專利名稱：三級(jí)交換系統(tǒng)及其調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域，尤其是計(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域中路由器的 交換系統(tǒng)及調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
交換技術(shù)是當(dāng)前通信網(wǎng)的重要基礎(chǔ)，長(zhǎng)期受到國(guó)際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè) 界的廣泛關(guān)注。不同的通信網(wǎng)絡(luò)由于所支持業(yè)務(wù)的特性不同，因此采 用的交換方式也各不相同。
目前在通信網(wǎng)中所釆用的交換方式主要有電路交換、分組交換兩 種方式。
分組交換技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容為路由交換設(shè)備的交換結(jié)構(gòu)及其 對(duì)應(yīng)的調(diào)度機(jī)制。由于交叉開關(guān)具有無(wú)阻塞特性，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并且有 成熟的商用芯片可直接應(yīng)用，因此無(wú)論在學(xué)術(shù)研究方面還是在設(shè)備研 制方面都被廣泛的應(yīng)用于交換結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。
根據(jù)排隊(duì)機(jī)制的不同，將交換結(jié)構(gòu)分為輸出排隊(duì)(output queued, OQ)交換結(jié)構(gòu)、輸入排隊(duì)(input queued, IQ )交換結(jié)構(gòu)和4關(guān)合llT入輸 出排隊(duì)(combined input-output queued, CIOQ )交換結(jié)構(gòu)。
在輸出排隊(duì)交換結(jié)構(gòu)中，分組到達(dá)其輸入端口立即經(jīng)過(guò)交換單元 轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的輸出端口進(jìn)行緩存排隊(duì)，由調(diào)度算法進(jìn)行調(diào)度輸出。由 于輸出排隊(duì)交換結(jié)構(gòu)的分組僅僅在輸出端口緩存隊(duì)列排隊(duì)等待發(fā)送， 避免了由交換單元內(nèi)部沖突引發(fā)的額外延遲，因此調(diào)度算法可以方便 的用于提供服務(wù)質(zhì)量控制。
目前基于輸出排隊(duì)交換結(jié)構(gòu)已經(jīng)提出許多經(jīng)典算法，不僅復(fù)雜度 適中，而且可以為業(yè)務(wù)流提供吞吐量、速率以及時(shí)延等多方面的服務(wù) 質(zhì)量保障。但輸出排隊(duì)交換單元必須工作于線路速率的n倍，存儲(chǔ)單元 在完成n個(gè)分組寫入同時(shí)還必須支持一個(gè)分組的讀取輸出，因此存儲(chǔ)帶 寬需要達(dá)到線路速率的N+1倍。這使得輸出排隊(duì)交換結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)代價(jià) 較高，當(dāng)交換端口速率較高或者數(shù)量較多時(shí)甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。對(duì)于輸入排隊(duì)交換結(jié)構(gòu)，分組到達(dá)其輸入端口進(jìn)行緩存排隊(duì)，由 調(diào)度算法進(jìn)行調(diào)度，經(jīng)過(guò)交換單元轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的輸出端口輸出。比較 輸出排隊(duì)交換結(jié)構(gòu)而言，輸入排隊(duì)交換結(jié)構(gòu)的交換單元和存儲(chǔ)單元均 只需工作于線路速率，因而對(duì)于構(gòu)建大容量交換結(jié)構(gòu)是一種十分經(jīng)濟(jì) 的解決方案。為了提高交換單元的帶寬利用效率，輸入排隊(duì)交換結(jié)構(gòu) 通?；诙ㄩL(zhǎng)分組進(jìn)行交換調(diào)度。變長(zhǎng)分組到達(dá)交換結(jié)構(gòu)時(shí)需要先被 切片為定長(zhǎng)分組，完成交換后再重組為原始分組。以線路速率傳輸一 個(gè)定長(zhǎng)分組所需的時(shí)間被稱為 一個(gè)時(shí)隙。由于交換單元和存儲(chǔ)單元僅 工作于線路速率，基于輸入排隊(duì)交換結(jié)構(gòu)的調(diào)度算法在每個(gè)時(shí)隙從一 個(gè)輸入緩存單元中最多只能讀取一個(gè)定長(zhǎng)分組送往輸出端口輸出，并 且在每個(gè)時(shí)隙從所有輸入端緩存單元調(diào)度送往一個(gè)輸出端口的定長(zhǎng)分 組數(shù)量最大為l。
目前在商用設(shè)備上應(yīng)用較多的輸入排隊(duì)調(diào)度算法多數(shù)屬于最大 尺度匹配算法，已知的漸進(jìn)復(fù)雜性最好的最大尺度匹配算法復(fù)雜度為
O(N 2.5),這類算法在均勻的獨(dú)立到達(dá)業(yè)務(wù)條件下可以實(shí)現(xiàn)100%吞吐 量，但在非均勻的業(yè)務(wù)下，可能導(dǎo)致不穩(wěn)定和不公平，算法實(shí)現(xiàn)依然 過(guò)于復(fù)雜且運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)。
聯(lián)合輸入輸出排隊(duì)交換結(jié)構(gòu)中分組到達(dá)其輸入端口進(jìn)行輸入緩 存排隊(duì)，由輸入調(diào)度算法進(jìn)行調(diào)度，經(jīng)過(guò)交換單元轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的輸出 端口進(jìn)行輸出緩存排隊(duì)，再由交叉節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法進(jìn)行調(diào)度輸出。聯(lián)合
通過(guò)適當(dāng)?shù)募铀賹⒔粨Q結(jié)構(gòu)中擁塞的分組分別援存于輸入端援存隊(duì)列 和輸出端緩存隊(duì)列，既不需要很大的加速比，便于擴(kuò)展，又可以在一 定程度上避免交換單元擁塞而引發(fā)的額外延遲，提高交換的性能。
帶緩存交叉開關(guān)通過(guò)在傳統(tǒng)交叉開關(guān)的每一個(gè)交叉節(jié)點(diǎn)設(shè)置一 定容量的緩存單元，使得交換單元的每個(gè)輸入端口和輸出端口可以相 對(duì)獨(dú)立的使用內(nèi)部連接帶寬資源，避免了集中式的控制機(jī)制，因此可 以期望獲取更好的交換性能。其缺點(diǎn)是交叉節(jié)點(diǎn)緩存容量有限，影響 了交叉開關(guān)的可擴(kuò)展性。通過(guò)上述分析可以看出，以交叉開關(guān)為核心的單級(jí)交換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)分組從輸入端到輸出端的交換功能，其通用模型如圖l所示。輸入
端口子系統(tǒng)2a包括n個(gè)輸入端口單元la。輸入端口子系統(tǒng)2a通過(guò)交叉開 關(guān)子系統(tǒng)3a經(jīng)過(guò)輸出端口子系統(tǒng)4a輸出。中央調(diào)度子系統(tǒng)6a負(fù)責(zé)輸入 端口子系統(tǒng)2a、交叉開關(guān)子系統(tǒng)3a和輸出端口子系統(tǒng)4a的協(xié)調(diào)調(diào)度。 輸出端口子系統(tǒng)4a包括n個(gè)輸出端口單元5a。
隨著互聯(lián)網(wǎng)中寬帶接入和無(wú)線接入技術(shù)的迅速發(fā)展，以及密波分 復(fù)用(DWDM)光纖傳輸技術(shù)的廣泛應(yīng)用，路由器需要更多數(shù)量的端 口以適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展要求。傳統(tǒng)單級(jí)交叉開關(guān)交換系統(tǒng)在較多端口 情況下需要大量交換矩陣芯片，存在實(shí)現(xiàn)成本高、硬件復(fù)雜度大、穩(wěn) 定性差和調(diào)度方法運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，難以適應(yīng)路由器對(duì)于端口擴(kuò)展 的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種三級(jí)交換系統(tǒng)及其調(diào)度方法，用于適應(yīng) 路由器對(duì)于端口擴(kuò)展的需求。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種三級(jí)交換系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包
括
輸入緩存級(jí)，用于按照目的段口號(hào)分類緩存、管理輸入數(shù)據(jù)分組； 輸入交換級(jí)，用于將所述輸入緩存級(jí)輸入的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行輸入交
換，輸出至中間交換級(jí)；
中間交換級(jí)，用于將所述輸入交換級(jí)的輸入交換后的數(shù)據(jù)分組進(jìn)
行中間交換，輸出至輸出交換級(jí)；
行輸出交換，輸出至輸出緩存級(jí)；
輸出緩存級(jí)，用于將所述輸出交換級(jí)的輸出的數(shù)據(jù)分組，進(jìn)行輸出。
優(yōu)選地，所述輸入緩存級(jí)包括k個(gè)輸入端口單元，每個(gè)所述輸入 端口單元包括n個(gè)輸入端口子單元，k>l, n>l。
優(yōu)選地，所述輸入端口子單元包括輸入分路器、合路器、虛擬輸
9出隊(duì)列存儲(chǔ)單元，以及幀長(zhǎng)和狀態(tài)信息存儲(chǔ)單元；
所述輸入分路器，完成數(shù)據(jù)分組到各個(gè)虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元的 分路輸入功能；
所述虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元，按照所述目的端口號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)分組進(jìn) 行分類緩存，按照先到先服務(wù)的方式存儲(chǔ)虛擬輸出隊(duì)列數(shù)據(jù)分組；
所述幀長(zhǎng)和狀態(tài)信息存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)虛擬輸出隊(duì)列的幀長(zhǎng)信 息，以及入線服務(wù)狀態(tài)；
所述合路器，用于實(shí)現(xiàn)所述虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)分組的合 路輸出。
優(yōu)選地，所述入線服務(wù)狀態(tài)包括受服務(wù)狀態(tài)和未服務(wù)狀態(tài)信息。 元，k > r，
輸入交換單元，為n個(gè)輸入端口子單元到m個(gè)中間輸入級(jí)的中間輸 入級(jí)的中間交換單元互連提供可選交換;洛徑，m>l;
輸入調(diào)度單元，實(shí)現(xiàn)所述輸入交換單元中數(shù)據(jù)分組的調(diào)度算法， 完成由n個(gè)輸入端口子單元到m個(gè)中間交換單元的數(shù)據(jù)分組的^^徑選 擇。
優(yōu)選地，所述中間交換級(jí)包括中間交換單元和中間調(diào)度單元； 中間交換單元，為全部k個(gè)輸入交換單元和k個(gè)輸出交換級(jí)的輸出
交換單元互連提供交換路徑；k>l;
中間調(diào)度單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)中間交換單元中的調(diào)度算法，完成由k
個(gè)輸入交換單元向k個(gè)輸出交換級(jí)的輸出交換單元的數(shù)據(jù)分組的路徑選擇。
優(yōu)選地，所述輸出交換級(jí)包括輸出交換單元和輸出調(diào)度單元； 輸出交換單元，為m個(gè)中間交換單元到n個(gè)輸出緩存級(jí)的輸出端口
子單元互連提供交換路徑；
輸出調(diào)度單元，實(shí)現(xiàn)輸入交換單元中數(shù)據(jù)分組的調(diào)度算法，完成
由m個(gè)中間交換單元向n個(gè)輸出緩存級(jí)的輸出端口子單元的數(shù)據(jù)分組
的^各徑選擇。
10優(yōu)選地，所述輸出緩存級(jí)包括輸出端口單元。
輸入端口單元，包括n個(gè)輸入端口子單元，分別與輸入輸出排隊(duì) CLOS型三級(jí)交換系統(tǒng)的n個(gè)線路接口卡相連。
優(yōu)選地，所述輸入交換單元、中間交換單元和輸出交換單元采用 小規(guī)模的交叉開關(guān)。
優(yōu)選地，所述的輸入調(diào)度單元、中間調(diào)度單元和輸出調(diào)度單元分 別由兩組基于輪詢方式的優(yōu)先級(jí)指針實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，所述輸出端口子單元包括輸出分路器、調(diào)度器、優(yōu)先級(jí) 隊(duì)列存儲(chǔ)單元；
輸出分路器，用于完成數(shù)據(jù)分組到各個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的分路輸入； 優(yōu)先級(jí)隊(duì)列存儲(chǔ)單元，用于按照優(yōu)先級(jí)分類存儲(chǔ)所述分路器傳送 的凄t據(jù)分組；
組實(shí)現(xiàn)輸出合路。
優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)分組為定長(zhǎng)數(shù)據(jù)分組或者變長(zhǎng)數(shù)據(jù)分組的定長(zhǎng) 切片。
本發(fā)明還提供 一 種三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法，包括以下步驟 輸入緩存級(jí)的各虛擬緩存隊(duì)列保存輸入交換單元的m個(gè)輸出線的 優(yōu)先級(jí)列表；
輸入交換單元的各輸出線保存有輸入端口子單元的虛擬輸出隊(duì) 列優(yōu)先級(jí)列表；
輸入調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)輸入交換單 元的輸出竟?fàn)幒推ヅ湔{(diào)度；
中間交換單元各輸入線保存有中間交換單元的k個(gè)輸出線的優(yōu)先 級(jí)列表；
中間交換單元各輸出線保存有中間交換單元的k個(gè)輸入線的優(yōu)先 級(jí)列表；
中間調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)中間交換單 元的輸出竟?fàn)幒推ヅ湔{(diào)度；輸出交換單元各輸入線保存有輸出交換單元的n個(gè)輸出線的優(yōu)先 級(jí)列表；
輸出交換單元各輸出線保存有輸出交換單元的m個(gè)輸入線的優(yōu)先 級(jí)列表；
輸出調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)輸出交換單 元的輸出竟?fàn)幒推ヅ湔{(diào)度。
優(yōu)選地，輸入調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法，具體包
括
輸入緩存級(jí)的各虛擬緩存隊(duì)列向輸入交換單元的各輸出線發(fā)送 請(qǐng)求，該請(qǐng)求包含對(duì)應(yīng)虛擬輸出隊(duì)列的服務(wù)狀態(tài)；
如果輸入交換單元的各輸出線收到請(qǐng)求，指針從位置yl開始按照 輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求， 指針則從位置y 1開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求，然后 指針向選中請(qǐng)求輸入緩存級(jí)的各虛擬緩存隊(duì)列返回響應(yīng)；
如果輸入緩存級(jí)的各虛擬緩存隊(duì)列收到響應(yīng)，指針從位置xl開始 按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的 響應(yīng)，指針則從位置xl開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)， 然后指針向選中響應(yīng)輸入交換單元的各輸出線返回確認(rèn)。
優(yōu)選地，中間調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法，具體包 括以下步驟
所有中間交換單元各輸入線向中間交換單元各輸出線發(fā)送請(qǐng)求， 該請(qǐng)求包含對(duì)應(yīng)中間交換單元入線的服務(wù)狀態(tài)；
如果中間交換單元各輸出線收到請(qǐng)求，指針從位置y2開始按照輪 詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求， 指針向選中請(qǐng)求中間交換單元各輸入線返回響應(yīng)；
如果中間交換單元各輸入線收到響應(yīng)，指針從位置x2開始按照輪 詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)， 指針則從位置x2開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)，然后 指針向選中響應(yīng)中間交換單元各輸出線返回確認(rèn)。
12優(yōu)選地，輸出調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法，具體包
括以下步驟
輸出交換單元各輸入線向輸出交換單元各輸出線發(fā)送請(qǐng)求，該請(qǐng)
求包含對(duì)應(yīng)輸出交換單元入線的服務(wù)狀態(tài)；
如果輸出交換單元各輸出線收到請(qǐng)求，指針從位置y 3開始按照輪 詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求， 指針則從位置y 3開始按照輪詢方式選擇 一 個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求，然后 指針向選中請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的輸出交換單元各輸入線返回響應(yīng)；
如果輸出交換單元各輸入線收到響應(yīng)，指針從位置x3開始按照輪 詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)， 指針則從位置x3開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)，然后
指針向選中響應(yīng)對(duì)應(yīng)的輸出交換單元各輸出線返回確認(rèn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供三級(jí)交換系統(tǒng)的端口被分割成多個(gè)
輸入/輸出端口單元，并分別采用單獨(dú)的輸入/輸出交換單元完成交換
選路功能，因此它適用于規(guī)模較大的交換場(chǎng)合。
本發(fā)明提供三級(jí)交換系統(tǒng)利用輸入交換單元、中間交換單元和輸
出交換單元構(gòu)建三級(jí)交換系統(tǒng)，每個(gè)交換單元即是一個(gè)小的交換模塊，
并僅負(fù)責(zé)交換系統(tǒng)的局部交換功能，實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單；同時(shí)某個(gè)交換單 元的失效不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)交換系統(tǒng)的癱瘓，僅會(huì)影響部分端口的正常交 換，甚至失效交換單元的數(shù)據(jù)分組可以分流到其它交換單元，從而提 高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
本發(fā)明提供三級(jí)交換系統(tǒng)的輸入端口單元采用虛擬輸出隊(duì)列的 排隊(duì)方式，輸出端口單元采用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的排隊(duì)方式，不需要內(nèi)部加 速即可實(shí)現(xiàn)較好的交換性能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法具有以 下有益效果
本發(fā)明提供的三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法的調(diào)度過(guò)程分別在輸入 調(diào)度單元、中間調(diào)度單元和輸出調(diào)度單元中實(shí)現(xiàn)，并且每個(gè)調(diào)度過(guò)程 采用指針輪詢方式，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提供的三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法利用幀信息進(jìn)行調(diào)度決 策，幀信息能夠較好的反應(yīng)各輸入端口流量到達(dá)情況，因此該基于幀 信息的調(diào)度方法在均勻流量、非均勻流量甚至突發(fā)流量條件下均獲得 較高的吞吐量和較低的平均排隊(duì)時(shí)延。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)單級(jí)交叉開關(guān)交換系統(tǒng)；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述三級(jí)交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述輸入端口子單元結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例所迷輸出端口子單元結(jié)構(gòu)圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例所迷輸入調(diào)度單元結(jié)構(gòu)圖； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例所迷中間調(diào)度單元結(jié)構(gòu)圖； 圖7是本發(fā)明實(shí)施例所述輸出調(diào)度單元結(jié)構(gòu)圖； 圖8是本發(fā)明實(shí)施例所述三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法流程圖； 圖9是本發(fā)明實(shí)施例所述輸入交換單元采用的基于幀信息的輪詢 調(diào)度方法；
詢調(diào)度方法；
圖11是本發(fā)明實(shí)施例所述輸出調(diào)度單元采用的基于幀信息的輪 詢調(diào)度方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種三級(jí)交換系統(tǒng)及調(diào)度方法，用于適應(yīng)路由器對(duì)于 端口擴(kuò)展的需求。
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例所述三級(jí)交換系統(tǒng)的原理，下面 結(jié)合附圖具體說(shuō)明。
輸入輸出排隊(duì)CLOS型三級(jí)交換系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)據(jù)分組在交換系統(tǒng) 中的流向和交換路徑，所述交換系統(tǒng)的組成可以依次分為5級(jí)輸入 緩存級(jí)，對(duì)應(yīng)于圖2中的輸入端口單元2;輸入交換級(jí)，對(duì)應(yīng)于圖2 中的輸入調(diào)度單元3和輸入交換單元4;中間交換級(jí)，對(duì)應(yīng)于圖2中 的中間調(diào)度單元5和中間交換單元6;輸出交換級(jí)，對(duì)應(yīng)于圖2中的
14輸出調(diào)度單元7和輸出交換單元8;輸出緩存級(jí)，對(duì)應(yīng)于圖2中的輸 出端口單元9。參見(jiàn)圖2,該圖為本發(fā)明實(shí)施例所述三級(jí)交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 本發(fā)明實(shí)施例所述三級(jí)交換系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 輸入緩存級(jí)100,用于按照目的段口號(hào)分類緩存、管理輸入數(shù)據(jù) 分組。輸入緩存級(jí)1001包括輸入端口單元2，用于輸入數(shù)據(jù)分組。輸入緩存級(jí)100可以包括k個(gè)輸入端口單元2,每個(gè)所述輸入端 口單元2包括n個(gè)輸入端口子單元1， k>l, n>l。輸入交換級(jí)200，用于將所述輸入緩存級(jí)輸入的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行輸 入交換，輸出至中間交換級(jí)。輸入交換級(jí)200可以包括k個(gè)輸入交換單元(IM)和k個(gè)輸入調(diào) 度單元(IS), k> 1。輸入交換單元4,為n個(gè)輸入端口子單元到m個(gè)中間輸入級(jí)300 的中間交換單元6互連提供可選交換路徑，m>l。輸入調(diào)度單元3,實(shí)現(xiàn)所述輸入交換單元4中數(shù)據(jù)分組的調(diào)度算 法，完成由n個(gè)輸入端口子單元1到m個(gè)中間輸入級(jí)300的中間交換 單元6的數(shù)據(jù)分組的路徑選擇。輸入調(diào)度單元3為輸入交換單元4提供調(diào)度算法，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)分組 的交換竟?fàn)巻?wèn)題。輸入交換單元4最終完成數(shù)據(jù)分組從輸入緩存級(jí)100 到中間交換級(jí)300的交換功能。中間交換級(jí)300,用于將所述輸入交換級(jí)200的輸入交換后的數(shù) 據(jù)分組進(jìn)行中間交換，輸出至輸出交換級(jí)400。中間交換級(jí)300包括中間交換單元6和中間調(diào)度單元5。中間交換單元6,為全部k個(gè)輸入交換單元4和k個(gè)輸出交換級(jí) 400的輸出交換單元8互連提供交換路徑；k>l。中間調(diào)度單元5，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)中間交換單元6中的調(diào)度算法，完成 由k個(gè)輸入交換單元4向k個(gè)輸出交換級(jí)400的輸出交換單元8的數(shù) 據(jù)分組的路徑選擇。輸出交換級(jí)400，用于將所述中間交換級(jí)300的中間交換后的數(shù) 據(jù)分組進(jìn)行輸出交換，輸出至輸出緩存級(jí)500。輸出交換級(jí)400包括輸出交換單元8和輸出調(diào)度單元7。輸出交換單元8,為m個(gè)中間交換單元6到n個(gè)輸出緩存級(jí)500 的輸出端口子單元10互連提供交換路徑。輸出調(diào)度單元7,實(shí)現(xiàn)輸入交換單元4中數(shù)據(jù)分組的調(diào)度算法， 完成由m個(gè)中間交換單元6向n個(gè)輸出緩存級(jí)500的輸出端口子單元 10的數(shù)據(jù)分組的路徑選擇。輸出緩存級(jí)500，用于將所述輸出交換級(jí)400的輸出的數(shù)據(jù)分組， 進(jìn)行輸出。輸出緩存級(jí)500包括輸出端口單元9。輸入端口單元9，包括n個(gè)輸入端口子單元10，分別與輸入輸出 排隊(duì)CLOS型三級(jí)交換系統(tǒng)的n個(gè)線路接口卡相連。輸入交換單元4為n個(gè)輸入端口子單元1到m個(gè)中間交換單元6 互連提供可選交換路徑，通?？梢赃x用單個(gè)Crossbar實(shí)現(xiàn)，交換維數(shù) 為n x m。由于每個(gè)輸入交換單元4僅負(fù)責(zé)n個(gè)輸入端口模塊的數(shù)據(jù)分組的 交換功能，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度大為降低，并且可以在m條交換路徑上實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)分組流量負(fù)荷的均衡，可以在輸入交換級(jí)上提高交換系統(tǒng)的吞吐量 和降低數(shù)據(jù)分組的平均排隊(duì)時(shí)延。輸入調(diào)度單元3，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)輸入交換單元4中數(shù)據(jù)分組的調(diào)度算 法，完成由n個(gè)輸入端口子單元1流向m個(gè)中間交換單元6的數(shù)據(jù)分 組的路徑選捧。由于輸入調(diào)度單元3僅冗成nxm 輸入交換單元4數(shù) 據(jù)分組的調(diào)度功能，因此具有易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。中間交換單元(CM) 6，為全部k個(gè)輸入交換單元4和k個(gè)輸出 交換單元8互連提供交換路徑，通常選用單個(gè)Crossbar實(shí)現(xiàn)，交換維 數(shù)為k x k。由于每個(gè)中間交換單元6僅負(fù)責(zé)k個(gè)輸入線的數(shù)據(jù)分組的交換功 能，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度大為降低，并且可以在k條交換路徑上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組16流量負(fù)荷的均衡，可以在中間級(jí)上提高交換系統(tǒng)的吞吐量和降低數(shù)據(jù) 分組的平均排隊(duì)時(shí)延。中間調(diào)度單元(CS) 5,實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)中間交換單元6中的調(diào)度算法，完成由k個(gè)輸入交換單元4流向k個(gè)輸出交換單元8的數(shù)據(jù)分組的路 徑選擇。由于中間調(diào)度單元5僅完成k x k中間交換單元6數(shù)據(jù)分組的 調(diào)度功能，因此具有易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。輸出交換單元(OM) 8，為m個(gè)中間交換單元6到n個(gè)輸出端口 子單元10互連提供交換路徑，通常選用單個(gè)Crossbar實(shí)現(xiàn)，交換維 數(shù)為m x n。由于每個(gè)輸出交換單元8僅負(fù)責(zé)m個(gè)輸入線的數(shù)據(jù)分組的交換功 能，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度大為降低，并且可以在n條交換路徑上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組 流量負(fù)荷的均衡，可以在輸出級(jí)上提高交換系統(tǒng)的吞吐量和降低數(shù)據(jù) 分組的平均排隊(duì)時(shí)延。輸出調(diào)度單元(OS) 7,實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)輸入交換單元4中數(shù)據(jù)分組的 調(diào)度算法，完成由m個(gè)中間交換單元6流向n個(gè)輸出端口子單元10 的數(shù)據(jù)分組的路徑選擇。由于輸出調(diào)度單元7僅完成mxn輸出交換 單元8數(shù)據(jù)分組的調(diào)動(dòng)功能，因此具有易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。如圖2所示，每個(gè)輸入端口單元2均包括n個(gè)輸入端口子單元1， 每個(gè)輸入端口單元2的n個(gè)輸入端口子單元1分別與輸入輸出排隊(duì) CLOS型三級(jí)交換系統(tǒng)的n個(gè)線路接口卡相連。輸出端口單元9，包括n個(gè)輸出端口子單元也稱為輸出端口才莫塊。 輸出端口單元9的n個(gè)輸出端口子單元分別與輸入輸出排隊(duì)CLOS型 三級(jí)交換系統(tǒng)的n個(gè)線路接口卡相連。線路接口卡是路由器的重要組成部件，主要完成外部線路接口數(shù) 據(jù)分組的分類、查表、標(biāo)記和轉(zhuǎn)發(fā)等功能。參見(jiàn)圖3,該圖為本發(fā)明實(shí)施例所述輸入端口子單元結(jié)構(gòu)圖。輸入端口子單元1包括輸入分路器11、合路器14、虛擬輸出隊(duì)列 存儲(chǔ)單元12、幀長(zhǎng)與狀態(tài)信息存儲(chǔ)單元13。所述輸入分路器11，完成數(shù)據(jù)分組到各個(gè)虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元12的分路輸入功能。所述虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元12,按照所述目的端口號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行分類緩存，按照先到先服務(wù)的方式存儲(chǔ)虛擬輸出隊(duì)列數(shù)據(jù)分組。所述幀長(zhǎng)和狀態(tài)信息存儲(chǔ)單元13，用于存儲(chǔ)虛擬輸出隊(duì)列的幀長(zhǎng)信息，以及入線服務(wù)狀態(tài)。所述合路器14,用于實(shí)現(xiàn)所述虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元12數(shù)據(jù)分 組的合路輸出。相對(duì)于現(xiàn)有基于輪詢調(diào)度方法的輸入端口子單元，增加了虛擬輸 出隊(duì)列的幀長(zhǎng)計(jì)數(shù)器和幀狀態(tài)信息，這在硬件實(shí)現(xiàn)中較為容易。這些 信息對(duì)于本發(fā)明所述調(diào)度方法非常有用，可以在很大程度上改善調(diào)度 方法的性能，對(duì)各種可能的輸入流量模式具有更優(yōu)的適應(yīng)性。輸入分路器11根據(jù)到達(dá)該輸入端口數(shù)據(jù)分組的目的端口號(hào)分別 緩存到對(duì)應(yīng)的虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元12;并且對(duì)于同一個(gè)虛擬輸出隊(duì) 列存儲(chǔ)單元12，數(shù)據(jù)分組采用先入先出的緩存方式。合路器14根據(jù) 輸入調(diào)度單元3的匹配結(jié)果選擇輸出對(duì)應(yīng)的虛擬輸出隊(duì)列第一個(gè)數(shù)據(jù) 分組，并送至輸入交換級(jí)200。本發(fā)明中幀是指虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元12中可以調(diào)度輸出的一 組數(shù)據(jù)分組。幀長(zhǎng)是指幀中數(shù)據(jù)分組的數(shù)量。在本發(fā)明中可采用幀長(zhǎng)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，記為CF。根據(jù)數(shù)據(jù)分組接 受服務(wù)的情況，虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元12具有兩種服務(wù)狀態(tài)(1) 受服務(wù)狀態(tài)，即虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元12的幀長(zhǎng)不小于2 且?guī)械?一個(gè)數(shù)據(jù)分組已經(jīng)接受服務(wù)。(2) 未服務(wù)狀態(tài)，即虛擬輸出隊(duì)列3的幀中沒(méi)有數(shù)據(jù)分組接受 服務(wù)或者最后 一個(gè)數(shù)據(jù)分組已經(jīng)接受服務(wù)的狀態(tài)。幀長(zhǎng)和狀態(tài)信息存儲(chǔ)單元13包括兩部分內(nèi)容(1) 幀長(zhǎng)信息，即在當(dāng)前時(shí)隙各虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元12對(duì)應(yīng) 的幀中包含的數(shù)據(jù)分組數(shù)量。(2) 幀狀態(tài)信息，即在當(dāng)前時(shí)隙各虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元12的狀態(tài)。幀長(zhǎng)和狀態(tài)信息存儲(chǔ)單元13在每個(gè)時(shí)隙將相關(guān)信息送給輸入交 換級(jí)的輸入調(diào)度單元6。輸入調(diào)度單元6依據(jù)該信息作出調(diào)度決策， 由于幀長(zhǎng)和狀態(tài)信息存儲(chǔ)單元13能夠很好的反應(yīng)各輸入端口流量到 達(dá)情況，因此該交換系統(tǒng)能夠很好的適應(yīng)各種流量模式。參見(jiàn)圖4,該圖為本發(fā)明實(shí)施例所述輸出端口子單元結(jié)構(gòu)圖。 輸出端口子單元10包括輸出分路器101、調(diào)度器103、優(yōu)先級(jí)隊(duì) 列存儲(chǔ)單元102。輸出分路器101,用于完成數(shù)據(jù)分組到各個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的分路輸入。優(yōu)先級(jí)隊(duì)列存儲(chǔ)單元102,用于按照優(yōu)先級(jí)分類存儲(chǔ)所述分路器 傳送的數(shù)據(jù)分組。據(jù)分組實(shí)現(xiàn)輸出合路。調(diào)度器103按照服務(wù)優(yōu)先級(jí)分類存儲(chǔ)輸出分路器101送來(lái)的數(shù)據(jù) 分組。根據(jù)成熟的優(yōu)先級(jí)調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)各個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列數(shù)據(jù)分組的輸 出合路。輸出分路器101根據(jù)到達(dá)數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先級(jí)號(hào)分別緩存到對(duì)應(yīng)的 優(yōu)先級(jí)隊(duì)列存儲(chǔ)單元102;并且對(duì)于同一個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列存儲(chǔ)單元102, 數(shù)據(jù)分組采用先入先出的緩存方式。調(diào)度器103根據(jù)調(diào)度策略的匹配 結(jié)果選擇輸出相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列第 一個(gè)數(shù)據(jù)分組，并送出交換系統(tǒng)。與現(xiàn)有數(shù)據(jù)分組優(yōu)先級(jí)服務(wù)方式不同，本發(fā)明所述系統(tǒng)將數(shù)量較 少的n個(gè)輸出端口子單元組合為一個(gè)輸出端口單元，這種方式便于硬 件實(shí)現(xiàn)，降低了復(fù)雜度。圖5是本發(fā)明實(shí)施例所述輸入調(diào)度單元結(jié)構(gòu)圖。輸入調(diào)度單元3包括 n x m個(gè)虛4以專lr出隊(duì)歹'J 4中裁器31和m個(gè)車lr入 交換單元輸出仲裁器32。其中，n>l。 m>l。虛擬輸出隊(duì)列仲裁器31對(duì)應(yīng)于輸入端口子單元1中的虛擬輸出 隊(duì)列存儲(chǔ)單元12。虛擬輸出隊(duì)列仲裁器31包括1個(gè)指針，所述指針 可以指向?qū)?yīng)于輸入交換單元4的m個(gè)輸出線位置。19輸入交換單元輸出仲裁器32對(duì)應(yīng)于輸入交換單元4的輸出線， 輸入交換單元輸出仲裁器32包括1個(gè)指針，用于指向?qū)?yīng)于輸入端口 模塊的nxm個(gè)虛擬輸出隊(duì)列位置。輸入調(diào)度單元3采用簡(jiǎn)單的指針 輪詢方式的調(diào)度方法，非常便于硬件實(shí)現(xiàn)。虛擬輸出隊(duì)列仲裁器31保存有輸入交換單元m個(gè)輸出線的優(yōu)先 級(jí)列表，指針指向的輸出線xl具有最高的優(yōu)先級(jí)，輸出線(xl + l)mod m具有次優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)順序依次類推。IM輸出仲裁器3 2保存有輸入端口模塊的虛擬輸出隊(duì)列優(yōu)先級(jí)列 表，指針指向的虛擬輸出隊(duì)列yl具有最高的優(yōu)先級(jí)，虛擬輸出隊(duì)列 (yl + l) mod (m x n)具有次優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)順序依次類推。參見(jiàn)圖6,該圖為本發(fā)明實(shí)施例所述中間調(diào)度單元結(jié)構(gòu)圖。中間調(diào)度單元5包括k個(gè)中間交換單元輸入仲裁器51和k個(gè)中 間交換單元輸出仲裁器52。中間交換單元輸入仲裁器51對(duì)應(yīng)于中間交換單元6中的輸入線。 中間交換單元輸入仲裁器51包括1個(gè)指針，用于指向?qū)?yīng)于輸入交換 單元4的m個(gè)輸出線位置。中間交換單元輸出仲裁器52對(duì)應(yīng)于中間交換單元6的輸出線。 中間交換單元輸出仲裁器52包括1個(gè)指針，用于指向?qū)?yīng)于中間交換 單元的k個(gè)輸入線位置。中間調(diào)度單元5采用簡(jiǎn)單的指針輪詢方式的調(diào)度方法，非常便于 硬件實(shí)現(xiàn)。CM輸入仲裁器51保存有中間交換單元6的k個(gè)輸出線的優(yōu)先級(jí) 列表，指針指向的輸出線x2具有最高的優(yōu)先級(jí)，輸出線(x2+l )modk 具有次優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)順序依次類推。CM輸出仲裁器52保存有中間交換單元k個(gè)輸入線的優(yōu)先級(jí)列 表，指針指向的輸入線y2具有最高的優(yōu)先級(jí)，輸入線(y2+l)modk具 有次優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)順序依次類推。參見(jiàn)圖7,該圖為本發(fā)明實(shí)施例所述輸出調(diào)度單元結(jié)構(gòu)圖。輸出調(diào)度單元7包括m個(gè)輸出交換單元輸入仲裁器71和n個(gè)輸出交換單元輸出仲裁器72。輸出交換單元輸入仲裁器71對(duì)應(yīng)于輸出交換單元8中的輸入線。中間交換單元輸入仲裁器71包括1個(gè)指針，用于指向?qū)?yīng)于輸出交換 單元的n個(gè)輸出線位置。輸出交換單元輸出仲裁器72對(duì)應(yīng)于輸出交換單元8的輸出線。 中間交換單元輸出仲裁器72包括1個(gè)指針，用于指向?qū)?yīng)于輸出交換 單元的m個(gè)輸入線位置。輸出調(diào)度單元7采用簡(jiǎn)單的指針輪詢方式的調(diào)度方法，非常便于 硬件實(shí)現(xiàn)。OM輸入仲裁器71保存有輸出交換單元n個(gè)輸出線的優(yōu)先級(jí)列 表，指針指向的輸出線x3具有最高的優(yōu)先級(jí)，輸出線(x3+l)modn具 有次優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)順序依次類推。OM輸出仲裁器72保存有輸出交換單元m個(gè)輸入線的優(yōu)先級(jí)列 表，指針指向的輸入線y3具有最高的優(yōu)先級(jí)，輸入線(y3+l)modm具 有次優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)順序依次類推。在輸入輸出排隊(duì)CLOS型三級(jí)交換系統(tǒng)中，兩個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)分 組可能同時(shí)請(qǐng)求離開同 一個(gè)輸入端口子單元從而發(fā)生輸入竟?fàn)巻?wèn)題。 同時(shí)，當(dāng)兩個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)分組同時(shí)請(qǐng)求同一個(gè)輸出端口子單元時(shí)會(huì) 發(fā)生輸出竟?fàn)巻?wèn)題。為了解決輸入竟?fàn)幒驼{(diào)節(jié)輸出竟?fàn)?，本發(fā)明同時(shí) 提供了 一種調(diào)度方法，該方法應(yīng)用于包括輸入輸出排隊(duì)CLOS型三級(jí) 交換系統(tǒng)的輸入調(diào)度單元3、中間調(diào)度單元5和輸出調(diào)度單元7中。利用輸入端口子單元1提供的幀信息和輪詢指針技術(shù)。根據(jù)輸入 端口子單元l中的虛擬輸出隊(duì)列的受服務(wù)和未服務(wù)狀態(tài)。優(yōu)先服務(wù)處于受服務(wù)狀態(tài)的虛擬輸出隊(duì)列中的數(shù)據(jù)分組，并對(duì)受服務(wù)狀態(tài)的虛擬于未服務(wù)狀態(tài)的虛擬輸出隊(duì)列中的數(shù)據(jù)分組，并對(duì)未服務(wù)狀態(tài)的虛擬 輸出隊(duì)列進(jìn)行指針輪詢的公平服務(wù)方式。利用三個(gè)階段匹配調(diào)度分別應(yīng)用于交換系統(tǒng)的調(diào)度單元，并且三 個(gè)調(diào)度過(guò)程依次進(jìn)行。第一階段調(diào)度方法應(yīng)用于輸入調(diào)度單元3,負(fù)責(zé)輸入交換單元4的調(diào)度過(guò)程；第二階段調(diào)度方法應(yīng)用于中間調(diào)度單元5,負(fù)責(zé)中間交 換單元6的調(diào)度過(guò)程；第三階段調(diào)度方法應(yīng)用于輸出調(diào)度單元7，負(fù) 責(zé)輸出交換單元8的調(diào)度過(guò)程。輸入輸出排隊(duì)CLOS型三級(jí)交換系統(tǒng)適用于定長(zhǎng)數(shù)據(jù)分組，因此 對(duì)于變長(zhǎng)數(shù)據(jù)包在進(jìn)入交換系統(tǒng)前首先進(jìn)行定長(zhǎng)切片，例如每個(gè)切片 長(zhǎng)度為64字節(jié)。除非特別指出，在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)分組特指定長(zhǎng)數(shù)據(jù) 分組，或者變長(zhǎng)數(shù)據(jù)分組的定長(zhǎng)切片。這也是當(dāng)前高性能路由器的通 用做法，在交換系統(tǒng)中完成交換后再組合成完整的數(shù)據(jù)分組。參見(jiàn)圖8,該圖為本發(fā)明實(shí)施例所述三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法流 程圖。本發(fā)明實(shí)施例所述三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法，包括以下步驟SIOO、輸入緩存級(jí)的各虛擬緩存隊(duì)列保存輸入交換單元的m個(gè)輸 出線的優(yōu)先級(jí)列表。S200、輸入交換單元的各輸出線保存有輸入端口子單元的虛擬輸 出隊(duì)列優(yōu)先級(jí)列表。S300、輸入調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)輸入交 換單元的輸出竟?fàn)幒推ヅ湔{(diào)度。S400、中間交換單元各輸入線保存有中間交換單元的k個(gè)輸出線 的優(yōu)先級(jí)列表。S500、中間交換單元各輸出線保存有中間交換單元的k個(gè)輸入線 的優(yōu)先級(jí)列表。S600、中間調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)中間交 換單元的輸出竟?fàn)幒推ヅ湔{(diào)度。S700、輸出交換單元各輸入線保存有輸出交換單元的n個(gè)輸出線 的優(yōu)先級(jí)列表。S800、輸出交換單元各輸出線保存有輸出交換單元的m個(gè)輸入線 的優(yōu)先級(jí)列表。S900 、輸出調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)輸出交22換單元的輸出竟?fàn)幒推ヅ湔{(diào)度。本發(fā)明所述三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法是基于幀信息的輪詢調(diào)度 方法，用于解決輸入輸出排隊(duì)CLOS型三級(jí)交換系統(tǒng)中數(shù)據(jù)分組的輸 出竟?fàn)幒推ヅ湔{(diào)度問(wèn)題。根據(jù)三級(jí)交換系統(tǒng)的分級(jí)結(jié)構(gòu)，調(diào)度方法相應(yīng)地分為三個(gè)階段輸入交換調(diào)度算法，對(duì)應(yīng)于交換系統(tǒng)輸入級(jí)的輸入調(diào)度單元。 中間交換調(diào)度算法，對(duì)應(yīng)于交換系統(tǒng)中間級(jí)的中間調(diào)度單元。 輸出交換調(diào)度算法，對(duì)應(yīng)于交換系統(tǒng)輸出級(jí)的輸出調(diào)度單元。下面結(jié)合圖9至11具體說(shuō)明三個(gè)階段的調(diào)度算法。信息的輪詢調(diào)度方法。1、 第1次迭代步驟1:所有非空虛擬輸出隊(duì)列仲裁器1向所有IM輸出仲裁器 32發(fā)送請(qǐng)求，該請(qǐng)求包含對(duì)應(yīng)虛擬輸出隊(duì)列的服務(wù)狀態(tài)(受服務(wù)狀態(tài) 或未服務(wù)狀態(tài))。步驟2:如果IM輸出仲裁器32收到請(qǐng)求，它從指針位置yl開始 按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的 請(qǐng)求，它則從指針位置yl開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng) 求，然后它向選中請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的虛擬輸出隊(duì)列仲裁器1返回響應(yīng)。步驟3:如果虛擬輸出隊(duì)列仲裁器1收到響應(yīng)，它從指針位置xl 開始按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)；如果不存在受服務(wù)狀 態(tài)的響應(yīng)，它則從指針位置xl開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài) 的響應(yīng)，然后它向選中響應(yīng)對(duì)應(yīng)的IMlt出仲裁器32返回確i人。2、 第i次迭代步驟1:所有未匹配非空虛擬輸出隊(duì)列仲裁器1向所有未匹配IM 輸出仲裁器32發(fā)送請(qǐng)求，該請(qǐng)求包含對(duì)應(yīng)虛擬輸出隊(duì)列的服務(wù)狀態(tài) (受服務(wù)狀態(tài)或未服務(wù)狀態(tài))。步驟2:如果IM輸出仲裁器32收到請(qǐng)求，它從指針位置yl開始 按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求，它則從指針位置y 1開始按照輪詢方式選擇 一 個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng) 求，然后它向選中請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的虛擬輸出隊(duì)列仲裁器1返回響應(yīng)。步驟3:如果虛擬輸出隊(duì)列仲裁器1收到響應(yīng)，它從指針位置xl 開始按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)；如果不存在受服務(wù)狀 態(tài)的響應(yīng)，它則從指針位置xl開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài) 的響應(yīng)，然后它向選中響應(yīng)對(duì)應(yīng)的IM輸出仲裁器32返回確i人。指針更新在第1次迭代步驟3中收到響應(yīng)的虛擬輸出隊(duì)列仲裁 器31的指針更新方式為xl=(xl + l)mod(mxn)。收到確認(rèn)的IM輸出仲裁器32的指針更新方式為yl= (yl + l)mod (m)。參見(jiàn)圖10,該圖為本發(fā)明實(shí)施例所述中間交換單元采用的基于幀 信息的輪詢調(diào)度方法。1、 第1次迭代步驟1:所有非空CM輸入仲裁器51向相應(yīng)CM輸出仲裁器52 發(fā)送請(qǐng)求，該請(qǐng)求包含對(duì)應(yīng)中間交換單元入線的服務(wù)狀態(tài)(受服務(wù)狀 態(tài)或未服務(wù)狀態(tài))；步驟2:如果CM輸出仲裁器52收到請(qǐng)求，指針從位置y2開始 按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的 請(qǐng)求，指針則從位置y2開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng) 求，然后它向選中請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的CM輸入仲裁器51返回響應(yīng)；步驟3:如果CM輸入仲裁器51收到響應(yīng)，指針從位置x2開始 按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的 響應(yīng)，指針則從位置x2開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的響 應(yīng)，然后它向選中響應(yīng)對(duì)應(yīng)的CM輸出仲裁器52返回確i人。2、 第i次迭代步驟1:所有未匹配非空CM輸入仲裁器51向所有未匹配CM輸 出仲裁器52發(fā)送請(qǐng)求，該請(qǐng)求包含對(duì)應(yīng)中間交換單元入線的服務(wù)狀態(tài) (受服務(wù)狀態(tài)或未服務(wù)狀態(tài))。步驟2:如果CM輸出仲裁器52收到請(qǐng)求，指針從位置y2開始24按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求，指針則從位置y2開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng) 求，然后它向選中請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的CM輸入仲裁器51返回響應(yīng)。步驟3:如果CM輸入仲裁器1收到響應(yīng)，指針從位置x2開始按 照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的響 應(yīng)，指針則從位置x2開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)， 然后它向選中響應(yīng)對(duì)應(yīng)的CM豐命出仲裁器52返回確i人。指針更新在第1次迭代步驟3中收到響應(yīng)的CM輸入仲裁器51 的指針更新方式為x2= (x2+l)modk。收到確認(rèn)的CM輸出仲裁器52的指針更新方式為y2= (y2+l)mod k。參見(jiàn)圖11，該圖為本發(fā)明實(shí)施例所述輸出調(diào)度單元采用的基于幀 信息的輪詢調(diào)度方法流程圖。1、 第1次迭代步驟1:所有非空OM輸入仲裁器71向相應(yīng)OM輸出仲裁器72 發(fā)送請(qǐng)求，該請(qǐng)求包含對(duì)應(yīng)輸出交換單元入線的服務(wù)狀態(tài)(受服務(wù)狀 態(tài)或未服務(wù)狀態(tài))。步驟2:如果OM輸出仲裁器72收到請(qǐng)求，指針從位置y3開始 按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的 請(qǐng)求，指針則從位置y3開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng) 求，然后它向選中請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的OM輸入仲裁器71返回響應(yīng)。步驟3:如果OM輸入仲裁器71收到響應(yīng)，指針從位置x3開始 按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的 響應(yīng)，它則從指針位置x3開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的響 應(yīng)，然后它向選中響應(yīng)對(duì)應(yīng)的OM輸出仲裁器72返回確認(rèn)。2、 第i次迭代步驟1:所有未匹配非空OM輸入仲裁器71向所有未匹配OM輸 出仲裁器72發(fā)送請(qǐng)求，該請(qǐng)求包含對(duì)應(yīng)輸出交換單元入線的服務(wù)狀態(tài) (受服務(wù)狀態(tài)或未服務(wù)狀態(tài))。步驟2:如果OM輸出仲裁器72收到請(qǐng)求，指針從位置y3開始 按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的 請(qǐng)求，指針則從位置y3開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng) 求，然后它向選中請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的OM輸入仲裁器71返回響應(yīng)。步驟3:如果OM輸入仲裁器71收到響應(yīng)，指針從位置x3開始 按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的 響應(yīng)，指針則從位置x3開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的響 應(yīng)，然后它向選中響應(yīng)對(duì)應(yīng)的OM輸出仲裁器72返回確認(rèn)。指針更新在第1次迭代步驟3中收到響應(yīng)的OM輸入仲裁器71 的指4十更新方式為x3=(x3+l)modm。收到確認(rèn)的OM輸出仲裁器72的指針更新方式為y3= (y3+l)mod n。本發(fā)明提供的三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法利用幀信息進(jìn)行調(diào)度決 策，幀信息能夠較好的反應(yīng)各輸入端口流量到達(dá)情況，因此該基于幀 信息的調(diào)度方法在均勻流量、非均勻流量甚至突發(fā)流量條件下均獲得 較高的吞吐量和較低的平均排隊(duì)時(shí)延。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出 若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種三級(jí)交換系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括輸入緩存級(jí)，用于按照目的段口號(hào)分類緩存、管理輸入數(shù)據(jù)分組；輸入交換級(jí)，用于將所述輸入緩存級(jí)輸入的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行輸入交換，輸出至中間交換級(jí)；中間交換級(jí)，用于將所述輸入交換級(jí)的輸入交換后的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行中間交換，輸出至輸出交換級(jí)；輸出交換級(jí)，用于將所述中間交換級(jí)的中間交換后的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行輸出交換，輸出至輸出緩存級(jí)；輸出緩存級(jí)，用于將所述輸出交換級(jí)的輸出的數(shù)據(jù)分組，進(jìn)行輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三級(jí)交換系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入 緩存級(jí)包括k個(gè)輸入端口單元，每個(gè)所述輸入端口單元包括n個(gè)輸入端 口子單元，k> 1， n> 1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三級(jí)交換系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入 端口子單元包括輸入分路器、合路器、虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元，以及幀長(zhǎng)和狀態(tài)信息存儲(chǔ)單元；所述輸入分路器，完成數(shù)據(jù)分組到各個(gè)虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元的 分路輸入功能；所述虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元，按照所述目的端口號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)分組進(jìn) 行分類緩存，按照先到先服務(wù)的方式存儲(chǔ)虛擬輸出隊(duì)列數(shù)據(jù)分組；所述幀長(zhǎng)和狀態(tài)信息存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)虛擬輸出隊(duì)列的幀長(zhǎng)信 息，以及入線服務(wù)狀態(tài)；所述合路器，用于實(shí)現(xiàn)所述虛擬輸出隊(duì)列存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)分組的合 路輸出。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的三級(jí)交換系統(tǒng)，其特征在于，所述入線 服務(wù)狀態(tài)包括受服務(wù)狀態(tài)和未服務(wù)狀態(tài)信息。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三級(jí)交換系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入 交換級(jí)包括k個(gè)輸入交換單元和k個(gè)輸入調(diào)度單元，k>l;輸入交換單元，為n個(gè)輸入端口子單元到m個(gè)中間輸入級(jí)的中間輸入級(jí)的中間交換單元互連提供可選交換路徑，m>l;輸入調(diào)度單元，實(shí)現(xiàn)所述輸入交換單元中數(shù)據(jù)分組的調(diào)度算法， 完成由n個(gè)輸入端口子單元到m個(gè)中間交換單元的數(shù)據(jù)分組的路徑選擇。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三級(jí)交換系統(tǒng)，其特征在于，所述中間 交換級(jí)包括中間交換單元和中間調(diào)度單元；中間交換單元，為全部k個(gè)輸入交換單元和k個(gè)輸出交4灸級(jí)的輸出 交換單元互連提供交換路徑；k>l;中間調(diào)度單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)中間交換單元中的調(diào)度算法，完成由k 個(gè)輸入交換單元向k個(gè)輸出交換級(jí)的輸出交換單元的數(shù)據(jù)分組的路徑 選擇。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的三級(jí)交換系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出 交換級(jí)包括輸出交換單元和輸出調(diào)度單元；輸出交換單元，為m個(gè)中間交換單元到n個(gè)輸出緩存級(jí)的輸出端口 子單元互連提供交換路徑；輸出調(diào)度單元，實(shí)現(xiàn)輸入交換單元中數(shù)據(jù)分組的調(diào)度算法，完成 由m個(gè)中間交換單元向n個(gè)輸出緩存級(jí)的輸出端口子單元的數(shù)據(jù)分組 的路徑選才奪。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的三級(jí)交換系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出 緩存級(jí)包括輸出端口單元；輸入端口單元，包括n個(gè)輸入端口子單元，分別與輸入輸出排隊(duì) CLOS型三級(jí)交換系統(tǒng)的n個(gè)線路接口卡相連。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的三級(jí)交換系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入 交換單元、中間交換單元和輸出交換單元采用小規(guī)模的交叉開關(guān)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的三級(jí)交換系統(tǒng)，其特征在于，所述的 輸入調(diào)度單元、中間調(diào)度單元和輸出調(diào)度單元分別由兩組基于輪詢方 式的優(yōu)先級(jí)指針實(shí)現(xiàn)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的三級(jí)交換系統(tǒng)，其特征在于，所述輸 出端口子單元包括輸出分路器、調(diào)度器、優(yōu)先級(jí)隊(duì)列存儲(chǔ)單元；輸出分路器，用于完成數(shù)據(jù)分組到各個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的分路輸入； 優(yōu)先級(jí)隊(duì)列存儲(chǔ)單元，用于按照優(yōu)先級(jí)分類存儲(chǔ)所述分路器傳送 的數(shù)據(jù)分組；組實(shí)現(xiàn)輸出合路。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1至11任一所述的三級(jí)交換系統(tǒng)，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)分組為定長(zhǎng)數(shù)據(jù)分組或者變長(zhǎng)數(shù)據(jù)分組的定長(zhǎng)切片。
13、 一種三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法，其特征在于，所述方法包括 以下步驟輸入緩存級(jí)的各虛擬緩存隊(duì)列保存輸入交換單元的m個(gè)輸出線的 優(yōu)先級(jí)列表；輸入交換單元的各輸出線保存有輸入端口子單元的虛擬輸出隊(duì) 列優(yōu)先級(jí)列表；輸入調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)輸入交換單 元的輸出竟?fàn)幒推ヅ湔{(diào)度；級(jí)列表；中間交換單元各輸出線保存有中間交換單元的k個(gè)輸入線的優(yōu)先 級(jí)列表；中間調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)中間交換單 元的輸出竟?fàn)幒推ヅ湔{(diào)度；輸出交換單元各輸入線保存有輸出交換單元的n個(gè)輸出線的優(yōu)先 級(jí)列表；輸出交換單元各輸出線保存有輸出交換單元的m個(gè)輸入線的優(yōu)先 級(jí)列表；輸出調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)輸出交換單 元的輸出竟?fàn)幒推ヅ湔{(diào)度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法，其特征在 于，輸入調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法，具體包括輸入緩存級(jí)的各虛擬緩存隊(duì)列向輸入交換單元的各輸出線發(fā)送請(qǐng)求，該請(qǐng)求包含對(duì)應(yīng)虛擬輸出隊(duì)列的服務(wù)狀態(tài)；如果輸入交換單元的各輸出線收到請(qǐng)求，指針從位置yl開始按照 輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求， 指針則從位置yl開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求，然后 指針向選中請(qǐng)求輸入緩存級(jí)的各虛擬緩存隊(duì)列返回響應(yīng)；如果輸入緩存級(jí)的各虛擬緩存隊(duì)列收到響應(yīng)，指針從位置xl開始 按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的 響應(yīng)，指針則從位置xl開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)， 然后指針向選中響應(yīng)輸入交換單元的各輸出線返回確認(rèn)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法，其特征在 于，中間調(diào)度單元采用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法，具體包括以下步 驟所有中間交換單元各輸入線向中間交換單元各輸出線發(fā)送請(qǐng)求， 該請(qǐng)求包含對(duì)應(yīng)中間交換單元入線的服務(wù)狀態(tài)；如果中間交換單元各輸出線收到請(qǐng)求，指針從位置y2開始按照輪 詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求， 指針則從位置y2開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求，然后 指針向選中請(qǐng)求中間交換單元各輸入線返回響應(yīng)；如果中間交換單元各輸入線收到響應(yīng)，指針從位置x2開始按照輪 詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)， 指針則從位置x2開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)，然后 指針向選中響應(yīng)中間交換單元各輸出線返回確認(rèn)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的三級(jí)交換系統(tǒng)的調(diào)度方法，其特征在 于，輸出調(diào)度單元釆用基于幀信息的輪詢調(diào)度方法，具體包括以下步 驟求包含對(duì)應(yīng)輸出交換單元入線的服務(wù)狀態(tài)；如果輸出交換單元各輸出線收到請(qǐng)求，指針從位置y3開始按照輪詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求，指針則從位置y3開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求，然后指針向選中請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的輸出交換單元各輸入線返回響應(yīng)；如果輸出交換單元各輸入線收到響應(yīng)，指針從位置x3開始按照輪 詢方式選擇一個(gè)受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)；如果不存在受服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)， 指針則從位置x3開始按照輪詢方式選擇一個(gè)未服務(wù)狀態(tài)的響應(yīng)，然后 指針向選中響應(yīng)對(duì)應(yīng)的輸出交換單元各輸出線返回確認(rèn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了三級(jí)交換系統(tǒng)包括輸入緩存級(jí)，用于按照目的段口號(hào)分類緩存、管理輸入數(shù)據(jù)分組；輸入交換級(jí)，用于將所述輸入緩存級(jí)輸入的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行輸入交換，輸出至中間交換級(jí)；中間交換級(jí)，用于將所述輸入交換級(jí)的輸入交換后的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行中間交換，輸出至輸出交換級(jí)；輸出交換級(jí)，用于將所述中間交換級(jí)的中間交換后的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行輸出交換，輸出至輸出緩存級(jí)；輸出緩存級(jí)，用于將所述輸出交換級(jí)的輸出的數(shù)據(jù)分組，進(jìn)行輸出。本發(fā)明提供一種三級(jí)交換系統(tǒng)及調(diào)度方法，用于適應(yīng)路由器對(duì)于端口擴(kuò)展的需求。
文檔編號(hào)H04L12/56GK101631070SQ20081013246
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者蘭巨龍, 李秀芹, 娜 王, 胡宇翔, 菡 邱, 顧小卓, 馬海龍, 馬祥杰 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)