CN101458556A - 网卡的功耗和连接模式的动态控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种网卡功耗和连接模式的动态控制方法及装置，属于网卡的省电技术，方法包括：实时监测网络的数据传输状态，获得当前或预定时间段内数据传输状态的统计值；根据所述统计值获得当前数据传输所匹配的目标连接模式，将网卡连接模式切换到所述目标连接模式。本发明实施例中，网络连接后不强制在某一连接模式，通过监测网络的数据传输状态，并与切换条件进行比对，实现了根据负载任务动态改变连接模式，能在各个模式之间进行动态切换，提高传输带宽的利用率，实现带宽/功耗的最优动态匹配。
Description
技术领域
本发明涉及网卡的省电技术，特别是涉及网卡的功耗和连接模式的动态控制方法及及装置。
背景技术
在笔记本电脑等移动设备的应用中，***功耗及电池续航能力是移动设备的核心指标之一。而在***功耗中，网卡功耗占去了较大比重，如一个idle(空闲)状态下12W的笔记本，千兆网卡功耗在1W左右，约占笔记本总功耗的10％。因此，为降低功耗，网卡厂商都提供了了很多的节电模式，如No Link(无连接模式)以及深度睡眠模式等。而这些模式大部分都是针对没有***网线或者不需要网络功能的场景。
对于在网络Linked(连接)状态下的节电方法，各网卡厂商提供的方案大同小异，例如在电池供电的情况下将网络连接被固定在100Mbps模式，此方案对于小负载任务、小文件传输以及idle状态，确实在一定程度上降低了***的功耗，但该方案牺牲了网络的带宽和传输速度，对某些大负载任务(例如大文件传输，大传输速度环境)，固定网络连接模式的做法并不能节省网卡的功耗，因为传输时间更长了，***功耗反而增加了。
以下对现有的在网络连接状态下的网卡省电方案进行举例分析。
现有的网卡省电方案1：电池供电模式下，将千兆网卡强制降为100Mbps模式。该方案中，在电池供电时，网络连接被强制Link在100Mbps模式下，无论网络负载大小、传输速度如何，网卡始终处于100Mbps模式。该方案不仅限制了在大容量文件传输时的速度，更可能因此增加***的电源消耗。例如，传输10Gb数据，在100Mbps模式下，理论上需要100s的时间，而功耗为500mW×100s；而1Gbps模式下，理论上需要10s的时间，功耗约为1000mW×10s。显然，即使在100Mbps模式下，在大负载任务传输时，该方案并不能提供较好的省电效果，反而使功耗更大，其功耗约为千兆模式功耗的5倍；因此该方案的缺点是：
缺点1：连接模式固定，限制了网络带宽，降低了数据传输速度；
缺点2：对于大负载任务(如大文件传输)，不能有效地降低功耗；
缺点3：只针对电池供电情况，对外接电源供电的情况无效。
因此，现有解决方案还不能很好地平衡功耗和网络带宽，并且对某些特殊任务不能提供较好的省电效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种网卡的功耗和连接模式的动态控制方法及装置，解决现有技术不能很好地平衡功耗和网络带宽，不能提供较好的省电效果的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种网卡功耗和连接模式的动态控制方法，包括：实时监测网络的数据传输状态，获得当前或预定时间段内数据传输状态的统计值；根据所述统计值获得与当前数据传输所匹配的目标连接模式，将网卡连接模式切换到所述目标连接模式，其中在所述目标连接模式下网卡的功耗不是最高的。
优选地，上述的方法，所述统计值为数据流量、数据传输速度和/或传输文件的大小。
优选地，上述的方法，在将网卡连接模式切换到所述目标连接模式之前，还包括，判断网卡当前连接模式是否为目标连接模式，是目标连接模式则继续监测网络的数据传输状态；不是目标连接模式则提示用户选择切换，如果用户选择切换则将当前连接模式切换到所述目标连接模式，如果用户选择不切换则保持当前连接模式并继续当前传输任务。
优选地，上述的方法，将网卡当前连接模式切换到所述目标连接模式，具体包括：通过设备输入/输出控制接口向网卡驱动程序或应用驱动程序发送切换指令；所述网卡驱动程序或应用驱动程序根据所述切换指令操作所述网卡芯片内的物理层寄存器，将所述网卡的连接模式设置为所述目标连接模式；所述网卡驱动程序或应用驱动程序执行重新协商的操作，根据所述物理层寄存器内容和网络设备进行协商并连接在所述目标连接模式；所述网卡运行在所述目标连接模式。
优选地，上述的方法，所述根据所述统计值获得当前数据传输所匹配的目标连接模式，包括：设定小于当前连接模式所允许的饱和速度的第一预定门限，如果当前数据传输速度大于所述第一预定门限，则所述目标连接模式为传输速度高于当前连接模式的连接模式；设定小于或等于当前连接模式所适合的最低速度的第二预定门限，如果当前数据传输速度小于所述第二预定门限，则所述目标连接模式为传输速度低于当前连接模式的连接模式。
优选地，上述的方法，还包括，由用户设定所述第一预定门限和所述第二预定门限。
优选地，上述的方法，每隔预定的时间周期，就将所述统计值与所述第一预定门限和所述第二预定门限进行比较。
优选地，上述的方法，所述网卡的连接模式包括10兆模式、100兆模式和1000兆模式。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种网卡的功耗和连接模式的动态控制装置，包括：实时监控单元，用于实时监测网络的数据传输状态，获得当前或预定时间段内数据传输状态的统计值；分析决策单元，用于根据所述统计值获得与当前数据传输所匹配的目标连接模式，将网卡连接模式切换到所述目标连接模式，其中在所述目标连接模式下网卡的功耗不是最高的。
优选地，上述的装置，所述分析决策单元具体包括：指令发送单元，用于通过设备输入/输出控制接口向网卡驱动程序发送切换指令；所述网卡驱动程序，用于操作所述网卡的寄存器，将所述网卡的连接模式设置为所述目标连接模式，执行重启操作，通过所述网卡重新连接网络，使所述网卡运行在所述目标连接模式。
优选地，上述的装置，还包括用户操作界面单元，用于将所述分析决策单元将分析出的所述目标连接模式通知用户，由用户选择是否切换到所述目标连接模式。
优选地，上述的装置，所述统计值为数据流量、数据传输速度和/或传输文件的大小。
为了实现上述目的，本发明又提供了一种动态控制网卡的功耗和连接模式的笔记本电脑，包括：实时监控单元，用于实时监测网络的数据传输状态，获得当前或预定时间段内数据传输状态的统计值；分析决策单元，用于根据所述统计值获得与当前数据传输所匹配的目标连接模式，将网卡连接模式切换到所述目标连接模式，其中在所述目标连接模式下网卡的功耗不是最高的。
优选地，上述的笔记本电脑，所述分析决策单元具体包括：指令发送单元，用于通过设备输入/输出控制接口向网卡驱动程序发送切换指令；所述网卡驱动程序，用于操作所述网卡的寄存器，将所述网卡的连接模式设置为所述目标连接模式，执行重启操作，通过所述网卡重新连接网络，使所述网卡运行在所述目标连接模式。
本发明实施例的技术效果在于：
1.本发明实施例，网络连接后不强制在某一连接模式，通过监测网络的数据传输状态，并与切换条件进行比对，实现了根据负载任务动态改变连接模式，能在各个模式之间进行动态切换，提高传输带宽的利用率，实现带宽/功耗的最优动态匹配；
2.本发明实施例利用连接模式的改变来适应负载任务的变化，使网卡功耗降到最低，达到最大的能源使用效率，更加环保节能；
3.在***功耗随着半导体工艺的进步而持续降低的趋势及千兆网的普及、10Gbps网的出现的形势下，本发明实施例将具有更为广泛地应用需求，应用优点将更加明显；
4.本发明实施例不增加***的硬件成本，可集成于电源管理软件***作为其网络管理的一个子***，无需额外投入。
附图说明
图1为本发明实施例提供的***架构示意图；
图2为本发明实施例提供的控制装置示意图；
图3为本发明实施例提供的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。
本发明实施例是根据实时监控的网络数据流量、传输速度或文件的大小来动态地改变网络的连接模式，以实现网络带宽和网卡功耗的最优动态匹配，从而降低网卡功耗。其方案是：当网络轻载时(低速，小文件传输，网页浏览等)，连接在低速模式，如10Mbps，以省电为主要目的；当网络重载时(高速，大文件传输)，连接在高速模式，以提高网络带宽为主要目的，同时由于网络带宽增加，传输时间减小，功耗也相应降低了。
本发明实施例可由软件程序的功能模块实现，图1为本发明实施例提供的***架构示意图，用户通过上层管理界面的LAN Management(网络管理模块，可集成到电源管理软件)给LAN Driver(网卡驱动程序)或应用驱动程序发出切换连接模式的相应指令，由LAN Driver或应用驱动程序完成相应寄存器(主要为物理层中10/100/1000Mbps的连接模式寄存器，及相应的匹配寄存器)的设置，并执行网络连接的Restart Negotiation(重新协商)，使网卡连接在目标连接模式，最后由网卡驱动程序将目前连接模式报告给操作***，完成连接模式的切换。
本发明实施例要求网卡厂商开放其驱动程序与应用软件沟通的一些接口，实现应用软件向驱动程序发出的切换连接模式指令，其余步骤均可由驱动程序实现。
本发明实施例的***架构中的各模块功能如下：
第一部分为网络管理模块。该部分包括网络流量实时监控单元，分析决策单元，以及用户操作界面。
实时监控单元：当网络处于连接状态时(10/100/100Mbps)，通过一个统计程序实时监控网络传输状态，对数据流量、传输速度(平均值、峰值)等指标进行统计分析，统计时间可由用户设定。
分析决策单元：将统计数据与预先设定的阈值进行比较，判断目前连接模式是否为当前数据流量所匹配的目标连接模式。例如，若统计分析的指标为最近1分钟内的平均传输速度，阈值设定为H：80Mbps，L：8Mbps，当前连接模式为100Mbps。若统计结果显示平均传输速度为60Mbps，低于阈值80Mbps，则认为当前连接模式适用于当前任务(数据流量)，反之，若统计结果显示平均传输速度为90Mbps，高于阈值80Mbps，则认为当前连接模式不适用于当前任务(数据流量)。同理，针对10M连接模式也可设定相应的阈值。阈值的具体数据应视实际应用而定，也可留出接口让用户设定。当然也可以由分析决策单元分析得出当前数据流下最佳的目标连接模式；阈值的设定还可以是一个模糊区间，如高、中、低等，应用模糊数学的决策方法来解决可能出现的临界问题。
用户操作界面：分析决策单元将分析结果通知用户，由用户选择是否切换到目标连接模式；这一部分是可选择的，如果要求实现完全自动调整的功能，则不预留此界面。
第二部分为应用软件AP/Driver接口部分。该部分通过标准的Device I/OController(设备输入/输出控制接口)向网卡驱动程序发送指令，通知驱动程序执行相关的切换动作。
第三部分为Driver/Firmware(驱动/固件)操作。Driver收到目标连接模式后，执行相应的寄存器读写操作，如将PHY(物理层)寄存器中的Auto-Negotiate 10Mbps，100Mbps等位置1(或置0，视具体网卡而定)，并执行Restart Negotiation，后续操作与原有驱动程序的操作流程一致。
图2为本发明实施例提供的控制装置示意图；控制装置可集成在网络管理模块中实现，如图，控制装置包括：实时监控单元和分析决策单元。分析决策单元中包括指令发送单元。可选的，控制装置还可以包括用户操作界面。
图3为本发明实施例提供的方法流程图，本发明实施例的方法的工作流程如下：
步骤301，***网线电缆，网卡与网络设备协商，建立连接，连接模式可为10M/100M/1000M中的任意一种；
步骤302，建立网络任务连接，如文件传输等；
步骤303，执行网络传输任务，实时监控软件部分统计传输数据流量、传输速度等；
步骤304，决策单元软件部分每隔一定时间将统计结果与预先设定的阈值进行比较，得出当前任务下的目标连接模式；
步骤305，判断当前连接模式是否为目标连接模式；
步骤306，用户操作界面根据判断结果提示用户是否切换到目标连接模式；若用户选择“No”，则维持当前连接模式，继续当前传输任务；
步骤307，若用户选择“Yes”，则网络管理模块通过Device I/O Controller向网卡驱动程序或应用驱动程序发送切换指令，通知驱动程序执行相关操作；
步骤308，网卡驱动程序或应用驱动程序对相关寄存器进行操作，将网卡连接能力强制在目标连接速度；
步骤309，网卡驱动程序或应用驱动程序执行Restart Negotiate，重新连接；
之后，网卡连接在目标连接模式，继续执行网络任务。
具体操作中，可通过以下方式确定所述目标连接模式：
设定小于当前连接模式(100Mbps)所允许的饱和速度的第一预定门限80Mbps，如果当前数据传输速度为90Mbps，大于所述第一预定门限，则所述目标连接模式为传输速度高于当前连接模式的连接模式，即1000Mbps模式；
设定小于或等于当前连接模式所适合的最低速度的第二预定门限10Mbps，如果当前数据传输速度8Mbps，小于所述第二预定门限，则所述目标连接模式为传输速度低于当前连接模式的连接模式，即10Mbps模式。
本发明实施例还提供了一种动态控制网卡的功耗和连接模式的笔记本电脑，包括：实时监控单元，用于实时监测网络的数据传输状态，获得当前或预定时间段内数据传输状态的统计值；分析决策单元，用于根据所述统计值获得当前数据传输所匹配的目标连接模式，将网卡连接模式切换到所述目标连接模式。其中在所述目标连接模式下网卡的功耗不是最高的。
本发明实施例的方法可作为电源管理***中的子***“网络管理模块”中的一个功能，可由用户打开/关闭。如外接电源供电模式下，用户不用担心功耗问题，则关闭该功能；而在电池供电模式下，功耗是核心问题，则打开该功能。因此，本发明实施例在给用户提供最大限度的节能的同时，并不影响用户的使用体验。而且，由于切换动作是在PHY(底层物理层)执行，在切换执行过程中，可能发生数据包丢失，但并不影响TCP等应用层连接，因此不会造成用户网络传输任务的中断，因为即使是在正常的网络传输状态下也会发生丢包现象，只需重新发送一次就行了。实验表明，切换过程中，执行ping......-t命令，发现只有一个数据包丢失，而网络传输任务不受影响。
本发明实施例不仅适用于电池供电模式，增强电池续航能力，也同样适用于AC适配器供电模式，节约***功耗，增进环保能力。随着半导体工艺的飞速发展，采用更小的制程将极大地降低***的功耗，同时随着千兆网的普及，以及10Gbps网络的出现，本发明实施例的独特优点将更加明显。
由上可知，采用本发明实施例可带来以下优点：
1.本发明实施例，网络连接后不强制在某一连接模式，通过监测网络的数据传输状态，并与切换条件进行比对，实现了根据负载任务动态改变连接模式，能在各个模式之间进行动态切换，提高传输带宽的利用率，实现带宽/功耗的最优动态匹配；
2.本发明实施例利用连接模式的改变来适应负载任务的变化，使网卡功耗降到最低，达到最大的能源使用效率，更加环保节能；
3.在***功耗随着半导体工艺的进步而持续降低的趋势及千兆网的普及、10Gbps网的出现的形势下，本发明实施例将具有更为广泛地应用需求，应用优点将更加明显；
4.本发明实施例不增加***的硬件成本，可集成于电源管理软件***作为其网络管理的一个子***，无需额外投入。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种网卡功耗和连接模式的动态控制方法，其特征在于，包括：
实时监测网络的数据传输状态，获得当前或预定时间段内数据传输状态的统计值；
根据所述统计值获得与当前数据传输所匹配的目标连接模式，将网卡连接模式切换到所述目标连接模式，其中在所述目标连接模式下网卡的功耗不是最高的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述统计值为数据流量、数据传输速度和/或传输文件的大小。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将网卡连接模式切换到所述目标连接模式之前，还包括，判断网卡当前连接模式是否为目标连接模式，是目标连接模式则继续监测网络的数据传输状态；不是目标连接模式则提示用户选择切换，如果用户选择切换则将当前连接模式切换到所述目标连接模式，如果用户选择不切换则保持当前连接模式并继续当前传输任务。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将网卡当前连接模式切换到所述目标连接模式，具体包括：
通过设备输入/输出控制接口向网卡驱动程序或应用驱动程序发送切换指令；
所述网卡驱动程序或应用驱动程序根据所述切换指令操作所述网卡芯片内的物理层寄存器，将所述网卡的连接模式设置为所述目标连接模式；
所述网卡驱动程序或应用驱动程序执行重新协商的操作，根据所述物理层寄存器内容和网络设备进行协商并连接在所述目标连接模式；
所述网卡运行在所述目标连接模式。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述统计值获得当前数据传输所匹配的目标连接模式，包括：
设定小于当前连接模式所允许的饱和速度的第一预定门限，如果当前数据传输速度大于所述第一预定门限，则所述目标连接模式为传输速度高于当前连接模式的连接模式；
设定小于或等于当前连接模式所适合的最低速度的第二预定门限，如果当前数据传输速度小于所述第二预定门限，则所述目标连接模式为传输速度低于当前连接模式的连接模式。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括，由用户设定所述第一预定门限和所述第二预定门限。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，每隔预定的时间周期，就将所述统计值与所述第一预定门限和所述第二预定门限进行比较。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述网卡的连接模式包括10兆模式、100兆模式和1000兆模式。
9.一种网卡的功耗和连接模式的动态控制装置，其特征在于，包括：
实时监控单元，用于实时监测网络的数据传输状态，获得当前或预定时间段内数据传输状态的统计值；
分析决策单元，用于根据所述统计值获得与当前数据传输所匹配的目标连接模式，将网卡连接模式切换到所述目标连接模式，其中在所述目标连接模式下网卡的功耗不是最高的。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述分析决策单元具体包括：
指令发送单元，用于通过设备输入/输出控制接口向网卡驱动程序发送切换指令；
所述网卡驱动程序，用于操作所述网卡的寄存器，将所述网卡的连接模式设置为所述目标连接模式，执行重启操作，通过所述网卡重新连接网络，使所述网卡运行在所述目标连接模式。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括用户操作界面单元，用于将所述分析决策单元将分析出的所述目标连接模式通知用户，由用户选择是否切换到所述目标连接模式。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述统计值为数据流量、数据传输速度和/或传输文件的大小。
13.一种动态控制网卡的功耗和连接模式的笔记本电脑，其特征在于，包括：
实时监控单元，用于实时监测网络的数据传输状态，获得当前或预定时间段内数据传输状态的统计值；
分析决策单元，用于根据所述统计值获得与当前数据传输所匹配的目标连接模式，将网卡连接模式切换到所述目标连接模式，其中在所述目标连接模式下网卡的功耗不是最高的。
14.根据权利要求13所述的笔记本电脑，其特征在于，所述分析决策单元具体包括：
指令发送单元，用于通过设备输入/输出控制接口向网卡驱动程序发送切换指令；
所述网卡驱动程序，用于操作所述网卡的寄存器，将所述网卡的连接模式设置为所述目标连接模式，执行重启操作，通过所述网卡重新连接网络，使所述网卡运行在所述目标连接模式。
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