基于隨機早期丟棄的處理電路以及處理方法
【專利摘要】一種基于隨機早期丟棄的處理電路，包含有調度器、基于隨機早期丟棄的決定邏輯以及控制器。其中調度器是用來依據基于隨機早期丟棄的操作調度來產生觸發(fā)事件，其中該調度器耦接至軟件接口，以及調度器中的基于隨機早期丟棄的操作調度是通過軟件接口來進行程序化。基于隨機早期丟棄的決定邏輯是用來執(zhí)行第一基于隨機早期丟棄的操作，并據以產生第一隨機早期丟棄決定?？刂破魇怯脕斫邮沼|發(fā)事件，并觸發(fā)基于隨機早期丟棄的決定邏輯以依據至少觸發(fā)事件來執(zhí)行第一基于隨機早期丟棄的操作。本發(fā)明的加權隨機早期丟棄操作的調度規(guī)劃是基于軟件可程序化調度，因此可改善加權隨機早期丟棄操作調度的彈性。
【專利說明】基于隨機早期丟棄的處理電路以及處理方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明所揭露的實施例關于在網絡環(huán)境中避免壅塞，尤指一種基于隨機早期丟棄 (random early drop，RED)的處理電路以及相關方法，來依據基于可軟件程序化調度所產生 的至少一個觸發(fā)事件（例如基于時間的觸發(fā)事件）來觸發(fā)基于隨機早期丟棄的操作（例如 加權隨機早期丟棄（weight random early drop, WRED)操作）。

【背景技術】
[0002] -般來說，網絡裝置（例如交換機）具有封包緩沖器來緩沖從一個或是多個封包 源傳送來的封包。該封包緩沖器可以是具有有限存儲大小的動態(tài)隨機存取存儲器（dynamic random access memory, DRAM)。若是入口流量的整體行速率（line rate)(即數據速率）高 于出口流量的整體行速率（即數據速率），抵達該封包緩沖器的封包數目會大于從該封包 緩沖器發(fā)出的封包數目。在最糟的狀況下會造成該網絡裝置的該封包緩沖器的壅塞。
[0003] 要偵測和避免壅塞，故特別地采用一種避免壅塞的機制。舉例來說，可以采用一種 粗略的封包丟棄機制（又稱作去尾（tail drop)機制）。然而，去尾機制是平等地對待所 有端口（port)/隊列（queue)的封包，且不會分辨不同的服務級別。當封包緩沖器滿載時， 去尾機制便會啟動來丟棄所有端口 /隊列的新進封包，直到封包緩沖器滿載的狀況解除為 止。換句話說，封包緩沖器達到其最大容量之后，任何新進的封包都會被丟棄。因此，當封 包緩沖器已滿且突然有一陣封包流量從一個或是多個主機發(fā)送過來，該網絡裝置便會同時 失去所有的輸入封包，因而導致封包傳遞的表現(xiàn)不佳。
[0004] 一種改良的避免壅塞機制可以用來降低去尾機制的啟動機率。舉例來說，一種加 權隨機早期丟棄（weighted random early drop, WRED)機制可以在輸出接口開始出現(xiàn)壅塞 的征兆時選擇性地丟掉封包。不過，加權隨機早期丟棄操作的硬件成本頗高。例如針對多 個端口 /隊列，則需要多個基于硬件的加權隨機早期丟棄電路來計算加權隨機早期丟棄的 決定。


【發(fā)明內容】

[0005] 依據本發(fā)明的示范性實施例，提出一種基于隨機早期丟棄的處理電路以及相關方 法，依據基于可軟件程序化調度所產生的至少一個觸發(fā)事件來觸發(fā)基于隨機早期丟棄的操 作（例如加權隨機早期丟棄（weight random early drop, WRED)操作）以改善上述問題。
[0006] 依據本發(fā)明的第一示范性實施例，提出一種基于隨機早期丟棄的處理電路，包含 有調度器、基于隨機早期丟棄的決定邏輯以及控制器。其中該調度器是用來依據基于隨機 早期丟棄的操作調度來產生觸發(fā)事件，其中該調度器是耦接至軟件接口，以及該調度器中 的該基于隨機早期丟棄的操作調度是通過該軟件接口來進行程序化。該基于隨機早期丟棄 的決定邏輯是用來執(zhí)行至少一個第一基于隨機早期丟棄的操作，并據以產生第一隨機早期 丟棄決定。該控制器是用來接收至少該觸發(fā)事件，并依據至少該觸發(fā)事件來觸發(fā)該基于隨 機早期丟棄的決定邏輯以執(zhí)行該第一基于隨機早期丟棄的操作。
[0007] 依據本發(fā)明的第二示范性實施例，提出一種基于隨機早期丟棄的處理方法，包含 有：通過軟件方式來對基于隨機早期丟棄的操作調度進行程序化；依據該基于隨機早期丟 棄的操作調度來產生觸發(fā)事件；以及參考至少該觸發(fā)事件來觸發(fā)基于隨機早期丟棄的決定 邏輯來執(zhí)行至少一個第一基于隨機早期丟棄的操作，并據以產生第一基于隨機早期丟棄的 決定。
[0008] 本發(fā)明的加權隨機早期丟棄操作的調度規(guī)劃是基于軟件可程序化調度。使用者可 被允許依據任何觸發(fā)條件及/或應用要求來定義加權隨機早期丟棄操作的順序，因此可改 善加權隨機早期丟棄操作調度的彈性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明的加權隨機早期丟棄處理電路第一示范性實施例的方框示意圖。
[0010] 圖2為本發(fā)明軟件可程序化存儲器的實施例。
[0011] 圖3為圖2所示的軟件可程序化內存中所存儲的加權隨機早期丟棄操作調度的變 化設計。
[0012] 圖4為本發(fā)明的加權隨機早期丟棄處理電路第二示范性實施例的方框示意圖。
[0013] 圖5為本發(fā)明的加權隨機早期丟棄處理電路第三示范性實施例的方框示意圖。

【具體實施方式】
[0014] 在說明書及后續(xù)的申請專利范圍當中使用了某些詞匯來指稱特定的組件。所屬領 域技術人員應可理解，制造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的組件。本說明書及后續(xù)的 申請專利范圍并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作 為區(qū)分的準則。在通篇說明書及后續(xù)的請求項當中所提及的"包含"是為一開放式的用語， 故應解釋成"包含但不限定于"。另外，"耦接"一詞在此是包含任何直接及間接的電氣連接 手段。因此，若文中描述第一裝置耦接于第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該 第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
[0015] 本發(fā)明的精神是在于使用共享的加權隨機早期丟棄（weight random early drop，WRED)硬件來針對多個監(jiān)控的加權隨機早期丟棄目標（例如網絡裝置的網絡端口或 是網絡裝置的網絡端口的隊列）滿足多個加權隨機早期丟棄計算要求。并據以實現(xiàn)一種低 成本加權隨機早期丟棄機制。此外，加權隨機早期丟棄操作的調度規(guī)劃是基于軟件可程序 化調度。使用者可被允許依據任何觸發(fā)條件及/或應用要求來定義加權隨機早期丟棄操作 的順序，因此可改善加權隨機早期丟棄操作調度的彈性。舉例來說，加權隨機早期丟棄操作 是基于由軟件可程序化調度所預先定義的預定時間區(qū)間來進行調度，而非基于無法預測到 達時間的封包來進行調度。因此，當端口 /隊列速率較高時，能夠避免由兩個連續(xù)封包抵達 時間之間的典型加權隨機早期丟棄更新區(qū)間所造成的誤差。因此，本發(fā)明提供改善的加權 隨機早期丟棄設計，能夠保持加權隨機早期丟棄的準確度同時降低硬件成本。除此之外，對 于較不擁塞的端口 /隊列，可以跳過其加權隨機早期丟棄操作以降低功耗。
[0016] 為了簡潔起見，以下使用加權隨機早期丟棄處理電路來作為范例以說明本發(fā)明 的技術特征。然而，應注意的是，相同的觀念可以應用在任何基于隨機早期丟棄（random early drop, RED),也稱為隨機早期偵測（random early detection)或是隨機早期拋棄 (random early discard)，的電路中。換句話說，在不悖離本發(fā)明的精神的前提之下，可以對 "加權隨機早期丟棄"和"基于隨機早期丟棄"進行變通和變化，且相關的設計也都屬于本發(fā) 明的權利范圍之中。
[0017] 圖1為本發(fā)明的加權隨機早期丟棄處理電路第一示范性實施例的方框示意圖。加 權隨機早期丟棄處理電路100可以被用在網絡裝置，例如交換機中。在此實施例中，加權 隨機早期丟棄處理電路100包含有調度器（scheduler) 102、控制器104以及加權隨機早期 丟棄決定邏輯106。調度器102是用來依據加權隨機早期丟棄操作調度SCH來產生基于時 間的觸發(fā)事件TRG_T至控制器104。在示范性設計中，調度器102可以僅使用存儲裝置來 實現(xiàn)。請參考圖2,圖2為本發(fā)明軟件可程序化存儲裝置的實施例。軟件可程序化存儲裝 置200具有加權隨機早期丟棄操作調度201存儲于其中，且可用來當作圖1所示的調度器 102。加權隨機早期丟棄操作調度201包含有復數個索引202,其中每一索引都存儲監(jiān)控的 加權隨機早期丟棄目標的索引值。以圖2中的調度設計為例，每一監(jiān)控的加權隨機早期丟 棄目標都是該網絡裝置的網絡端口。因此，調度索引中的索引值可以僅記錄端口編號。具 體而言，網絡端口可具有復數個隊列在該封包緩沖器中。相同網絡端口的不同的隊列是相 關于復數個不同的服務，而相同服務的封包都會被存放在相同的隊列中。故當在一個時間 區(qū)間（時段）內為所選的網絡端口觸發(fā)加權隨機早期丟棄操作時，加權隨機早期丟棄決定 邏輯106可產生加權隨機早期丟棄決定，其中包含有所選擇的網絡端口內所有隊列的加權 隨機早期丟棄計算結果。然而，此僅為說明用途，并非用于限制本發(fā)明。又例如，該監(jiān)控的 加權隨機早期丟棄目標是該網絡裝置的網絡端口的隊列。圖3為圖2所示的軟件可程序化 存儲裝置200中所存儲的加權隨機早期丟棄操作調度的變化設計。在此實施例中，加權隨 機早期丟棄操作調度301包含有復數個索引202,其中每一索引都存儲有網絡端口的隊列 的索引值。因此，調度索引中的索引值可單單記錄端口編號以及隊列編號。因此，故當在時 間區(qū)間內為所選的隊列觸發(fā)加權隨機早期丟棄操作時，加權隨機早期丟棄決定邏輯106可 產生加權隨機早期丟棄決定，其中僅包含有所選擇的隊列的加權隨機早期丟棄計算結果， 且該設計也落入本發(fā)明的權利范圍。
[0018] 假設每一監(jiān)控的加權隨機早期丟棄目標都是網絡端口，如圖2所示，軟件可程序 化存儲裝置200 (即調度器）循環(huán)地讀取并且輸出索引202中一個個索引值，進而在每一時 段（例如圖2中的T1、T2、…T14)進行一次設定并且產生該基于時間的觸發(fā)事件。因此， 基于加權隨機早期丟棄操作調度201的設定，加權隨機早期丟棄決定邏輯106會在每一時 段Τ1?Τ14間產生加權隨機早期丟棄決定，以響應相對應的基于時間的觸發(fā)事件，其指定 了該加權隨機早期丟棄計算所對應的網絡端口。例如，加權隨機早期丟棄決定邏輯106會 在Τ1時段響應基于時間的觸發(fā)事件，執(zhí)行目標為端口 0的加權隨機早期丟棄操作。當該網 絡裝置采用了該加權隨機早期丟棄機制以避免壅塞時，應妥善地設定該些索引值以使較高 優(yōu)先端口能夠在調度周期（例如Τ1?Τ14)內分配到較多的加權隨機早期丟棄操作，以及 較低優(yōu)先端口能夠在同一調度周期（例如Τ1?Τ14)內分配到較少的加權隨機早期丟棄操 作。
[0019] 另外，有一種可能是該網絡裝置的至少一個網絡端口 /隊列較少被使用來進行封 包處理。例如電子郵件服務的封包流量一般較低，因此，可以跳過此種較不會造成壅塞的端 口 /隊列的該加權隨機早期丟棄操作以節(jié)省功耗。換句話說，對于較不壅塞的端口 /隊列 來說，無論是否收到封包，都絕不會觸發(fā)加權隨機早期丟棄操作。在示范性設計中，至少一 個特定隊列或是至少一個特定網絡端口的索引值可以被排除在該加權隨機早期丟棄操作 調度之外。這樣一來，便不會為了該至少一個特定網絡端口 /隊列進行加權隨機早期丟棄 操作的調度，并據以降低所提出的加權隨機早期丟棄操作電路的功耗。
[0020] 如圖1所示，調度器102是耦接至軟件接口 101，因此，加權隨機早期丟棄處理電路 100允許調度器102中的加權隨機早期丟棄操作調度SCH通過軟件接口 101來程序化。網 絡裝置的用戶可以手動地依據該網絡裝置的實際網絡端口/隊列條件來設定加權隨機早 期丟棄操作調度SCH。舉例來說，網絡端口 0以及網絡端口 1為高列速率端口，故較為重要 且應具有較高的優(yōu)先權。如圖2所示，可利用加權隨機早期丟棄操作調度201來將更多的 加權隨機早期丟棄操作排定給網絡端口 〇以及網絡端口 1。換句話說，網絡端口 〇以及網絡 端口1的加權隨機早期丟棄操作的出現(xiàn)頻率會高于其它優(yōu)先權較低的網絡端口（例如端口 2?端口 11)。由于調度器102中的加權隨機早期丟棄操作調度201并非固定，可以基于該 網絡裝置的實際操作條件來動態(tài)地調整加權隨機早期丟棄操作調度201，因而有彈性地達 到避免壅塞的目的。
[0021] 圖1中的控制器104會接收調度器102所調度并輸出的每一基于時間的觸發(fā)事 件TRG_T，然后觸發(fā)加權隨機早期丟棄決定邏輯106以執(zhí)行相對應加權隨機早期丟棄操作 來反應當下的基于時間的觸發(fā)事件。換句話說，當受到控制器104觸發(fā)時，加權隨機早期丟 棄決定邏輯106會為監(jiān)控的加權隨機早期丟棄目標（例如網絡端口或是一列）執(zhí)行加權隨 機早期丟棄操作，并據以產生加權隨機早期丟棄決定（例如針對網絡端口的所有隊列的多 個加權隨機早期丟棄計算結果，或是針對網絡端口的隊列的單一加權隨機早期丟棄計算結 果）。該加權隨機早期丟棄決定會指出封包源是否應減少其傳輸率來減輕/解決壅塞的問 題。加權隨機早期丟棄可以通過提早主動丟棄某些封包而不是等到隊列滿載，來避免大量 的封包被丟棄。因此，加權隨機早期丟棄可允許傳輸線全時充分地被利用。
[0022] 在監(jiān)控的加權隨機早期丟棄目標是網絡端口的隊列的情況下，加權隨機早期丟棄 操作可包含依據最小臨界值Thresholdmin、最大臨界值Thresholdmax、最大封包丟棄機率 Probabilitymax以及平均隊列長度Queueavg來計算封包丟棄機率Probabilitydrop，并且 基于所計算出的封包丟棄機率Probabilitydrop來做出該加權隨機早期丟棄決定。該封包 丟棄機率計算可以用以下的方程式來表示。

【權利要求】
1. 一種基于隨機早期丟棄的處理電路，包含有： 調度器，用來依據基于隨機早期丟棄的操作調度來產生觸發(fā)事件，其中該調度器是耦 接至軟件接口，以及該調度器中的該基于隨機早期丟棄的操作調度是通過該軟件接口來進 行程序化； 基于隨機早期丟棄的決定邏輯，用來執(zhí)行至少一個第一基于隨機早期丟棄的操作，并 據以產生第一隨機早期丟棄決定；以及 控制器，用來接收至少該觸發(fā)事件，并依據至少該觸發(fā)事件來觸發(fā)該基于隨機早期丟 棄的決定邏輯來執(zhí)行該第一基于隨機早期丟棄的操作。
2. 根據權利要求1所述的基于隨機早期丟棄的處理電路，其特征在于，該基于隨機早 期丟棄的操作調度是加權隨機早期丟棄操作調度，該基于隨機早期丟棄的決定邏輯是加權 隨機早期丟棄決定邏輯，以及該第一基于隨機早期丟棄的操作是加權隨機早期丟棄操作。
3. 根據權利要求1所述的基于隨機早期丟棄的處理電路，其特征在于，該觸發(fā)事件是 基于時間的觸發(fā)事件。
4. 根據權利要求3所述的基于隨機早期丟棄的處理電路，其特征在于，該基于隨機早 期丟棄的操作調度包含有復數個索引，其特征在于，每一索引存儲監(jiān)控目標的索引值；以及 該調度器周期性地在復數個時段中的每一時段，一個一個地讀取該些索引中的索引值來設 定并產生該基于時間的觸發(fā)事件。
5. 根據權利要求4所述的基于隨機早期丟棄的處理電路，其特征在于，該監(jiān)控目標是 網絡裝置的網絡端口，或是該網絡裝置的該網絡端口的隊列。
6. 根據權利要求5所述的基于隨機早期丟棄的處理電路，其特征在于，至少一個網絡 端口或是至少一個隊列的索引值被排除在該基于隨機早期丟棄的操作調度之外。
7. 根據權利要求3所述的基于隨機早期丟棄的處理電路，其特征在于，該控制器另用 來接收基于封包的觸發(fā)事件；以及該控制器是依據該基于時間的觸發(fā)事件以及該基于封包 的觸發(fā)事件的至少其中之一來觸發(fā)該基于隨機早期丟棄的決定邏輯。
8. 根據權利要求7所述的基于隨機早期丟棄的處理電路，其特征在于，該基于封包的 觸發(fā)事件是封包抵達事件。
9. 根據權利要求7所述的基于隨機早期丟棄的處理電路，其特征在于，該基于封包的 觸發(fā)事件是封包發(fā)布事件。
10. 根據權利要求7所述的基于隨機早期丟棄的處理電路，其特征在于，當該控制器同 時接收到該基于時間的觸發(fā)事件以及該基于封包的觸發(fā)事件時，該控制器會先處理該基于 封包的觸發(fā)事件來觸發(fā)該基于隨機早期丟棄的決定邏輯。
11. 根據權利要求3所述的基于隨機早期丟棄的處理電路，其特征在于，該基于隨機早 期丟棄的決定邏輯包含有： 第一基于隨機早期丟棄的操作單元，用來執(zhí)行該第一基于隨機早期丟棄的操作，以產 生該第一隨機早期丟棄決定；以及 第二基于隨機早期丟棄的操作單元，用來執(zhí)行第二基于隨機早期丟棄的操作，以產生 第二隨機早期丟棄決定； 其中該控制器另用來接收基于封包的觸發(fā)事件；該控制器會依據該基于時間的觸發(fā)事 件來觸發(fā)該第一基于隨機早期丟棄的操作單元，以及依據該基于封包的觸發(fā)事件來觸發(fā)該 第二基于隨機早期丟棄的操作單元。
12. 根據權利要求11所述的基于隨機早期丟棄的處理電路，其特征在于，當該控制器 同時接收到相同的監(jiān)控目標所屬的該基于時間的觸發(fā)事件以及該基于封包的觸發(fā)事件時， 該控制器僅會處理該基于時間的觸發(fā)事件來觸發(fā)該第一基于隨機早期丟棄的操作。
13. -種基于隨機早期丟棄的處理方法，包含有： 通過軟件方式來對基于隨機早期丟棄的操作調度進行程序化； 依據該基于隨機早期丟棄的操作調度來產生觸發(fā)事件；以及 參考至少該觸發(fā)事件來觸發(fā)基于隨機早期丟棄的決定邏輯來執(zhí)行至少一個第一基于 隨機早期丟棄的操作，并據以產生第一基于隨機早期丟棄的決定。
14. 根據權利要求13所述的基于隨機早期丟棄的處理方法，其特征在于，該基于隨機 早期丟棄的操作調度是加權隨機早期丟棄操作調度，該基于隨機早期丟棄的決定邏輯是加 權隨機早期丟棄決定，以及該第一基于隨機早期丟棄的操作是加權隨機早期丟棄操作。
15. 根據權利要求13所述的基于隨機早期丟棄的處理方法，其特征在于，該觸發(fā)事件 是基于時間的觸發(fā)事件。
16. 根據權利要求15所述的基于隨機早期丟棄的處理方法，其特征在于，該基于隨機 早期丟棄的操作調度包含有復數個索引，其中每一索引存儲有監(jiān)控目標的索引值；以及產 生該基于時間的觸發(fā)事件包含有： 周期性地在復數個時段中的每一時段，一個一個地讀取該些索引中的索引值來設定并 產生該基于時間的觸發(fā)事件。
17. 根據權利要求16所述的基于隨機早期丟棄的處理方法，其特征在于，該監(jiān)控目標 是網絡裝置的網絡端口，或是該網絡裝置的該網絡端口的隊列。
18. 根據權利要求17所述的基于隨機早期丟棄的處理方法，其特征在于，至少一個網 絡端口或是至少一個隊列的索引值是被排除在該基于隨機早期丟棄的操作調度之外。
19. 根據權利要求15所述的基于隨機早期丟棄的處理方法，其特征在于，另包含有： 接收基于封包的觸發(fā)事件； 其中觸發(fā)該基于隨機早期丟棄的決定邏輯的步驟包含有： 依據該基于時間的觸發(fā)事件以及該基于封包的觸發(fā)事件的至少其中之一來觸發(fā)該基 于隨機早期丟棄的決定邏輯。
20. 根據權利要求19所述的基于隨機早期丟棄的處理方法，其特征在于，該基于封包 的觸發(fā)事件是封包抵達事件。
21. 根據權利要求19所述的基于隨機早期丟棄的處理方法，其特征在于，該基于封包 的觸發(fā)事件是封包發(fā)布事件。
22. 根據權利要求19所述的基于隨機早期丟棄的處理方法，其特征在于，同時接收到 該基于時間的觸發(fā)事件以及該基于封包的觸發(fā)事件時，會先處理該基于封包的觸發(fā)事件來 觸發(fā)該基于隨機早期丟棄的決定邏輯。
23. 根據權利要求15所述的基于隨機早期丟棄的處理方法，其特征在于，另包含有： 接收基于封包的觸發(fā)事件； 其中該基于隨機早期丟棄的決定邏輯包含有： 第一基于隨機早期丟棄的操作單元，用來執(zhí)行該第一基于隨機早期丟棄的操作，以產 生該第一隨機早期丟棄決定；以及 第二基于隨機早期丟棄的操作單元，用來執(zhí)行第二基于隨機早期丟棄的操作，以產生 第二隨機早期丟棄決定； 其中觸發(fā)該基于隨機早期丟棄的決定邏輯的步驟包含有： 依據該基于時間的觸發(fā)事件來觸發(fā)該第一基于隨機早期丟棄的操作單元；以及 依據該基于封包的觸發(fā)事件來觸發(fā)該第二基于隨機早期丟棄的操作單元。
24.根據權利要求23項所述的基于隨機早期丟棄的處理方法，其特征在于，當同時接 收到相同監(jiān)控目標所屬的該基于時間的觸發(fā)事件以及該基于封包的觸發(fā)事件時，僅會處理 該基于時間的觸發(fā)事件來觸發(fā)該第一基于隨機早期丟棄單元的操作。
【文檔編號】H04L12/801GK104125157SQ201410171219
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權日:2013年4月25日
【發(fā)明者】余承穎, 方耀諄 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司