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TWI898741B - 儲存裝置、其資料處理方法與非暫態電腦可讀取儲存媒體 - Google Patents

儲存裝置、其資料處理方法與非暫態電腦可讀取儲存媒體

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Publication number
TWI898741B
TWI898741B TW113127594A TW113127594A TWI898741B TW I898741 B TWI898741 B TW I898741B TW 113127594 A TW113127594 A TW 113127594A TW 113127594 A TW113127594 A TW 113127594A TW I898741 B TWI898741 B TW I898741B
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TW113127594A
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魏妙勳
楊智舜
Original Assignee
慧榮科技股份有限公司
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Publication date
Application filed by 慧榮科技股份有限公司 filed Critical 慧榮科技股份有限公司
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Publication of TW202605589A publication Critical patent/TW202605589A/zh

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Abstract

本發明揭露一種儲存裝置、其資料處理方法與非暫態電腦可讀取儲存媒體。回應於由一主機所發出的一指令，將該指令存於該儲存裝置的一提交佇列內。判斷該儲存裝置目前是操作於一爆發模式或一維持模式。於該爆發模式下，回應於該指令之執行完成，告知該主機該指令已完成。於該維持模式下，回應於該指令之執行完成並且於經過一延遲時間，告知該主機該指令已完成。

Description

儲存裝置、其資料處理方法與非暫態電腦可讀取儲存媒體
本發明是有關於一種儲存裝置、其資料處理方法與非暫態電腦可讀取儲存媒體。
固態硬碟(Solid-state drive或Solid-state disk，簡稱SSD)在現代科技中扮演著極為重要的角色，其重要性主要體現在以下幾個方面。
速度快：相比傳統的機械硬碟(HDD)，SSD的讀寫速度更快，因為SSD不需要機械部件進行讀寫操作。這使得電腦的開機速度更快，應用程序的運行速度更高，並且可以更快地處理大量數據。
可靠性高：SSD沒有機械部件，因此相對於HDD來說更加耐用。SSD較少受到震動和撞擊的影響，且不容易因為機械故障而失去數據。這使得SSD在需要高可靠性的應用場景下更受歡迎，例如企業伺服器和數據中心。
能效高：由於SSD不需要移動部件，其能耗比傳統的HDD要低，這意味著使用SSD的設備能夠更節能，更長時間地運行。
體積小：SSD相對於HDD來說體積更小，這使得SSD在許多場合下更易於安裝和部署，尤其是在筆記型電腦、平板電腦和其他體積較小的設備中。
固態硬碟的應用用途非常廣泛，包括但不限於以下。SSD可以當成個人電腦的作業系統和應用程序的儲存，提高系統的速度和反應時間。SSD可應用於企業伺服器和數據中心的儲存大量數據、加速數據處理和運行虛擬機器。在雲基礎設施中，SSD被廣泛用於提供高性能的虛擬機器和快速儲存服務。SSD可應用於遊戲主機中，用於加速遊戲加載時間和提高遊戲性能。於嵌入式系統中(如智慧型手機、平板電腦、物聯網設備等)，SSD可用於儲存和處理數據。
總的來說，固態硬碟已經成為現代科技中不可或缺的一部分，快速、可靠和節能的特點使得SSD在各種應用場景下都有著廣泛的應用價值。
以儲存裝置而言，服務品質(quality of service，QoS)表現是儲存裝置的效能與穩定性的重要指標，直接影響使用者體驗。儲存裝置在執行指令時，因各種原因(例如，容錯式磁碟陣列(RAID,Redundant Array of Independent Disks)編碼(encode)、垃圾回收(Garbage collection，GC)行為等)都可能造 成整體的效能抖動和不一致，影響QoS表現，也可能因此導致指示超時(command timeout)的嚴重問題。
另外，目前來說，也缺乏可以在不依靠主機或其他外接工具來確認儲存裝置本身的頻寬的技術。
故而，本案旨在解決上述習知技術問題。
根據本發明之一方面，提出一種儲存裝置。該儲存裝置包括：一儲存裝置控制器，用以接收來自一主機的一指令，以及一儲存單元陣列，耦接至該儲存裝置控制器，該儲存單元陣列用於儲存資料。其中，該儲存裝置控制器架構成：將該指令存於一提交佇列內；判斷該儲存裝置目前是操作於一爆發模式或一維持模式；於該爆發模式下，回應於該指令之執行完成，告知該主機該指令已完成；以及於該維持模式下，回應於該指令之執行完成並且於經過一延遲時間，告知該主機該指令已完成。
根據本發明之另一方面，提出一種儲存裝置的資料處理方法，包括：回應於由一主機所發出的一指令，一儲存裝置控制器將該指令存於該儲存裝置的一提交佇列內；該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於一爆發模式或一維持模式；於該爆發模式下，當該指令執行完成後，該儲存裝置控制器告知該主機該指令已完成；以及於該維持模式下，回應於該指令之執行完成並且於經過一延遲時間，該儲存裝置控制器告知該主機該指令已完成。
根據本發明之一方面，提出一種非暫態電腦可讀取儲存媒體，該非暫態電腦可讀取記錄媒體記錄至少一程式指令，該至少一程式指令在載入一電子裝置後，執行下列步驟：回應於由一主機所發出的一指令，將該指令存於一儲存裝置的一提交佇列內；判斷該儲存裝置目前是操作於一爆發模式或一維持模式；於該爆發模式下，當該指令執行完成後，告知該主機該指令已完成；以及於該維持模式下，回應於該指令之執行完成並且於經過一延遲時間，告知該主機該指令已完成。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
110:主機
120:儲存裝置控制器
130:儲存裝置
131:儲存單元陣列
221:輸出入電路
222:處理電路
SQ:提交佇列
220:延遲單元
CQ:完成佇列
310-350:步驟
410-440、510-540:步驟
第1圖繪示根據本案一實施例的儲存裝置的功能示意圖。
第2圖顯示根據本案一實施例的儲存裝置的詳細功能示意圖。
第3圖顯示根據本案一實施例的資料處理方法。
第4圖顯示根據本案一實施例的下行資料處理方法流程圖。
第5圖顯示根據本案一實施例的上行資料處理方法流程圖。
本說明書的技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。本揭露之各個實施例分別具有一 或多個技術特徵。在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地將這些實施例中部分或全部的技術特徵加以組合。
請參照第1圖，其繪示根據本案一實施例的儲存裝置的功能示意圖。如第1圖所示，根據本案一實施例的儲存裝置130(例如為SSD)包括：儲存裝置控制器120與儲存單元陣列131。儲存裝置耦接至主機110。儲存裝置控制器120耦接至儲存單元陣列131。儲存單元陣列131可用於儲存資料。
主機110可發出讀取指令或寫入指令至儲存裝置控制器120，以讓儲存裝置控制器120據以對儲存裝置130(例如但不受限於為，SSD等)的儲存單元陣列131進行資料讀取或資料寫入。
第2圖顯示根據本案一實施例的儲存裝置130的更詳細功能示意圖。如第2圖所示，儲存裝置控制器120包括：輸出入電路221與處理電路222。儲存裝置130更包括：提交佇列(Submission Queue)SQ、延遲單元220與完成佇列(Completion Queue)CQ。當然，儲存裝置控制器120與儲存裝置130可以更包括其他必要/非必要元件，其在此省略。提交佇列SQ與完成佇列CQ可以由緩衝器(buffer)所實現。
輸出入電路221可以當成對主機110與儲存裝置130之間的輸出入介面。
處理電路222用以控制儲存裝置控制器120的操作。 處理電路222的詳細功能將於底下說明之。處理電路222可以例如是藉由使用一晶片、晶片內的一電路區塊、一韌體電路、含有數個電子元件及導線的電路板來實現。
提交佇列SQ可用於暫存需要進行處理的任務或指令。在通常情況下，使用提交佇列SQ來接收來自主機110或其他設備的指令，然後按照提交的順序進行處理所接收到的指令。
儲存裝置控制器120將由主機110所傳來的指令(如讀取指令或寫入指令)提交到提交佇列SQ中。然後，儲存裝置控制器120根據提交佇列SQ中的指令進行處理，將資料寫入至儲存裝置130或從儲存裝置130讀取資料。總的來說，提交佇列SQ有助於管理和調度來自主機110或其他設備的指令或資料，從而實現高效的資料處理和傳輸。
當提交指令完成時，相關指令完成資訊(如操作的狀態、成功或失敗結果等)將被儲存裝置控制器120放入於完成佇列CQ中。
主機110或其他應用程序可以定期檢查完成佇列CQ，以確定提交的指令是否已完成，並根據需要進行後續處理。或者是，儲存裝置控制器120可以將指令完成資訊回傳給主機110。
以第2圖為例，由主機110所發出的指令CM1、CM2、CM3…等被暫存於提交佇列SQ。當指令CM1、CM2、CM3…等完成時，相關的指令完成資訊CCM1、CCM2、CCM3將被放入 完成佇列CQ中，其中，指令完成資訊CCM1是指令CM1的指令完成資訊，其餘可依此類推。
當操作於維持模式(sustain mode)下，延遲單元220用於延遲將「指令完成資訊(如CCM1…)」寫入至完成佇列CQ的時間。
第3圖顯示根據本案一實施例的資料處理方法。於步驟310中，主機110發出指令至儲存裝置控制器120，儲存裝置控制器120將該指令存於提交佇列SQ內。
於步驟320中，判斷儲存裝置130目前是操作於爆發模式(burst mode)或維持模式。於爆發模式下，會在沒有執行任何背景動作(background action)下，來執行該指令，以及，當該指令完成後，儲存裝置控制器120會將指令完成資訊回傳給主機110。也就是說，在爆發模式下，當該指令完成後，儲存裝置控制器120會告知主機110該指令已完成。也就是說，在爆發模式下，當該指令完成後，主機110可以得知該指令已完成。
於維持模式，則是在執行背景動作下，來執行該指令，以及，當該指令完成後，儲存裝置控制器120會經過一段延遲時間(該延遲時間的設定可能是由儲存裝置控制器120的製造商或儲存裝置130的使用者所進行)後，才將指令完成資訊回傳給主機110。也就是說，在維持模式下，當該指令完成後，儲存裝置控制器120會經過該延遲時間後才告知主機110該指令已完成，主機110此時才會得知該指令已完成。
底下將說明本案一實施例中，如何判斷目前是處於維持模式。
在一可能例中，當儲存單元陣列131中的備用區塊(spare block)的數量小於區塊臨界數量時，儲存裝置控制器120可能會在處理一既定數量的寫入指令後停止處理指令，開始耗費部分的軟硬體資源去執行垃圾收集(GC)，以增加備用區塊的數量。在此情況下，可判斷當下儲存裝置控制器120處於維持模式。另一方面，當儲存單元陣列131中的備用區塊的數量大於或等於區塊臨界數量，儲存裝置控制器120不會執行垃圾收集(GC)，此時判斷儲存裝置控制器120能利用大部分的軟硬體資源，以爆發模式處理指令。也就是說，可以根據備用區塊數量是否大於或等於區塊臨界數量來決定儲存裝置控制器120是處於爆發模式或維持模式。
在另一可能例中，在讀取指令或寫入指令執行時，會定期(例如但不受限於每一秒)去檢查儲存裝置130的溫度，如果檢查到溫度高於所設定的溫度臨界值(定值)會啟動指令節流(command throttling)，透過降低指令的處理效率達到降溫的效果，此時可判斷儲存裝置控制器120進入維持模式。相反地，如果檢查到儲存裝置130的溫度不高於所設定的臨界值(定值)，則不會啟動指令節流，故此時可判斷儲存裝置控制器120能以具有較高指令處理效率的爆發模式來處理指令。在此，指令節流作法例如是，以儲存裝置控制器120閒置數毫秒(此時不會處理收進來 的指令)後再以數毫秒進行指令處理為一個週期，如此反覆數個週期，使得指令處理的速度下降。也就是說，可以根據所檢查到的溫度是否高於所設定的臨界值來決定是爆發模式或維持模式。
當儲存裝置控制器120目前是操作於爆發模式下時，於指令執行完成時，儲存裝置控制器120會告知主機110該指令已完成(亦即，儲存裝置控制器120將已執行完成指示的指令完成資訊放入完成佇列CQ中)，如步驟330。
當儲存裝置控制器120目前是操作於維持模式下時，當指令執行完成時，儲存裝置控制器120會經過一延遲時間才告知主機110該指令已完成。亦即，儲存裝置控制器120會經過該延遲時間(由延遲單元220來執行)後(如步驟340)，儲存裝置控制器120才告知主機110該指令已完成(如步驟350)，降低發生指令超時的機會。
在本案一實施例中，對於比較快完成的指令，延遲將其相關指令完成資訊寫入至完成佇列CQ的原因在於，如此主機110不會那麼快發出下一筆指令。這是因為，一旦主機110發出指令後，主機110就會開始計時，如果儲存裝置控制器120處於維持模式下會較有可能未能及時完成指令，而造成指令超時。故而，在本案一實施例中，藉由這樣的機制，可以避免主機110的計時器太早開始計時，以讓比較慢完成的指令比較有時間可以做準備，降低指令超時的可能性。
底下將說明本案一實施例如何在不依靠主機也不依 靠其他外接工具的前提下，來評估儲存裝置130的本身頻寬(亦即本身性能)。
第4圖顯示根據本案一實施例的下行資料處理方法流程圖。在此，「下行」是資料從主機110(資料來源)送往儲存裝置130(資料目的)。第4圖乃是由儲存裝置控制器120所執行。
於步驟410中，資料開始從主機110送往儲存裝置130，以及，儲存裝置控制器120將資料開始傳輸時間點(T1)記錄下來。
於步驟420中，儲存裝置控制器120計數從主機110送往儲存裝置130的資料傳輸量(C)。
於步驟430中，資料傳輸已結束，以及，儲存裝置控制器120將資料結束傳輸時間點(T2)記錄下來。
於步驟440中，根據資料傳輸量、資料開始傳輸時間點(T1)與資料結束傳輸時間點(T2)，儲存裝置控制器120評估儲存裝置130的本身頻寬(亦即本身性能)。例如，頻寬評估值=C/(T2-T1)，其中，C代表資料傳輸量。
第5圖顯示根據本案一實施例的上行資料處理方法流程圖。在此，「上行」是資料從往儲存裝置130送主機110。第5圖乃是由儲存裝置控制器120所執行。
於步驟510中，資料開始從儲存裝置130(資料來源)而送往主機110(資料目的)，以及，儲存裝置控制器120將資料開始傳輸時間點(T3)記錄下來。
於步驟520中，儲存裝置控制器120計數從儲存裝置130送往主機110的資料傳輸量(C)。
於步驟530中，資料傳輸已結束，以及，儲存裝置控制器120將資料結束傳輸時間點(T4)記錄下來。
於步驟540中，根據資料傳輸量、資料開始傳輸時間點(T3)與資料結束傳輸時間點(T4)，儲存裝置控制器120評估儲存裝置130的本身頻寬(亦即本身性能)。例如，頻寬評估值=C/(T4-T3)，其中，C代表資料傳輸量。
例如，如果頻寬評估值太低的話，可以透過其他技術手段來加以改善儲存裝置130的本身頻寬(亦即本身性能)。
此外，第4圖與第5圖亦可以決定目前是操作於性能模式或維持模式。例如但不受限於，當頻寬評估值高於一頻寬門檻值時，則判斷目前處於爆發模式。當頻寬評估值等於或低於該頻寬門檻值時，則判斷目前處於維持模式。
由上述可知，在本案上述實施例中，透過在維持模式下，延遲通知主機關於指令已完成資訊，可以避免指令超時的機會。
由上述可知，在本案上述實施例中，即便是不依靠主機也不依靠其他外接工具的前提下，儲存裝置控制器120本身即可以評估儲存裝置130的本身頻寬(亦即本身性能)。
雖然本案可能描述了許多具體細節，但這些不應被理解為對所申請發明的範疇限制，而應被視為對特定實施方式的 特性的描述。在本案說明中，在單一實施例的上下文中描述的某些特性也可以在單一實施例中以組合方式實施。相反地，也可以將在單一實施例的上下文中描述的各種特性在多個實施例中單獨或任何適當子組合中實施。此外，雖然可能最初會將特性描述為在某些組合中起作用，甚至最初會將其說明為這樣的組合，但在某些情況下，可以從該組合中刪除一個或多個特性，而所說明的組合可能會針對一個子組合或子組合的變化。同樣地，雖然在圖示中將操作描繪為以特定順序進行，但這並不應被理解為要求這些操作必須按照顯示的特定順序或順序進行，或者必須執行所有描繪的操作，以實現期望的結果。
雖然本案上述實施例只揭示了一些例子和實現方式。根據所揭示的內容，可以對所述的例子和實現方式以及其他實現方式進行變更、修改和增強。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
310-350:步驟

Claims (20)

  1. 一種儲存裝置，該儲存裝置包括：一儲存裝置控制器，用以接收來自一主機的一指令，以及一儲存單元陣列，耦接至該儲存裝置控制器，該儲存單元陣列用於儲存資料，其中，該儲存裝置控制器架構成：將該指令存於一提交佇列內；判斷該儲存裝置目前是操作於一爆發模式或一維持模式；於該爆發模式下，回應於該指令之執行完成，告知該主機該指令已完成；以及於該維持模式下，回應於該指令之執行完成並且於經過一延遲時間，告知該主機該指令已完成。
  2. 如請求項1所述之儲存裝置，其中，根據一備用區塊數量是否大於或等於一區塊臨界數量，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式或該維持模式。
  3. 如請求項2所述之儲存裝置，其中，當該備用區塊數量小於該區塊臨界數量時，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該維持模式；以及當該備用區塊數量不小於該區塊臨界數量時，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式。
  4. 如請求項1所述之儲存裝置，其中，根據檢查到該儲存裝置的一溫度是否高於一溫度臨界值，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式或該維持模式。
  5. 如請求項4所述之儲存裝置，其中，當檢查到該儲存裝置的該溫度高於該溫度臨界值時，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該維持模式；以及當檢查到該儲存裝置的該溫度不高於該溫度臨界值時，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式。
  6. 如請求項1所述之儲存裝置，其中，當一頻寬評估值高於一頻寬門檻值時，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式；以及當該頻寬評估值不高於該頻寬門檻值時，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該維持模式。
  7. 如請求項6所述之儲存裝置，其中：根據一資料開始傳輸時間點、一資料結束傳輸時間點，以及於該資料開始傳輸時間點和該資料結束傳輸時間點之間所傳輸的一資料量計算出該頻寬評估值。
  8. 一種儲存裝置的資料處理方法，包括：回應於由一主機所發出的一指令，一儲存裝置控制器將該指令存於該儲存裝置的一提交佇列內；該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於一爆發模式或一維持模式；於該爆發模式下，當該指令執行完成後，該儲存裝置控制器告知該主機該指令已完成；以及於該維持模式下，回應於該指令之執行完成並且於經過一延遲時間，該儲存裝置控制器告知該主機該指令已完成。
  9. 如請求項8所述之儲存裝置的資料處理方法，其中，根據一備用區塊數量是否大於或等於一區塊臨界數量，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式或該維持模式。
  10. 如請求項9所述之儲存裝置的資料處理方法，其中，當該備用區塊數量小於該區塊臨界數量時，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該維持模式；以及當該備用區塊數量不小於該區塊臨界數量時，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式。
  11. 如請求項8所述之儲存裝置的資料處理方法，其中，根據檢查到該儲存裝置的一溫度是否高於一溫度臨界值，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式或該維持模式。
  12. 如請求項11所述之儲存裝置的資料處理方法，其中，當檢查到該儲存裝置的該溫度高於該溫度臨界值時，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該維持模式；以及當檢查到該儲存裝置的該溫度不高於該溫度臨界值時，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式。
  13. 如請求項8所述之儲存裝置的資料處理方法，其中，當一頻寬評估值高於一頻寬門檻值時，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式；以及當該頻寬評估值不高於該頻寬門檻值時，該儲存裝置控制器判斷該儲存裝置目前是操作於該維持模式。
  14. 如請求項13所述之儲存裝置的資料處理方法，其中，根據一資料開始傳輸時間點、一資料結束傳輸時間點以及於該資料開始傳輸時間點和該資料結束傳輸時間點之間所傳輸的一資料量，該儲存裝置控制器計算出該頻寬評估值。
  15. 一種非暫態電腦可讀取儲存媒體，該非暫態電腦可讀取記錄媒體記錄至少一程式指令，該至少一程式指令在載入一電子裝置後，執行下列步驟：回應於由一主機所發出的一指令，將該指令存於一儲存裝置的一提交佇列內；判斷該儲存裝置目前是操作於一爆發模式或一維持模式；於該爆發模式下，當該指令執行完成後，告知該主機該指令已完成；以及於該維持模式下，回應於該指令之執行完成並且於經過一延遲時間，告知該主機該指令已完成。
  16. 如請求項15所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中，根據一備用區塊數量是否大於或等於一區塊臨界數量，判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式或該維持模式；或者根據檢查到該儲存裝置的一溫度是否高於一溫度臨界值，判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式或該維持模式；或者根據一頻寬評估值是否高於一頻寬門檻值，判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式或該維持模式。
  17. 如請求項16所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中，當該備用區塊數量小於該區塊臨界數量時，判斷該儲存裝置目前是操作於該維持模式；以及當該備用區塊數量不小於該區塊臨界數量時，判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式。
  18. 如請求項16所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中，當檢查到該儲存裝置的該溫度高於該溫度臨界值時，判斷該儲存裝置目前是操作於該維持模式；以及當檢查到該儲存裝置的該溫度不高於該溫度臨界值時，判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式。
  19. 如請求項16所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中，當該頻寬評估值高於該頻寬門檻值時，判斷該儲存裝置目前是操作於該爆發模式；以及當該頻寬評估值不高於該頻寬門檻值時，判斷該儲存裝置目前是操作於該維持模式。
  20. 如請求項19所述之非暫態電腦可讀取儲存媒體，其中，根據一資料開始傳輸時間點、一資料結束傳輸時間點以及於該資料開始傳輸時間點和該資料結束傳輸時間點之間所傳輸的一資料量，計算出該頻寬評估值。
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