專利名稱：調(diào)度高優(yōu)先級分組的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及在虛擬專用局域網(wǎng)服務(wù)(“VPLS”)中在分組交換網(wǎng)上時分復(fù)用(“TDM”)業(yè)務(wù)的傳輸。更具體地說，本發(fā)明針對高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的距離敏感調(diào)度的方法和設(shè)備，但本發(fā)明并不局限于此。
背景技術(shù)：
時分復(fù)用(“TDM”)技術(shù)已經(jīng)盛行了很長一段時間；但是，在分組網(wǎng)絡(luò)上傳送TDM業(yè)務(wù)的技術(shù)相對較新。因此，解決通過分組網(wǎng)發(fā)送TDM業(yè)務(wù)時的時延問題的方案還不多。一種方案利用為TDM和分組交換所共用的交換結(jié)構(gòu)資源，解決了通過分組網(wǎng)發(fā)送大TDM分組所引起的時延。具體來說，大分組或數(shù)據(jù)流在進入交換機時，被劃分成較小的部分。為每一部分分配高的傳輸優(yōu)先級，以及跟蹤消息頭，用于跟蹤該部分通過交換機。在離開交換機前，這些部分被重新聚集成數(shù)據(jù)流。這種利用存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換機制提供“直通”的技術(shù)減小了其它情況下發(fā)送大分組或數(shù)據(jù)流時出現(xiàn)的傳輸時延以及緩沖器溢出。這種方案確實解決了只發(fā)送大TDM分組的問題，但并沒有解決VPLS網(wǎng)絡(luò)中多個TDM流的業(yè)務(wù)之間的優(yōu)先次序問題。
另一方案涉及使用多端口鏈路接口模塊，該模塊終止兩個或多個高速TDM鏈路，產(chǎn)生內(nèi)部數(shù)據(jù)。從一條高速通信鏈路上接收的數(shù)據(jù)與用以在流出的高速鏈路中填充出站時隙的內(nèi)部數(shù)據(jù)組合。該方案無法解決通過分組網(wǎng)發(fā)送TDM業(yè)務(wù)的時延問題。
目前，TDM業(yè)務(wù)，例如話音，在通過分組網(wǎng)發(fā)送時，因為和分組數(shù)據(jù)的復(fù)用，可能會產(chǎn)生無法接受的時延和抖動。分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的低成本和高帶寬利用率的好處可能會被通過分組網(wǎng)發(fā)送TDM業(yè)務(wù)的低性能抵銷。
對一類業(yè)務(wù)設(shè)置比另一類業(yè)務(wù)更高的優(yōu)先級的已有業(yè)務(wù)調(diào)度機制不能解決這個問題，因為所有的TDM業(yè)務(wù)都屬于單個高優(yōu)先級業(yè)務(wù)類。已有方法并不能優(yōu)先地對同一類的業(yè)務(wù)進行優(yōu)先級劃分。

發(fā)明內(nèi)容
一種實施方式是在城域以太網(wǎng)交換機中調(diào)度高優(yōu)先級分組的一種方法。該方法包括以下步驟，即確定在交換機的輸出隊列中至少兩個高優(yōu)先級分組允許的最大排隊時延；確定至少兩個高優(yōu)先級分組中哪一個允許的最大排隊時延最??；以及調(diào)度所確定的至少兩個高優(yōu)先級分組中允許的最大排隊時延最小的那一個分組，使其在至少兩個高優(yōu)先級分組中其它分組之前。
另一實施方式是在城域以太網(wǎng)交換機中調(diào)度高優(yōu)先級分組的一種方法。該方法包括以下步驟，即創(chuàng)建第一表，該表為進入該交換機的每一個高優(yōu)先級分組列出該高優(yōu)先級分組在該交換機隊列中的位置，該高優(yōu)先級分組進入該隊列的時間，以及該高優(yōu)先級分組的目的地；創(chuàng)建第二表，用以存儲多個可能目的地中每一個目的地的最大允許排隊時延；利用第一和第二表確定該交換機隊列中每個高優(yōu)先級分組所允許的最大排隊時延。
另一實施方式是在城域以太網(wǎng)交換機中調(diào)度高優(yōu)先級分組的一種設(shè)備。該設(shè)備包括以下裝置，即確定在交換機隊列中至少兩個高優(yōu)先級分組允許的最大排隊時延的裝置；確定至少兩個高優(yōu)先級分組中哪一個允許的最大排隊時延最小的裝置；以及調(diào)度所確定的至少兩個高優(yōu)先級分組中允許的最大排隊時延最小的那一個分組，使其在至少兩個高優(yōu)先級分組中其它分組之前的裝置。
另一實施方式是一種分組交換機，包括隊列，該隊列包含該交換機所接收的多個分組；以及調(diào)度器，用以調(diào)度隊列中分組的傳輸，其中當(dāng)該隊列包含至少兩個高優(yōu)先級分組時，該調(diào)度器調(diào)度所確定的至少兩個高優(yōu)先級分組中允許的最大排隊時延最小的那一個分組，使其在至少兩個高優(yōu)先級分組中其它分組之前。


結(jié)合附圖，參照后續(xù)詳細描述，對本發(fā)明會有更為全面的了解，在附圖中圖1是具有全連接標簽交換路徑(“LSP”)網(wǎng)孔(mesh)的VPLS網(wǎng)絡(luò)的框圖；圖2說明了在VPLS網(wǎng)絡(luò)的兩個供應(yīng)商邊緣(“PE”)節(jié)點之間傳輸和傳播時延的概念；以及圖3的流程圖說明了執(zhí)行VPLS中包上TDM業(yè)務(wù)的距離敏感調(diào)度的一個實施方式的操作。
具體實施例方式
在附圖中，相同或相似的部件用相同的參考數(shù)字標記，給出的各種部件不一定照比例畫出。應(yīng)當(dāng)理解，這里描述的發(fā)明概念適用于任何VPLS網(wǎng)絡(luò)；但是，選擇了一些時延的代表值等來說明這些概念。
圖1說明了具有全連接LSP網(wǎng)孔的VPLS網(wǎng)絡(luò)，其在圖1中由參考數(shù)字100表示。VPLS網(wǎng)絡(luò)100包括N個供應(yīng)商邊緣(“PE”)節(jié)點，由5個節(jié)點PE1-PE5表示，通過LSP網(wǎng)孔完全互連，這些網(wǎng)孔包括NX(N-1)個點到點LSP104(1)-104(20)。TDM業(yè)務(wù)可以作為高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的組成部分承載在一個或多個LSP104(1)-104(20)上。這種業(yè)務(wù)的時延需求的實際值可以有所變化。
盡管在圖1中沒有示出，但應(yīng)當(dāng)認識到，可以存在中間節(jié)點，具體說，供應(yīng)商(“P”)節(jié)點，沿PE節(jié)點PE1-PE5之間的LSP分布。因此，去往不同目的地的分組將必須通過入口PE節(jié)點到出口PE節(jié)點之間的多個跳躍(hop)。例如，從節(jié)點PE1到節(jié)點PE2的分組可能通過3個中間P節(jié)點，使得LSP104(2)成為三跳路徑；從節(jié)點PE1到節(jié)點PE3的分組可能通過7個中間P節(jié)點，使得LSP104(14)成為七跳路徑。因此，根據(jù)它們通過網(wǎng)絡(luò)100時經(jīng)過的LSP104(1)-104(20)，分組將承受不同的時延。這種情況對分組化的TDM業(yè)務(wù)或任何對時延和抖動敏感的業(yè)務(wù)而言，都是有害的。
客戶邊緣(“CE”)節(jié)點，在圖1中由CE節(jié)點106表示，被連接到PE節(jié)點，用于將終端用戶連接到網(wǎng)絡(luò)100。
在這里描述的情形中，VPLS網(wǎng)絡(luò)100實際上由以太網(wǎng)交換機構(gòu)成，例如在節(jié)點PE1的高優(yōu)先級隊列將會有通過LSP104(2)(三跳路徑)到節(jié)點PE2的TDM分組，以及通過LSP104(14)(七跳路徑)到節(jié)點PE3的分組。這樣，從網(wǎng)絡(luò)入口到網(wǎng)絡(luò)出口，兩個分組將會承受不同的時延。
假定所有節(jié)點PE1-PE5都有輸入排隊。在被調(diào)度之前，分組在輸入緩沖器中排隊。進一步假定在示例性的例子中，存在隊列頭阻塞，為了避免這種情況，節(jié)點PE1-PE5的每個隊列都能夠前視(look-ahead)n個分組，以調(diào)度可能被另一分組阻塞的分組。在一種實施方式中，這種體系結(jié)構(gòu)在以太網(wǎng)交換機中實現(xiàn)，n等于4。分組化的TDM業(yè)務(wù)被視為是高優(yōu)先級業(yè)務(wù)，放入高優(yōu)先級隊列中。
這里描述的基本方案是引入附加的優(yōu)先級，這里稱為“相對優(yōu)先級”，它只有在高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)類中有效。這種相對優(yōu)先級與分組將要經(jīng)過的跳躍數(shù)量相關(guān)，因此，也就與分組將要承受的時延相關(guān)。例如，發(fā)往需要經(jīng)過許多跳躍的節(jié)點的分組將被分配某個優(yōu)先級，使得它們能夠通過高優(yōu)先級輸入隊列傳輸。通過VPLS模型，可以方便地得到有關(guān)跳躍數(shù)量的信息。因此，這種技術(shù)能使得發(fā)往不同目的地的分組之間的時延相同，從而使得需要經(jīng)過許多跳躍的分組能夠滿足它們的時延和抖動要求。應(yīng)當(dāng)強調(diào)，這種實現(xiàn)只是與以太網(wǎng)交換機相關(guān)，因為沒有涉及信令和封裝，它不需要標準化努力。
現(xiàn)在參看圖2，考慮兩個PE節(jié)點200、202，它們由單個鏈路204連接，其間沒有P節(jié)點。Tes是高優(yōu)先級分組206進入發(fā)送節(jié)點，例如PE節(jié)點200的入口緩沖器208的時刻；Ts是由發(fā)送節(jié)點200的調(diào)度器210服務(wù)該分組206的時刻；Ter是該分組206進入接收PE節(jié)點202的入口緩沖器212的時刻；Tr是由接收節(jié)點202的調(diào)度器214服務(wù)該分組206的時刻。分組206從入口到出口所經(jīng)歷的總時延(“Tt”)定義如下Tr-Tes＝(Tr-Ter)+(Ter-Ts)+(Ts-Tes)其中(Tr-Ter)是接收節(jié)點202處的排隊時延；(Ter-Ts)是鏈路204上傳輸時延和傳播時延之和；以及(Ts-Tes)是發(fā)送節(jié)點200處的排隊時延。
每個節(jié)點200、202，還分別包括狀態(tài)機216、218，用以維護兩張表，也就是POS表和Qmax表的狀態(tài)，這兩張表會在后面詳細描述。
對給定的LSP而言，通過從總的允許時延估計減去傳輸時延和傳播時延，得到排隊時延。這種計算只在VPLS建立時執(zhí)行一次，計算比較簡單。
對通過VPLS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腡DM業(yè)務(wù)而言，具有特定的某些限制。首先，TDM業(yè)務(wù)允許的端到端最大時延是15毫秒。這包括CE-PE，PE-PE以及PE-CE時延。CE-PE和PE-CE時延只是簡單的傳播時延，也就是5s/km。PE-PE時延如上所述，由排隊時延和傳輸和傳播時延組成。其中，對于給定的，其間具有給定數(shù)量跳躍的點到點鏈路，可以相對準確地估計得到傳輸和傳播時延。這樣，每個LSP的總的端到端時延是已知的。其次，TDM業(yè)務(wù)承載在在點到點LSP上。第三，前面提到，每個PE節(jié)點，例如節(jié)點PE1-PE5，具有輸入緩沖機制；也就是說，分組在被調(diào)度之前，在輸入緩沖器中排隊。最后，為了避免隊列頭阻塞，不管是PE節(jié)點還是P節(jié)點，節(jié)點中每個隊列都能前視n個分組，以調(diào)度可能在某個分組之后被阻塞的分組。只有在需要時才執(zhí)行前視。
假定PE之間的距離正比于它們之間的跳躍數(shù)量，盡管也可以使用其它距離度量，例如所知的實際距離。
圖3的流程圖給出了某個實施方式的操作。在步驟300中，高優(yōu)先級分組允許的最大排隊時延被劃分成該分組必須經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的多個跳躍。例如，根據(jù)所允許的總的端到端時延為15毫秒，減去一個平均大小分組3毫秒的傳播和傳輸時延，假定允許的總的最大排隊時延是12毫秒。進一步假定該分組會經(jīng)過三個跳躍從源PE到達目的(出口)PE，總的跳躍數(shù)等于P跳躍數(shù)量加上入口PE加上出口PE，或者5。這樣，在每個跳躍上平均的最大的排隊時延不應(yīng)當(dāng)超過12ms/5，或者2.4ms；也就是說，每個節(jié)點上分組的平均排隊時延不應(yīng)當(dāng)超過2.4ms。圖3中給出的方法將確保不會超過每個節(jié)點的最大時延。
在步驟302中，在每個P跳躍，創(chuàng)建Qmax表，指示每個目的地的每個跳躍允許的最大排隊時延。每個跳躍上允許的最大排隊時延如下得到，即允許的最大端到端排隊時延(也就是允許的最大端到端時延減去一定量的傳播和輸出時延(例如3毫秒))除以步驟300所確定的該LSP路徑上總的跳躍數(shù)量。在下面表I中示出了網(wǎng)絡(luò)100(圖1)的節(jié)點PE1的一張示例性的Qmax表。

Qmax表表I步驟300和302只是在LSP建立期間，針對每個跳躍執(zhí)行一次。
在步驟304中，構(gòu)造一張POS表。該POS表包括進入入口隊列的每個分組的兩個值，包括該分組進入該隊列的時刻以及該分組的目的地。前面提到，城域以太網(wǎng)交換機支持在其高優(yōu)先級入口隊列中前視n個分組。下面的表II給出了一張示例性的POS表。

POS表表II在每次有高優(yōu)先級分組加入到其高優(yōu)先級入口隊列時，節(jié)點的POS表才更新。
根據(jù)Qmax表(表I)和POS表(表II)，可以確定每個節(jié)點上每個分組所允許的最大排隊時延。在步驟306中，利用上述示例性的POS和Qmax表，生成了反映該信息的綜合表，如下表III所示。

綜合表表III在步驟308中，不管哪個位置的分組，只要它在節(jié)點的綜合表的第三列中時間最小，也就是首先發(fā)生，就調(diào)度傳送該分組。例如，參看上述示例性的綜合表，確定(t1+.4)，(t2+.7)，(t3+.12)，和(t4+.15)哪個時間最小，調(diào)度器通過前視4個分組，調(diào)度對應(yīng)于該最小時間的分組，以滿足該節(jié)點的排隊時延限制。通過嘗試滿足每個中間節(jié)點的時延限制，就能夠滿足總的端到端時延條件。
之后，在步驟309中，節(jié)點接收到高優(yōu)先級分組時，在步驟310中更新POS表和綜合表，執(zhí)行返回到步驟308。
基于上述詳細描述，相信本發(fā)明的操作和構(gòu)造已經(jīng)相當(dāng)明顯。雖然前面示出并描述的本發(fā)明的示例性實施方式具有優(yōu)選特征，但應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離后續(xù)權(quán)利要求書所提出的本發(fā)明范圍的前提下，可以做出各種變化和改進。
權(quán)利要求
1.一種在城域以太網(wǎng)交換機中調(diào)度高優(yōu)先級分組的方法，該方法包括以下步驟確定在交換機的隊列中的至少兩個高優(yōu)先級分組允許的最大排隊時延；確定至少兩個高優(yōu)先級分組中哪一個允許的最大排隊時延最小；以及調(diào)度所確定的至少兩個高優(yōu)先級分組中允許的最大排隊時延最小的那一個分組，使其在至少兩個高優(yōu)先級分組中其它分組之前。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定允許的最大排隊時延的方法包括以下步驟創(chuàng)建POS表，為進入該交換機的每一個高優(yōu)先級分組列出該高優(yōu)先級分組在該交換機隊列中的位置，該高優(yōu)先級分組進入該隊列的時間，以及該高優(yōu)先級分組的目的地；創(chuàng)建Qmax表，用以存儲多個可能的目的地中每一個目的地的最大允許排隊時延；以及利用Qmax表和POS表確定該交換機隊列中每個高優(yōu)先級分組所允許的最大排隊時延。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，對于交換機和可能的目的地之一之間的每個標簽交換路徑(“LSP”)，創(chuàng)建Qmax表的過程包括以下步驟確定沿該LSP的多個跳躍；以及將該LSP的允許最大排隊時延除以沿該LSP的跳躍數(shù)量，確定每個跳躍允許的最大排隊時延。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中創(chuàng)建Qmax表的步驟只在LSP建立時執(zhí)行一次。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，還包括每次有新的高優(yōu)先級分組進入該隊列時，更新POS表的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在每次有新的高優(yōu)先級分組進入該隊列時，執(zhí)行確定允許的最大排隊時延，確定至少兩個高優(yōu)先級分組中哪一個允許的最大排隊時延最小，以及調(diào)度所確定的至少兩個高優(yōu)先級分組中允許的最大排隊時延最小的那一個分組，使其在至少兩個高優(yōu)先級分組中其它分組之前的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該隊列能夠執(zhí)行前視n分組。
8.一種在城域以太網(wǎng)交換機中調(diào)度高優(yōu)先級分組的設(shè)備，該設(shè)備包括確定在交換機的隊列中的至少兩個高優(yōu)先級分組允許的最大排隊時延的裝置；確定至少兩個高優(yōu)先級分組中哪一個允許的最大排隊時延最小的裝置；以及調(diào)度所確定的至少兩個高優(yōu)先級分組中允許的最大排隊時延最小的那一個分組，使其在至少兩個高優(yōu)先級分組中其它分組之前的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中確定允許的最大排隊時延的裝置包括一張POS表，為進入該交換機的每一個高優(yōu)先級分組列出該高優(yōu)先級分組在該交換機隊列中的位置，該高優(yōu)先級分組進入該隊列的時間，以及該高優(yōu)先級分組的目的地；用于創(chuàng)建Qmax表，以存儲多個可能目的地中每一個目的地的最大允許排隊時延的裝置；以及用于利用Qmax表和POS表確定該交換機隊列中每個高優(yōu)先級分組所允許的最大排隊時延的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其中針對每個標簽交換路徑(“LSP”)，創(chuàng)建Qmax表的裝置包括確定沿該LSP的多個跳躍的裝置；以及將該LSP允許的最大排隊時延除以沿該LSP的跳躍數(shù)量，確定每個跳躍允許的最大排隊時延的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在城域以太網(wǎng)交換機中調(diào)度高優(yōu)先級分組的方法。在一種實施方式中，該方法包括的步驟有確定在交換機的輸出隊列中至少兩個高優(yōu)先級分組允許的最大排隊時延；確定至少兩個高優(yōu)先級分組中哪一個允許的最大排隊時延最??；以及調(diào)度所確定的至少兩個高優(yōu)先級分組中允許的最大排隊時延最小的那一個分組，使其在至少兩個高優(yōu)先級分組中其它分組之前。
文檔編號H04L12/56GK1614956SQ20041008687
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月3日
發(fā)明者卡邁克?！に估镞_, 金臺鎬 申請人:阿爾卡特公司