專利名稱：基于包模式的流量控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)據(jù)通信設(shè)備(如路由器)中對(duì)數(shù)據(jù)包交換流量進(jìn)行精確控制的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在采用交換矩陣(CrossBar)作為數(shù)據(jù)交換方式的數(shù)據(jù)通信設(shè)備(如路由器)中，為了保證對(duì)交換帶寬的充分利用，以及能夠?qū)崿F(xiàn)無阻塞交換，需要對(duì)各種應(yīng)用數(shù)據(jù)流提供可選擇的優(yōu)先級(jí)和帶寬保證，這是QoS(Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量)設(shè)計(jì)中所要完成的關(guān)鍵內(nèi)容。
一般意義上的QoS設(shè)計(jì)包括按用戶需求分配傳輸帶寬、按不同的用戶權(quán)限劃分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)、在可能出現(xiàn)擁塞的情況下保證高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的傳輸，也就是實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的管理。在現(xiàn)有的處理方法中，為了實(shí)現(xiàn)QoS所要求的流量管理，一般采用兩種方法一種是信元(CELL)交換模式，即將等待交換的數(shù)據(jù)包切割為若干個(gè)固定長度的信元，在各信元上附加從屬包的標(biāo)志后進(jìn)入交換網(wǎng)進(jìn)行交換，在交換網(wǎng)的輸出端再進(jìn)行包的重組；另一種為基于包交換的方法，一般采用虛擬隊(duì)列和優(yōu)先權(quán)重的方法，在進(jìn)行交換之前對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行排隊(duì)，各隊(duì)列中的數(shù)據(jù)包按照嚴(yán)格的優(yōu)先級(jí)定義依次進(jìn)入交換通道。
這兩種方法存在如下缺點(diǎn)第一種方法由于用于傳輸?shù)腃ELL一般為64字節(jié)，對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)流的帶寬控制分辨率不是很精確，而且由于信元需要附加從屬包的信息，因此實(shí)際有效數(shù)據(jù)帶寬會(huì)受到影響，導(dǎo)致整個(gè)交換網(wǎng)的效率不高；第二種方法對(duì)優(yōu)先級(jí)的定義一般只有“高、中、低”等粗略的設(shè)置，難以準(zhǔn)確控制流量，況且，在采用優(yōu)先級(jí)排隊(duì)的情況下，由于隊(duì)列優(yōu)先級(jí)定義很嚴(yán)格，還會(huì)出現(xiàn)“隊(duì)列饑荒”現(xiàn)象，即有可能存在始終無法訪問的隊(duì)列。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中帶寬分配不合理，隊(duì)列調(diào)度存在問題的缺點(diǎn)，提供一種可以實(shí)現(xiàn)比較精確的帶寬分配管理的裝置和方法。
為了達(dá)到上述目的，一種基于包模式的流量控制裝置，其特征于，該裝置包括一權(quán)重定義模塊，用于根據(jù)所有輸入數(shù)據(jù)流對(duì)帶寬的要求，定義多個(gè)不同權(quán)重的隊(duì)列，根據(jù)各個(gè)隊(duì)列中包的長度和權(quán)重動(dòng)態(tài)計(jì)算出數(shù)據(jù)包發(fā)送間隔時(shí)間；一存儲(chǔ)模塊，用于根據(jù)系統(tǒng)要求的隊(duì)列數(shù)目將該存儲(chǔ)區(qū)域劃分出多個(gè)存儲(chǔ)段，每個(gè)存儲(chǔ)段對(duì)應(yīng)一個(gè)隊(duì)列，作為數(shù)據(jù)包的存儲(chǔ)空間；一策略輸出控制模塊，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)各隊(duì)列中數(shù)據(jù)包的輸出調(diào)度，從權(quán)重隊(duì)列中提取數(shù)據(jù)包輸出到交換總線上；所述權(quán)重定義模塊將所述輸入數(shù)據(jù)流定義成多個(gè)不同權(quán)重的隊(duì)列后，緩存至所述存儲(chǔ)模塊在存儲(chǔ)區(qū)域劃分出的多個(gè)存儲(chǔ)段中，所述策略輸出控制模塊從各隊(duì)列提取數(shù)據(jù)包并輸出到交換總線。
本發(fā)明還提供一種基于包模式的流量控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟根據(jù)用戶在數(shù)據(jù)包包頭中對(duì)于帶寬要求字段的設(shè)置以及系統(tǒng)對(duì)于該字段的定義，獲取輸入到交換網(wǎng)入口的所有數(shù)據(jù)包的量化的帶寬需求值；綜合所有數(shù)據(jù)包帶寬需求，定義多個(gè)不同權(quán)重的隊(duì)列，并根據(jù)各個(gè)隊(duì)列中包的長度和權(quán)重動(dòng)態(tài)計(jì)算出數(shù)據(jù)包發(fā)送間隔時(shí)間；將輸入數(shù)據(jù)包分配到按照權(quán)重定義生成的各個(gè)隊(duì)列中進(jìn)行排隊(duì)，等待輸出調(diào)度，各數(shù)據(jù)流以包模式在FIFO隊(duì)列中存儲(chǔ)；根據(jù)權(quán)重參數(shù)生成發(fā)送等效控制參數(shù)，并依據(jù)等效參數(shù)將數(shù)據(jù)包從權(quán)重隊(duì)列中輸出到交換總線上，完成各隊(duì)列中數(shù)據(jù)包的交換。
本發(fā)明提供的基于包模式的流量控制裝置及方法，改變了傳統(tǒng)方法中設(shè)置固定隊(duì)列優(yōu)先級(jí)的方法，采用根據(jù)帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整隊(duì)列優(yōu)先權(quán)的方法，從而使得交換網(wǎng)帶寬的使用更加有效，同時(shí)使得軟硬件的處理更加簡單、方便。
下面將結(jié)合實(shí)施例并參照附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明提供的基于包模式的流量控制裝置的功能模塊圖。
圖2是本發(fā)明提供的基于包模式的流量控制方法的實(shí)施例數(shù)據(jù)流圖。
圖3是本發(fā)明提供的基于包模式的流量控制裝置及方法的實(shí)施例流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明的基于包模式的流量控制裝置，其中包括權(quán)重定義模塊101，用于根據(jù)所有輸入數(shù)據(jù)流對(duì)帶寬的要求，定義多個(gè)不同權(quán)重的隊(duì)列，根據(jù)各個(gè)隊(duì)列中包的長度和權(quán)重動(dòng)態(tài)計(jì)算出數(shù)據(jù)包發(fā)送間隔時(shí)間；一存儲(chǔ)模塊102，用于根據(jù)系統(tǒng)中所要求的隊(duì)列數(shù)目將該存儲(chǔ)區(qū)域劃分出多個(gè)存儲(chǔ)段，每個(gè)存儲(chǔ)段對(duì)應(yīng)一個(gè)隊(duì)列，作為數(shù)據(jù)包的存儲(chǔ)空間；策略輸出控制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)各隊(duì)列中數(shù)據(jù)包的輸出調(diào)度，從權(quán)重隊(duì)列中提取數(shù)據(jù)包輸出到交換總線上。其中，存儲(chǔ)模塊中的各存儲(chǔ)區(qū)以FIFO(先入先出隊(duì)列)形式分配在該裝置中，各數(shù)據(jù)流均以包模式在FIFO隊(duì)列中存儲(chǔ)；權(quán)重定義模塊、策略輸出控制模塊由FPGA實(shí)現(xiàn)；存儲(chǔ)模塊由SRAM、或SDRAM實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明所采用的權(quán)重定義比其它流量控制方法所采用的優(yōu)先級(jí)定義更為精細(xì)。一般方法中的優(yōu)先級(jí)只有高、中、低等幾種比較模糊的定義。在本發(fā)明中，權(quán)重的定義是根據(jù)所有輸入數(shù)據(jù)流對(duì)帶寬的要求，定義多個(gè)不同權(quán)重的隊(duì)列，根據(jù)各個(gè)隊(duì)列中包的長度和權(quán)重動(dòng)態(tài)計(jì)算出數(shù)據(jù)包發(fā)送間隔時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)送流量的精確控制。
在完成優(yōu)先級(jí)權(quán)重定義后，將輸入數(shù)據(jù)包分配到按照權(quán)重定義生成的各個(gè)隊(duì)列中進(jìn)行排隊(duì)，等待輸出調(diào)度。這種權(quán)重隊(duì)列為FIFO形式的隊(duì)列，各數(shù)據(jù)流均以包模式在FIFO隊(duì)列中存儲(chǔ)。
如圖2所示，為本發(fā)明提供的基于包模式的流量控制方法的實(shí)施例數(shù)據(jù)流圖，由于本發(fā)明的核心是從權(quán)重隊(duì)列中提取數(shù)據(jù)包并被輸出到交換總線上，所以為了實(shí)現(xiàn)流量的精確控制，本發(fā)明的輸出策略采用了一種按權(quán)重進(jìn)行包間插的方式，如圖2a所示，假設(shè)當(dāng)前按照本發(fā)明提供的方法生成兩個(gè)權(quán)重隊(duì)列A和B，在這兩個(gè)隊(duì)列中，原始數(shù)據(jù)流A流和B流的包間隔和包持續(xù)時(shí)間分別為Ga、Wa和Gb、Wb；如圖2b所示，如果不進(jìn)行發(fā)包間隔調(diào)整，則B隊(duì)列的數(shù)據(jù)包將被A隊(duì)列的包阻擋，最后形成的流量將小于預(yù)期的流量；如圖2c所示，利用本發(fā)明提供的方法，B隊(duì)列的數(shù)據(jù)包將始終穿插在A隊(duì)列數(shù)據(jù)包的包間隔時(shí)間內(nèi)發(fā)送，這樣一來，在包發(fā)送過程中的間隔時(shí)間被定義為等效間隔時(shí)間。在本例中，兩個(gè)隊(duì)列的等效間隔時(shí)間分別為Ga’和Gb’，并設(shè)定隊(duì)列A具有最高優(yōu)先級(jí)，所以有Ga’＝Ga。而數(shù)據(jù)流B的等效間隔Gb’，則計(jì)算如下在Wa+Ga的時(shí)間內(nèi)，應(yīng)該發(fā)送的隊(duì)列B的包的個(gè)數(shù)為N＝(Wa+Ga)/(Wb+Gb)。假設(shè)在Ga的時(shí)間內(nèi)發(fā)送隊(duì)列B中的數(shù)據(jù)流，流B總的持續(xù)時(shí)間為N*Wb，剩余的空閑時(shí)間為Ga-N*Wb，則隊(duì)列B中發(fā)送數(shù)據(jù)包的等效間隔時(shí)間Ga/N-Wb?？梢酝茖?dǎo)出如下的結(jié)果Gb’＝(Ga*Gb-Wa*Wb)/(Wa+Ga)。
同樣的，對(duì)其它權(quán)重隊(duì)列也可以按上述的方法獲得數(shù)據(jù)包發(fā)送的等效間隔。每個(gè)權(quán)重隊(duì)列根據(jù)動(dòng)態(tài)計(jì)算出的數(shù)據(jù)包的等效間隔時(shí)間義提出發(fā)送請(qǐng)求，在流量輸出端口按照A高B低的優(yōu)先級(jí)仲裁下一步要發(fā)送哪個(gè)數(shù)據(jù)包，如圖2c所示，調(diào)整后的B隊(duì)列將以更快的頻率申請(qǐng)發(fā)包，但由于端口仲裁的控制，使得B隊(duì)列只能在A對(duì)列空閑的時(shí)段發(fā)包，最后形成的流量正是我們希望得到的精確流量。
本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)可以采用現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)結(jié)合SRAM來實(shí)現(xiàn)。如圖3所示，在FPGA中，本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)流程圖包括在三個(gè)模塊中的操作，具體包括在權(quán)重定義模塊中，按照數(shù)據(jù)包包頭中的QOS需求字段定義各級(jí)權(quán)重隊(duì)列，統(tǒng)計(jì)所有數(shù)據(jù)包的總的帶寬需求，定義各級(jí)隊(duì)列的原始發(fā)送參數(shù)；存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)SRAM的管理，按照權(quán)重定義模塊的輸出在SRAM中生成所需的各個(gè)隊(duì)列，并將輸入數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到SRAM中進(jìn)行緩存；策略輸出控制模塊按照流量控制策略，動(dòng)態(tài)計(jì)算出發(fā)送間隔，控制各隊(duì)列中的數(shù)據(jù)包在交換總線上發(fā)送。
該實(shí)施例包括以下流程，首先，對(duì)輸入數(shù)據(jù)包進(jìn)行包頭分析，獲取帶寬需求，步驟301；綜合所有數(shù)據(jù)包包頭中的QOS需求字段，生成各級(jí)權(quán)重的定義，步驟302；按照該權(quán)重定義構(gòu)造權(quán)重隊(duì)列，并且計(jì)算所有數(shù)據(jù)包的原始發(fā)送參數(shù)，步驟303；根據(jù)權(quán)重定義模塊的輸出，包括原始發(fā)送參數(shù)及隊(duì)列數(shù)，計(jì)算等效參數(shù)，步驟304；同時(shí)，將數(shù)據(jù)包分發(fā)到相應(yīng)的權(quán)重隊(duì)列，步驟305；結(jié)合以上兩個(gè)步驟的輸出結(jié)果，根據(jù)等效參數(shù)從權(quán)重隊(duì)列中輸出數(shù)據(jù)包到交換總線，步驟306；數(shù)據(jù)包輸出。
其中，由于本實(shí)施例的存儲(chǔ)模塊由FPGA實(shí)現(xiàn)，因此，還需要完成以下操作系統(tǒng)上電或復(fù)位后，CPU首先需檢查FPGA對(duì)存儲(chǔ)模塊的清除操作是否完成，如果未完成，則需等待，直到清除操作完成；將數(shù)據(jù)包的帶寬信息剝離，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中。
在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，數(shù)據(jù)包帶寬信息的改變引起權(quán)重參數(shù)的動(dòng)態(tài)更新。
以上所述，僅是本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，不應(yīng)被視為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍應(yīng)以權(quán)利要求為準(zhǔn)，凡熟悉此領(lǐng)域技藝的人士，依據(jù)本發(fā)明所揭露的技術(shù)內(nèi)容，可輕易思及的等效變化，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于包模式的流量控制裝置，其特征于，該裝置包括一權(quán)重定義模塊，用于根據(jù)所有輸入數(shù)據(jù)流對(duì)帶寬的要求，定義多個(gè)不同權(quán)重的隊(duì)列，根據(jù)各個(gè)隊(duì)列中包的長度和權(quán)重動(dòng)態(tài)計(jì)算出數(shù)據(jù)包發(fā)送間隔時(shí)間；一存儲(chǔ)模塊，用于根據(jù)系統(tǒng)要求的隊(duì)列數(shù)目將該存儲(chǔ)區(qū)域劃分出多個(gè)存儲(chǔ)段，每個(gè)存儲(chǔ)段對(duì)應(yīng)一個(gè)隊(duì)列，作為數(shù)據(jù)包的存儲(chǔ)空間；一策略輸出控制模塊，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)各隊(duì)列中數(shù)據(jù)包的輸出調(diào)度，從權(quán)重隊(duì)列中提取數(shù)據(jù)包輸出到交換總線上，所述權(quán)重定義模塊將所述輸入數(shù)據(jù)流定義成多個(gè)不同權(quán)重的隊(duì)列后，緩存至所述存儲(chǔ)模塊在存儲(chǔ)區(qū)域劃分出的多個(gè)存儲(chǔ)段中，再由所述策略輸出控制模塊從各隊(duì)列提取數(shù)據(jù)包并輸出到交換總線。
2.如權(quán)利要求1所述的基于包模式的流量控制裝置，其特征在于，所述權(quán)重定義模塊和策略輸出控制模塊由FPGA實(shí)現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于包模式的流量控制裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)模塊由SRAM、或SDRAM實(shí)現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于包模式的流量控制裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)模塊中，存儲(chǔ)區(qū)以先入先出形式進(jìn)行隊(duì)列分配，各數(shù)據(jù)流均以包模式在先入先出隊(duì)列中存儲(chǔ)。
5.一種基于包模式的流量控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟根據(jù)用戶在數(shù)據(jù)包包頭中對(duì)于帶寬要求字段的設(shè)置以及系統(tǒng)對(duì)于該字段的定義，獲取輸入到交換網(wǎng)入口的所有數(shù)據(jù)包的量化的帶寬需求值；綜合所有數(shù)據(jù)包帶寬需求，定義多個(gè)不同權(quán)重的隊(duì)列，并根據(jù)各個(gè)隊(duì)列中包的長度和權(quán)重動(dòng)態(tài)計(jì)算出數(shù)據(jù)包發(fā)送間隔時(shí)間；將輸入數(shù)據(jù)包分配到按照權(quán)重定義生成的各個(gè)隊(duì)列中進(jìn)行排隊(duì)，等待輸出調(diào)度；根據(jù)權(quán)重參數(shù)生成發(fā)送等效控制參數(shù)，并依據(jù)等效參數(shù)將數(shù)據(jù)包從權(quán)重隊(duì)列中輸出到交換總線上，完成各隊(duì)列中數(shù)據(jù)包的交換。
6.如權(quán)利要求5所述的基于包模式的流量控制方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟系統(tǒng)上電或復(fù)位后，首先，由CPU檢查FPGA對(duì)存儲(chǔ)模塊的清除操作是否完成，如果未完成，則等待，直到清除操作完成；將數(shù)據(jù)包的帶寬信息剝離后，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中；
7.如權(quán)利要求5所述的基于包模式的流量控制方法，其特征在于，所述權(quán)重參數(shù)的動(dòng)態(tài)更新由數(shù)據(jù)包的帶寬信息的改變引起。
8.如權(quán)利要求5所述的基于包模式的流量控制方法，其特征在于，所述各數(shù)據(jù)流均以包模式在先入先出隊(duì)列中存儲(chǔ)。
全文摘要
一種基于包模式的流量控制裝置及方法，其特征于，該裝置包括一權(quán)重定義模塊，一存儲(chǔ)模塊以及一策略輸出控制模塊；在權(quán)重定義模塊中，按照數(shù)據(jù)包包頭中的QOS需求定義各級(jí)權(quán)重隊(duì)列，統(tǒng)計(jì)所有數(shù)據(jù)包的總的帶寬需求，定義各級(jí)隊(duì)列的原始發(fā)送參數(shù)；存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)SRAM的管理，按照權(quán)重定義模塊的輸出在SRAM中生成所需的各個(gè)隊(duì)列，并將輸入數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到SRAM中進(jìn)行緩存；策略輸出控制模塊按照流量控制策略，動(dòng)態(tài)計(jì)算出發(fā)送間隔，控制各隊(duì)列中的數(shù)據(jù)包在交換總線上發(fā)送。本發(fā)明提供的基于包模式的流量控制裝置及方法，采用根據(jù)帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整隊(duì)列優(yōu)先權(quán)的方法，從而使得交換網(wǎng)帶寬的使用更加有效，同時(shí)使得軟硬件的處理更加簡單、方便。
文檔編號(hào)H04L12/24GK1581843SQ03140040
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月31日
發(fā)明者何寧, 朱民, 李為樸 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司