(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークバックボーンのアップストリームパケット処理デバイス、および並列パケット処理能力を有するネットワークバックボーンのダウンストリームパケット処理デバイスを有するパケット交換システムの電力消費を低減するための方法であって、
アップストリームパケット処理デバイスで入力データパケットについてトラフィック速度を測定するステップと、
入力データパケットを処理するステップと、
トラフィック速度が測定された処理データパケットをダウンストリームパケット処理デバイスに伝達する時点の前の時点で、測定されたトラフィック速度の指示をアップストリームパケット処理デバイスからダウンストリームパケット処理デバイスまで伝達するステップと、
受信したトラフィック速度指示に基づいて、ダウンストリームパケット処理デバイスで利用可能な並列パケット処理リソースのオンとオフを適応可能に切り替えるステップと、
処理データパケットをアップストリームパケット処理デバイスからダウンストリームパケット処理デバイスまで伝達するステップとを含む方法。
【請求項２】
トラフィック速度指示を伝達するときに、アップストリームパケット処理デバイスが、アップストリームパケット処理デバイスによって既に処理された少なくとも１つのデータパケットに、アップストリームパケット処理デバイスでまだ処理されている入力データパケットに対して測定されたトラフィック速度を含むヘッダフィールドを加える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
トラフィック速度指示の伝達とトラフィック速度に対応する処理データパケットの伝達の間の時間差が、少なくとも、ダウンストリームパケット処理デバイスのパケット処理リソースを作動または停止させるのに必要な時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
トラフィック速度が、入力データパケットについて情報速度値、および／またはバースト速度値を測定することによって測定される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
情報速度値、および／またはバースト速度値が、各入力パケットフローに対して別に測定される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
情報速度値、および／またはバースト速度値が、集合パケット帯域幅に対して測定される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
並列処理ユニットでパケット処理リソースにわたってデータパケットを負荷分配するステップをさらに含み、利用される並列パケット処理ユニットの数が最小限に抑えられる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ネットワークバックボーンのアップストリームパケット処理デバイスであって、
入力データパケットについてトラフィック速度を測定するように構成されたトラフィック測定ユニットと、
データパケットプロセッサと、
トラフィック速度が測定された処理データパケットをダウンストリームパケット処理デバイスに伝達する時点の前の時点で、測定されたトラフィック速度の指示をアップストリームパケット処理デバイスからダウンストリームパケット処理デバイスまで伝達する手段と、
処理データパケットをアップストリームパケット処理デバイスからダウンストリームパケット処理デバイスまで伝達するデータパケット伝達装置とを備えた、アップストリームパケット処理デバイス。
【請求項９】
アップストリームパケット処理デバイスが、入力データパケットのバッファリング、予備分類およびオーバーサブスクリプション管理のためのバッファリングユニット（１１）と、
パケット分類、転送、フィルタリングおよびタグ付けを行なう並列処理能力（１３）とを備えたネットワークバックボーンのネットワークプロセッサ（１０）である、請求項８に記載のアップストリームパケット処理デバイス。
【請求項１０】
ネットワークバックボーンのダウンストリームパケット処理デバイスであって、
トラフィック速度が測定された処理データパケットがダウンストリームパケット処理デバイスで受信される時点の前の時点で、アップストリームパケット処理デバイスで測定されたトラフィック速度に対して伝達された指示を受信する手段と、
受信されたトラフィック速度指示に基づいて、ダウンストリームパケット処理デバイスで利用可能な並列パケット処理リソースのオンとオフを適応可能に切り替えるように構成されたリソースマネージャ（２３）とを備えた、ダウンストリームパケット処理デバイス。
【請求項１１】
ダウンストリームパケット処理デバイスが、トラフィックを行なうように構成された並列処理能力と、
データパケットの管理、待ち、セグメント化および再アセンブリと、
交換ファブリックおよびネットワークプロセッサへのインターフェイス管理とを含むネットワークバックボーンのトラフィックマネージャ（２０）であり、トラフィックマネージャ（２０）がアップストリームパケット処理デバイスへマルチリンク伝達インターフェイスを介して接続され、リソースマネージャ（２３）が、受信したトラフィック速度指示に基づいてパケット処理リソースの状態を変える状態機械を備えている、請求項１０に記載のダウンストリームパケット処理デバイス。
【請求項１２】
受信したトラフィック速度指示に基づいて管理されるトラフィックマネージャの並列処理要素が、並列メモリバンク（２１）、および／またはパイプラインループ、および／またはネットワークプロセッサに向かうインターフェイスの多数の伝達レーンである、請求項１１に記載のダウンストリームパケット処理デバイス。
【請求項１３】
ダウンストリームパケット処理デバイスが、複数の並列トラフィックマネージャ（２０）に交差接続された多数のスイッチデバイス（３２）を備えたネットワークバックボーンのスイッチファブリック（３０）であり、スイッチファブリック（３０）のリソースマネージャ（３１）が、スイッチファブリック（３０）に複数のネットワークプロセッサ（１０）から伝達されたトラフィック速度を受信するように構成されており、受信したトラフィック速度指示から測定された集合トラフィック速度情報に基づいて、スイッチファブリック（３０）のパケット処理リソースを管理する、請求項１０に記載のダウンストリームパケット処理デバイス。
【請求項１４】
交換デバイス（３２）を複数のトラフィックマネージャ（２０）に接続させる全ての伝達リンク（５２）が、トラフィックマネージャ（２０）で受信されたトラフィック速度指示に基づいて、トラフィックマネージャ（２０）によって停止された場合に、スイッチファブリックの交差接続された交換デバイスが停止されるように構成されている、請求項１３に記載のスイッチファブリックデバイス（３２）。
【請求項１５】
請求項９に記載のアップストリームパケット処理デバイス、請求項１１に記載のダウンストリームパケット処理デバイス、および請求項１３に記載のダウンストリームパケット処理デバイスを有するパケット交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パケット交換システムにおけるトラフィック負荷依存の電力低減に対するパケット交換システムのための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットトラフィックは、ムーアの法則に沿って指数関数的にさらに増大し、これからも増大することが予測される。したがって、ネットワークライン速度は過去２年ごとに二倍になった。しかし、集積回路およびメモリクロック速度は、同じ程度には改善されなかった。１つの理由は、デバイスロジック間のオンチップワイヤ遅延が、幾何形状サイズの比率と共に拡縮せず、むしろ一定のままであるからである。高速設計の相互接続遅延のこの問題に対処するための普通の解決法は、トラフィックマネージャの並列メモリバンク、または多数の比較的低速のチップ間インターフェイスなどの、リソースの並列化である。
【０００３】
高速データパケット処理用リソースのこのような並列化は、必要な空間および消費電力の費用、最終的にはより高い費用につながる。さらに、今日のコンピュータおよびパケット処理ネットワークデバイスの次第に小さくなるハードウェア設計により増大する電力消費は、高い電力密度につながる。これらの高電力密度は、チップ信頼性および推定寿命を損ない、冷却コストを増加させ、大型のデータセンタでは、さらに環境問題も引き起こす。
【０００４】
最新設計では、２つの形の電力消費、動的電力消費および静的電力消費は、回路およびロジックレベル技術（例えば、トランジスタ設計、低出力相互接続）、キャッシングアーキテクチャ（例えば、適応キャッシュ）、およびダイナミックボルテージスケーリング（ＤＶＳ）によって小さくすることができる。
【０００５】
しかし、これらの技術の大部分は、高速、すなわち、１００Ｇｂ／秒以上、ネットワークプロセッサ（ＮＰ）、トラフィックマネージャ（ＴＭ）およびスイッチファブリック（ＳＦ）などのパケット処理デバイスには複雑すぎる。例えば、チップのクロック周波数および供給電圧を調節するＤＶＳ方法は、帯域幅、処理待ち時間およびジッタに対する特別な要件を有する高速パケット処理デバイスに組み込むのが極めて困難である。
【０００６】
したがって、高速パケット交換システムに対するより効率的で費用効果の高い電力低減を与える上記問題を解決する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術の上記問題を鑑みて、本発明の目的は、特に１００Ｇｂ／秒以上の高速パケット交換システムのパケット交換システムの電力消費を低減させることが可能なより効率的な方法およびパケット交換システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、特許請求の範囲の独立項に記載の主題によって達成される。特許請求の範囲の従属項は、本発明の好ましい実施形態に言及している。
【０００９】
本発明の一態様によると、アップストリームパケット処理デバイスおよびダウンストリームパケット処理デバイスを有するパケット交換システムの電力消費を低減する方法およびシステムが提案される。アップストリームパケット処理デバイスは特に、ネットワークプロセッサであってもよい。ダウンストリームパケット処理デバイスは特に、トラフィックマネージャおよび／またはスイッチファブリックであってもよい。
【００１０】
この方法は、アップストリームパケット処理デバイスでの入力データパケット用トラフィック速度を決定するステップを含むことができる。例として、入力データパケットを、アップストリームパケット処理デバイスの予備分類バッファ内に記憶させて、インターフェイスオーバーサブスクリプションを管理し、バーストを除去し、初期分類を行ない、パケット長を決定することができる。決定されたパケット長をその後、入力用データパケットの数を測定することを含むことができる、入力データパケット用トラフィック速度のその後の測定で使用することができる。トラフィック速度は、トラフィック計測ユニットによって決定することができる。本発明の別の態様によると、入力データパケットを、アップストリームデータ処理デバイス内で処理し、その後、アップストリームパケット処理デバイスからダウンストリームパケット処理デバイスまで伝達することができる。例として、アップストリームデータ処理デバイスでのパケット処理は、パケット分類、待ち、転送テーブルのアドレス学習および管理、アドレスおよびサービスクラス（ＣｏＳ）マッピングを含むブリッジ機能、ＭＰＬＳラベル生成またはスワッピングなどの少なくとも１つを含むことができる。
【００１１】
この方法は、アップストリームパケット処理デバイスからダウンストリームパケット処理デバイスまでの時間の前の、すなわちトラフィック速度が決定された処理データパケットがダウンストリームパケット処理デバイスに伝達される時間の前の時点で、測定したトラフィック速度の指示を伝達するステップを含むことができる。トラフィック速度指示の伝達とトラフィック速度に対応する処理データパケットの伝達の間の時間差は少なくとも、ダウンストリームパケット処理デバイスのパケット処理リソースを作動または停止させるのに必要な時間であってもよい。トラフィック速度指示は、入来データパケットの決定されたトラフィック速度から導き出された値であってもよく、トラフィック速度を説明する情報を含むことができる。本発明の別の態様によると、ダウンストリームパケット処理デバイスで利用可能なパケット処理リソースを、受信したトラフィック速度に基づいて調節することができる。利用可能なリソースを、ダウンストリームパケット処理デバイスの並列パケット処理リソースのいくつかのオンとオフを切り替えることによって調節して、予備の処理能力が電力を切ってエネルギーを節約し、発熱を減らし、処理ユニットの耐用年数を増加させることができるように作動中のリソースをトラフィック負荷に適応させることができる。
【００１２】
本発明の文脈では、パケット処理リソースとしては、データメモリ、特に並列メモリバンク、データパケット伝達ライン、またはデータパケットの記憶、待ち、転送または変更などのデータパケット処理のためのあらゆる他のリソースを挙げることができる。
【００１３】
すなわち、負荷計測情報が測定されるデータパケットがアップストリームパケット処理デバイスで処理されている間に、アップストリームからダウンストリームデータパケット処理デバイスまで１セットのデータパケット用の決定された負荷計測情報を送信することによって、本発明による方法およびシステムは、トラフィック予測が決定されるデータパケットがダウンストリームパケット処理デバイスに到着する前に、どのダウンストリームパケット処理デバイスが並列パケット処理リソースを作動または停止させることができるかに基づいて、ダウンストリームパケット処理デバイスにトラフィック予測値を伝達することができる。決定されたトラフィック速度を伝達するステップは、トラフィック速度の伝達と対応するデータパケットの伝達の間の時間差が、伝達されたトラフィック速度情報に基づいてそのリソースを調節するのに十分な時間をダウンストリームパケット処理デバイスに与える限り、アップストリームパケット処理デバイスで入力データパケットを処理するステップの前に、またはそれと並列して行なうことができる。アップストリームパケット処理デバイスで測定された負荷計測情報を使用することによって、ダウンストリームデバイスは、普通バッファを必要とするその独自の内蔵計測ユニットを有する必要をなくし、デバイスのネットワーク待ち時間および複雑性が大きくなる。ダウンストリームパケット処理デバイスに処理負荷を予め伝達することによって、ダウンストリームパケット処理デバイスは、トラフィック速度が測定された処理データパケットがダウンストリームデバイスに到着する前にそのリソースを調節するための十分な時間を有する。このように、ダウンストリームパケット処理デバイスは、データパケットの前に受信したトラフィック速度情報に基づいて、そのリソース構成を最適化するために、パケット処理によるアップストリームパケット処理デバイスで生じる遅延時間を使用することができる。その結果、ダウンストリームパケット処理デバイスは、そのリソースをより効率的に管理することができ、それによってエネルギー消費を低減することができる。
【００１４】
本発明の別の態様によると、この方法は、利用される並列パケット処理ユニットの数を最小限に抑えることによって、並列処理ユニットでパケット処理リソースにわたってデータパケットを負荷分配するステップを含むことができる。高速パケット交換システムにおける従来の負荷均衡解決法は、処理負荷が全ての処理リソースで共有されるように、利用可能な並列パケット処理リソースにわたってデータパケットを均一に分配することによって、並列処理リソースにわたってデータパケットを負荷均衡させることである。これに対して、本発明は、決定されたトラフィック速度がより低いトラフィック予測を示す場合に、電源をその後に落とし、したがって電力消費を節約することができるアイドル処理ユニットの数を最大限にするために、できるだけ少ない処理ユニットに負荷を分配することを提案している。例として、低い利用度でパケット処理デバイスの利用可能な並列伝達ライン全てを使用する代わりに、本発明はできるだけ少ない並列伝達ラインにわたってデータパケットを分配して、決定されたトラフィック速度によって示されるような数の未使用伝達ラインをオフに切り替えることを容易にすることができることを提案している。
【００１５】
本発明の別の態様によると、トラフィック速度情報を伝達するステップでは、アップストリームパケット処理デバイスは、アップストリームパケット処理デバイスによって既に処理された少なくとも１つのデータパケットにアップストリームパケット処理デバイスでまだ処理されている入力データパケットに対して決定されたトラフィック速度を含むヘッダフィールドを加えることができる。結果として、アップストリームとダウンストリームパケット処理デバイスの間の信号化負荷は、トラフィック速度を決定する情報がダウンストリームデータパケットで運ばれるときに増加しない。別の方法では、アップストリームパケット処理デバイスは、別の制御メッセージまたはデータパケットを使用してトラフィック速度を伝達することができる。負荷計測情報を移動および評価する手段は、帯域内伝達されるものではなく、また帯域外で、直接、または他の設備の間接的観察によって起こる可能性がある。
【００１６】
本発明の別の態様によると、トラフィック速度は、入力データパケットに対する情報速度値および／またはバースト速度値を決定することによって決定することができる。情報速度およびバースト速度に対して決定された値は、電力効率を大きくするためにどの利用可能なリソースを動的に調節することができるかに基づいて、パケット処理デバイスのリソース需要の正確な決定のために使用することができる。ダウンストリームパケット処理デバイスの複雑性によって、各入力パケットフロー、または集合パケット帯域幅に対して別々に情報速度値および／またはバースト速度値を決定することが有利である可能性がある。
【００１７】
本発明の別の態様は、パケット交換システムのアップストリーム処理デバイスおよびダウンストリーム処理デバイスに関し、アップストリームパケット処理デバイスは、入力データパケット用トラフィック速度を決定するように構成されたトラフィック計測ユニットを含むことができる。アップストリームパケット処理デバイスは、トラフィック速度が決定される処理データパケットがダウンストリームパケット処理デバイスに伝達される前の時点で、決定されたトラフィック速度をアップストリームパケット処理デバイスからダウンストリームパケット処理デバイスに伝達する手段を備えることができる。アップストリームパケット処理デバイスはさらに、入力用データパケットを処理するデータパケットプロセッサを備えることができ、処理データパケットをアップストリームパケット処理デバイスからダウンストリームパケット処理デバイスに伝達するデータパケット伝達装置を備えることができる。ダウンストリームパケット処理デバイスは、受信したトラフィック速度に基づいて、ダウンストリームパケット処理デバイスで利用可能なパケット処理リソースを調節するように構成されたリソースマネージャを備えることができる。
【００１８】
本発明の文脈では、アップストリームパケット処理デバイスは、多数のダウンストリームパケット処理デバイス、例えば、アップストリームパケット処理デバイスから直接データパケットを受信するように構成されている第１のダウンストリームパケット処理デバイスと、第１のダウンストリームパケット処理デバイスを介してアップストリームパケット処理デバイスからデータパケットを受信するように構成されている第２のダウンストリームパケット処理デバイスのために働くことができる。アップストリームパケット処理デバイスはまた、一連のダウンストリームパケット処理デバイスのために働くこともできる。本発明の文脈でダウンストリームパケット処理デバイスは、ダウンストリームパケット処理デバイスでパケット処理リソースを調節するために、少なくとも１つのアップストリームパケット処理デバイスによって決定および伝達されたトラフィック速度情報を受信および使用する。
【００１９】
アップストリームパケット処理デバイスは、入力データパケットのバッファ、予備分類およびオーバーサブスクリプション管理のためのバッファリングユニットを備えることができることが好ましい。これは、このバッファリングユニットが、バーストを除去し、その後のトラフィック計測に対するパケット長を決定するための数百のフレームを保持することが可能であるということにより有利である可能性がある。
【００２０】
本発明の別の態様によると、アップストリームパケット処理デバイスは、パケット分類、転送およびタグ付けを行なうための処理能力、好ましくは並列パケット処理能力を含む高速ネットワークバックボーンのネットワークプロセッサであってもよく、ダウンストリームパケット処理デバイスは、データパケットのトラフィック管理、待ち、セグメント化および再アセンブリ、およびスイッチファブリックへのインターフェイス管理を行なうように構成された並列処理能力を含むネットワークバックボーンのトラフィックマネージャであってもよく、トラフィックマネージャは、マルチレーン伝達インターフェイスを介してネットワークプロセッサデバイスに接続させることができる。本発明をトラフィックマネージャに適用することは、トラフィックマネージャが交換サブシステムの合計電力消費への主なコントリビュータであるということにより特に有益である。例として、トラフィックマネージャデバイスのリソースマネージャは、ダウンストリームパケット処理デバイスの１セットの並列メモリバンクを制御するメモリコントローラ、またはダウンストリームパケット処理デバイスの１セットの多数の伝達レーンを制御するインターフェイスコントローラであってもよい。
【００２１】
例として、ネットワークプロセッサおよびトラフィックマネージャは、高速相互接続を通して交換カードに接続されたラインカード上で実施することができる。本発明の方法およびシステムは、高速パケット交換ネットワーク、例えば１００Ｇｂ／秒以上のネットワークで実施されることが好ましい。
【００２２】
本発明の別の態様によると、パケット交換システムのリソースマネージャは、並列処理要素の１つまたは複数の並列リソースを作動または停止させることができる。本発明の別の態様によると、高速トラフィックマネージャデバイスはエネルギーを節約し、発熱および冷却要件を少なくし、パケット処理ユニットの耐用年数を長くするために、決定されたトラフィック速度に基づいて部分的に電力を切ることができる所望のスループットを達成するための、数十の並列メモリバンク、パイプラインループおよびマルチレーンインターフェイスを備えることができる。
【００２３】
本発明の別の態様によると、ダウンストリームパケット処理デバイスのリソースマネージャは、受信したトラフィック速度に基づいてパケット処理リソースの状態を変える状態機械を備えることができることが提案されている。例として、状態機械は、状態を選択し、受信した情報速度およびバースト速度値に基づいて、デバイスの並列処理構成要素それぞれに対する状態間の遷移を管理するように構成することができ、状態により、並列処理構成要素の利用可能な並列処理リソースが決まる。
【００２４】
伝達性能を実際の需要に適応させるように、パケット交換システムを通して伝達流に沿ってアップストリームパケット処理デバイスで決定された負荷計測情報を使用するために、本発明の別の態様は、複数のネットワークプロセッサおよび複数のトラフィックマネージャ、および別のダウンストリームパケット処理デバイスとして、複数の並列トラフィックマネージャに交差接続された多数の交換デバイスを備えたスイッチファブリックを備えることができるパケット交換システムに関する。スイッチファブリックのリソースマネージャは、トラフィックマネージャを介してスイッチファブリックに複数のアップストリームネットワークプロセッサから伝達されたトラフィック速度全てを受信し、全ての受信トラフィック速度から決定された集合トラフィック速度情報に基づいてスイッチファブリックのパケット処理リソースを管理するように構成することができる。集合トラフィック速度情報は、どのスイッチファブリックリソースマネージャが、その電力消費効率を大きくするためにそのパケット処理リソースのいくつかのオンとオフを切り替えることができるかに基づいて、スイッチファブリックに対する完全な入力用トラフィック負荷予測を決定する。
【００２５】
本発明の別の態様によると、スイッチファブリックの交差接続された交換デバイスは、交換デバイスを複数のトラフィックマネージャに接続する伝達リンク全てがトラフィックマネージャでの受信トラフィック速度に基づいて、トラフィックマネージャによって停止された場合に、停止されるように構成することができる。
【００２６】
本発明の別の態様によると、リソースマネージャは、静的電力消費を低減するために並列パケット処理要素の電力を部分的に切ることによって、および／または動的電力消費を低減するためにクロックゲートパケット処理リソースによって、利用可能なパケット処理リソースを調節することができる。
【００２７】
本発明を、添付の図面を参照して例示的な方法で以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ネットワークプロセッサおよびトラフィックマネージャを備えた、高速パケット交換サブシステムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による、アップストリームパケット処理デバイスおよびダウンストリームパケット処理デバイスのブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による、パケット交換システム内のトラフィック負荷依存の電力低減に必要とされるステップの流れ図である。
【図４】本発明の実施形態による、決定されたトラフィック速度情報を含む追加のヘッダフィールドが加えられたデータパケットの例を示す図である。
【図５】メモリコントローラおよび多くの並列メモリユニットを備えたトラフィックマネージャのパケットバッファを示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態による、複数のネットワークプロセッサ、トラフィックマネージャおよび交換主体を備えた高速パケット交換システムのブロック図である。
【図７】ネットワークプロセッサの例示的なアーキテクチャを示す図である。
【図８】トラフィックマネージャの例示的なアーキテクチャを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、ネットワークプロセッサおよびトラフィックマネージャを備えた高速パケット交換サブシステムのブロック図を示している。ＰＨＹデバイス２およびＭＡＣ／Ｆｒａｍｅｒデバイス３は、イーサネット（登録商標）伝送用であり、転送、分類、優先順位付けおよびフロー制御のために、ネットワークプロセッサ（ＮＰ）１０およびトラフィックマネージャ（ＴＭ）２０上に入力ネットワークデータを通過させる。ＰＨＹデバイス２、ＭＡＣ／Ｆｒａｍｅｒデバイス３、ＮＰ１０、およびバックプレーンをインターフェイス接続させるＴＭ２０およびファブリックマネージャ５は普通、ラインカード１で実施される。ラインカード１は、スイッチファブリックデバイス（ＳＦ）３０にデータを送信し、データを他のラインカードまで通過させる。ＮＰ１０、ＴＭ２０およびＳＦ３０は、イーサネット交換機能に関連している。デバイスは、１００Ｇｂ／秒以上の高速パケット伝達用並列マルチレーン伝達を介して接続される。本発明の方法は、ネットワークプロセッサ、および図２でさらに説明するトラフィックマネージャを備えた高速パケット交換サブシステムで実施することができる。
【００３０】
図２は、本発明の一実施形態による、アップストリームパケット処理デバイスおよびダウンストリームパケット処理デバイスのブロック図を示している。アップストリームパケット処理デバイスは入力用ネットワークプロセッサ１０であり、ダウンストリームパケット処理デバイスはトラフィックマネージャ２０である。
【００３１】
ネットワーク処理は、いくつかのセットの規則にしたがって入力ネットワークデータパケットを処理し、これらを出力伝達ラインに伝達することを言う。本発明の一実施形態によるＮＰ１０は、インターフェイスオーバーサブスクリプションを管理し、バーストを除去し、入力用データパケットに対するパケット長を決定するために、入力データパケットをバッファリングする予備分類バッファ１１を備えている。パケット長は、入力データパケットのトラフィック速度を決定するトラフィックメータ１２によるその後の測定に使用される。ＮＰはさらに、パケットが計測ユニット１２を通過した後に、入力データパケットを処理するいくつかの処理要素（ＰＥ）１３を備えている。ＰＥ１３は、指示セットがネットワークデータパケットを取り扱い、処理するためにカスタマイズされた、小型縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）コアとして実施することができる。特に、そのＰＥ１３を備えたＮＰ１０は、パケット分類、フィルタリング、転送、分類、測定、マーキング、規制およびカウントなどの様々な機能を行なう。例えば、ＮＰは、転送テーブルのアドレス学習および管理、アドレスおよびサービスクラス（ＣｏＳ）マッピングを含むブリッジ機能、ＶＬＡＮタグ処理、ＭＰＬＳラベル生成またはスワッピングのために構成することができる。典型的には、ＮＰは、多数のＰＥ１３を含む並列処理能力のために構成されている。例えば、アーキテクチャ、複雑性、またはプログラミング可能性に関する、高速パケット交換システムのＮＰに対する異なる実施が存在する。ＮＰ１０の例示的なアーキテクチャが、図７に示されている。
【００３２】
図２に示すように、入来ＮＰ１０は、並列マルチレーン伝達ラインを介してダウンストリームＴＭ２０に接続されている。ＴＭ２０は典型的には、スイッチに必要な出力待ち行列を実施するので、ファブリックマネージャの次でラインカード上にある。ＴＭ２０は、典型的にはバックプレーンの次に仮想出力待ち行列（ＶＯＱ）で入来カード１上で実現されるパケット待ちを行なう。別の方法では、ＴＭおよびＦＭは１つのデバイス内に一体化させることもできる。ＴＭ２０はしばしば、交換サブシステムの合計電力消費に対する主なコントリビュータである。１つの理由は、トラフィックマネージャがデータパケットを記憶するために大容量のメモリ２１を必要とすることである。メモリ２１は、埋め込み型メモリと、高速外部メモリ用サポートを含むことができる。別の理由は、ネットワークプロセッサおよびスイッチファブリックに向かうマルチレーンインターフェイス用の多数の送受信機である。
【００３３】
ＴＭ２０はさらに、トラフィックメータ１２によって決定されるトラフィック速度に基づいて、ＴＭ２０のパケット処理リソースを調節するように構成されたリソースマネージャ２３を備えている。
【００３４】
例えば、トラフィックマネージャデバイスのリソースマネージャ２３は、ＴＭ２０の電力消費を低減するために、トラフィック負荷によって並列メモリモジュール２２のいくつかを一時的に停止させるメモリコントローラ２３ａを備えており、ＮＰおよび／またはＦＭに向かって伝達インターフェイスの特定のレーンを停止させるインターフェイスコントローラ２３ｂを備えている。
【００３５】
ＴＭはさらに、外部メモリ内に記憶されるパケットデータに対するポインタである、トラフィック待ち行列を維持する待ち行列マネージャなどの構成要素（図示せず）を備えている。別の待ち行列を、各トラフィック分類またはトラフィックフローに対して保持することができる。しかし、ＮＰ１０と異なり、ＴＭ２０は典型的には、測定能力は備えていない。というのは、これは通常パケット交換サブシステムの待ち時間および複雑性を大きくするからである。図８は、トラフィックマネージャの例示的アーキテクチャを示している。
【００３６】
ＮＰ１０およびＴＭ２０の説明が、例として与えられる。ＮＰおよびＴＭは、実施される設計および機能が変化する可能性がある。加えて、ＮＰの機能のいくつかを、ＴＭ内で実施することができる、また逆も同様である。
【００３７】
図３は、本発明の一実施形態による、パケット交換システム内のトラフィック負荷依存の電力低減に必要とされるステップのフロー図を示している。
【００３８】
ステップ１００では、ＮＰ１０の予備分類バッファ１１は、入力データパケットをバッファリングして、インターフェイスオーバーサブスクリプションを管理し、ステップＳ１１０に説明するように、バーストを除去して、入来データパケット用のパケット長を決定する。パケット長は、その後の測定のため、およびパケットが潜在的に輻輳した処理パイプライン、すなわち処理要素１３のアレイに入る前に、基本的サービス品質（ＱｏＳ）を実施するために使用される。オーバーサブスクリプション／予備分類バッファ１１を通過して、トラフィックメータ１２は、ステップＳ１２０で入力データパケットのトラフィック速度を決定する。例えば、トラフィック速度は、情報速度、および（形成された）トラフィックフローの得られるバースト速度を測定することによって決定することができる。これらの測定された速度は、処理要素のパイプライン内へのトラフィック速度を制限するために使用され、また、その後の電力低減機構に使用される。ダウンストリームＴＭ２０の複雑性によって、各パケットフロー、または集合パケット帯域幅に対してトラフィック速度を測定することができる。ＮＰからＴＭまでの作業負荷の伝達は、ステップＳ１３０で既に処理したパケットに追加の「予測速度」拡張ヘッダフィールドを追加することによって達成され、トラフィック速度が測定されたパケットはさらに、ＮＰの処理要素１３内で処理されている。ステップ１４０では、決定されたトラフィック速度はその後、トラフィック速度が決定された処理データパケットがＴＭ２０に伝達される前の時点で、ＮＰ１０からＴＭ２０に伝達される。
【００３９】
これにより、トラフィック負荷情報は、伝達経路内で実際のデータの前を進むことが保証される。負荷測定情報を伝達および評価する手段は、帯域内伝達されるものではなく、また帯域外で、直接、または他の設備の間接的観察によって起こる可能性がある。別の方法では、アップストリームパケット処理デバイスは、別の制御メッセージまたはデータパケットを使用して、トラフィック速度を伝達することができる。
【００４０】
図４は、決定されたトラフィック速度情報を含む追加の「予測測定」ヘッダフィールド４１が本発明の一実施形態により加えられた、データパケット４０の例を示している。「予測速度」ヘッダに加えて、データパケット４０は、追加内部メタ情報を含んでいる。というのは、ＮＰ１０は、入力用パケットに対する転送決定をとっており、ＴＭ２０に対する正確な待ち行列を選択し、典型的には、余分なヘッダを全てのパケットの前に加える必要があるからである。入力データトラフィックの変更されたヘッダにより、トラフィックマネージャ２０が、どのパケットを落とし再伝達すべきか、いつパケットをスイッチファブリック３０に送信すべきか、およびネットワーク上に送信する場合にどのようにトラフィックを形成すべきかの優先順位をつけるおよび決定することが可能になる。
【００４１】
特に、伝達されたトラフィック速度は、トラフィック速度情報が決定されたパケットデータの前に伝達されるとき、およびこれらのデータパケットが図３のステップＳ１４５でＮＰ１０の処理要素１３によってまだ処理されている間のＴＭ２０に対するトラフィック予測を示している。ＴＭ２０のリソースマネージャ２３は、ステップＳ１５０で、所要の処理リソースを決定するために伝達されたトラフィック速度を分析する。ステップＳ１６０では、リソースマネージャ２３はその後、受信したトラフィック速度に基づいて、その利用可能なパケット処理リソースを調節する。例えば、並列メモリバンク２１、インターフェイスレーン４、パイプラインループ、または他の処理要素をトラフィック負荷にしたがって（部分的に）遮断することができる。
【００４２】
データパケットがステップ１４５でＮＰ１０で処理された後に、データパケットはステップ１７０でＴＭ２０に伝達され、データパケットはステップ１８０で処理され、ＴＭは入力データパケット用のその処理リソースを既に調節し、それによって不必要な余分な能力を防ぎ、その電力効率を良くする。アップストリームパケット処理デバイスでのパケット処理の典型的な待ち時間は、１００μ秒の範囲であり、ときどき数ｍ秒に到着し、電力起動回路の典型的作動時間は、より低いレベルの回路でサブμ秒であり、メモリモジュールなどのより大きな論理ブロックでは１０μ秒以上の範囲である。パケット処理のためのアップストリームパケット処理デバイスの待ち時間が、ダウンストリームパケット処理デバイス内の電力起動回路のための作動／停止時間より大きい場合、その後、トラフィックが決定されたデータパケットがＮＰ内で処理される前にトラフィック速度が伝達される場合は、トラフィック速度情報を伝達することにより、ダウンストリームデバイスでパケット処理リソースを調節するのに十分な時間が与えられる。
【００４３】
ステップＳ１３０、１４０、１５０またはＳ１６０のいずれも、ダウンストリームパケット処理デバイスが伝達されたトラフィック速度情報に基づいてそのリソースを調節するのに十分な時間をトラフィック速度の伝達と対応するデータパケットの伝達の間の時間差が与える限り、ステップＳ１４５の前に、またはこれと並列で行なうことができる。
【００４４】
ＴＭ２０は、ＮＰ１０で測定されたトラフィック速度情報を使用することによって、処理リソースを調節するためにあらゆる複雑なパケット特徴化能力を必要としないことがさらに有利である。
【００４５】
図５は、メモリコントローラおよびいくつかの並列メモリユニットを備えたトラフィックマネージャのパケットバッファを示している。メモリ性能限界により、パケットバッファメモリ２１は、多くの並列「バンク」およびメモリコントローラを使用して実現される。最新の８００ＭＨｚ  ＤＤＲ３−ＳＤＲＡＭが１００Ｇｂ／秒パケットバッファのメモリモジュールに使用される場合でも、１０−２０のバンクにわたるパケットデータの分配が典型的には、所望のスループットを達成するのに必要である。この数および得られる電力消費は、次世代機器のためにさらに増加する。並列メモリモジュールは、伝達されたトラフィック速度値に基づいて、メモリバンクを作動または停止させるメモリコントローラによって制御される。メモリコントローラはしたがって、リソースマネージャの機能を行なう。
【００４６】
リソースマネージャ２３は、受信したトラフィック速度に基づいてパケット処理リソースの状態を変える状態機械を備えることができる。例えば、状態機械は、例えば情報速度およびバースト速度値に基づいて、受信したトラフィック速度の下限および上限値によって既定される多くのトラフィック速度間隔を既定し、所要のパケット処理リソースを決定することができ、各間隔はＴＭ２０の所定のリソース状態に対応している。このリソース状態が必要である時点は、ＴＭ２０での伝達トラフィック速度の到着と、トラフィック速度が決定された伝達データパケットの到着の間の平均時間差によって既定される。
【００４７】
状態機械はその後、各トラフィック速度間隔に処理リソースの状態、例えば、合計数の並列メモリバンクのうちのアクティブメモリバンクの数を割り当てることができ、トラフィック速度値が所定のトラフィック速度間隔内にある場合に、状態機械はこの間隔に対応する状態への遷移を開始する。本発明によるパケット交換システムは、トラフィック速度が測定された実際のデータの前に、ＴＭ２０でトラフィック速度情報を与えるように構成されており、トラフィック速度の伝達とトラフィック速度に対応する処理データパケットの伝達の間の時間差は、少なくともＴＭデバイスの適応データ処理リソースを作動または停止させるのに必要な時間である。
【００４８】
図６は、本発明の別の実施形態による、アップストリームパケット処理デバイスとして複数のネットワークプロセッサ１０、第１のダウンストリームパケット処理デバイスとして複数のトラフィックマネージャ２０、および交換主体３２を有する第２のパケット処理デバイスとしてスイッチファブリック３０を備えた高速パケット交換システムのブロック図である。交換デバイス３２は、複数の並列トラフィックマネージャ２０に交差接続されている。本実施形態によると、トラフィック速度情報または負荷測定情報は、実際の需要に伝達性能を適応させるために、パケット交換システムを通して完全伝達フローを通して伝達および使用され、未使用伝達リソース内でのさらなるシステムに亘る電力低減が可能になる。
【００４９】
実施形態によると、トラフィックマネージャとネットワークプロセッサの間の多数の伝達レーンのサブセットは、トラフィックマネージャ内へのパケット帯域幅の集合にしたがって、インターフェイスコントローラによって作動または停止させることができる。
【００５０】
別の実施形態によると、トラフィックマネージャの下流側から始まり、これを（中央集中型）スイッチファブリックに接続させる多数の伝達レーンのサブセットは、中央スイッチファブリック内へのパケット帯域幅の実際の集中によって電源を切ることができる。典型的には、中央パケット交換マトリックスは、より小さいサイズの交差接続デバイスのアレイから構成されており、ライン終端デバイス（パケット処理ラインカード）からの入力トラフィックは、アレイにわたって負荷平衡となっている。全てのラインカードにわたって組織化した方法で多数のレーンのサブセットを停止することによって、交換構成要素の中央集中アレイの部品は最後に、デバイスごとに、完全に動的に電源を切ることができる。
【００５１】
トラフィックマネージャ２０は、第１のダウンストリームデバイスとして、ＮＰ１０からのパケットのヘッダで伝達された負荷測定情報を評価する。ＴＭ２０の状態機械を調整することによりその後、メモリバンク２３および／または伝達リンク５２を停止させる。中央スイッチマトリックスのリソースマネージャ３１は、例えば１つのデバイスの全てのリンクが停止された場合に、交換主体に取り付けられたリンクの状態を観察し、デバイスの電源を自動的に切る。別の方法では、複数の並列トラフィックマネージャ２０に交差接続されたスイッチデバイス３２は、アップストリームトラフィックマネージャへのスイッチデバイスの全てのリンクが停止された場合に、自動的に電源が切れるように構成することができる。
【００５２】
別の実施形態によると、スイッチファブリックデバイス３０のリソースマネージャ３１は、トラフィックマネージャ２０を介して複数のネットワークプロセッサ１０からスイッチファブリックまで伝達される全てのトラフィック速度を受信するように構成されており、全ての受信トラフィック速度から決定された集合トラフィック速度情報に基づいて、スイッチファブリックのパケット処理リソースを管理する。全ての入力用トラフィック値を集中させることによって、リソースマネージャ３１は、スイッチファブリック全体に対するトラフィック負荷を決定し、作動中の処理リソースの数を調節して、そのエネルギー効率を良くすることができる。例えば、リソースマネージャ３１は、並列パケット処理要素を部分的に電源を切って静的電力消費を低減することによって、および／またはパケット処理リソースをクロックゲートして、動的電力消費を低減することによって、利用可能なパケット処理リソースを調節することができる。
【００５３】
パケット処理デバイスが受信トラフィック速度情報を使用して、利用された処理リソースの数を最小限に抑える、すなわち、アイドル処理リソース、例えばメモリバンクまたは伝達リンクの数を最大限にする方法で、利用可能な処理ユニットにわたってデータ処理を負荷平衡させるように構成されている場合、本発明による方法およびパケット交換システムは最もエネルギー効率がよい。例えば、５０％の負荷で処理構成要素を操作する代わりに、伝達トラフィック予測によって示されているように必要でない場合に、１００％の負荷で処理ユニットを半分操作して、処理ユニットのもう半分の電源を切ることが有用である。ダウンストリームパケット処理デバイスのリソースマネージャは、利用される並列パケット処理ユニットの数を最小限に抑えることによって、並列処理ユニットでパケット処理リソースにわたってトラフィック負荷を分配するように構成されていることが好ましい。利用可能な並列パケット処理リソースにわたってデータパケットを均一に分配する代わりに、できるだけ少ない並列処理ユニットにわたって負荷を分配することによって、受信トラフィック速度値に基づいた未使用パケット処理リソースの電源を切るのがより早くなり、電源が落とされるリソースの数が多くなる。図６に示すように、ＴＭのリソースマネージャ２３は、できるだけ少ないメモリモジュール２１および伝達ライン５１にデータパケットを分配するように構成されている。メモリモジュール２２および伝達ライン５２は、トラフィック負荷がメモリモジュール２１および伝達ライン５１の処理能力より小さい限り、リソースマネージャ２３によって用いられるものではない。受信トラフィック速度情報を分析することによって、リソースマネージャ２３は、アイドル処理ユニット２２および５２の電源を切って、エネルギー消費を節約することができるかどうかを決定することができる。将来のトラフィック負荷への利用可能な予測なしで、アイドル処理ユニットは、処理リソースを停止および再作動させるのに必要なトラフィック負荷および時間の予測不可能な性質により、容易に電源を入れることができない。また、いくつかの完全に利用される処理リソースにわたってトラフィック負荷を分配することにより、その後のダウンストリームパケット処理デバイスのリソース管理が容易になる。例えば、データパケットをスイッチファブリック３０に伝達するＴＭ２０が、上側伝達ライン５１に最初にパケットを分配し、上側伝達ラインが完全に利用される場合に下側伝達ライン５２を使用することになるように構成されている場合に、より低い交差接続交換デバイス３２をより容易および迅速に切ることができる。
【００５４】
図７は、本発明の一実施形態の実施に適切なネットワークプロセッサ（ＮＰ）の例示的なアーキテクチャを示している。本実施形態によるＮＰは、データパケットプロセッサ（すなわち、パケットエンジンユニット）と、制御プロセッサおよびトラフィックマネージャへのインターフェイス内で実施されるトラフィックマネージャに所定のトラフィック速度指示および処理データパケットを伝達する手段とを備えている。ＮＰはさらに、トラフィック測定ユニット（図示せず）を含む。
【００５５】
図８は、本発明の一実施形態の実施に適切なトラフィックマネージャＴＭ２０の例示的なアーキテクチャを示している。例えば、本発明によるリソースマネージャは、メモリコントローラおよび／またはＮＰインターフェイスコントローラによって実施することができる。リソースマネージャは典型的には、プログラミング可能チップまたはハードウェア構成要素を使用して構成されている。
【００５６】
上記実施形態の構造の機構、構成要素および特定の詳細は、それぞれの応用例で最適化された別の実施形態を形成するために交換するまたは組み合わせることができる。これらの変更形態が当業者に自明である範囲で、全ての可能な組み合わせを明示的に特定することなく、上記説明によって暗に開示されているものとする。
【図１】
0005476464.tif 000002
【図２】
0005476464.tif 000003
【図３】
0005476464.tif 000004
【図４】
0005476464.tif 000005
【図５】
0005476464.tif 000006
【図６】
0005476464.tif 000007
【図７】
0005476464.tif 000008
【図８】
0005476464.tif 000009