でスイッチングされたパケットを受信し、通信ポート１１−１〜通信ポート１１−８にパケットを送信する。

ＣＰＵ２０は、被電力供給回路６０内の管理を行う。さらに、電力値算出回路４０にＣＰＵ使用率を通知する。

スイッチング回路３０は、通信回路１０−１〜通信回路１０−８で受信したパケットのスイッチングを行う。さらに、通信ポート１１−１〜通信ポート１１−８のリンクアップ状態を管理する。さらに、通信回路１０−１〜通信回路１０−８で受信したパケットの情報を管理する。

電力値算出回路４０は、被電力供給回路６０内の負荷状態を定期的に監視し、被電力供給回路６０の使用率を算出する。さらに、その使用率に応じた被電力供給回路６０の電力値を算出し、電源モジュール制御回路５０に電力値を通知する。

電源モジュール制御回路５０は、電力値算出回路４０から通知される電力値に基づいて、電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−４の電源モジュール各々に出力電力値を指示する。

図２はスイッチング回路３０のブロック図である。スイッチング回路３０は、リンクアップ状態管理部３１、受信パケットカウンタ部３２から構成される。

リンクアップ状態管理部３１は、通信回路１０−１〜通信回路１０−８から通知されるリンク状態に基づいて、通信ポート１１−１〜通信ポート１１−８の内、リンクアップしているポートの数を管理する。

受信パケットカウンタ部３２は、通信回路１０−１〜通信回路１０−８で受信したパケットの情報を管理する。パケットの情報とは、通信ポート１１−１〜通信ポート１１−８で受信したパケットの長さの合計である。通信ポート毎で受信パケットの長さを管理するのでは無く、通信ポート１１−１〜通信ポート１１−８の８ポートで受信した全パケットの長さの合計を管理する。受信パケットカウンタの単位はバイトである。通信回路１０−１〜通信回路１０−８からスイッチング回路３０にパケットが送信されると同時に、そのパケットの長さを算出し、その長さを受信パケットカウンタに加算する。尚、電力値算出回路４０から受信パケットカウンタへの読み取りがあった場合には、カウンタの値は０に戻る。

図３は電力値算出回路４０のブロック図である。電力値算出回路４０はＣＰＵ負荷電力値算出部４１、通信ポート電力値算出部４２、パケット使用率算出部４３、パケット負荷電力値算出部４４、機器電力値算出部４５から構成される。

ＣＰＵ負荷電力値算出部４１は、ＣＰＵ２０から通知されるＣＰＵ使用率より、予め決められたＣＰＵ負荷電力値情報を用いてＣＰＵ負荷電力値を算出する。ＣＰＵ負荷電力値算出部４１には、図８に示すＣＰＵ使用率に対応したＣＰＵ負荷電力値の対応表が存在する。

通信ポート電力値算出部４２は、スイッチング回路３０内のリンクアップ状態管理部３１を定期的に監視しリンクアップポート数を把握する。そのリンクアップポート数より、予め決められた通信ポート電力値情報を用いて通信ポート電力値を算出する。通信ポート電力値算出部４２には、図９に示すリンクアップポート数に対応した通信ポート電力値の対応表が存在する。

パケット使用率算出部４３は、スイッチング回路３０内の受信パケットカウンタ部３２を定期的に監視し、そのカウンタの値より、予め決められたパケット使用率情報を用いてパケット使用率を算出する。パケット使用率算出部４３には、図１０に示す受信パケットカウンタ値に対応したパケット使用率の対応表が存在する。

パケット負荷電力値算出部４４は、パケット使用率算出部４３から通知されるパケット使用率より、予め決められたパケット負荷電力値情報を用いてパケット負荷電力値を算出する。パケット負荷電力値算出部４４には、図１１に示すパケット使用率に対応したパケット負荷電力値の対応表が存在する。

機器電力値算出部４５は、ＣＰＵ負荷電力値算出部４１から通知されるＣＰＵ負荷電力値、通信ポート電力値算出部４２から通知される通信ポート電力値、パケット負荷電力値算出部４４から通知されるパケット負荷電力値、被電力供給回路６０の負荷状態に依存しない電力値の４つの電力値を加算し、通信機器電力値を算出する。さらに、その通信機器電力値を電源モジュール制御回路５０に通知する。

図４は電源モジュール制御回路５０のブロック図である。電源モジュール制御回路５０は、モード判定部５１、出力電力算出部５２から構成される。

モード判定部５１は、電力値算出回路４０の機器電力値算出部４５から通知される通信機器電力値より、予め決められた電源モジュールへのモード判定情報を用いて電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−４へのモードを判定する。モードには２モードあり、逐次変動する通信機器電力値に応じて電力供給を行うノーマルモード及び常時最小限の電力値で電力供給を行うスタンバイモードを備えている。モード判定部５１には、図１２に示す通信機器電力値に対応したモード判定情報が存在する。

出力電力算出部５２では、電力値算出回路４０の機器電力値算出部４５から通知される通信機器電力値とモード判定部５１から通知される電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−４のモード判定情報を用いて、電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−４の各電源モジュールの出力電力値を算出する。ノーマルモードの場合、電源モジュールの最大出力電力の１０％から９０％の範囲内で、機器全体電力値の数値に応じて、各電源モジュールの出力電力値を算出する。スタンバイモードの場合、出力電力値は、固定的に電源モジュールの最大出力電力の１０％が算出される。算出された電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−４の出力電力値は、それぞれ電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−４に通知される。

図５は電源モジュール７０−１のブロック図である。電源モジュール７０−１は、出力電力調整部７１−１、交流／直流変換部７２−１から構成される。同様に、電源モジュール７０−２は、出力電力調整部７１−２、交流／直流変換部７２−２から構成され、電源モジュール７０−３は、出力電力調整部７１−３、交流／直流変換部７２−３から構成され、電源モジュール７０−４は、出力電力調整部７１−４、交流／直流変換部７２−４から構成される。

出力電力調整部７１−１〜出力電力調整部７１−４は、電源モジュール制御回路５０の出力電力算出部５２から通知される出力電力値に基づいて、出力電力の調整を行う。

交流／直流変換部７２−１〜交流／直流変換部７２−４は、交流電圧を直流電圧に変換を行い、被電力供給回路６０に直流電圧の電力供給を行う。さらに、出力電力調整部７１−１〜出力電力調整部７１−４からの出力電力指示に従い、被電力供給回路６０に供給する出力電力値の調整を行う。

ここで、本実施形態における通信機器の電源制御方法について具体的に説明する。

本一実施形態における通信機器で前提とする構成について説明する。通信回路１０−１〜通信回路１０−８は、それぞれ一つの通信回路で、１秒あたり１０Ｇビットのデータを受信可能であり、同時に、１秒あたり１０Ｇビットのデータを送信可能な構成とする。スイッチング回路３０は、１秒あたり８０Ｇビットの受信データをスイッチング可能な構成とする。電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−４は、それぞれ一つの電源モジュールで最大出力電力は２００Ｗとする。

上記構成に基づき、通信機器電力値を算出するフローを図６に従って説明する。通信機器電力値の算出は、電力値算出回路４０にて行う。ＣＰＵ負荷電力値、通信ポート電力値、パケット負荷電力値の順に算出する。尚、図６に示すリンクアップポート数の値に関わらず、通信機器電力値の算出開始から次の算出開始までの時間間隔は１０秒とする。電源モジュール制御回路５０への通信機器電力値の通知についても１０秒間隔で行う。

まず、１０秒間隔で通信機器電力値の算出を開始すると（ステップ６０１）、ＣＰＵ負荷電力値算出部４１がＣＰＵ負荷電力値を算出する（ステップ６０２）。これは、ＣＰＵ２０から通知されるＣＰＵ使用率より、図８のＣＰＵ負荷電力値情報を用いてＣＰＵ負荷電力値を算出する。ＣＰＵ負荷電力値は、ＣＰＵ使用率が０％の時０Ｗ、１〜１０％の時１０Ｗ、１１〜２０％の時２０Ｗと、１０％増加するに連れて１０Ｗづつ増加する。ＣＰＵ使用率が９１〜１００％の時１００Ｗである。

続いて、通信ポート電力値算出部４２が、リンクアップ状態管理部３１のリンクアップポート数を確認する（ステップ６０３）。リンクアップポート数が０か否かを確認し（ステップ６０４）、リンクアップポート数が１以上の場合は、図９の通信ポート電力値情報を用いて通信ポート電力値を算出する（ステップ６０５）。通信ポート電力値は、リンクアップポート数が１の時２０Ｗ、リンクアップポート数が２の時４０Ｗ、リンクアップポート数が３の時６０Ｗと、リンクアップポート数が１増加するに連れて２０Ｗづつ増加する。リンクアップポート数が８の時１６０Ｗである。尚、リンクアップポート数が０の場合は、通信ポート電力値、パケット負荷電力値は０Ｗとし、リンクアップポート数が１以上になるまでＣＰＵ負荷電力値のみの算出（ステップ６０２）を繰り返し行う。

次に、パケット負荷電力値を、パケット使用率算出部４３及びパケット負荷電力値算出部４４にて算出する。ステップ６０５にて通信ポート電力値算出部４２が通信ポート電力値を算出後、パケット使用率算出部４３は、受信パケットカウンタ部３２の受信したパケットの長さを確認する（ステップ６０６）。そのパケットの長さより、図１０のパケット使用率情報を用いてパケット使用率を算出する。パケット使用率は、パケットの長さが０バイトの時０％、パケットの長さが１〜１００００００００００バイトの時１０％、パケットの長さが１０００００００００１〜２００００００００００バイトの時２０％と、１００００００００００バイト単位で１０％づつ増加する。パケットの長さが９０００００００００１〜１０００００００００００バイトの時１００％である。尚、受信パケットカウンタは読み取りされた後、カウンタの値は０になる。さらに、受信パケットカウンタは、読み取りされてから次の読み取りされるまでの時間間隔は１０秒とする。次に、パケット負荷電力値算出部４４は、パケット使用率算出部４３が算出したパケット使用率より、図１１のパケット負荷電力値情報を用いてパケット負荷電力値を算出する（ステップ６０７）。パケット負荷電力値は、パケット使用率が０％の時０Ｗ、１０％の時３０Ｗ、２０％の時６０Ｗと、１０％増加するに連れて３０Ｗづつ増加する。パケット使用率が１００％の時３００Ｗである。

ここで、図８及び図１１の使用率に対応した負荷電力値は、通信回路１０−１〜通信回路１０−８、ＣＰＵ２０、スイッチング回路３０における負荷状態に依存する電力値であり、負荷状態に依存しない電力値は含まれていない。被電力供給回路６０内の負荷状態に依存しない電力値は１６０Ｗとする。

この負荷状態に依存しない電力値を考慮し、機器電力値算出部４５が通信機器電力値を算出する。機器電力値算出部４５は、ＣＰＵ負荷電力値、通信ポート電力値、パケット負荷電力値、負荷状態に依存しない電力値の４つの電力値を加算して、通信機器電力値を算出し、さらに、算出した通信機器電力値を電源モジュール制御回路５０に通知する（ステップ６０８）。

次に、通信機器電力値の算出を行い、被電力供給回路６０に電力供給を行うフローを図７に示す。図７に示す通信機器電力値を算出開始（ステップ７０１）及び、通信機器電力値を算出／通知（ステップ７０２）は、図６のステップ６０１〜ステップ６０８に対応するものである。図６に示す通信機器電力値算出を行った後、電力値算出回路４０から電源モジュール制御回路５０に通信機器電力値が通知される。まず、モード判定部５１では、通知された通信機器電力値に基づいて、電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−４のモードを判定する（ステップ７０３）。

図１２は、通信機器電力値に対応したモード判定情報である。被電力供給回路６０内の負荷状態に依存しない電力値が１６０Ｗあるため、被電力供給回路６０が全く動作していない場合でも、通信機器電力値の最小値は１６０Ｗある。通信機器電力値が１６０〜２４０Ｗの場合、電源モジュール７０−１はノーマルモード、電源モジュール７０−２〜電源モジュール７０−４はスタンバイモードになる。２４１Ｗ〜４００Ｗの場合、電源モジュール７０−１、電源モジュール７０−２はノーマルモード、電源モジュール７０−３、電源モジュール７０−４はスタンバイモードになる。４０１Ｗ〜５６０Ｗの場合、電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−３はノーマルモード、電源モジュール７０−４はスタンバイモードになる。５６１Ｗ〜７２０Ｗの場合、電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−４はノーマルモードになる。

モード判定部５１で判定した電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−４のモードは、出力電力算出部５２に通知され、出力電力算出部５２では、モード判定部５１から通知されるモードと電力値算出回路４０から通知される通信機器電力値をもとに、各電源モジュールの出力電力値を算出し、各電源モジュールに通知する（ステップ７０４）。ノーマルモードは、電源モジュールの最大出力電力の１０％から９０％の範囲、すなわち２０Ｗから１８０Ｗの範囲で、通信機器電力値の数値に応じて出力電力値を算出する。ノーマルモードの電源モジュールが複数ある場合には、その全てのノーマルモードの電源モジュールは並列運転となり、出力電力が均等になるような値が算出される。
スタンバイモードは、固定的に電源モジュールの最大出力電力の１０％、すなわち出力電力値は２０Ｗと算出される。

これにより、通信機器電力値として必要な電力を供給するための必要最低限の数の電源モジュールのみをノーマルモードで動作させればよく、ノーマルモードで動作する電源モジュールの変換効率を向上することができる。

出力電力算出部５２で決定した電源モジュール７０−１〜電源モジュール７０−４の出力電力値は、各電源モジュールの出力電力調整部７１−１〜出力電力調整部７１−４に通知される。

出力電力調整部７１−１〜出力電力調整部７１−４では、出力電力算出部５２から通知される出力電力値に従い電力供給を行う（ステップ７０５）。

交流／直流変換部７２−１〜交流／直流変換部７２−４では、それぞれの出力電力調整部からの指示に従い、被電力供給回路６０に電力を供給する。

以上説明した本実施形態における電力制御方法および通信機器によれば、通信機器電力値として必要な電力を供給するための必要最低限の数の電源モジュールのみをノーマルモードで動作させればよいため、全ての電源モジュールをノーマルモードで動作させるよりも電源の変換効率が良くなり、無駄な電力を少なくすることができる。一方、スタンバイモードの場合には電源効率が悪くなるが、供給している電力値が少ないため、通信機器電力値に対しては殆ど影響がない。これにより、通信機器全体としての電源の変換効率を向上することができる。また、スタンバイモードでは、最小限の電力を供給しておくことで、スタンバイモードからノーマルモードへの切り替え時に、急激な電力増加にも対応することができ、電力供給の遅れを抑止することができる。

本発明の一実施形態である電力制御方法を適用した通信機器のブロック図である。スイッチング回路３０のブロック図である。電力値算出回路４０のブロック図である。電源モジュール制御回路５０のブロック図である。電源モジュール７０−１のブロック図である。通信機器電力値算出の詳細フローチャートである。本発明における通信機器の電力制御方法の全体フローチャートである。図３におけるＣＰＵ負荷電力値算出部４１のＣＰＵ負荷電力値情報である。図３における通信ポート電力値算出部４２の通信ポート電力値情報である。図３におけるパケット使用率算出部４３のパケット使用率情報である。図３におけるパケット負荷電力値算出部４４のパケット負荷電力値情報である。図４における電源モジュール制御回路５０のモード判定情報である。

符号の説明

１０−１〜１０−８：通信回路、１１−１〜１１−８：通信ポート、２０：ＣＰＵ、３０：スイッチング回路、３１：リンクアップ状態管理部、３２：受信パケットカウンタ部、４０：電力値算出回路、４１：ＣＰＵ負荷電力値算出部、４２：通信ポート電力値算出部、４３：パケット使用率算出部、４４：パケット負荷電力値算出部、４５：機器電力値算出部、５０：電源モジュール制御回路、５１：モード判定部、５２：出力電力算出部、６０：被電力供給回路、７０−１〜７０−４：電源モジュール、７１−１〜７１−４：出力電力調整部、７２−１〜７２−４：交流／直流変換部

Claims

通信機器の負荷状態に応じて電源供給を行う電力制御装置であって、
前記通信機器に電力を供給する複数の電力供給部と、
前記通信機器の負荷に応じて必要となる電力値を計算する電力値算出部と、
前記電力値に応じて、前記複数の電力供給部に動作指示を与える電源制御部とを有し、
前記電源制御部は、前記電力値に応じて、前記複数の電源供給部のうち、変動する前記電力値に応じた電力供給を行う第一のモードで動作する第一の電力供給部と、変動する前記電力値にかかわらず一定の電力供給を行う第二のモードで動作する第二の電力供給部とを選別し、
前記通信機器の負荷状態には、ＣＰＵ使用率、通信ポートのリンクアップ数を示すリンクアップ状態、通信ポートから受信するパケット量を示すパケット使用率のいずれかを含むことを特徴とする。
電源制御装置が通信機器の負荷状態に応じて電源供給を行う電源制御方法であって、
前記通信機器に電力を供給するステップと、
前記通信機器の負荷に応じて必要となる電力値を計算するステップと、
前記電力値に応じて、前記複数の電力供給部に動作指示を与えるステップと、
前記電力値に応じて、前記複数の電力供給部のうち、変動する前記電力値に応じた電力供給を行う第一のモードで動作する第一の電力供給部と、変動する前記電力値にかかわらず一定の電力供給を行う第二のモードで動作する第二の電力供給部とを選別するステップとを有し、
前記通信機器の負荷状態には、ＣＰＵ使用率、通信ポートのリンクアップ数を示すリンクアップ状態、通信ポートから受信するパケット量を示すパケット使用率のいずれかを含むことを特徴とする。