4. Cấu trúc nội dung của luận án
2.5.2.3. Định nghĩa chế độ làm việc cho chuyển mạch OpenFLow
Trên cơ sở ta có thể điều khiển thay đổi tần số của chip FPGA hoạt động với 6 tần số khác nhau (từ 125 MHz xuống 3.90625 MHz) đã trình bày ở Mục 2.3 cũng như điều khiển thay đổi tốc độ liên kết cho 4 cổng Ethernet với 4 chế độ hoạt động độc lập trên mỗi cổng (idle, 10 Mbps, 100 Mbps và 1 Gbps) ở Mục 2.4. Theo lý thuyết có thể có 96 chế độ hoạt động của chuyển mạch khi kết hợp các thay đổi tần số và tốc độ liên kết của chuyển mạch, tuy nhiên trong thực tế, không phải tất cả các thiết lập có đều hoạt động một cách chính xác. Trong thực tế, quy tắc thay đổi tần số và tốc độ liên kết cần phải được định nghĩa một cách cẩn thận để đảm bảo chất lượng của dịch vụ. Vì vậy dựa trên thực nghiệm, tác giả đề xuất ba chế độ hoạt động mới nhằm tiết kiệm nhiều năng lượng hơn cho chuyển mạch. Đó là chế độ High Power (chế độ công suất cao), chế độ Low power (chế độ công suất thấp), và chế độ Sleep (chế độ ngủ). Các chế độ hoạt động khác nhau dựa vào phân chia tần số hoạt động của chuyển mạch kết hợp với sự điều khiển tốc độ liên kết của mỗi cổng Ethernet như trong Bảng 2.5. Các chế độ hoạt động mới của chuyển mạch được định nghĩa như sau:
Chế độ công suất cao: Chuyển mạch hoạt động ở tần số tối đa (f = 125 MHz).
Trong chế độ này, chuyển mạch có hiệu năng hoạt động cao nhất, nhưng tiêu thụ nhiều năng lượng nhất. Chế độ được thiết lập khi có ít nhất 1 cổng Ethernet hoạt động ở 1Gbps.
Chế độ công suất thấp: Khi lưu lượng trên tất cả các cổng Ethernet xuống dưới 100Mbps, giảm tần số của chuyển mạch về 62.5 MHz, và thiết lập các cổng Ethernet hoạt động ở tốc độ tối đa 100Mbps hoặc thấp hơn. Hoạt động ở chế độ này thì lượng điện năng tiêu thụ giảm đáng kể so với chế độ công suất cao.
Chế độ ngủ: Chế độ này được kích hoạt chỉ khi không có tải chạy quả bất kỳ
cổng Ethernet. Chuyển mạch không cần phải xử lý luồng dữ liệu nào. Trong chế độ này, tần số hoạt động được đặt ở mức 3.90625 MHz và tất cả các cổng đều tắt. Để đảm bảo rằng các gói tin đến không bị chặn lại trong chuyển mạch, chế độ này chỉ được kích hoạt khi tất cả các hàng đợi UDP đều trống rỗng. Trong chế độ này, chuyển mạch vẫn duy trì kết nối với bộ điều khiển (OpenFlow controller) và có thể đánh thức (wake-up) ngay lập tức chuyển mạch hoạt động chế độ bình thường. Chế độ này tiết kiệm năng lượng nhất.
42
Bảng 2.5. Các chế độ hoạt động mới của chuyển mạch
Chế độ Tần số Băng thông trên mỗi cổng
Công suất cao 125 MHz Idle/10Mbps/100Mbps/1Gbps
Công suất thấp 62.5 MHz Idle/10Mbps/100Mbps
Ngủ 3.90625 MHz Idle
Ba chế độ hoạt động mới của chuyển mạch NetFPGA có thể giải quyết hai mặt hạn chế được chỉ ra bởi Hanay cùng cộng sự [18] khi giảm công suất tiêu thụ. Thứ nhất là, trong một số chuyển mạch thông thường, chế độ ngủ có thể bị tác động quá mạnh mẽ dẫn tới ảnh hưởng đến đường truyền hoặc có thể gây ra các vấn đề về phần mềm trong hệ điều hành. Tuy nhiên, trong hệ thống OpenFlow, bộ điều khiển OpenFlow NOX /POX nằm riêng rẽ với thiết bị vật lý, nơi các thuật toán tối ưu được thực hiện để đảm bảo năng lượng sử dụng tối ưu nhất [42][41]. Hai là, ngay cả trong chế độ ngủ, chuyển mạch vẫn tương tác với bộ điều khiển, bởi vậy tín hiệu điều khiển luôn luôn được trao đổi để đảm bảo chuyển mạch có thể thay đổi chế độ đánh thức trong một vài chu kỳ xung nhịp.