一种分组交换机无加速比工作保持分组调度解决方案制造技术

本发明专利技术公布了一种分组交换机无加速比工作保持分组调度解决方案，包括交换结构与调度算法两部分。对于N

【技术实现步骤摘要】
一种分组交换机无加速比工作保持分组调度解决方案


[0001]本专利技术属于高性能分组交换


技术介绍

[0002]随着技术与网络需求的不断发展，网络流量快速增长，业务种类不断增加。网络需要提供不同服务质量(Quality of Service，QoS)的保障，而提供确定性服务质量保证的基础核心是分组交换技术的服务质量确保。已有提供服务质量确保的解决方案主要基于输出排队(Output Queued，OQ)结构，其核心原因是OQ结构本身可以提供工作保持分组调度。
[0003]工作保持是指当交换机中存在去往某输出端口的分组时，当前时隙一定有分组离开该输出端口。分组调度的工作保持可以使得交换机工作在强稳定状态，保证交换机100％的通过率，确保输出端口的分组传输总量，是网络提供确定性QoS服务的前提和基础。以N表示交换机输入端口数，则OQ结构要求N倍加速比，使其无法实用于高速网络。部分解决方案采用CIOQ(Combined Input
‑
Output Queued)或CICOQ(Combined Input
‑
Crosspoint
‑
Output Queued)结构，可做到以2倍加速比实现交换机工作保持，并在一定的业务限制条件下确保分组调度的服务质量。但2倍加速比在高速网络应用依然难以接受。目前尚未有可商业化应用于高速网络中的无加速比工作保持的分组调度方案。
[0004]本专利技术提出了一种分组交换机无加速比工作保持分组调度解决方案，包括交换结构和调度算法两部分。对于一个N
×
N交换机，交换结构包含两级交叉开关交换结构，第一级规模为N
×
2N
‑
1，即N个输入端口和2N
‑
1个输出端口，第二级规模为2N
‑1×
N。在两级交换结构之间配置2N
‑
1个缓存器，分别连接第一级交换结构的2N
‑
1个输出端和第二级交换结构的2N
‑
1个输入端，每个缓存均采用基于N个输出端口的VOQ(Virtual Output Queued)逻辑队列来缓存分组。
[0005]现有解决方案中，通常分组先进入缓存排队，然后根据缓存内分组排队情况裁决该时隙分组调度。本专利技术在分组到达交换机时，首先计算分组计划离开的时间，并确定分组进入的中间缓存器。然后分组经由第一级交换结构传输进入中间缓存器排队。当到达该分组的计划离开时间时，分组经由第二级交换结构传输到达输出端口，离开交换机。
[0006]本专利技术对于任意到达模式的分组，均可实现无加速比工作保持的分组调度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是在无加速比条件下分组交换机实现工作保持的分组调度，实现可接入业务的无堵塞分组交换。为实现上述目的，本专利技术采用的技术路线为：
[0008]对于N
×
N端口交换机，采用两级交叉开关交换结构组成交换结构，两级交换结构的规模分别为N
×
2N
‑
1和2N
‑1×
N。在两级交叉交换结构中间配置2M
‑
1个缓存器，第一级交换结构的输出端口逆序连接缓存器，第二级交换结构的输入端口顺序连接缓存器。每个缓存器采用基于N个输出端口的VOQ逻辑队列缓存分组。分组到达第一级交换结构时，计算分组的计划离开时间，然后根据计划离开时间确定分组进入的中间缓存器，随后分组经过第
一级交换结构进入中间缓存器缓存排队。当到达分组的离开时间时，分组经由第二级交换结构离开交换机。
[0009]本专利技术对于N
×
N端口交换机，当中间缓存器数量为2M
‑
1时，可完全避免分组调度中的竞争冲突，实现交换机工作保持。
[0010]本专利技术的有益效果：
[0011]本专利技术实现了分组交换机的无加速比工作保持的分组调度，理论分析证明本专利技术提出的解决方案对任意可接入业务均可获得100％的通过率，并可以此为基础进一步实现可提供带宽和时延确保服务的分组调度。同时，本方案中交换结构无加速比，具备在高速网络环境下实现的条件。
附图说明
[0012]图1交换结构框图；
[0013]图2分组调度算法流程图。
具体实施方式
[0014]图1给出了交换结构框图。图中交叉开关交换结构的左侧为入口，右侧为出口。第一级交叉开关交换结构的M个入口直接与交换机的M个输入端口连接，交叉开关的2N
‑
1个出口与2N
‑
1个中间缓存器逆序连接。每个中间缓存器采用VOQ逻辑排队方式，队列VOQ
kj
中存储的是中间缓存器k中去往输出端口j的分组。第二级交叉开关交换结构的2N
‑
1个入口与2N
‑
1个中间缓存器正序连接，交叉开关交换结构的N个出口与交换机的N个输出端口逆序连接。
[0015]对于每个时隙t，若有分组到达，则计算到达分组离开交换机的时间，然后依据计算结果设置交叉开关传输分组。
[0016]第一部分：确定传输时间及中间缓存器
[0017]在每个时隙的开始，分组到达交换机后，确定分组的计划离开时间，以及拟进入的中间缓存器。步骤如下：
[0018]每个输出端口维持数值T
j
，其表示交换机中所有去往输出端口j的分组的计划传输时间的最大值，在第一个时隙开始时T
j
＝0。每个中间缓存器k维持集合表示该缓存器内所有缓存分组的计划离开时间集合，第一个时隙开始时初始化对于每一个输入端口i，维护一个2N
‑
1维向量V
i
，其元素表示中间缓存k的状态。上述所有k的取值范围均为1到2N
‑
1，i和j的取值范围均为1到N。
[0019]输入端口i从1开始，若输入端口i无分组到达，则令V
i
＝0，跳到第(3)步。
[0020](1)计算计划传输时间
[0021]对于当前t时隙到达输入端口i去往输出端口j的分组P[i,j,t]，基于输出端口j的T
j
，计算该分组的计划传输时间随后更新T
j
＝Max[t,T
j
+1]。
[0022](2)确定分组可用的中间缓存器
[0023]若向量V
i
的第k个元素表示中间缓存器k中不存在计划传输时间等于的分组；若则表示中间缓存器k中已经存储了计划离开时间等于的分组。
[0024]对于当前t时隙到达输入端口i去往输出端口j的分组，从1到2N
‑
1遍历每个中间缓存器k，若则令表示分组P[i,j,t]可以传输到中间缓存k的第j个逻辑队列VOQ
k,j
[0025]中；否则令
[0026](3)生成到达分组可用缓存器矩阵
[0027]将i加1，对每个输入端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无加速比工作保持分组调度解决方案，其特征是：1.1交换结构对于N
×
N端口交换机，采用两级交叉开关交换结构组成交换结构，两级交换结构的规模分别为N
×
2N
‑
1和2N
‑1×
N，在两级交叉交换结构中间配置2N
‑
1个缓存器；第一级交叉开关交换结构的N个入口直接与交换机的N个输入端口连接，交叉开关的2N
‑
1个出口与2N
‑
1个中间缓存器逆序连接；每个中间缓存器采用VOQ队列排队方式，队列VOQ
kj
中存储的是中间缓存器k中去往输出端口j的分组；第二级交叉开关交换结构的2N
‑
1个入口与2N
‑
1个中间缓存器正序连接，交叉开关交换结构的N个出口与交换机的N个输出端口逆序连接；1.2调度算法第一级交叉开关交换结构的N个入口直接与交换机的N个输入端口连接，交叉开关的2N
‑
1个出口与2N
‑
1个中间缓存器逆序连接；每个中间缓存器采用VOQ逻辑排队方式，队列VOQ
kj
中存储的是中间缓存器k中去往输出端口j的分组；第二级交叉开关交换结构的2N
‑
1个入口与2N
‑
1个中间缓存器正序连接，交叉开关交换结构的N个出口与交换机的N个输出端口逆序连接；对于每个时隙t，若有分组到达，则计算到达分组离开交换机的时间，然后依据计算结果设置交叉开关传输分组；第一部分：确定传输时间及中间缓存器在每个时隙的开始，分组到达交换机后，确定分组的计划离开时间，以及拟进入的中间缓存器；步骤如下：每个输出端口维持数值T
j
，其表示交换机中所有去往输出端口j的分组的计划传输时间的最大值，在第一个时隙开始时T
j
＝0；每个中间缓存器k维持集合表示该缓存器内所有缓存分组的计划离开时间集合，第一个时隙开始时初始化对于每一个输入端口i，维护一个2N
‑
1维向量V
i
，其元素表示中间缓存k的状态；上述所有k的取值范围均为1到2N
‑
1，i和j的取值范围均为l到N；输入端口i从1开始，若输入端口i无分组到达，则令V
i
＝0，跳到第(3)步；(1)计算计划传输时间对于当前t时隙到达输入端口i去往输出端口j的分组P[i，j，t]，基于输出端口j的T
j
，计算该分组的计划传输时间随后更新T
j
＝Max[t，T
j
+1]；(2)确定分组可用的中间缓存器若向量V
i
的第k个元素表示中间缓存器k中不存在计划传...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊庆旭，萧翰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：