專利名稱：網(wǎng)絡(luò)處理器利用斷開/重連流隊(duì)列調(diào)度輸出的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如用來鏈接各種類型和能力的信息處理系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)的設(shè)備，本發(fā)明還涉及在此種設(shè)備中用來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的部件和方法。本發(fā)明包含一種經(jīng)過改進(jìn)的用來調(diào)度從連接到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)處理單元的流控制系統(tǒng)經(jīng)MAC向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的信息單元分配的系統(tǒng)和方法。更具體說，本發(fā)明涉及可處理正在處理可變大小的信息分組(信息包)或幀的多個(gè)用戶的調(diào)度，為從流控制系統(tǒng)向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)提供的各幀確定排序而同時(shí)允許將多個(gè)不同的優(yōu)先級(jí)賦予不同的用戶。
背景技術(shù)：
下面對(duì)本發(fā)明的描述系基于一個(gè)前提，即讀者具有關(guān)于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信和在此種網(wǎng)絡(luò)通信中有用的路由器及交換機(jī)的基本知識(shí)。特別是，本說明書的前提是熟悉國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型，該模型將網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行分為層?；贗SO模型的典型體系結(jié)構(gòu)的層1(有時(shí)稱其為“L1”)是物理通路或物理介質(zhì)，信號(hào)從此層向上通過層2(或“L2”)、層3(或“L3”)等等一直到層7，層7是應(yīng)用程序?qū)樱瑧?yīng)用程序駐留于與網(wǎng)絡(luò)鏈接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。在此文件從頭到尾，對(duì)這些層如L1、L2、L3的引用的意圖是援引所述網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的相應(yīng)層。本說明書也基于對(duì)于在網(wǎng)絡(luò)通信中使用的稱為分組(包)或幀的位串具有基本的了解。
從現(xiàn)今的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行觀點(diǎn)出發(fā)，帶寬考慮(或系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)可處理的數(shù)據(jù)量)日益重要。通過網(wǎng)絡(luò)的通信量正在增加，無論是純粹的容量還是通信業(yè)務(wù)的種類都在增加。有一個(gè)時(shí)期，某些網(wǎng)絡(luò)主要用于某一類型的通信業(yè)務(wù)，比如經(jīng)電話網(wǎng)絡(luò)的話音通信和經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信。當(dāng)然，除了語(yǔ)音信號(hào)之外，電話網(wǎng)絡(luò)也承載有限數(shù)量的“數(shù)據(jù)”(如主叫號(hào)和被叫號(hào)，用于路由選擇和計(jì)費(fèi)目的)，但某些網(wǎng)絡(luò)的主要用途，在一個(gè)時(shí)期，曾經(jīng)一直主要是傳輸同類分組。
隨著因特網(wǎng)(松散鏈接的計(jì)算機(jī)的公眾網(wǎng)，有時(shí)稱為萬(wàn)維網(wǎng)或“www.”)和在專用數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中存在的因特網(wǎng)的內(nèi)部模擬(有時(shí)稱為內(nèi)部網(wǎng))的日益普及，通信量出現(xiàn)顯著增加。因特網(wǎng)和內(nèi)部網(wǎng)涉及在遠(yuǎn)程地點(diǎn)之間傳輸大量信息以滿足日益增長(zhǎng)的對(duì)遠(yuǎn)程訪問信息的需要和正在出現(xiàn)的應(yīng)用。因特網(wǎng)已經(jīng)對(duì)分散的地理區(qū)域中的大量用戶開放了數(shù)量急劇增長(zhǎng)的遠(yuǎn)程信息并開辟了多種新應(yīng)用，如電子商務(wù)，結(jié)果導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的巨大增加。其他的應(yīng)用，如電子郵件，文件傳送和數(shù)據(jù)庫(kù)訪問進(jìn)一步增加了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，某些網(wǎng)絡(luò)早已經(jīng)由于高水平的網(wǎng)絡(luò)通信量而處于緊張狀態(tài)。
當(dāng)前語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信量也匯聚于網(wǎng)絡(luò)。目前數(shù)據(jù)通過因特網(wǎng)(通過因特網(wǎng)協(xié)議或IP)傳輸是免費(fèi)的，并且語(yǔ)音通信量通常是走費(fèi)用最低的路徑。IP語(yǔ)音通信(VoIP)和異步傳輸模式或ATM語(yǔ)音通信(VoATM)或幀中繼語(yǔ)音通信(VoFR)等技術(shù)在目前的條件下是語(yǔ)音通信傳輸?shù)馁M(fèi)用較經(jīng)濟(jì)的替代途徑。隨著這些服務(wù)的移植，業(yè)界將會(huì)專注于如下的問題，如改變費(fèi)用結(jié)構(gòu)和關(guān)心在處理器之間傳輸信息的服務(wù)費(fèi)用和服務(wù)質(zhì)量之間的協(xié)調(diào)問題。
服務(wù)質(zhì)量方面包括容量或帶寬(在一段時(shí)間內(nèi)能容納多少信息)、響應(yīng)時(shí)間(處理一個(gè)幀需要多長(zhǎng)時(shí)間)和處理的靈活性(是否可響應(yīng)不同的協(xié)議和幀配置，如不同的封裝或幀標(biāo)題方法)。使用資源的人會(huì)考慮服務(wù)質(zhì)量以及服務(wù)費(fèi)用，其折中方案取決于提供的條件。最好是允許向用戶提供多種不同的優(yōu)先級(jí)或調(diào)度算法，由用戶決定他是否要求(從而支付相應(yīng)的費(fèi)用)保用帶寬、盡力而為的服務(wù)(best effort)，或是在高峰期享有盡力而為的服務(wù)的保用帶寬。此外，最好是，分配帶寬的系統(tǒng)具有一個(gè)這樣的系統(tǒng)可通過否決用戶的超過其選擇并付費(fèi)的范圍的容量而強(qiáng)制執(zhí)行用戶所選擇的優(yōu)先級(jí)和帶寬。
某些現(xiàn)有的系統(tǒng)以多種方式處理來自一個(gè)處理系統(tǒng)的輸出信息單元。有一種建議是使用保證一組隊(duì)列之間公正性的循環(huán)調(diào)度程序。另一種是使用不同的優(yōu)先級(jí)并且各有各的隊(duì)列。在此種系統(tǒng)中，如果你具有絕對(duì)的優(yōu)先級(jí)，其中最高優(yōu)先級(jí)的工作第一個(gè)處理，而最低優(yōu)先級(jí)的工作可能永遠(yuǎn)得不到服務(wù)。還有一種調(diào)度輸出的方法涉及多個(gè)優(yōu)先表。也有使用層次分組調(diào)度系統(tǒng)的。甚至還有使用不同調(diào)度技術(shù)的組合，在確定信息單元發(fā)送給數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的次序時(shí)使用幾種不同的調(diào)度方法的系統(tǒng)。
其他一些系統(tǒng)使用一種循環(huán)形式的加權(quán)優(yōu)先級(jí)技術(shù)，它服務(wù)于所有隊(duì)列，對(duì)一些隊(duì)列的服務(wù)頻率比對(duì)其他隊(duì)列更高，其基礎(chǔ)是一種確定服務(wù)級(jí)的算法。即使是這種加權(quán)優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)也會(huì)向連續(xù)超過賦予用戶的服務(wù)級(jí)的用戶提供服務(wù)，即使在用戶超過賦予它的服務(wù)級(jí)，也會(huì)-縱然不是經(jīng)常-繼續(xù)服務(wù)，這使系統(tǒng)難于執(zhí)行服務(wù)級(jí)政策。
在判斷服務(wù)哪一個(gè)客戶時(shí)對(duì)分組或幀的大小的考慮為服務(wù)系統(tǒng)增加了一種公正性的量度，因?yàn)樘幚泶髱挠脩粝母嗟南到y(tǒng)能力，因此應(yīng)該比處理小幀的用戶接受服務(wù)的機(jī)會(huì)少。某些現(xiàn)有的系統(tǒng)在分配資源時(shí)考慮傳輸?shù)囊?guī)模大小，而其他的系統(tǒng)則不然。某些通信系統(tǒng)使用統(tǒng)一的固定大小的分組，使得無須考慮分組的大小，但其他系統(tǒng)在分配資源時(shí)則不考慮分組的大小。
其他現(xiàn)有的系統(tǒng)的目的地是處理通用大小的信息單元，如在所謂的異步傳輸模式(或ATM)系統(tǒng)中，于是在判斷當(dāng)前或未來信息單元的優(yōu)先級(jí)時(shí)不考慮信息單元的大小。具有加權(quán)(weight-driven)調(diào)度器的ATM系統(tǒng)是現(xiàn)有技術(shù)中用來調(diào)度ATM系統(tǒng)的輸出的已知解決方案之一。
在任何此種系統(tǒng)中，最好是能夠適應(yīng)系統(tǒng)的約束，如給客戶分配一定的保用帶寬而不論幀的大小，同時(shí)提供一種機(jī)制來提供如下的附加功能適應(yīng)超過保用帶寬的峰值輸入而同時(shí)針對(duì)大而持續(xù)的超過系統(tǒng)參數(shù)的情況提供保護(hù)，并且仍然可以高效而公平合理地使用網(wǎng)絡(luò)處理器的能力來向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)提供輸出。
系統(tǒng)最好是具有最大的靈活性，可以按照要求允許各種類型和層次的服務(wù)。比如，某些用戶要求最小帶寬，其他用戶要求最小帶寬但要求容許成組傳輸，而另外一些用戶可能關(guān)心可提供“盡力而為的服務(wù)(best effort)”的較經(jīng)濟(jì)的服務(wù)，不管帶寬是不是最小。而對(duì)帶寬和成組傳輸規(guī)模的任何限制都必須是可由調(diào)度系統(tǒng)強(qiáng)制進(jìn)行的。如果一個(gè)調(diào)度系統(tǒng)可以在一個(gè)簡(jiǎn)單而有效但又可以適應(yīng)可變分組長(zhǎng)度和提供分配未用帶寬的加權(quán)公正(weighted-fair)排隊(duì)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)這些特點(diǎn)中的任何或全部特點(diǎn)，那就很理想了，但是很不幸，在現(xiàn)有技術(shù)中不存在這樣的系統(tǒng)。
另外，還希望當(dāng)一個(gè)流隊(duì)列斷開和重連時(shí)，與其未曾斷開和重連相比，它不會(huì)在隊(duì)列中取得更好的優(yōu)先級(jí)或更好的位置。
另外，在計(jì)算調(diào)度時(shí)，最好是可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單有效的系統(tǒng)，以避免給定的流在受到服務(wù)之后與其在調(diào)度中的新位置的復(fù)雜計(jì)算相關(guān)的硬件費(fèi)用。
這樣，現(xiàn)有技術(shù)的用于處理向網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的系統(tǒng)具有不良缺點(diǎn)和局限，影響了系統(tǒng)的通用性及其運(yùn)行速度。
發(fā)明概述本發(fā)明可克服現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的缺點(diǎn)和局限，提供簡(jiǎn)單但有效的方法來處理來自處理系統(tǒng)的信息單元或幀并將幀引向輸出端口以分配到數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明可特別應(yīng)用于處理來自多個(gè)用戶的可變長(zhǎng)度分組并且對(duì)至少某些用戶作出了服務(wù)級(jí)別承諾的系統(tǒng)。
本發(fā)明允許使用對(duì)本系統(tǒng)的不同用戶作出的多種類型的服務(wù)級(jí)協(xié)議或承諾。就是說，可以向一個(gè)用戶提供最小保用帶寬，而同時(shí)其他用戶可以享受共享帶寬，在有限的短時(shí)間內(nèi)允許峰值帶寬，對(duì)一個(gè)用戶可以提供最大成組傳輸級(jí)服務(wù)，所有這些都已經(jīng)編程并且不會(huì)影響提供給其他用戶的服務(wù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于它容許有效的利用帶寬資源并容許服務(wù)級(jí)承諾得到執(zhí)行，而同時(shí)容許任何剩余的帶寬得到有效而合理的使用。
本發(fā)明具有的另一優(yōu)點(diǎn)是實(shí)施資源分配的同時(shí)可適應(yīng)成組傳輸。就是說，用戶可以在有限時(shí)間內(nèi)以超過用戶確定的帶寬的成組傳輸速率傳輸一定的通信量，但是如果用戶長(zhǎng)時(shí)間這樣做，就禁止該用戶超過其正常帶寬進(jìn)行傳輸，直到用戶為這種過分的使用付出補(bǔ)償為止。這是通過各個(gè)用戶的流隊(duì)列的“儲(chǔ)備”系統(tǒng)而完成的，該儲(chǔ)備是在該用戶未充分使用其帶寬時(shí)建立的。
本發(fā)明容許不使用除法進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算來支持被服務(wù)的流的隊(duì)列中的新位置的計(jì)算。
本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在斷開和再連時(shí)，給定的流不會(huì)由于其斷開而達(dá)到更好的位置。
本發(fā)明利用時(shí)隙距離來調(diào)節(jié)幀的大小和隊(duì)列權(quán)重，以容許更迅速而容易地計(jì)算出下一個(gè)位置。
本發(fā)明還維護(hù)使用成組傳輸?shù)倪\(yùn)行記分并計(jì)算和維護(hù)可使用的“儲(chǔ)備”以容許在合理范圍內(nèi)使用成組傳輸，但對(duì)所述使用加以系統(tǒng)約束。
所述系統(tǒng)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可提供一個(gè)下推棧，在其中為給定時(shí)隙或周期安排的最新服務(wù)請(qǐng)求被賦予優(yōu)先權(quán)。這是基于如下假設(shè)較后安排的用戶必定具有較高的優(yōu)先級(jí)，并且對(duì)該用戶的服務(wù)的任何延遲與對(duì)具有較低優(yōu)先級(jí)的用戶的服務(wù)的類似延遲相比，會(huì)有更大的延遲百分比。使用這種后進(jìn)先出(LIFO)的系統(tǒng)來執(zhí)行時(shí)隙請(qǐng)求允許系統(tǒng)在過載時(shí)(即在預(yù)定時(shí)間它的工作多于其處理能力)，將服務(wù)中察覺到的延遲占相繼服務(wù)之間的正常間隔的百分比降至最小。
附圖簡(jiǎn)述在敘述了現(xiàn)有技術(shù)的某些限制和缺點(diǎn)及本發(fā)明的某些目的和優(yōu)點(diǎn)之后，其他的目的和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在閱讀示出本發(fā)明的改進(jìn)的路由系統(tǒng)和方法的附圖的下述說明后就顯而易見了。附圖中

圖1為包含嵌入式處理器集合體的接口裝置的框圖，其中示出在本發(fā)明的實(shí)施中有用的一個(gè)下行入隊(duì)系統(tǒng)和調(diào)度器。
圖2為示于圖1的類型的嵌入式處理器集合體的框圖，其中示出了對(duì)理解本發(fā)明有用的一個(gè)下行入隊(duì)系統(tǒng)(及其包含的調(diào)度器)。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，用于在圖2的調(diào)度器中調(diào)度可變長(zhǎng)分組的一個(gè)系統(tǒng)。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，基于用在圖3所示的調(diào)度系統(tǒng)中的日歷的計(jì)時(shí)器。
圖5示出了與圖3-4的調(diào)度器相關(guān)的調(diào)度操作的流程圖。
圖6為示出圖4的時(shí)段如何具有不同的時(shí)間分辨率的示意圖。
圖7示出在本發(fā)明中使用的最大成組傳輸規(guī)格。
圖8-13是本發(fā)明的調(diào)度器的各種部件的流程圖，包括用于計(jì)算下一放行時(shí)間(next green time)的圖8和圖9，用于計(jì)算和更新成組傳輸規(guī)模的“儲(chǔ)備”的圖10和圖11，以及示出為避免從斷開重連獲益而對(duì)隊(duì)列控制塊設(shè)定時(shí)效的圖12和圖13。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例并且在本發(fā)明的調(diào)度器中有用的一個(gè)WGQ日歷。
圖15示出了與圖3-4的調(diào)度器相關(guān)的調(diào)度操作邏輯的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述中，對(duì)本發(fā)明人目前已知的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施方案將予以一定程度的詳細(xì)描述。然而，此描述的目的是在一個(gè)特定實(shí)施例中對(duì)本發(fā)明的概念進(jìn)行一般性的教導(dǎo)，而不是將本發(fā)明限制于在此實(shí)施例中示出的內(nèi)容，這特別是因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到利用這些附圖示出和描述的具體結(jié)構(gòu)和操作可以有多種變化和改變。
圖1示出包含襯底10和多個(gè)集成于此襯底上的組件的接口裝置芯片的框圖。組件設(shè)置成為上行配置和下行配置，“上行”配置(有時(shí)也稱為“入口(ingress)”)指那些與從數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)入站到芯片的數(shù)據(jù)有關(guān)的部件(到達(dá)或進(jìn)入芯片)，而“下行”配置(有時(shí)也稱為“出口(egress)”)指那些與以出站方式將數(shù)據(jù)從芯片向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟考?離開芯片或向下進(jìn)入網(wǎng)絡(luò))。數(shù)據(jù)流按照上行和下行配置的相應(yīng)設(shè)置流動(dòng)；這樣，在圖1的系統(tǒng)中存在上行數(shù)據(jù)流和下行數(shù)據(jù)流。上行或入口配置元件包含一個(gè)入隊(duì)出隊(duì)調(diào)度上行邏輯(EDS-UP)16，多個(gè)多路復(fù)用上行MAC(PMM-UP)14，上行交換數(shù)據(jù)移動(dòng)器(SDM-UP)18，交換接口(SIF)21，數(shù)據(jù)調(diào)整串行鏈路A(DASL-A)22和數(shù)據(jù)調(diào)整串行鏈路B(DASL-B)24。應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例使用數(shù)據(jù)鏈路，也可以使用其他的系統(tǒng)來受益于本發(fā)明，特別是那些支持相對(duì)高的數(shù)據(jù)流和系統(tǒng)要求的系統(tǒng)，因?yàn)楸景l(fā)明不局限于那些特定的輔助裝置，比如在所述優(yōu)選實(shí)施例中使用的數(shù)據(jù)鏈路。
所示的在系統(tǒng)的下行(或出口)側(cè)的部件包括數(shù)據(jù)鏈路DASL-A 26和DASL-B28，交換接口SIF30，交換數(shù)據(jù)移動(dòng)器SDM-DM32，入隊(duì)出隊(duì)調(diào)度器EDS-DN34和用于出口的多個(gè)多路復(fù)用MAC即PMM-DN36。襯底10也包括多個(gè)內(nèi)部靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器部件(S-RAM)，一個(gè)通信量管理調(diào)度器(TRAFFIC MGT SCHEDULER，也稱為出口調(diào)度器)40和一個(gè)嵌入式處理器集合體12。一個(gè)接口裝置38由相應(yīng)的DMU總線耦合到PMM14、36。接口裝置38可以是用來連接到L1電路的任何合適的硬件設(shè)備，如以太網(wǎng)物理(ENET PHY)設(shè)備或異步傳輸模式成幀設(shè)備(ATM FRAMER)，兩者都是公知設(shè)備的例子，并且為此目的一般可以在市場(chǎng)上購(gòu)得。接口裝置的類型和大小是由本芯片及其系統(tǒng)所應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)確定的，至少是部分如此。多個(gè)外部動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器設(shè)備(D-RAMS)和一個(gè)S-RAM可由芯片使用。
雖然此處具體公開的是這樣的網(wǎng)絡(luò)，即在相關(guān)的交換機(jī)和路由裝置外的一般數(shù)據(jù)流是通過導(dǎo)電體如安裝于建筑物內(nèi)的導(dǎo)線和纜線傳遞的，本發(fā)明預(yù)計(jì)其網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及其部件也可以應(yīng)用于無線環(huán)境中。比如，此處公開的介質(zhì)訪問控制(MAC)元件可由合適的射頻器件，如由硅鍺技術(shù)制造的器件，代替，這將導(dǎo)致將在此直接公開的器件連接到無線網(wǎng)絡(luò)。在恰當(dāng)使用這種技術(shù)的地方，射頻元件可由合適技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員集成到此處公開的VLSI結(jié)構(gòu)中。另外，射頻或其他無線響應(yīng)器件，如紅外(IR)響應(yīng)器件，可與此處公開的其他元件安裝在一個(gè)刀片(blade)上以獲得一個(gè)在無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中使用的交換設(shè)備。
箭頭示出了在圖1中示出的接口系統(tǒng)內(nèi)的一般數(shù)據(jù)流。從以太網(wǎng)物理模塊38經(jīng)DMU總線在以太網(wǎng)MAC14處接收的數(shù)據(jù)幀或消息(有時(shí)也稱為分組或信息單元)由EDS-UP設(shè)備16置于內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器16a中。幀可以標(biāo)識(shí)為正常幀或引導(dǎo)幀(guided frame)，然后與在多個(gè)處理器中進(jìn)行的后續(xù)處理的方法和位置聯(lián)系起來。在輸入單元或幀由嵌入式處理器集合體中的多個(gè)處理器中的一個(gè)處理之后，完整信息單元被發(fā)送到交換機(jī)，以被發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)處理器的入口側(cè)。一旦在網(wǎng)絡(luò)處理器的入口側(cè)接收到信息單元，就由嵌入式處理器集合體中的多個(gè)處理器中的一個(gè)對(duì)其進(jìn)行處理，并且當(dāng)出口處理結(jié)束時(shí)，通過由處理單元10以外的調(diào)度器40進(jìn)行調(diào)度并通過PMM-DN多路復(fù)用MAC36和物理層38發(fā)送到數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。
圖2為可應(yīng)用本發(fā)明而受益的處理器系統(tǒng)100的框圖。在此圖2中，多個(gè)處理器單元110位于分配單元112和完成單元(completionunit)114之間。每個(gè)出口幀F(xiàn)(來自圖中未示出的附加于本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的交換機(jī))被接收并儲(chǔ)存于一個(gè)下行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(或DNDS)116中，之后由分配單元112順序移除而分配給多個(gè)處理單元110之一，根據(jù)分配單元112的決定，可有處理單元用來處理該幀。在分配單元112和多個(gè)處理單元110之間有硬件分類輔助裝置118。由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)處理器110處理的幀進(jìn)入完成單元120，此完成單元120經(jīng)流控制系統(tǒng)與下行入隊(duì)調(diào)度器(DN Enqueue)34連接。DN Enqueue34通過PMM DN MAC36、再經(jīng)DMU數(shù)據(jù)總線到連接到物理層38(數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)本身)。
圖3的調(diào)度器40提供一個(gè)結(jié)構(gòu)和操作方法，可允許根據(jù)在單個(gè)統(tǒng)一調(diào)度器系統(tǒng)中的最小帶寬算法、峰值帶寬算法、加權(quán)公正排隊(duì)技術(shù)和最大成組傳輸規(guī)模調(diào)度技術(shù)，調(diào)度從網(wǎng)絡(luò)處理單元到數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)的幀傳輸。
使用基于時(shí)間的日歷對(duì)具有最小帶寬和盡力而為峰值速率要求的分組進(jìn)行調(diào)度。如圖3所示，用于此目的的有3個(gè)基于時(shí)間的日歷兩個(gè)用于最小帶寬，第三個(gè)用于將流隊(duì)列限制到最大盡力而為峰值速率(峰值帶寬整形，peak bandwidth shaping)。用于最小帶寬的兩個(gè)日歷(LLS和NLS)容許在最小帶寬QoS級(jí)內(nèi)支持不同的服務(wù)級(jí)(即低等待時(shí)間與正常等待時(shí)間)。
在上述日歷中，使用指針來表示流隊(duì)列在日歷內(nèi)的位置。另外，指向存在于系統(tǒng)中的多個(gè)日歷中的單個(gè)流隊(duì)列可能有零個(gè)、一個(gè)或兩個(gè)此種指針。一般情況下，日歷內(nèi)的指針不表示未初始化的或空的流隊(duì)列。當(dāng)在系統(tǒng)中的日歷內(nèi)存在一個(gè)指向流隊(duì)列的指針時(shí)，此流隊(duì)列可稱為“在日歷內(nèi)”。
一個(gè)時(shí)段定義為一個(gè)調(diào)度器瞬間scheduler tick。在每個(gè)調(diào)度器瞬間期間，可服務(wù)一個(gè)帶寬單元。在優(yōu)選實(shí)施例中，此單元定義為“步”并且其單位是每字節(jié)的時(shí)間(即1/帶寬)。
在通信系統(tǒng)中，每個(gè)流隊(duì)列的最小帶寬規(guī)格的范圍跨數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。就是說，某些用戶(或?qū)嶋H上是用戶的關(guān)聯(lián)隊(duì)列)將有高帶寬，因?yàn)樗麄儌鬏敶罅繑?shù)據(jù)并為該帶寬付費(fèi)，而其他人選擇了經(jīng)濟(jì)型服務(wù)以便在任何時(shí)候發(fā)送較少量的信息(帶寬)。為了使專用于此目的硬件量最小，該優(yōu)選實(shí)施例采用一種縮放技術(shù)(scaling technique)，可允許使用較少的硬件而同時(shí)保持通信系統(tǒng)和服務(wù)級(jí)協(xié)議(SLA)所要求的范圍和精確度。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，如圖4所示，每個(gè)基于計(jì)時(shí)器的日歷由4個(gè)“時(shí)段(epoch)”組成。每個(gè)時(shí)段包括512個(gè)時(shí)隙。每個(gè)時(shí)隙包含一個(gè)指向流隊(duì)列的指針的LIFO棧。任何兩個(gè)時(shí)隙間的距離是帶寬的度量，其值取決于所述時(shí)段。在此優(yōu)選實(shí)施例中，如圖4所示，兩個(gè)時(shí)段之間的縮放因子為16。在此優(yōu)選實(shí)施例中，將調(diào)度器瞬間的時(shí)寬選為150ns，這樣，在時(shí)段0內(nèi)，1個(gè)時(shí)隙的距離表示一個(gè)在150ns內(nèi)移動(dòng)512個(gè)字節(jié)或約27Gb/s的帶寬，而在時(shí)段3內(nèi)，1個(gè)時(shí)隙的距離表示一個(gè)在0.614ms內(nèi)移動(dòng)512個(gè)字節(jié)或約6.67Mb/s的帶寬。
每個(gè)時(shí)段的時(shí)隙數(shù)和在一種實(shí)施方式中使用的時(shí)段數(shù)是對(duì)硬件成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜程度加以平衡的結(jié)果，其意圖不是限制本發(fā)明的范圍。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯而易見，可以改變時(shí)段的各種組合、時(shí)段間的縮放因子和每個(gè)時(shí)段的時(shí)隙數(shù)而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神。
Current Time(當(dāng)前時(shí)間)是一個(gè)寄存器，用來保留當(dāng)前調(diào)度器系統(tǒng)時(shí)間的值。每個(gè)個(gè)調(diào)度器瞬間此寄存器增1。在此優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)前時(shí)間寄存器的范圍選擇為基于計(jì)時(shí)器的調(diào)度器的范圍的4倍。這允許在將當(dāng)前時(shí)間與流隊(duì)列控制塊中的時(shí)間戳域中的一個(gè)(即NextRedTime或NextGreenTime)進(jìn)行比較時(shí)判斷當(dāng)前時(shí)間輪詢(current time wrap)。
運(yùn)行圖5示出本發(fā)明的調(diào)度器的工作流程圖。使用當(dāng)前指針來指示每個(gè)時(shí)段內(nèi)的服務(wù)位置。在每個(gè)調(diào)度器瞬間期間，檢查當(dāng)前指針指示的時(shí)隙。如果發(fā)現(xiàn)此時(shí)隙是空的，則當(dāng)前指針可前進(jìn)到下一個(gè)非空時(shí)隙，或前進(jìn)到與當(dāng)前時(shí)間相對(duì)應(yīng)的時(shí)隙。請(qǐng)注意，因?yàn)闀r(shí)隙之間的距離在時(shí)段之間不同，當(dāng)前指針前進(jìn)通過每個(gè)時(shí)段的速率不同，而同時(shí)“跟上”當(dāng)前時(shí)間。如發(fā)現(xiàn)時(shí)隙非空，則尋找一個(gè)流隊(duì)列候選時(shí)段。每個(gè)時(shí)段獨(dú)立地判斷是否找到流隊(duì)列候選時(shí)段。如圖4所示，在候選時(shí)段當(dāng)中利用絕對(duì)優(yōu)先級(jí)選擇來選擇流隊(duì)列候選日歷，其中編號(hào)最低的時(shí)段先選。如圖4所示，選擇順序是1.時(shí)段02.時(shí)段13.時(shí)段24.時(shí)段3當(dāng)選中了一個(gè)流隊(duì)列候選時(shí)段時(shí)，流隊(duì)列指針從LIFO棧出隊(duì)。如果在該出隊(duì)動(dòng)作之后當(dāng)前指針指示的時(shí)隙被發(fā)現(xiàn)為非空，則當(dāng)前指針保持不變。如果在該出隊(duì)動(dòng)作之后發(fā)現(xiàn)當(dāng)前指針指示的時(shí)隙是空的，則當(dāng)前指針可前進(jìn)到下一個(gè)非空時(shí)隙，或前進(jìn)到與當(dāng)前時(shí)間相對(duì)應(yīng)的時(shí)隙，或前進(jìn)到這樣的時(shí)隙其中流隊(duì)列服務(wù)動(dòng)作移動(dòng)了從該時(shí)隙出隊(duì)的流隊(duì)列。當(dāng)前指針的移動(dòng)經(jīng)過這些可能的距離中的最短者。
圖3所示的調(diào)度器系統(tǒng)的構(gòu)成包括多個(gè)流210、基于時(shí)間的日歷220、230、250、加權(quán)公正排隊(duì)(weight fair queuing)(WFQ)日歷240和目的地端口隊(duì)列260。
流210是用來維護(hù)共享基于分配的公共系統(tǒng)特征即有關(guān)用戶已選擇并付費(fèi)的服務(wù)級(jí)，的幀的順序列表的控制結(jié)構(gòu)。所述特征包括下述方面的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，QoS)要求最小帶寬，峰值帶寬，盡力而為帶寬和最大成組傳輸規(guī)模。除了為支持通信系統(tǒng)的QoS的目的而建立的流隊(duì)列之外，優(yōu)選實(shí)施例需要為下述目的而定義的流隊(duì)列廢棄幀(即濾掉的通信量)以及從網(wǎng)絡(luò)處理系統(tǒng)的出口到入口幀數(shù)據(jù)的輪詢。
使用基于時(shí)間的日歷220、230、250對(duì)具有最小帶寬和盡力而為峰值速率要求的分組進(jìn)行調(diào)度。如圖3所示，用于此目的的有3個(gè)基于時(shí)間的日歷兩個(gè)日歷220、230用于最小帶寬，而第三個(gè)日歷250用于將流隊(duì)列限制到最大盡力而為峰值速率(峰值帶寬整形)。用于最小帶寬的兩個(gè)基于時(shí)間的日歷220、230(一個(gè)確定為低等待時(shí)間服務(wù)或LLS的日歷220和另一個(gè)確定為正常等待時(shí)間服務(wù)或NLS的日歷230)用于最小帶寬，并在最小帶寬QoS級(jí)內(nèi)支持不同的服務(wù)級(jí)(即低等待時(shí)間與正常等待時(shí)間)。
加權(quán)公正排隊(duì)(WFQ)日歷240用于盡力而為服務(wù)和盡力而為峰值服務(wù)(當(dāng)與基于時(shí)間的日歷220、230之一結(jié)合使用時(shí))。另外，WFQ日歷240支持容許在盡力而為服務(wù)QoS級(jí)內(nèi)支持不同服務(wù)級(jí)的隊(duì)列權(quán)重。在此優(yōu)選實(shí)施例中，有40個(gè)這種WFQ日歷，與被支持的介質(zhì)端口(輸出端口)數(shù)目相對(duì)應(yīng)。選擇40個(gè)這種端口是在硬件成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜程度之間折中的結(jié)果，其意圖不是限制本發(fā)明的范圍。
在上述每一個(gè)日歷中，都使用一個(gè)指針(流ID)表示日歷內(nèi)流隊(duì)列的位置。這樣，流0在日歷220中具有一個(gè)流ID221，流1在日歷230中具有一個(gè)流ID232，在WFQ240中具有流ID241，而流2047在日歷230中具有一個(gè)流ID231，在日歷250中具有流ID251，如圖3中的箭頭所示。另外，指向存在于系統(tǒng)中的多個(gè)日歷中的單個(gè)流隊(duì)列可能有零個(gè)、一個(gè)或兩個(gè)此種指針。一般情況下，日歷內(nèi)的指針不表示未初始化的或空的流隊(duì)列。當(dāng)系統(tǒng)中的特定日歷內(nèi)存在一個(gè)指向一個(gè)流隊(duì)列(或一個(gè)流ID)的指針時(shí)，此流隊(duì)列可稱為“在該特定日歷內(nèi)”。
目的地端口隊(duì)列是用來維護(hù)具有公共端口目的地和優(yōu)先級(jí)的幀的順序列表的控制結(jié)構(gòu)。在此優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)介質(zhì)端口(或輸出端口)設(shè)置2個(gè)優(yōu)先級(jí)，以容許支持不同的服務(wù)級(jí)，即所謂的高優(yōu)先級(jí)目的地端口隊(duì)列和所謂的低優(yōu)先級(jí)目的地端口隊(duì)列。選用2個(gè)優(yōu)先級(jí)是硬件成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜程度之間折中的結(jié)果，其意圖不是限制本發(fā)明的范圍。另外，此優(yōu)選實(shí)施例包括一個(gè)單獨(dú)的輪詢隊(duì)列272和一個(gè)廢棄端口隊(duì)列270。
每個(gè)基于時(shí)間的日歷220、230和250都包括多個(gè)時(shí)段，在圖3中對(duì)每一個(gè)日歷各示出4個(gè)時(shí)段，以互相重疊的矩形表示。圖4示出了4個(gè)時(shí)段302、304、306和308，同時(shí)還一起示出了對(duì)這些時(shí)段的一種典型定時(shí)設(shè)置，其中第一時(shí)段302(標(biāo)為時(shí)段0)的步長(zhǎng)為所述調(diào)度器瞬間(在此例中為512字節(jié)/150納秒)，第二時(shí)段304的步長(zhǎng)等于第一時(shí)段302的16倍，第三時(shí)段306與第二時(shí)段304的倍率相同，而第四時(shí)段308第三時(shí)段306的倍率相同。這樣，第一時(shí)段302具有高的優(yōu)先級(jí)(其被調(diào)度用于服務(wù)的頻率為第二時(shí)段304的16倍)，形成一個(gè)服務(wù)優(yōu)先級(jí)的層次結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地成本將會(huì)增加。當(dāng)前指針(比如時(shí)段302的312)與每一個(gè)時(shí)段相關(guān)聯(lián)以便提供一個(gè)指針指示隊(duì)列中的處理當(dāng)前正位于何處。因?yàn)橥ㄟ^時(shí)段進(jìn)行處理的本系統(tǒng)是要使當(dāng)前指針增1，所以處理方向在時(shí)段中是從低向高。在此圖4中還示出了當(dāng)前時(shí)間320和一個(gè)調(diào)度器瞬間330，后者驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘320以及每個(gè)時(shí)段內(nèi)的“步”。
優(yōu)先級(jí)的選擇是一種絕對(duì)優(yōu)先級(jí)選擇，這意味著，因?yàn)樵谌魏螘r(shí)間間隔只有一個(gè)可以受到服務(wù)，所以具有最高優(yōu)先級(jí)者將受到服務(wù)。如在每個(gè)時(shí)段中的當(dāng)前指針都指向一個(gè)數(shù)據(jù)流，則最低的一個(gè)(時(shí)段0)將受到服務(wù)。如時(shí)段0不請(qǐng)求服務(wù)，則是時(shí)段1，時(shí)段2，依此類推。
圖6示出圖4的每個(gè)時(shí)段的位的時(shí)間分辨率。即它說明在當(dāng)前時(shí)間儲(chǔ)存器(一個(gè)23位計(jì)數(shù)器)中哪些位與每個(gè)時(shí)段相關(guān)聯(lián)，關(guān)于這一點(diǎn)見下文。
圖7示出一個(gè)用戶的通信參數(shù)。Y軸上畫出的是使用的帶寬，X軸上是時(shí)間。用戶可被分配由箭頭350標(biāo)出的持續(xù)帶寬，并被允許擁有由箭頭360標(biāo)出的峰值成組傳輸帶寬，其成組傳輸持續(xù)時(shí)間由成組傳輸?shù)膶挾?70表示。作為使用峰值成組傳輸帶寬的代價(jià)，應(yīng)有一個(gè)由在時(shí)間段380期間沒有帶寬表示的延遲或全靜時(shí)間，也可以利用稱為MBS的“儲(chǔ)備”來執(zhí)行延遲或全靜時(shí)間(quiet time)，詳細(xì)解釋見下文。
當(dāng)一個(gè)隊(duì)列變空時(shí)，就以斷開的形式將其從日歷中去掉。當(dāng)一個(gè)不在任何日歷中的隊(duì)列開始發(fā)送幀時(shí)，就在一個(gè)稱為連接的過程(或者，對(duì)原來一直發(fā)送幀的隊(duì)列的返回而言，稱為重連(re-connection))中將其當(dāng)作一個(gè)新隊(duì)列。此斷開和之后的重連過程可能造成的不良后果是可能允許此隊(duì)列前進(jìn)到隊(duì)首，到達(dá)它以其每次服務(wù)后計(jì)算出的優(yōu)先級(jí)在原位置繼續(xù)所述過程時(shí)所在的位置的前方。
當(dāng)前時(shí)間到基于時(shí)間的日歷位置的轉(zhuǎn)換通過檢查當(dāng)前時(shí)間、時(shí)段間的縮放因子和用于每個(gè)時(shí)段的時(shí)隙數(shù)，可以將當(dāng)前時(shí)間轉(zhuǎn)換為基于定時(shí)器的日歷中的位置。在此優(yōu)選實(shí)施例中，縮放因子是16，并且在每個(gè)時(shí)段中有512個(gè)時(shí)隙，因此每個(gè)時(shí)段需要9個(gè)位來標(biāo)識(shí)時(shí)段內(nèi)的位置。如圖6所示，位8至0用來定義時(shí)段0內(nèi)的位置，位12至4用于時(shí)段1，位16至8用于時(shí)段2，位20至12用于時(shí)段3。
當(dāng)添加流隊(duì)列時(shí)在WFQ日歷中的位置的確定本發(fā)明提出使用加權(quán)公正隊(duì)列，其中，最小帶寬客戶不需要的帶寬可用來在盡力而為的基礎(chǔ)上由用戶共享，共享的根據(jù)是一個(gè)用來基于權(quán)重或優(yōu)先級(jí)和幀長(zhǎng)來確定隊(duì)列中下一個(gè)服務(wù)的順序的公式。
當(dāng)一個(gè)分組入隊(duì)到一個(gè)流隊(duì)列中，并且該流隊(duì)列添加到一個(gè)WFQ中時(shí)，在圖3的WFQ日歷240內(nèi)的位置以下面方式之一確定1.在WFQ日歷的當(dāng)前指針指示的位置上添加。
2.在WFQ日歷的當(dāng)前指針指示的位置緊前方位置上添加。
3.利用該流隊(duì)列的權(quán)重，QD，確定距當(dāng)前指針指示的位置的距離。
在此優(yōu)選實(shí)施例中，流隊(duì)列的權(quán)重用來確定距當(dāng)前指針指示的流隊(duì)列的將來位置的距離。此距離的計(jì)算具有下面的形式時(shí)隙距離＝Min((QD*S)，1)其中S是縮放因子，可取任何正整數(shù)的值。在此優(yōu)選實(shí)施例中此縮放因子S為16。
當(dāng)前時(shí)間到NextGreenTime的轉(zhuǎn)換NextGreenTime是時(shí)間戳域，由WFQ日歷240用來提供峰值帶寬整形(與峰值帶寬整形日歷結(jié)合)。將當(dāng)前時(shí)間轉(zhuǎn)換為NextGreenTime(在此優(yōu)選實(shí)施例中為NxtGT.V，NxtGT.E)要求檢查流隊(duì)列控制塊的峰值服務(wù)速率域。
在此優(yōu)選實(shí)施例中，PSD.E的值用來確定從當(dāng)前時(shí)間起用于NxtGT.V域的位，如下所示PSD.E 當(dāng)前時(shí)間位0 8至01 12至42 16至83 20至12NxtGT.E設(shè)定為等于PSD.E的值。
在NextRedTime或NextGreenTime和當(dāng)前時(shí)間之間的比較(比遲檢驗(yàn)(later than test))在此優(yōu)選實(shí)施例中，下面的步驟構(gòu)成一種允許對(duì)流隊(duì)列的控制塊的時(shí)間戳和當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行比較的方法。
1.從當(dāng)前時(shí)間選擇位以實(shí)行比較。此設(shè)置要求檢查待比較的時(shí)間戳(NextRedTime或NextGreenTime)的“點(diǎn)E”域。
點(diǎn)E 當(dāng)前時(shí)間位08至0112至4216至8320至122.判斷“A”是否是比“B”晚，首先形成B的2的補(bǔ)碼并將結(jié)果與A相加，忽略運(yùn)算中的任何進(jìn)位輸出(carry out)。當(dāng)結(jié)果為非零時(shí)，并且結(jié)果的最高有效位為0，則A晚于B，否則B晚于A。
將NextRedTime或NextGreenTime轉(zhuǎn)換為基于時(shí)間的日歷中的位置在流隊(duì)列控制塊中的時(shí)間戳域用作防止流隊(duì)列違反其服務(wù)參數(shù)的方法的一部分。在此優(yōu)選實(shí)施例中，“點(diǎn)E”域指示時(shí)段，“點(diǎn)V”域指示時(shí)段內(nèi)距位置0的距離。
流違反峰值速率時(shí)的NextGreenTime計(jì)算(使用NextGreenTime作為基礎(chǔ))在此優(yōu)選實(shí)施例中，流違反其峰值速率時(shí)NextGreenTime的計(jì)算是通過檢查確定分組的字節(jié)長(zhǎng)度、峰值服務(wù)速率和NextGreenTime的當(dāng)前值的BCI確定的。在圖8中，F(xiàn)L表示由BCI確定的幀的字節(jié)長(zhǎng)度。過程框描述如下。
過程2是縮放因子(點(diǎn)E)對(duì)NextGreenTime和峰值服務(wù)速率相同時(shí)的時(shí)隙距離計(jì)算(Temp)。
過程4是峰值服務(wù)速率縮放因子大于NextGreenTime的縮放因子時(shí)的時(shí)隙距離計(jì)算(Temp)。
過程5是峰值服務(wù)速率縮放因子小于NextGreenTime的縮放因子時(shí)的時(shí)隙距離計(jì)算(Temp)。
過程7是時(shí)隙距離(Temp)大于當(dāng)前縮放因子的容量(對(duì)本優(yōu)選實(shí)施例，點(diǎn)V值不能超過511)時(shí)的NxtGT.V和NxtGT.E值的計(jì)算。
過程10是時(shí)隙距離(Temp)容許當(dāng)前縮放因子減小時(shí)的NxtGT.V和NxtGT.E值的計(jì)算。這是有好處的，因?yàn)榭s放因子越小，時(shí)基越精確。
過程11是時(shí)隙距離(Temp)不要求或容許當(dāng)前縮放因子改變時(shí)的NxtGT.V值的計(jì)算。NxtGT.E值保持不變。
流不違反峰值速率時(shí)的NextGreenTime計(jì)算(使用當(dāng)前時(shí)間作為基礎(chǔ))在此優(yōu)選實(shí)施例中，流不違反其峰值速率時(shí)的NextGreenTime計(jì)算是通過檢查示于圖9的確定分組的字節(jié)長(zhǎng)度、峰值服務(wù)速率和當(dāng)前時(shí)間的BCI確定的。在圖9中，F(xiàn)L表示由BCI確定的幀的字節(jié)長(zhǎng)度。
過程21是時(shí)隙距離計(jì)算(Temp)。根據(jù)用于峰值服務(wù)速率的縮放因子，過程塊23、25、27和29從當(dāng)前時(shí)間寄存器中的位分配基時(shí)(BaseT)值。NextGreenTime將根據(jù)時(shí)隙距離、縮放因子和基時(shí)確定。
過程31是時(shí)隙距離(Temp)大于當(dāng)前縮放因子的容量(對(duì)本優(yōu)選實(shí)施例，點(diǎn)V值不能超過511)時(shí)的NxtGT.V和NxtGT.E值的計(jì)算。
過程34是時(shí)隙距離(Temp)容許當(dāng)前縮放因子減小時(shí)的NxtGT.V和NxtGT.E值的計(jì)算。這是有好處的，因?yàn)榭s放因子越小，時(shí)基越精確。
過程35是時(shí)隙距離(Temp)不要求或容許當(dāng)前縮放因子改變時(shí)的NxtGT.V值和NxtGT.E值的計(jì)算。
MBS獲得的“儲(chǔ)備”的計(jì)算在此優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)正在使用中(QinUse＝1)的具有非零MaxBurst(最大成組傳輸)域的流隊(duì)列當(dāng)其為空時(shí)可獲取權(quán)標(biāo)。MBSCredit域在分組入隊(duì)進(jìn)入空流隊(duì)列時(shí)更新。為了判斷賺取的權(quán)標(biāo)的數(shù)目，檢查NextRedTime和當(dāng)前時(shí)間，并示于圖10。
根據(jù)NextRedTime使用的縮放因子，在過程框302、303、305和307中，從當(dāng)前時(shí)間中選擇位，以便生成用來確定流隊(duì)列空了多長(zhǎng)時(shí)間的定標(biāo)時(shí)間(TimeA).
判斷框308判斷TimeA是否晚于由NextRedTime時(shí)間戳域指示的時(shí)間。為此目的，利用NextRedTime要求流隊(duì)列在其下一次可能的調(diào)度時(shí)間之后保持為空。如果TimeA不晚于NextRedTime，則不采取進(jìn)一步的行動(dòng)。
判斷框309處理時(shí)間輪詢情形并允許在過程框311和310中計(jì)算流隊(duì)列積累權(quán)標(biāo)的時(shí)間長(zhǎng)度(TimeT)。
過程框313、315和316是對(duì)MBSCredit.V進(jìn)行的最后計(jì)算。判斷框312和314判斷TimeT是否由于用來定義MBS域的縮放因子而需要調(diào)節(jié)。
使用了的MBS“儲(chǔ)備”的計(jì)算MBSCredit的新值由MBSCredit的當(dāng)前值、用來確定幀的長(zhǎng)度的BCI和持續(xù)服務(wù)速率確定。使用持續(xù)速率是由于計(jì)算MBS值時(shí)所使用的方法(計(jì)算從方程中去掉了復(fù)雜的除法)。在此優(yōu)選實(shí)施例中，MBSCredit可取負(fù)值。下面描述過程框。在圖11中，F(xiàn)L表示由BCI確定的幀的字節(jié)長(zhǎng)度。
過程框402，404和405確定長(zhǎng)度為FL的幀使用的權(quán)標(biāo)的數(shù)目。判斷框402和403用來確定Temp是否由于用來定義MBSCredit域的縮放因子而需要調(diào)節(jié)。
過程框406利用使用的權(quán)標(biāo)數(shù)目調(diào)節(jié)MBSCredit.V的值。
流隊(duì)列控制塊的過期在流隊(duì)列控制塊中使用縮放因子可減少維護(hù)時(shí)間戳域所需要的硬件。為了精確地確定何時(shí)一個(gè)時(shí)間戳太舊而變得無關(guān)，需要一種方法來指出時(shí)間戳和剩余域(residue field)不再有效。圖12和圖13示出一種標(biāo)記時(shí)間戳不再有效的流隊(duì)列控制塊的方法。
調(diào)度器系統(tǒng)添加了一個(gè)所有當(dāng)前正在使用的(QinUse＝1)流隊(duì)列控制塊的列表。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，可以有多種方法維護(hù)這樣一種列表。
在此優(yōu)選實(shí)施例中，時(shí)間戳域的點(diǎn)V域擴(kuò)展了兩位。這添加的兩位是在時(shí)間戳域更新時(shí)取自當(dāng)前時(shí)間指針。所使用的取自當(dāng)前時(shí)間指針的位是通過點(diǎn)E域的值確定的，如圖6所示，并如下表所示點(diǎn)E 使用的當(dāng)前時(shí)間位0 10至91 14至132 18至173 22至21使用一個(gè)定時(shí)器來確定何時(shí)進(jìn)行檢查流隊(duì)列控制塊的過程。參考圖12，此方法開始于檢查“老化服務(wù)信號(hào)”。當(dāng)這一點(diǎn)為真時(shí)，過程繼續(xù)，從老化列表502中選擇一個(gè)流隊(duì)列控制塊(QCB)。此過程在503繼續(xù)，檢查所選擇的流隊(duì)列控制塊的QinUse域。
如果此流隊(duì)列控制塊未使用，過程返回501并等待下一個(gè)服務(wù)信號(hào)，否則過程繼續(xù)，檢查持續(xù)服務(wù)速率域504和QinRed域505。如流隊(duì)列具有用于持續(xù)服務(wù)的規(guī)格(specification)并且流隊(duì)列既不在LLS也不在NLS日歷之中(RinRed＝0)，則在506確定為老化。對(duì)“TestAge”采取的動(dòng)作如下述。
如流隊(duì)列不具有持續(xù)服務(wù)速率規(guī)格，則在507檢查峰值服務(wù)速率域。如未規(guī)定峰值服務(wù)速率，則在501過程繼續(xù)并等待下一個(gè)服務(wù)信號(hào)。如規(guī)定了峰值服務(wù)速率，則檢查流隊(duì)列控制塊，判斷流隊(duì)列是否在WFQ日歷508中或在峰值帶寬整形日歷509中。如流隊(duì)列在其中一個(gè)之中，則過程返回501，否則在510中確定為老化。對(duì)“TestAge”采取的動(dòng)作如下述。
TestAge，示于圖13，使用流隊(duì)列控制塊的時(shí)間戳域之一和當(dāng)前時(shí)間作為輸入。它將對(duì)于QinUse域的狀態(tài)的更新返回給過程。在流程圖5中，此結(jié)果應(yīng)用于512和513來更新流隊(duì)列控制塊和從老化列表中取消此流隊(duì)列控制塊。
返回圖13。TestAge過程使用縮放因子E來判斷當(dāng)前時(shí)間的哪些位用來判斷時(shí)間戳域是否是太老而失掉使用性。過程框600至606實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)。
在606和607繼續(xù)，在點(diǎn)V域的高階位(在上面定義和在圖3中示出的MM位)和當(dāng)前時(shí)間的選擇位之間進(jìn)行比較。在607和608中的檢驗(yàn)判斷與時(shí)間戳相關(guān)聯(lián)的時(shí)段在最后更新以后是否受到過不止一次的輪詢。如出現(xiàn)過一次以上的輪詢，則此時(shí)間戳不再有用，就通過把QinUse位設(shè)為零的動(dòng)作而將時(shí)間戳域標(biāo)記為無效，否則QinUse位保持不變(框609，610)。
加權(quán)公正排隊(duì)(WFQ)日歷應(yīng)用于所謂的“盡力而為”服務(wù)，并且，當(dāng)與基于時(shí)間的日歷結(jié)合時(shí)，用于所謂的“盡力而為峰值”服務(wù)。即盡力而為服務(wù)得不到保用帶寬(其中每個(gè)單位時(shí)間提供x位帶寬)，而是要與其他用戶競(jìng)爭(zhēng)在滿足保用帶寬客戶需求之后剩余的帶寬。這是比保用帶寬級(jí)別低的服務(wù)，通常便宜得多。所謂的“盡力而為峰值”服務(wù)提供一種對(duì)資源的超出用戶定購(gòu)的保用服務(wù)級(jí)的需求的過剩帶寬的競(jìng)爭(zhēng)性共享。于是，用戶可以購(gòu)買10Mbit/sec的服務(wù)，另外再購(gòu)買5Mbit的盡力而為峰值，總的峰值服務(wù)達(dá)15Mbit的服務(wù)(后5Mbit服務(wù)只有可獲得時(shí)才能使用，并且要與其他加權(quán)公正排隊(duì)的用戶進(jìn)行公正競(jìng)爭(zhēng))。
另外，WFQ日歷支持容許在盡力而為服務(wù)QoS級(jí)內(nèi)支持不同服務(wù)級(jí)的隊(duì)列權(quán)重。此處所使用的隊(duì)列權(quán)重是一種根據(jù)用戶的服務(wù)級(jí)分配給給定用戶的相對(duì)優(yōu)先權(quán)。隊(duì)列權(quán)重涉及結(jié)合本系統(tǒng)所描述的加權(quán)公正排隊(duì)系統(tǒng)中的服務(wù)之間的延遲量。在此優(yōu)選實(shí)施例中，如圖3所示，有40個(gè)這種WFQ日歷，與支持的介質(zhì)端口數(shù)目相對(duì)應(yīng)。選用40個(gè)這種端口是綜合考慮硬件成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的結(jié)果，其意圖不是限制本發(fā)明的范圍。
一個(gè)周期(或時(shí)鐘間隔)定義為一個(gè)調(diào)度器瞬間；其大小為150或165納秒，依訪問的硬件的響應(yīng)時(shí)間而定，但此周期可大可小，依設(shè)計(jì)參數(shù)和硬件能力而定。在調(diào)度器瞬間期間選擇一個(gè)流隊(duì)列進(jìn)行服務(wù)。所描述的選擇算法導(dǎo)致當(dāng)所有具有最小帶寬規(guī)格(持續(xù)服務(wù)速率)的流隊(duì)列不要求服務(wù)(即由調(diào)度器管理的剩余帶寬可由WFQ日歷使用)時(shí)WFQ日歷被選擇。換言之，基于時(shí)間的隊(duì)列220、230在每個(gè)時(shí)鐘間隔期間都受到服務(wù)，如果它們受到調(diào)度并且有信息要傳輸?shù)脑?；如不是，則WFQ日歷240在時(shí)鐘間隔期間受到服務(wù)。與網(wǎng)絡(luò)處理器的總最小帶寬可以管理的基于定時(shí)器的調(diào)度器不同，每個(gè)WFQ日歷對(duì)一個(gè)目的地端口管理盡力而為帶寬。WFQ日歷或隊(duì)列240的目的是在競(jìng)爭(zhēng)流隊(duì)列中間公正地共享該盡力而為帶寬。這是通過計(jì)算被選擇接受服務(wù)的流隊(duì)列傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，并在日歷內(nèi)根據(jù)傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)將流隊(duì)列從其現(xiàn)在位置移動(dòng)一個(gè)距離而完成的。就是說，流在一個(gè)調(diào)度器瞬間期間傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)越多，則在下一次服務(wù)之前在日歷中上得更遠(yuǎn)(其間的流越多，周期越長(zhǎng))。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖14所示，一個(gè)WFQ日歷240a的構(gòu)成包括512個(gè)時(shí)隙。每個(gè)時(shí)隙包含一個(gè)指向流隊(duì)列的指針的LIFO棧。在具體實(shí)施例中使用的時(shí)隙數(shù)是綜合考慮硬件成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的結(jié)果，其意圖不是限制本發(fā)明的范圍。
再參考圖14。當(dāng)前時(shí)間是一個(gè)寄存器，用來維護(hù)當(dāng)前調(diào)度器系統(tǒng)時(shí)間值。每個(gè)調(diào)度器瞬間此寄存器增1。在此優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)前時(shí)間寄存器的范圍選擇為等于基于定時(shí)器的調(diào)度器的范圍的4倍。這允許在將當(dāng)前時(shí)間與流隊(duì)列控制塊中的時(shí)間戳域中的一個(gè)(即NextGreenTime)進(jìn)行比較時(shí)判斷當(dāng)前時(shí)間輪詢。
當(dāng)前指針用來指示W(wǎng)FQ日歷內(nèi)的服務(wù)位置。與基于定時(shí)器的日歷不同，當(dāng)前指針與調(diào)度器系統(tǒng)時(shí)間無關(guān)。
運(yùn)行如圖15所示，在每個(gè)調(diào)度器瞬間期間，首先檢查每個(gè)目的地端口隊(duì)列的狀態(tài)。每個(gè)WFQ日歷與一對(duì)端口相關(guān)聯(lián)；這樣，WFQ端口0與一個(gè)較高優(yōu)先級(jí)端口0和一個(gè)較低優(yōu)先級(jí)端口0相關(guān)聯(lián)。如在線(line)262上目的地端口隊(duì)列閾值已經(jīng)被超過，則在該調(diào)度器瞬間期間WFQ日歷不采取進(jìn)一步的動(dòng)作(此系統(tǒng)提供一種限制輸出的反壓形式，防止幀發(fā)送出去而系統(tǒng)不能處理)。如目的地端口隊(duì)列閾值未超過，就檢查當(dāng)前指針指示的時(shí)隙。如發(fā)現(xiàn)時(shí)隙為空，則當(dāng)前指針可前進(jìn)到下一個(gè)非空時(shí)隙尋求一個(gè)候補(bǔ)流隊(duì)列WFQ。如發(fā)現(xiàn)所有時(shí)隙為空，則當(dāng)前指針保持不變并且沒發(fā)現(xiàn)候補(bǔ)。如在此一個(gè)日歷內(nèi)發(fā)現(xiàn)時(shí)隙不為空，則存儲(chǔ)于該時(shí)隙的流隊(duì)列地址是這一端口的候補(bǔ)WFQ。40個(gè)WFQ日歷中的每一個(gè)都類似的可以為其相關(guān)目的地端口隊(duì)列找到一個(gè)候補(bǔ)。
檢查目的地端口閾值的目的是控制從WFQ日歷將分組分配給目的地端口隊(duì)列的速率。由于目的地端口隊(duì)列將以由附加的介質(zhì)指定的速率流出，對(duì)超過閾值的目的地端口的狀態(tài)的檢查可提供一種能夠保證目的地端口隊(duì)列不會(huì)被以超過其介質(zhì)的帶寬的速率分配分組的機(jī)制。在此優(yōu)選實(shí)施例中，閾值定義為字節(jié)的度量，并且該閾值應(yīng)該設(shè)定為至少是最大傳輸單位(MTU)，該單位是為了保證正確運(yùn)行對(duì)介質(zhì)定義的。
由于本發(fā)明的目的地是提供一種盡力而為帶寬調(diào)度與最小帶寬相結(jié)合，并且其中單個(gè)流隊(duì)列既處于基于時(shí)間的日歷內(nèi)也處于WFQ日歷內(nèi)的方法，對(duì)于正常的工作而言上述機(jī)制是必需的。
最后的流隊(duì)列的選擇是在所有的日歷(既包括基于時(shí)間的日歷也包含WFQ日歷)間進(jìn)行。當(dāng)選擇流隊(duì)列候補(bǔ)WFQ時(shí)，流隊(duì)列指針從LIFO棧出隊(duì)。如發(fā)現(xiàn)由當(dāng)前指針指示的時(shí)隙在這一出隊(duì)動(dòng)作之后為非空(即至少其中還存在一個(gè)以上的項(xiàng)目)，則當(dāng)前指針不再進(jìn)行修改。如發(fā)現(xiàn)由當(dāng)前指針指示的時(shí)隙在這一出隊(duì)動(dòng)作之后為空，則當(dāng)前指針將前進(jìn)到下一個(gè)非空時(shí)隙。如發(fā)現(xiàn)所有時(shí)隙為空，則當(dāng)前指針保持不變。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，WFQ日歷在分配給它的所有的流隊(duì)列中共享可用帶寬。另外，通過對(duì)流隊(duì)列分配權(quán)重，可改變分配給每個(gè)流隊(duì)列的帶寬的相對(duì)比例。這是通過計(jì)算非空服務(wù)流隊(duì)列置于的位置而完成的。與高權(quán)重因子相比較，對(duì)同一幀長(zhǎng)度，一個(gè)低權(quán)重因子可對(duì)給定的幀長(zhǎng)度提供更頻繁的服務(wù)，這意味著關(guān)聯(lián)流在“階梯”上向上移動(dòng)一個(gè)較短的距離就可獲得下一個(gè)服務(wù)。與此類似，與具有同樣權(quán)重因子提供較短幀的相比較，提供較長(zhǎng)幀的流將沿著“階梯”向上被移動(dòng)一個(gè)較大的距離，這意味著具有較短幀的流將接受更頻繁的服務(wù)，如果優(yōu)先級(jí)和權(quán)重因子相同的話。
WFQ距離的計(jì)算距離計(jì)算定義為流隊(duì)列在日歷中從它出隊(duì)的位置移動(dòng)的時(shí)隙的數(shù)目。在此優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)WFQ日歷的距離計(jì)算的形式為時(shí)隙距離＝Max(Min((幀長(zhǎng))*QD*K)，max_distance)…1)其中時(shí)隙距離是整數(shù)，幀長(zhǎng)以字節(jié)為單位，QD是在流隊(duì)列控制塊中指定的隊(duì)列權(quán)重，max_distance定義為日歷中的時(shí)隙數(shù)減1，而K是分配給目的地端口的縮放因子。K的指定系根據(jù)目的地端口的MTU、WFQ日歷中的時(shí)隙數(shù)以及所要求的QD的范圍。對(duì)該優(yōu)選實(shí)施例，推薦下列K值MTU(字節(jié)) K2048 1/64th9216 1/256th16384 1/1024th不脫離本發(fā)明的精神可以選擇其他的K值。
對(duì)于相關(guān)技術(shù)人員而言，在結(jié)合附圖看過上面的優(yōu)選實(shí)施例的描述后，本發(fā)明的多種改型是顯而易見的。比如，根據(jù)幀的大小加權(quán)和儲(chǔ)存的加權(quán)因子可以用其他的公式代替。日歷內(nèi)的時(shí)隙數(shù)目和每一端口的日歷數(shù)目可以改變，以適應(yīng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。時(shí)段的數(shù)目及其每步的距離、當(dāng)前時(shí)間寄存器的大小和調(diào)度器瞬間速率也都可以改變而不脫離本發(fā)明的精神。另外，不脫離本發(fā)明的精神可以對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行多種改型，并且有各種算法可用來確定優(yōu)先級(jí)。還有，可以只使用本發(fā)明的某些特征而不相應(yīng)地利用其他特征。因此，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的上述描述應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的原理的純粹示例性的描述而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其構(gòu)成包括基于時(shí)間的日歷，用來根據(jù)儲(chǔ)存的關(guān)于多個(gè)源的信息，處理數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中從所述多個(gè)源向多個(gè)目的地傳遞的信息單元；與時(shí)間無關(guān)的日歷，用來根據(jù)儲(chǔ)存的關(guān)于多個(gè)源的信息，處理數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中從所述多個(gè)源向多個(gè)目的地傳遞的其它信息單元；以及定時(shí)器，用來周期地生成一個(gè)從所述日歷中的一個(gè)向一個(gè)輸出目的地移動(dòng)單個(gè)信息單元的信號(hào)，所述單個(gè)信息單元是根據(jù)儲(chǔ)存的規(guī)則進(jìn)行選擇的。
2.如權(quán)利要求1記載的設(shè)備，其中所述與時(shí)間無關(guān)的日歷處理多個(gè)信息單元流，將每個(gè)流放入一個(gè)隊(duì)列，并在對(duì)該流進(jìn)行服務(wù)后將該流移動(dòng)到隊(duì)列中的不同位置，該設(shè)備還包括一個(gè)機(jī)構(gòu)，用來判斷一個(gè)流是否在所述基于時(shí)間的日歷中具有一個(gè)位置，并用來防止曾經(jīng)在該基于時(shí)間的日歷中具有這樣一個(gè)位置的流由于斷開、重連而在該基于時(shí)間的日歷中得到更有利的位置。
3.如權(quán)利要求1記載的設(shè)備，其中所述與時(shí)間無關(guān)的日歷處理多個(gè)信息單元流，將每個(gè)流放入一個(gè)隊(duì)列中，并提供一系列的等待移動(dòng)的幀和加權(quán)因子及每個(gè)幀的大小，以及一個(gè)機(jī)構(gòu)用來在一個(gè)幀被該與時(shí)間無關(guān)的日歷移動(dòng)之后根據(jù)所述加權(quán)因子和幀的大小計(jì)算相應(yīng)的流的新位置。
4.一種方法，包括下列步驟當(dāng)信息單元在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中從多個(gè)源向多個(gè)目的地傳遞時(shí)，將數(shù)據(jù)流放入隊(duì)列排隊(duì)等待服務(wù)；判斷數(shù)據(jù)流是否在隊(duì)列中曾經(jīng)有過一個(gè)先前的位置；如數(shù)據(jù)流在隊(duì)列中曾經(jīng)有過一個(gè)先前的位置，則判斷將分配的新位置是否比先前的位置更有利；如將分配的新位置比先前的位置更有利，就利用先前的位置處理此流；以及如所述先前位置不再比將分配的新位置更有利，就利用新位置處理此流。
5.一種方法，包括下列步驟當(dāng)信息單元在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中從多個(gè)源向多個(gè)目的地傳遞時(shí)，將數(shù)據(jù)流放入隊(duì)列排隊(duì)等待服務(wù)；接收關(guān)于待處理的每個(gè)信息單元的優(yōu)先級(jí)信息；根據(jù)與每個(gè)信息單元相關(guān)聯(lián)的優(yōu)先級(jí)信息將待處理的每個(gè)信息單元放入數(shù)個(gè)優(yōu)先隊(duì)列中的一個(gè)之中，一個(gè)隊(duì)列是基于時(shí)間的，而另一個(gè)隊(duì)列是與時(shí)間無關(guān)的；根據(jù)存儲(chǔ)的規(guī)則組為連續(xù)的每一個(gè)時(shí)鐘周期選擇一個(gè)隊(duì)列進(jìn)行處理；根據(jù)一種算法為連續(xù)的每一個(gè)時(shí)鐘周期從被選擇隊(duì)列中選擇一個(gè)信息單元進(jìn)行處理；以及將所選擇的信息單元向目的地傳輸。
6.如權(quán)利要求5記載的方法，其中，根據(jù)一種算法為連續(xù)的每一個(gè)時(shí)鐘周期從被選擇隊(duì)列中選擇一個(gè)信息單元進(jìn)行處理的步驟還包括從一個(gè)加權(quán)公正隊(duì)列中進(jìn)行選擇，并根據(jù)信息單元的大小和所選擇的單元的加權(quán)因子，計(jì)算在該加權(quán)公正隊(duì)列中的新位置。
7.一種方法，包括下列步驟當(dāng)信息單元在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中從多個(gè)源向多個(gè)目的地傳遞時(shí)，將數(shù)據(jù)流放入隊(duì)列排隊(duì)等待服務(wù)；根據(jù)儲(chǔ)存的規(guī)則判斷是否允許由一個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行一次峰值成組傳輸傳輸，所述規(guī)則包含對(duì)數(shù)據(jù)流計(jì)算初始儲(chǔ)備；隨著時(shí)間的流逝，當(dāng)數(shù)據(jù)的流量低于對(duì)該數(shù)據(jù)流建立的閾值時(shí)則添加儲(chǔ)備；隨著時(shí)間的流逝，當(dāng)數(shù)據(jù)的流量超過所述閾值時(shí)則減少儲(chǔ)備；利用此儲(chǔ)備值判斷在給定的時(shí)間是否允許峰值成組傳輸傳輸。
全文摘要
一種從網(wǎng)絡(luò)處理器向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以優(yōu)先次序移動(dòng)信息單元的系統(tǒng)和方法，可適應(yīng)數(shù)種不同的服務(wù)級(jí)。本發(fā)明包含一種根據(jù)儲(chǔ)存的與信息單元的各種源相關(guān)聯(lián)的優(yōu)先級(jí)對(duì)來自網(wǎng)絡(luò)處理單元的經(jīng)過處理的信息單元(或幀)的出口進(jìn)行調(diào)度的方法和系統(tǒng)。在優(yōu)選實(shí)施例中的優(yōu)先級(jí)包含低延遲服務(wù)、最小帶寬、加權(quán)公正排隊(duì)和防止用戶長(zhǎng)時(shí)間繼續(xù)超過其服務(wù)級(jí)的系統(tǒng)。本發(fā)明包含多個(gè)具有不同服務(wù)速率的日歷，允許用戶選擇其想要的服務(wù)速率。如客戶選擇高帶寬服務(wù)，則用戶將被納入一個(gè)日歷中而可以得到比用戶選擇低帶寬更頻繁的服務(wù)。
文檔編號(hào)H04L12/54GK1419767SQ0180713
公開日2003年5月21日 申請(qǐng)日期2001年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月13日
發(fā)明者布賴恩·米切爾·巴斯, 吉恩·路易斯·卡爾維格納克, 馬克·海德斯, 邁克爾·史蒂文·西格爾, 法布里斯·吉恩·費(fèi)爾普蘭肯 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司