專利名稱：Clos交換網(wǎng)絡(luò)中基于信元的正交多子調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及Clos (—種三級無阻塞網(wǎng)絡(luò)，由克勞斯提出)交換網(wǎng)絡(luò)中基于信元的正交多子調(diào)度方法。本發(fā)明可用于大容量和高速率的Clos 交換網(wǎng)絡(luò)中，提高了調(diào)度的有效性和交換網(wǎng)絡(luò)級間鏈路的利用率，由此消除交換網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大對系統(tǒng)性能帶來的影響。
背景技術(shù)：
隨著移動通信、多媒體廣播業(yè)務(wù)的發(fā)展，人們對大容量數(shù)據(jù)通信的要求更加迫切， 這也給信元交換提出了越來越高的要求。如何在提高交換網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度，擴(kuò)大交換網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的前提下，還能保證交換網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度效率不受影響，成為亟待解決的問題。中興通訊股份有限公司在提出的專利申請“一種動態(tài)選擇路由的方法及CLOS交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”(申請日:2010-05-06,申請?zhí)?01010167313. 8，公布號CN 102238072A)中公開了一種CLOS交換網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)維護(hù)路由表的路由調(diào)度方法。此方法包括源交換接入單元和目的交換接入單元之間的各交換單元中均設(shè)置并動態(tài)維護(hù)路由表，交換單元接收到來自源交換接入單元的信元后，根據(jù)所述路由表確定下一路由點(diǎn)并將信元轉(zhuǎn)發(fā)至此下一路由點(diǎn)，所述下一路由點(diǎn)為下一級交換單元或目的交換接入單元。該發(fā)明采用分布式控制方式實(shí)現(xiàn)路由選擇，使網(wǎng)絡(luò)中的交換單元具有選擇和改變路由權(quán)利，提高系統(tǒng)效率及靈活性。該方法的不足之處在于，每一級交換單元都需要一定數(shù)量的緩存來對信元進(jìn)行排隊(duì)，并查找路由表對信元進(jìn)行分布式選路，這就使得信元在交換網(wǎng)絡(luò)中的時延不可控，導(dǎo)致到達(dá)輸出級單元的信元之間出現(xiàn)亂序，使輸出級單元必須包含復(fù)雜的排序模塊對信元進(jìn)行排序。武漢烽火網(wǎng)絡(luò)有限責(zé)任公司在提出的專利申請“一種基于Clos交換結(jié)構(gòu)的貫序匹配調(diào)度算法”(申請日:2008. 3. 28，申請?zhí)?00810084265，授權(quán)公告號CN 101304374B)中公開了一種基于Clos網(wǎng)絡(luò)交換結(jié)構(gòu)的貫序匹配調(diào)度算法，用來解決傳統(tǒng)調(diào)度算法調(diào)度效率低的問題。該方法的實(shí)施步驟是第一，輸入模塊的m個輸出端口向每個中間模塊的相應(yīng)的輸出端口發(fā)出請求消息；第二，每個中間模塊的輸出端口選定一個發(fā)出請求消息的虛擬輸出組并向其發(fā)出允許消息；第三，每個中間模塊的輸入端口選定一個該中間模塊的輸出端口并放行該輸出端口發(fā)出的允許消息；第四，完成從虛擬輸出隊(duì)列到輸出端口的通道建立過程；第五，發(fā)送信元并更新指針，重復(fù)執(zhí)行步驟4、步驟5直至所有信元都被發(fā)送或者所有的允許消息都已被接受。該方法所述的調(diào)度算法采用直通式匹配，整個匹配過程一次完成，同時采用多對多的“請求-允許-接受”方式，最大程度利用了調(diào)度機(jī)會。該方法的不足之處在于，首先，由于它是各個端口相互獨(dú)立的通過指針優(yōu)先級輪轉(zhuǎn)來仲裁，所以有可能第一步輸入級多個輸出端口都選擇為某個信元服務(wù)，但一個信元只能選擇一個端口，所以最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中存在空閑鏈路但卻不能為其他信元提供服務(wù)；其次， 隨著交換網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的鏈路數(shù)量成倍增加，完成一次調(diào)度的時間相應(yīng)增加，時隙(級間傳輸一個信元所需的時間)長度也會隨之增大，交換網(wǎng)絡(luò)不得不使用較長的信元。這將導(dǎo)致交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部鏈路利用率的降低，從而對交換網(wǎng)絡(luò)的時延等性能造成影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種Clos交換網(wǎng)絡(luò)中基于信元的正交多子調(diào)度方法，利用鏈路正交的集中式選路方法，提高調(diào)度有效性，利用多個子調(diào)度器循環(huán)工作，提高交換網(wǎng)絡(luò)級間鏈路利用率，由此消除因網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大對系統(tǒng)時延性能帶來的影響。本發(fā)明的思路是在三級無阻塞網(wǎng)絡(luò)Clos網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和調(diào)度算法執(zhí)行時間，計(jì)算所需子調(diào)度器的個數(shù)，各子調(diào)度器根據(jù)時隙信號到來依次開始工作，每個子調(diào)度器順序接收虛擬輸出組發(fā)送的鏈路匹配請求，采用中間級無須排隊(duì)的集中式調(diào)度方法，避免了信元在輸出級單元產(chǎn)生亂序，采用鏈路正交的方法進(jìn)行選路，完成對鏈路的充分匹配， 在每個時隙結(jié)束時，都有子調(diào)度器返回調(diào)度結(jié)果，從而在每個時隙都可以進(jìn)行隊(duì)頭信元的傳輸，提高了級間鏈路的利用率。本發(fā)明包括如下步驟(1)確定三級Clos交換網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)參數(shù)(2)劃分匹配子過程2a)將子調(diào)度器的調(diào)度過程在時間上平均劃分為多個匹配子過程，匹配子過程的數(shù)目應(yīng)與輸出級單元的數(shù)目相等；2b)將輸入級單元的虛擬輸出隊(duì)列按照發(fā)往的目的輸出級單元劃分為多個虛擬輸出組，虛擬輸出組的數(shù)目應(yīng)與輸出級單元的數(shù)目相等；(3)發(fā)送鏈路匹配請求3a)檢測匹配子過程啟動信號是否到來，若是，則執(zhí)行步驟3b)，否則，繼續(xù)檢測匹配子過程啟動信號；3b)按照鏈路請求發(fā)送規(guī)則，由子調(diào)度器檢測匹配子過程中待發(fā)送鏈路請求的虛擬輸出組各虛擬輸出隊(duì)列中是否存在未發(fā)送匹配請求的信元，如果虛擬輸出隊(duì)列中信元數(shù)目大于零，則執(zhí)行步驟3c)，如果虛擬輸出隊(duì)列中信元數(shù)目等于零，則不對該虛擬輸出隊(duì)列作任何操作；3c)判斷信元數(shù)目大于零的虛擬輸出隊(duì)列是否在該子調(diào)度器上一次調(diào)度過程中獲得匹配，如果該隊(duì)列在該子調(diào)度器上一次調(diào)度過程中匹配失敗，則在本次調(diào)度過程中不發(fā)送鏈路匹配請求；反之，該隊(duì)列在本次調(diào)度過程中鏈路匹配請求發(fā)送成功；3d)若虛擬輸出隊(duì)列發(fā)送鏈路匹配請求成功，則將該隊(duì)列未發(fā)送匹配請求的信元數(shù)目減1;(4)子調(diào)度器正交選路4a)檢測時隙信號是否到來，若是，則執(zhí)行下一步驟，否則，執(zhí)行步驟4d)；4b)判斷子調(diào)度器是否完成所有虛擬輸出組的鏈路匹配，若是，則執(zhí)行下一步驟， 否則，執(zhí)行步驟4e)；4c)將子調(diào)度器中輸入級單元輸出鏈路忙閑表和輸出級單元輸入鏈路忙閑表中所有表項(xiàng)置1，執(zhí)行步驟4e)；
4d)檢測匹配子過程啟動信號是否到來，若是，則執(zhí)行下一步驟，否則，繼續(xù)檢測匹配子過程啟動信號；4e)將子調(diào)度器中輸入級單元輸出鏈路忙閑表和輸出級單元輸入鏈路忙閑表對應(yīng)表項(xiàng)相與，生成可用鏈路集；(5)鏈路匹配5a)將發(fā)送匹配請求成功的虛擬輸出隊(duì)列與可用鏈路集中的可用鏈路進(jìn)行順序匹配，并將匹配結(jié)果寫入子調(diào)度器中的匹配結(jié)果寄存器；5b)將輸入級單元輸出鏈路忙閑表和輸出級單元輸入鏈路忙閑表中已獲得匹配的鏈路對應(yīng)表項(xiàng)置0 ；(6)子調(diào)度器向輸入級單元返回匹配結(jié)果寄存器中存儲的匹配結(jié)果；(7)重復(fù)步驟C3)、步驟(4)、步驟( 、步驟(6)，直至子調(diào)度器對所有虛擬輸出組完成鏈路匹配；(8)若虛擬輸出隊(duì)列鏈路匹配成功，則在本次調(diào)度結(jié)束后的下一時隙進(jìn)行隊(duì)頭信元的傳輸；若虛擬輸出隊(duì)列鏈路匹配失敗，則在該子調(diào)度器的下一調(diào)度過程中繼續(xù)進(jìn)行鏈路匹配，直至匹配成功。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，由于本發(fā)明采用了中間級單元無須排隊(duì)的集中式調(diào)度方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中因每一級單元分布式路由而導(dǎo)致信元在輸出級單元產(chǎn)生亂序的情況，使得本發(fā)明避免了在輸出級單元對信元重排序的復(fù)雜工作，使輸出級單元工作簡化，降低了信元在輸出級單元的處理時延。第二，由于本發(fā)明采用了鏈路正交的選路方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中因各虛擬輸出隊(duì)列獨(dú)立選路而使得網(wǎng)絡(luò)中有空閑鏈路而得不到充分利用的問題，使得各虛擬輸出隊(duì)列與空閑鏈路充分匹配，由此使本發(fā)明提高了調(diào)度的有效性。第三，由于本發(fā)明采用了多個子調(diào)度器循環(huán)工作，在每個時隙都有子調(diào)度器返回調(diào)度結(jié)果，因此在每個時隙都可以進(jìn)行信元的傳輸，補(bǔ)償了現(xiàn)有技術(shù)中因調(diào)度時間過長造成的鏈路占用率低的問題，由此使本發(fā)明能夠消除因網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大帶來的對系統(tǒng)時延性能的影響。


圖1為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。步驟1 確定三級無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)Clos網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)參數(shù)；第一步，將交換網(wǎng)絡(luò)外部端口數(shù)除以輸入級單元的個數(shù)，得到輸入級單元端口數(shù)， 按照三級無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)Clos網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)格無阻的條件，將滿足公式m > 2n-l的值確定為中間級單元的個數(shù)，其中，m表示中間級單元的個數(shù)，η表示輸入級單元端口數(shù)，輸出級單元的個數(shù)應(yīng)當(dāng)與輸入級單元的個數(shù)相等。本發(fā)明實(shí)施例采用有六個輸入級單元的24* 端口交換網(wǎng)絡(luò)，則每一個輸入級單元應(yīng)有四個輸入端口，按照三級無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)Clos網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)格無阻的條件，選擇中間級單元的個數(shù)為八，輸出級單元的個數(shù)為四，其中，輸入級單元為4*8的交換結(jié)構(gòu)，中間級單元為8*8的交換結(jié)構(gòu)，輸出級單元為8*4的交換結(jié)構(gòu)。第二步，由下面公式計(jì)算時隙長度
權(quán)利要求
1. Clos交換網(wǎng)絡(luò)中基于信元的正交多子調(diào)度方法，包括如下步驟(1)確定三級無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)Clos網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)參數(shù)；(2)劃分匹配子過程2a)將子調(diào)度器的調(diào)度過程在時間上平均劃分為多個匹配子過程，匹配子過程的數(shù)目應(yīng)與輸出級單元的數(shù)目相等；2b)將輸入級單元的虛擬輸出隊(duì)列按照發(fā)往的目的輸出級單元劃分為多個虛擬輸出組，虛擬輸出組的數(shù)目應(yīng)與輸出級單元的數(shù)目相等；(3)發(fā)送鏈路匹配請求3a)檢測匹配子過程啟動信號是否到來，若是，則執(zhí)行步驟北)，否則，繼續(xù)檢測匹配子過程啟動信號；3b)按照鏈路請求發(fā)送規(guī)則，由子調(diào)度器檢測匹配子過程中待發(fā)送鏈路請求的虛擬輸出組各虛擬輸出隊(duì)列中是否存在未發(fā)送匹配請求的信元，如果虛擬輸出隊(duì)列中信元數(shù)目大于零，則執(zhí)行步驟3c)，如果虛擬輸出隊(duì)列中信元數(shù)目等于零，則不對該虛擬輸出隊(duì)列作任何操作；3c)判斷信元數(shù)目大于零的虛擬輸出隊(duì)列是否在該子調(diào)度器上一次調(diào)度過程中獲得匹配，如果該隊(duì)列在該子調(diào)度器上一次調(diào)度過程中匹配失敗，則在本次調(diào)度過程中不發(fā)送鏈路匹配請求；反之，該隊(duì)列在本次調(diào)度過程中鏈路匹配請求發(fā)送成功；3d)若虛擬輸出隊(duì)列發(fā)送鏈路匹配請求成功，則將該隊(duì)列未發(fā)送匹配請求的信元數(shù)目減1 ；(4)子調(diào)度器正交選路4a)檢測時隙信號是否到來，若是，則執(zhí)行下一步驟，否則，執(zhí)行步驟4d)；4b)判斷子調(diào)度器是否完成所有虛擬輸出組的鏈路匹配，若是，則執(zhí)行下一步驟，否則， 執(zhí)行步驟4e)；4c)將子調(diào)度器中輸入級單元輸出鏈路忙閑表和輸出級單元輸入鏈路忙閑表中所有表項(xiàng)置1，執(zhí)行步驟4e)；4d)檢測匹配子過程啟動信號是否到來，若是，則執(zhí)行下一步驟，否則，繼續(xù)檢測匹配子過程啟動信號；4e)將子調(diào)度器中輸入級單元輸出鏈路忙閑表和輸出級單元輸入鏈路忙閑表對應(yīng)表項(xiàng)相與，生成可用鏈路集；(5)鏈路匹配5a)將發(fā)送匹配請求成功的虛擬輸出隊(duì)列與可用鏈路集中的可用鏈路進(jìn)行順序匹配， 并將匹配結(jié)果寫入子調(diào)度器中的匹配結(jié)果寄存器；5b)將輸入級單元輸出鏈路忙閑表和輸出級單元輸入鏈路忙閑表中已獲得匹配的鏈路對應(yīng)表項(xiàng)置O ；(6)子調(diào)度器向輸入級單元返回匹配結(jié)果寄存器中存儲的匹配結(jié)果；(7)重復(fù)步驟(3)、步驟、步驟(5)、步驟(6)，直至子調(diào)度器對所有虛擬輸出組完成鏈路匹配；(8)若虛擬輸出隊(duì)列鏈路匹配成功，則在本次調(diào)度結(jié)束后的下一時隙進(jìn)行隊(duì)頭信元的傳輸；若虛擬輸出隊(duì)列鏈路匹配失敗，則在該子調(diào)度器的下一調(diào)度過程中繼續(xù)進(jìn)行鏈路匹配，直至匹配成功。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Clos交換網(wǎng)絡(luò)中基于信元的正交多子調(diào)度方法，其特征在于，步驟1所述系統(tǒng)參數(shù)的確定步驟如下第一步，將交換網(wǎng)絡(luò)外部端口數(shù)除以輸入級單元的個數(shù)，得到輸入級單元端口數(shù)，按照三級無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)Clos網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)格無阻的條件，將滿足公式m > 2n-l的值確定為中間級單元的個數(shù)，其中，m表示中間級單元的個數(shù)，η表示輸入級單元端口數(shù)，輸出級單元的個數(shù)應(yīng)當(dāng)與輸入級單元的個數(shù)相等；第二步，由下面公式計(jì)算時隙長度^ SxLxF其中，Ts表示級間傳輸一個信元所需時鐘周期數(shù)的時隙長度，L為信元長度，F(xiàn)為交換單元內(nèi)部時鐘頻率，C表示級間鏈路傳輸信元的速率；第三步，測試交換網(wǎng)絡(luò)中完成一次調(diào)度所需匹配的時鐘周期個數(shù)；第四步，將調(diào)度所需匹配的時鐘周期個數(shù)除以時隙的時鐘周期個數(shù)，向上取整得到交換網(wǎng)絡(luò)所需要的子調(diào)度器的個數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Clos交換網(wǎng)絡(luò)中基于信元的正交多子調(diào)度方法，其特征在于，步驟2b)所述的虛擬輸出隊(duì)列是指按照發(fā)往的目的輸出端口排隊(duì)的信元信息隊(duì)列，虛擬輸出隊(duì)列的組織方式為，在輸入級單元中，各虛擬輸出隊(duì)列按照發(fā)往的輸出級單元輸出端口號由小到大依次排列，每個虛擬輸出隊(duì)列中的各信元按照到達(dá)輸入級單元的先后順序依次排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Clos交換網(wǎng)絡(luò)中基于信元的正交多子調(diào)度方法，其特征在于，步驟北)中所述的鏈路請求發(fā)送規(guī)則是指，發(fā)送規(guī)則采用基于調(diào)度周期輪轉(zhuǎn)的方式，在第一個調(diào)度周期的第一個匹配子過程中，第一個輸入級單元發(fā)送第一個虛擬輸出組的鏈路請求，第二個輸入級單元發(fā)送第二個虛擬輸出組的鏈路請求，依次類推，最后一個輸入級單元發(fā)送最后一個虛擬輸出組的鏈路請求；在第二個匹配子過程中，第一個輸入級單元發(fā)送第二個虛擬輸出組的鏈路請求，第二個輸入級單元發(fā)送第三個虛擬輸出組的鏈路請求，依次類推，最后一個輸入級單元發(fā)送第一個虛擬輸出組的鏈路請求；依次類推，在最后一個匹配子過程中，第一個輸入級單元發(fā)送最后一個虛擬輸出組的鏈路請求，第二個輸入級單元發(fā)送第一個虛擬輸出組的鏈路請求，依次類推，最后一個虛擬輸出組發(fā)送倒數(shù)第二個虛擬輸出組的鏈路請求；在第二個調(diào)度周期的第一個匹配子過程中，第一個輸入級單元發(fā)送第二個虛擬輸出組的鏈路請求，第二個輸入級單元發(fā)送第三個虛擬輸出組的鏈路請求，依次類推，最后一個輸入級單元發(fā)送第一個虛擬輸出組的鏈路請求；在第二個匹配子過程中，第一個輸入級單元發(fā)送第三個虛擬輸出組的鏈路請求，第二個輸入級單元發(fā)送第四個虛擬輸出組的鏈路請求，依次類推，最后一個輸入級單元發(fā)送第二個虛擬輸出組的鏈路請求；依次類推，在最后一個匹配子過程中，第一個輸入級單元發(fā)送倒數(shù)第二個虛擬輸出組的鏈路請求，第二個輸入級單元發(fā)送倒數(shù)第一個虛擬輸出組的鏈路請求，依次類推，最后一個虛擬輸出組發(fā)送倒數(shù)第三個虛擬輸出組的鏈路請求；在后序調(diào)度周期中，執(zhí)行以上的輪轉(zhuǎn)方式發(fā)送輸入級單元虛擬輸出組的鏈路匹配請求。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Clos交換網(wǎng)絡(luò)中基于信元的正交多子調(diào)度方法，其特征在于，步驟4a)中所述的時隙信號是指，在每個時隙t，啟動第ρ = tmodP個子調(diào)度器調(diào)度過程的脈沖信號，其中，1 ^Ρ^Ρ,Ρ為子調(diào)度器的個數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種clos交換網(wǎng)絡(luò)中基于信元的正交多子調(diào)度方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中因交換網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大對系統(tǒng)時延性能造成的影響。本發(fā)明的具體步驟包括(1)確定系統(tǒng)參數(shù)；(2)劃分匹配子過程；(3)發(fā)送鏈路匹配請求；(4)子調(diào)度器正交選路；(5)鏈路匹配；(6)返回匹配結(jié)果；(7)完成所有匹配子過程；(8)傳輸信元。本發(fā)明通過多個子調(diào)度器循環(huán)正交調(diào)度，提高了調(diào)度的有效性和級間鏈路的利用率，由此消除因交換網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大對系統(tǒng)時延性能帶來的影響。
文檔編號H04L12/56GK102497316SQ20111041069
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者上官林芳, 盧衛(wèi)娜, 姚明旿, 張冰, 張奭, 張茂森, 潘偉濤, 邱智亮, 韓冬, 鮑民權(quán) 申請人:西安電子科技大學(xué)