一種cicq結(jié)構(gòu)交叉緩存隊(duì)列均衡的分組調(diào)度算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高性能分組交換機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】 陽(yáng)002] 到目前為止，人們對(duì)高性能的聯(lián)合輸入交叉點(diǎn)排隊(duì)（CombinedI噸Utand 化OSSbar如eued，CIC曲結(jié)構(gòu)的調(diào)度算法進(jìn)行了大量研究，經(jīng)典的主流算法分為基 于輪詢RR(Round-Robin)和最大權(quán)重匹配算法兩大類型?；赗R的算法主要有 RR-RR、DRR(DifferentialRound-Robin)、TFQA(TrackingFairQuotaAllocation)、 RR-LQD化ongest如eueDetecting)等。基于權(quán)重的最大匹配法主要包括W隊(duì)長(zhǎng)、交叉緩 存占用率、阻塞時(shí)間為權(quán)重的最大權(quán)重匹配法，包括LQF-RR化ongest如eueFirstand RR)、MCBF(MostCriticalBufferFirst)、SCBF(化ortestCrosspointBufferFirst)、 SBF-GWF(theShortestbufferFirstandtheGreatestWeighbufferFirst)、 HOPS(Hyb;ridOptimizationPacketScheduling)、MCQF(MostCritical如eueFirst)等。 RR及其改進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，復(fù)雜度一般為0 (I)，且大多數(shù)算法對(duì)可接入的均勻業(yè)務(wù)的通過(guò) 率接近100%，但分組平均時(shí)延較大。最大權(quán)重匹配法W復(fù)雜度增大為代價(jià)來(lái)獲取分組時(shí)延 的下降。例如代表性的MCBF算法W特定輸出和輸入端口對(duì)應(yīng)的crossbar中緩存的分組數(shù) 目為權(quán)重，充分利用crossbar資源，但沒(méi)有考慮VOQ的隊(duì)列長(zhǎng)度。而近來(lái)提出的SBF-GWF 算法，在MCBF的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，輸出調(diào)度采用VOQ隊(duì)長(zhǎng)為權(quán)重，相比MCBF及其他算法， 時(shí)延性能有顯著的提高。 陽(yáng)00引在已有的CICQ調(diào)度算法的研究中，即使是性能突出的SBF-GWF算法，相比采用最 簡(jiǎn)單的FIFO(FirstInFirstOut)算法的輸出排隊(duì)（0曲結(jié)構(gòu)，時(shí)延性能依然有較大差距。 根本原因在于OQ結(jié)構(gòu)交換機(jī)能夠工作于work-conserving狀態(tài)，確保達(dá)到100 %的通過(guò)率， 從而使得時(shí)延下降。但是OQ結(jié)構(gòu)較高的加速比使得其可擴(kuò)展性受限，在大規(guī)模高速交換中 不具有實(shí)用價(jià)值。
[0004] 基于上述分析，不同于已有的算法，本發(fā)明W最大程度逼近交換機(jī)工作于work-conserving狀態(tài)為核屯、，提出了CICQ結(jié)構(gòu)中的一種新的分組輸入調(diào)度算法，即交 叉緩存隊(duì)列均衡（Crossbuffer如eueBalance,C地）算法。本發(fā)明提供的C地算法W 輸出端口為匹配基準(zhǔn)，選擇交叉緩存（crossbuffer)隊(duì)列長(zhǎng)度最小的輸出端口優(yōu)先匹配， 盡量均衡所有輸出端口的crossbuffer分組占用，W盡可能地使得交換機(jī)逼近工作于 work-conserving狀態(tài)，在提高交換機(jī)通過(guò)率的同時(shí)，降低分組的平均時(shí)延。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)0化]本發(fā)明的目的是提供針對(duì)crossbuffer緩存容量為一個(gè)分組的CICQ結(jié)構(gòu)交換機(jī) 最大程度工作于work-conserving狀態(tài)，且具有良好的通過(guò)率和平均分組時(shí)延性能的分組 輸入調(diào)度算法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)路線為：
[0006] 第一步初始化端口集合；
[0007] 每個(gè)時(shí)隙開始時(shí)，令輸出端口集合OP包含所有輸出端口，輸入端口集合IP包含所 有輸入端口；
[0008] 第二步判斷調(diào)度是否結(jié)束；
[0009] 如果OP為空，則該時(shí)隙輸入調(diào)度結(jié)束；否則，進(jìn)入第S步；
[0010] 第S步選擇待匹配的輸出端口； W11] 從指針PO指向的輸出端口開始，在OP中選擇第一個(gè)crossbar隊(duì)列長(zhǎng)度Bj最小 的輸出端口j，并將PO指向其下一個(gè)輸出端口的位置； 陽(yáng)〇1引其中Bj表示輸出端口j的crossbar隊(duì)列長(zhǎng)度，PO為輸出端口的優(yōu)先級(jí)指針，其在 整個(gè)調(diào)度初始時(shí)指向輸出端口 1 ;
[0013] 第四步檢驗(yàn)選擇的輸出端口是否有合適的輸入端口與之匹配；
[0014] 如果EIPj與IP的交集肥IP為空，從OP中剔除輸出端口j，回到第二步；
[0015] 其中CBij表示輸入端口i和輸出端口j對(duì)應(yīng)的交叉緩存（crossbuffer)，EIPj表 示滿足VOQii不為空且CB。為空的所有輸入端口i的集合；
[0016] 第五步為等待匹配的輸出端口選擇合適的輸入端口與之匹配；
[0017] 從pi指向的輸入端口開始，在肥IP沖選擇第一個(gè)entryi最小的輸入端口i，并 將Pi指向其下一個(gè)輸入端口的位置，將VOQi,的頭信元發(fā)送到CB。中；
[0018] 其中entryi表示輸入端口i包含的非空VOQ隊(duì)列數(shù)目，Pi為輸入端口的優(yōu)先級(jí)指 針，其在整個(gè)調(diào)度初始時(shí)指向輸入端口 1 ;
[0019] 第六步剔除已匹配的輸入端口，更新已匹配的輸出端口的交叉緩存隊(duì)列長(zhǎng)度；
[0020] 將Bj加1，從IP中剔除輸入端口i，更新EIP郝所有的肥IP，回到第S步。
[0021] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明針對(duì)crossbuffer容量為單個(gè)分組的CICQ結(jié)構(gòu)交換 機(jī)，提供了一種使交換機(jī)最大程度逼近work-conserving工作狀態(tài)的輸入調(diào)度算法，并在 輸出端采用經(jīng)典的LQF算法組合而成C地-LQF算法。仿真結(jié)果顯示其能夠有效提高交換機(jī) 通過(guò)率，同時(shí)對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中占絕大多數(shù)的非均勻業(yè)務(wù)，其分組平均時(shí)延性能方面更為接 近OQ結(jié)構(gòu)。相比已有的有代表性的主流算法，本發(fā)明提供的算法在交換機(jī)通過(guò)率及分組平 均時(shí)延性能方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此本發(fā)明提供的算法在大規(guī)模高性能CICQ交換機(jī)中 具有良好實(shí)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是聯(lián)合輸入交叉點(diǎn)排隊(duì)（CIC曲結(jié)構(gòu)交換機(jī)原理圖；
[0023] 圖2是C地算法的流程圖；
[0024] 圖3是32X32端口交換機(jī)均勻Bernoulli業(yè)務(wù)下分組平均時(shí)延對(duì)比； 陽(yáng)0巧]圖4是32X32端口交換機(jī)均勻0N/0FF業(yè)務(wù)下分組平均時(shí)延對(duì)比； 陽(yáng)0%] 圖5是32X32端口交換機(jī)非均勻Bernoulli業(yè)務(wù)下分組平均時(shí)延對(duì)比；
[0027] 圖6是32X32端口交換機(jī)非均勻0N/0FF業(yè)務(wù)下分組平均時(shí)延對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 圖1給出了CICQ結(jié)構(gòu)分組交換機(jī)的框圖。本發(fā)明通過(guò)調(diào)度來(lái)均衡各輸出交叉緩 存隊(duì)列（圖中加粗豎線表示）的隊(duì)長(zhǎng)，W盡可能的實(shí)現(xiàn)work-conserving,保證通過(guò)率的前 提下提高平均時(shí)延性能。
[0029] 第一步初始化；
[0030] 對(duì)端口集合進(jìn)行初始化。每個(gè)時(shí)隙開始時(shí)，令輸出端口集合OP包含所有輸出端 口，輸入端口集合IP包含所有輸入端口。例如4X4端口某時(shí)隙開始時(shí)輸入端VOQW及 crossbar中的緩存狀態(tài)如下：
陽(yáng)03引其中V0Q。代表輸入端口i中去往輸出端口j的分組排隊(duì)的VOQ隊(duì)列，0表示其為 空，1為非空；CBij代表輸入輸出端口對(duì)ij對(duì)應(yīng)的交叉緩存（crossbuffer)，同樣0表示空， 1 表示非空。此時(shí)OP= (1，2, 3, 4}，IP= (1，2, 3, 4};
[0033] 第二步判斷調(diào)度是否結(jié)束；
[0034] 如果OP為空，則該時(shí)隙輸入調(diào)度結(jié)束； 陽(yáng)03引此時(shí)OP= {1，2, 3, 4}，為非空，則繼續(xù)進(jìn)行第；步；
[0036] 第S步選擇待匹配的輸出端口；
[0037] 從PO指向的輸出端口開始，在OP中選擇第一個(gè)Bj最小的輸出端口j，并將PO指 向其下一個(gè)輸出端口的位置； 陽(yáng)0測(cè)其中Bj表示輸出端口j的crossbar隊(duì)列長(zhǎng)度，PO為輸出端口的優(yōu)先級(jí)指針，其在 整個(gè)調(diào)度初始時(shí)指向輸出端口1;
[0039] 假設(shè)當(dāng)前時(shí)隙PO指向輸出端口 1，此時(shí)Bi,Bz,Bs,Ba分別為2, 1，2, 1，則選擇j= 2,將PO指向輸出端口 3 ; W40] 第四步檢驗(yàn)選擇的輸出端口是否有合適的輸入端口與之匹配； 陽(yáng)OW如果EIPj與IP的交集肥IP為空，從OP中剔除輸出端口j，回到第二步；
[0042] 令CBij表示輸入端口i和輸出端口j對(duì)應(yīng)的交叉緩存（crossbuffer)，上文中EIPj 表示滿足VOQi,不為空且CB1,為空的所有輸入端口i的集合；
[0043] 此時(shí)V0Q22,V0Q32,V0Q42不為空，CB12,CB22,CB42為空，故EIP2= (2,如，IP= {1，2, 3, 4}，則WEIPz= 口，4}，不為空，繼續(xù)進(jìn)行第五步；
[0044] 第五步為等待匹配的輸出端口選擇合適的輸入端口與之匹配； W45] 從pi指向的輸入端口開始，在肥IP沖選擇第一個(gè)entryi最小的輸入端口i，并 將Pi指向其下一個(gè)輸入端口的位置，將VOQi,的頭信元發(fā)送到CB。中；
[0046] 其中entryi表示輸入端口i包含的非空VOQ隊(duì)列數(shù)目，Pi為輸入端口的優(yōu)先級(jí)指 針，其在整個(gè)調(diào)度初始時(shí)指向輸入端口1;
[0047] 假設(shè)當(dāng)前時(shí)隙pi指向輸入端口 1，此時(shí)肥化二|2, 4}，entry2二3,entry4二4， 故選擇i= 2,將Pi指向輸入端口 3,將V0Q22的頭信元發(fā)送到CB22中； W48] 第六步剔除已匹配的輸入端口，更新已匹配的輸出端口的交叉緩存隊(duì)列長(zhǎng)度； W例將Bj加1，從IP中剔除輸入端口i，更新EIP郝所有的肥IP，回到第S步；
[0050] 本例中將Bz加1后值變?yōu)?,從IP中剔除輸入端口 2,更新后IP= (1，3, 4},EIPz ={4}，肥IPz= {4}肥IP4由原來(lái)的{2,4}變?yōu)閧4}，其它不變。
[0051] 圖3到圖6分別給出了 32X32端口交換機(jī)中均勻和非均勻去向分布Bernoulli和 0N/0FF業(yè)務(wù)下，由本發(fā)明算法提供的C地-LQF算法與SBF-GWF算法、OQ結(jié)構(gòu)的FIFO算法的 分組平均時(shí)延的對(duì)比，其中SBF-GWF為上文提到過(guò)的現(xiàn)有CICQ單分組crossbuffer結(jié)構(gòu)中 性能較為突出的算法。仿真結(jié)果顯示在均勻業(yè)務(wù)下，=種算法性能相當(dāng)。而在非均勻業(yè)務(wù) 尤其是高負(fù)載情況下，C地-LQF算法的平均時(shí)延性能更為接近OQ結(jié)構(gòu)，相比SBF-GWF算法 具有突出的優(yōu)勢(shì)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種CICQ結(jié)構(gòu)交換機(jī)分組輸入調(diào)度算法，其特征是： 第一步初始化端口集合； 每個(gè)時(shí)隙開始時(shí)，令輸出端口集合0P包含所有輸出端口，輸入端口集合IP包含所有輸 入端口； 第二步判斷調(diào)度是否結(jié)束； 如果0P為空，則該時(shí)隙輸入調(diào)度結(jié)束； 第三步選擇待匹配的輸出端口； 從P〇指向的輸出端口開始，在0P中選擇第一個(gè)Bj最小的輸出端口j，并將po指向其 下一個(gè)輸出端口的位置； 其中Bj表示輸出端口j的crossbar隊(duì)列長(zhǎng)度，po為輸出端口的優(yōu)先級(jí)指針，其在整個(gè) 調(diào)度初始時(shí)指向輸出端口 1 ; 第四步檢驗(yàn)選擇的輸出端口是否有合適的輸入端口與之匹配； 如果ΕΠγ^IP的交集WEIPj為空，從0P中剔除輸出端口j，回到第二步； 令CBy表示輸入端口i和輸出端口j對(duì)應(yīng)的交叉緩存（crossbuffer)，上文中EIP。表 示滿足VOQ^F為空且CB^為空的所有輸入端口i的集合； 第五步為等待匹配的輸出端口選擇合適的輸入端口與之匹配； 從pi指向的輸入端口開始，在WEIP.j中選擇第一個(gè)entry;最小的輸入端口i，并將pi指向其下一個(gè)輸入端口的位置，將VOQi,的頭信元發(fā)送到CBi,中； 其中entryi表示輸入端口i包含的非空V0Q隊(duì)列數(shù)目，pi為輸入端口的優(yōu)先級(jí)指針， 其在整個(gè)調(diào)度初始時(shí)指向輸入端口 1 ; 第六步剔除已匹配的輸入端口，更新已匹配的輸出端口的交叉緩存隊(duì)列長(zhǎng)度； 將1，從IP中剔除輸入端口i，更新EIP和所有的WEIP，回到第三步。
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種CICQ結(jié)構(gòu)交叉緩存隊(duì)列均衡的分組調(diào)度算法。本發(fā)明算法以實(shí)現(xiàn)或最大程度逼近交換機(jī)工作于work-conserving狀態(tài)為核心，以輸出端口為匹配基準(zhǔn)，選擇交叉緩存隊(duì)列長(zhǎng)度最小的輸出端口優(yōu)先匹配，盡量均衡所有輸出端口的交叉緩存分組占用，以盡可能地逼近實(shí)現(xiàn)work-conserving，在提高通過(guò)率的同時(shí)降低分組的平均時(shí)延。仿真結(jié)果對(duì)比顯示，對(duì)于交叉緩存crossbuffer為一個(gè)分組的CICQ交換機(jī)而言，本發(fā)明算法在分組平均時(shí)延方面優(yōu)于已有的主流算法，在大規(guī)模高性能CICQ交換機(jī)中具有良好實(shí)用價(jià)值。
【IPC分類】H04L12/863
【公開號(hào)】CN105429898
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510733429
【發(fā)明人】熊慶旭, 張?jiān)?
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月2日