一种基于流量的低功耗调频方法技术

本发明专利技术一种基于流量的低功耗调频方法，本发明专利技术通过计算网络数据流的大小来进行调频的。通过在特定时间内计算出网络设备接收到的数据包数，根据接收到的数据包数来反应当前网络中的流量，然后把这个流量作为选择各个频率的指标，从而实现基于流量的自适应调频。本发明专利技术可以实现自适应调频；避免了频率的振荡，调频灵敏度可调；降低模块功耗，节能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于流量的低功耗调频方法
本专利技术涉及通信领域的电源节能技术，特别是涉及通信设备的一种节能调频控制方法。
技术介绍
据相关研究组织调查表明：在以太网有线通信技术中，全球用于局域网中的网络接口设备有30亿个；据估计，欧洲互联网提供商（ISP）在2010年的全部网络电力功耗约为214亿千瓦时，如果不采用绿色节能技术，到2020年，这个消耗量预测将大幅增加到约358亿千瓦时。因此，在当今推崇的生态网络建设中，能源有效利用变得越来越重要，针对网络设备的功耗研究和改善也显得十分必要。当前Internet骨干网的带宽平均利用率为30％，带宽最高平均利用率小于45％；但是，为了网络数据流顺畅地流通以及应对其突发状况的出现，当前的网络设备一般都是全天候满负荷运行，造成了电力的极大耗费。针对这一现象，网络设备提供商和科研工作者提出了两种基本方法以使网络设备运行在合适的工作状态；一种就是让网络设备能在运行和休眠之间相互切换，另一种就是根据某种调频机制实现网络设备工作频率的自适应调整。由于网络数据流的难以预测性，网络设备在休眠和运行状态下切换时可能会对网络性能造成极大的影响；然而有效的自适应调频机制却能很好地解决这一问题，从而实现性能和功耗上的完美结合。针对网络设备的频率自适应调整，国内外也有相关的研究，主要的两种方式是根据当前数据流的缓存量或者通过上层软件的配置来实现设备调频[，这两种方法理论上可以达到调频的效果，但是存在一定不足。首先，软件配置调频，由于上层软件不能快速、高效的实现频率的动态调整，而且由于涉及到软件和硬件的相互通信，实现相对复杂。基于缓存量的自适应调频方式也有一定的缺点：在特定的频率下，特定的缓存量大小是可以作为路由器工作状态的指标，但是如果在不同频率下，用特定的缓存量来指示当前工作状态是没有明显意义的，而且这种调频方式还会造成相邻的频率反复地切换，从而影响路由器的稳定，并且在切换过程中会有大量数据包的丢失和额外的功耗浪费，虽然一定的算法（双阈值或多阈值）可以一定程度上解决这个问题，但还是会对网络设备的稳定性造成一定的潜在威胁。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了有效地解决频率调整的振荡现象以及软件调频的繁琐、缓慢的缺点，提供了一种基于流量的自适应调频机制来达到降低网络设备功耗的方法。本专利技术通过计算网络数据流的大小来进行调频的。通过在特定时间内（设定一个特定的时间门限值）计算出网络设备接收到的数据包数，根据接收到的数据包数来反应当前网络中的流量，然后把这个流量作为选择各个频率的指标，从而实现基于流量的自适应调频。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：步骤一：对网络设备流量的准确计算：当网络数据流进入流量统计模块的输入队列时，统计模块将数据流划分成多个数据包，并且计算出每个数据包的字节数，通过一个计数模块统计设定时间内所接收到的总的字节数，可以调整统计时间的大小来调整本调频方法的灵敏性。步骤二：多个频率的产生通过使用FPGA厂商提供的时钟IP核，或通过硬件描述语言的方法来产生全局时钟频率，全局时钟的要求的特点：一、负载能力特别强,任何一个全局时钟驱动线都可以驱动芯片内部的触发器;二是时延差特别小;三是时钟信号波形畸变小,工作可靠性好。步骤三：调频机制流量t相对于前一时刻，无非是增加或者减少；当t增加时，频率和流量值的关系式如下所示：当t减小时,频率和流量值的关系式如下所示：其中，f为工作频率，为第个频率，且,;为流量统计模块接收到流量值，为设定的第个较小的流量值，为设定的第个较大的流量值，，；。在相邻的流量区间之间留出缓冲空间，即设定相邻的流量值间隔为。当模块工作在频率为时，数据流量t由小到大增加到超过时将工作频率切换到高频模式（如果接收到的数据流足够大时至，等，频率也可以直接切换到，，直到最高频率）；同样，当模块工作在频率时，数据流量t由大到小减小到低于时，频率就会被切换到低频模式（如果接收到的数据流迅速变小至，等，频率也可以直接切换到，，直到最低频率）。当时，即流量值介于缓冲区间内，如果当前频率工作在低频率时，设备频率继续保持在低频；如果当前频率工作在频率时，设备也继续维持在，与是相邻的频率值。这样就有效的避免了频率的抖动。有益效果：本专利技术对比已有技术具有以下显著优点：基于流量的调频方法可以实现自适应调频；避免了频率的振荡，调频灵敏度可调；降低模块功耗，节能。附图说明图1是本专利技术调频方法的结构框图；图2是本专利技术的实现流程图；图3是本专利技术带缓冲和不带缓冲的两种调频机制；图4是本专利技术双门限带缓冲的调频状态转换图；图5是本专利技术的实施方式结构图。具体实施方式如图1，图2所示，在本设计的调频方法是通过计算网络数据流的大小来进行调频的。通过在特定时间内（设定一个特定的时间门限值）计算出网络设备接收到的数据包数，根据接收到的数据包数来反应当前网络中的流量，然后把这个流量作为选择各个频率的指标，从而实现基于流量的自适应调频。本专利技术所采用的技术方案是：1）对网络设备流量的准确计算：当网络数据流进入流量统计模块的输入队列时，统计模块将根据以太网控制器将数据流划分成一个个数据包，并且计算出每个数据包的字节数，通过一个计数模块统计设定时间内所接收到的总的字节数，可以调整统计时间的大小来调整本调频方法的灵敏性。2）多个频率的产生通过使用FPGA厂商提供的时钟IP核，或通过硬件描述语言的方法来产生全局时钟频率，全局时钟的要求的特点：一、负载能力特别强,任何一个全局时钟驱动线都可以驱动芯片内部的触发器;二是时延差特别小;三是时钟信号波形畸变小,工作可靠性好。3）调频机制流量相对于前一时刻，无非是增加或者减少；当t增加时，频率和流量值的关系式如下所示：当减小时,频率和流量值的关系式如下所示：其中，f为工作频率，为第个频率，且,;为流量统计模块接收到流量值，为设定的第个较小的流量值，为设定的第个较大的流量值，，；。如图3、图4所示，在相邻的流量区间之间留出缓冲空间，即设定相邻的流量值间隔为。当模块工作在频率为时，数据流量t由小到大增加到超过时将工作频率切换到高频模式（如果接收到的数据流足够大时至，等，频率也可以直接切换到，，直到最高频率）；同样，当模块工作在频率时，数据流量t由大到小减小到低于时，频率就会被切换到低频模式（如果接收到的数据流迅速变小至，等，频率也可以直接切换到，，直到最低频率）。当时，即流量值介于缓冲区间内，如果当前频率工作在低频率时，设备频率继续保持在低频；如果当前频率工作在频率时，设备也继续维持在，与是相邻的频率值。这样就有效的避免了频率的抖动。不管当前频率是还是，调频设备都能够正常工作。本专利技术的具体实施方式参见图5，实施方式选用的NetFPGA开发平台上的参考路由器。为了确保调频方法能够准确地计算出当前的网络流量，所以调频模块的加入必须要嵌入在整个路由器设计的前端模块，这样才能保证不会因为后续处理模块的处理性能不够而影响对流量计算的准确性。在参考路由器网络层User_Data_Path的前端，即数据包接收模块（Rx_Quence）中加入调频判定机制。Rx_Quence模块介于链路层处理模块和网络层处理模块之间，它的用途是接收链路层的输入数据并封装成数据包，然后经过FIFO(FirstInFirstO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于流量的低功耗调频方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：对网络设备流量的准确计算当网络数据流进入流量统计模块的输入队列时，统计模块将数据流划分成多个数据包，并且计算出每个数据包的字节数，通过一个计数模块统计设定时间内所接收到的总的字节数，可以调整统计时间的大小来调整本调频方法的灵敏性；步骤二：多个频率的产生通过使用FPGA厂商提供的时钟?IP核，或通过硬件描述语言的方法来产生全局时钟频率，全局时钟的要求的特点：一、负载能力特别强,?任何一个全局时钟驱动线都可以驱动芯片内部的触发器;?二是时延差特别小;?三是时钟信号波形畸变小,?工作可靠性好；?步骤三：调频机制流量t相对于前一时刻，无非是增加或者减少；当t增加时，频率和流量值的关系式如下所示：?当t减小时,?频率和流量值的关系式如下所示：??其中，?f为工作频率，?为第个频率，且,;为流量统计模块接收到流量值，为设定的第个较小的流量值，为设定的第个较大的流量值，，；；在相邻的流量区间之间留出缓冲空间，即设定相邻的流量值间隔为；当模块工作在频率为时，数据流量t由小到大增加到超过时将工作频率切换到高频模式，如果接收到的数据流足够大时至，等，频率也可以直接切换到，，直到最高频率；同样，当模块工作在频率时，数据流量t由大到小减小到低于时，频率就会被切换到低频模式，如果接收到的数据流迅速变小至，等，频率也可以直接切换到，，直到最低频率；当时，即流量值介于缓冲区间内，如果当前频率工作在低频率时，设备频率继续保持在低频；如果当前频率工作在频率时，设备也继续维持在，与是相邻的频率值。dest_path_image002.jpg,dest_path_image004.jpg,dest_path_image006.jpg,dest_path_image008.jpg,dest_path_image010.jpg,dest_path_image012.jpg,dest_path_image014.jpg,dest_path_image016.jpg,783442dest_path_image008.jpg,dest_path_image018.jpg,66525dest_path_image008.jpg,dest_path_image020.jpg,404227dest_path_image012.jpg,dest_path_image022.jpg,dest_path_image024.jpg,394049dest_path_image006.jpg,dest_path_image026.jpg,dest_path_image028.jpg,dest_path_image030.jpg,dest_path_image032.jpg,dest_path_image034.jpg,dest_path_image038.jpg,900948dest_path_image006.jpg,dest_path_image040.jpg,dest_path_image042.jpg,dest_path_image044.jpg,dest_path_image046.jpg,dest_path_image048.jpg,dest_path_image052.jpg,dest_path_image054.jpg,982912dest_path_image042.jpg,170310dest_path_image042.jpg,342535dest_path_image006.jpg,652293dest_path_image006.jpg,660701dest_path_image006.jpg,dest_path_image056.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种基于流量的低功耗调频方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：对网络设备流量的准确计算当网络数据流进入流量统计模块的输入队列时，统计模块将数据流划分成多个数据包，并且计算出每个数据包的字节数，通过一个计数模块统计设定时间内所接收到的总的字节数，可以调整统计时间的大小来调整本调频方法的灵敏性；步骤二：多个频率的产生通过使用FPGA厂商提供的时钟IP核，或通过硬件描述语言的方法来产生全局时钟频率，全局时钟的要求的特点：一、负载能力特别强,任何一个全局时钟驱动线都可以驱动芯片内部的触发器；二是时延差特别小；三是时钟信号波形畸变小,工作可靠性好；步骤三：调频机制流量t相对于前一时刻，无非是增加或者减少；当t增加时，频率和流量值的关系式如下所示：当t减小时,频率和流量值的关系式如下所示：其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周磊，李亮华，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：