專利名稱：高效排序的日歷堆系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及電信領(lǐng)域。確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種日歷堆系統(tǒng)和方法，用于對(duì)異步傳輸模式(ATM)調(diào)度環(huán)境中使用的時(shí)間戳進(jìn)行高效排序，但本發(fā)明并不局限于此。
背景技術(shù)：
遠(yuǎn)程接入市場(chǎng)正在經(jīng)歷一個(gè)大的轉(zhuǎn)變。三個(gè)因素促成了這種轉(zhuǎn)變。第一是用戶數(shù)量的增長(zhǎng)，例如需要高性能因特網(wǎng)的和多媒體遠(yuǎn)程接入的小型辦公/居家辦公(SOHO)用戶數(shù)量的增長(zhǎng)。在電信方面自由化的政府行為是另一因素，各地通過(guò)消除本地市場(chǎng)規(guī)范來(lái)培育更為廣泛的競(jìng)爭(zhēng)。第三因素，也是最后一個(gè)因素，是公共電話交換網(wǎng)(PSTN)的擁塞，PSTN的設(shè)計(jì)和開發(fā)原本只是為了語(yǔ)音業(yè)務(wù)量。
電信技術(shù)的若干重大進(jìn)展使得電信網(wǎng)絡(luò)的骨干連接能夠具備高吞吐量。例如，通過(guò)在同步光網(wǎng)(SONET)/同步數(shù)字體系(SDH)物理層上實(shí)現(xiàn)異步傳輸模式(ATM)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，電信網(wǎng)絡(luò)能夠達(dá)到幾百兆比特每秒(Mbps)的數(shù)據(jù)速率。但是，為滿足遠(yuǎn)程接入的帶寬需求所做出的努力受限于電信局中心局(CO)和用戶的遠(yuǎn)端站點(diǎn)之間已有的雙絞銅線基礎(chǔ)設(shè)施(也就是接入網(wǎng))，一般稱作本地環(huán)路。在電信領(lǐng)域中，這些限制有時(shí)統(tǒng)一稱作“最后一公里”問(wèn)題。
為避免最后一公里問(wèn)題所產(chǎn)生的瓶頸，當(dāng)前接入網(wǎng)解決方案在本地環(huán)路中也采用光纖技術(shù)。與利用高速電信網(wǎng)一樣，基于光纖的本地環(huán)路基礎(chǔ)設(shè)施的體系結(jié)構(gòu)一般采用SONET作為物理層技術(shù)。除了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，隨著光部件和相關(guān)光電子的最近進(jìn)展，使得寬帶接入日趨普及。
此外，伴隨著因特網(wǎng)用戶數(shù)量的顯著增長(zhǎng)，產(chǎn)生了對(duì)用分組交換網(wǎng)(PSN)基礎(chǔ)設(shè)施(例如，那些基于因特網(wǎng)協(xié)議(IP)進(jìn)行尋址的基礎(chǔ)設(shè)施)來(lái)替代當(dāng)前電信網(wǎng)所采用的已有電路交換網(wǎng)絡(luò)(CSN)基礎(chǔ)設(shè)施的濃厚興趣。從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商角度來(lái)講，分組交換基礎(chǔ)設(shè)施中固有的業(yè)務(wù)總量使得每個(gè)最終用戶的傳輸成本和基礎(chǔ)設(shè)施成本得以降低。最終，這種成本的降低使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商能夠?qū)⒂纱斯?jié)省的成本轉(zhuǎn)移到最終用戶身上。
因此，正在開發(fā)一種新型的以業(yè)務(wù)為中心的網(wǎng)絡(luò)(不同于已有的以話音為中心和數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò))，用以實(shí)現(xiàn)眾所周知的下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)基礎(chǔ)設(shè)施，在下一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中綜合的話音/數(shù)據(jù)/視頻應(yīng)用可以利用端到端傳輸路徑中PSN上的分組傳輸機(jī)制來(lái)提供。前面間接提到，人們相信，在接入網(wǎng)中采用分組網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施能夠提供更高的傳輸效率，更低的操作和運(yùn)營(yíng)成本，以及統(tǒng)一的接入。
傳統(tǒng)接入系統(tǒng)允許接入數(shù)字本地話音交換機(jī)，例如第5類交換機(jī)，這通過(guò)延伸多根金屬環(huán)路，并將它們集中成一束，從而高效傳送時(shí)分復(fù)用(TDM)話音業(yè)務(wù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般情況下，這種接入網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)使用多種配置下的一個(gè)或多個(gè)接入節(jié)點(diǎn)，前述配置可以是例如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈、環(huán)等，其中接入節(jié)點(diǎn)自身可以包括多個(gè)信道組，后者提供的線路接口服務(wù)于大量用戶。
但是，為了提供更好的功能和業(yè)務(wù)提供，要求當(dāng)前的接入網(wǎng)支持先進(jìn)的傳輸技術(shù)，例如SONET，對(duì)于節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是如此。在這些節(jié)點(diǎn)中，ATM用于承載除傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)，如T1和TDM-DS3業(yè)務(wù)之外的大部分用戶業(yè)務(wù)量。因此，接入節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需要支持TDM和ATM交換設(shè)備。
ATM論壇提供了一組規(guī)范，用以管理ATM交換設(shè)備的不同方面，包括交換設(shè)備的調(diào)度器，其功能是調(diào)控入信元注入交換設(shè)備的過(guò)程。確切地說(shuō)，ATMF-TM-121標(biāo)準(zhǔn)提供了調(diào)度器需求的一般描述，包括業(yè)務(wù)監(jiān)管/整形功能，這些功能是支持不同業(yè)務(wù)類別(CoS)，例如恒定比特率(CBR)、可變比特率(VBR)、保證幀頻(GFR)和類似業(yè)務(wù)類別所必需的。但是，該標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有特別具體地提出實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，尤其是在使用SONET傳輸?shù)慕尤牍?jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的上下文中的實(shí)現(xiàn)。
總的來(lái)說(shuō)，ATM調(diào)度器實(shí)現(xiàn)涉及與ATM交換中的業(yè)務(wù)流相關(guān)的時(shí)間戳(TS)數(shù)據(jù)的使用，在前述ATM交換中，以某種預(yù)定方式為入分組或信元指定TS標(biāo)記。通常，有必要針對(duì)存儲(chǔ)在作為調(diào)度器實(shí)現(xiàn)的一部分的適當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的TS數(shù)據(jù)執(zhí)行不同操作。這些操作可以包括插入、刪除、排序、搜索、定序以及類似操作。在需要大量的TS標(biāo)記時(shí)，實(shí)現(xiàn)這些操作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方法必須高效并且足夠快。對(duì)TS值需要大量比特域的應(yīng)用而言，這種考慮尤其重要。例如，如果采用22比特TS，可以有大約222＝4百萬(wàn)TS數(shù)據(jù)值。此外，在基于分層調(diào)度器方案，例如涉及多個(gè)數(shù)據(jù)聚合層和多個(gè)CoS值調(diào)度業(yè)務(wù)量的體系結(jié)構(gòu)中，TS值的總數(shù)會(huì)成為天文數(shù)字。
堆和日歷隊(duì)列是對(duì)大量數(shù)據(jù)集進(jìn)行排序的眾所周知的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。盡管這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常足以勝任，但它們?cè)诖鎯?chǔ)器方面效率較低(例如隊(duì)列)，或者因算法復(fù)雜而較慢(例如堆)。因此，高速ATM交換設(shè)備設(shè)計(jì)(例如＞1Gbps)中直接實(shí)現(xiàn)的已有方案得到的性能并不是最優(yōu)的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種綜合“日歷堆”(CH)結(jié)構(gòu)，以及對(duì)接入網(wǎng)元中實(shí)現(xiàn)的ATM交換設(shè)備調(diào)度器中N個(gè)TS值進(jìn)行排序的方法，它有利地克服了前述缺陷和不足。CH結(jié)構(gòu)采用基數(shù)值(R)實(shí)現(xiàn)，用以將N個(gè)TS值分成多個(gè)組。與這些TS值相關(guān)聯(lián)的有效性比特在具有l(wèi)ogR(N)級(jí)的樹中層次化分布，其中底層N個(gè)比特對(duì)應(yīng)的指針指向帶有各個(gè)TS值的流蓮表。從頂層堆開始，相繼考察各個(gè)后續(xù)級(jí)的堆，以決定哪個(gè)特定的堆具有最小值，直到到達(dá)了底級(jí)的特定有效性比特，這個(gè)有效性比特指向最小TS。


通過(guò)下面的詳細(xì)描述，并結(jié)合附圖，可以對(duì)本發(fā)明有更為全面的理解，在附圖中圖1給出了示例性的接入節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)的ATM交換設(shè)備中可以有利地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的教導(dǎo)；圖2給出了多層多平面調(diào)度器的一種實(shí)施方式，在圖1所示ATM交換設(shè)備的實(shí)現(xiàn)中采用本發(fā)明的排序方案；圖3描述的高層功能框圖說(shuō)明了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明教導(dǎo)的調(diào)度器漏桶模塊和優(yōu)先級(jí)隊(duì)列模塊；圖4(現(xiàn)有技術(shù))描述了對(duì)8個(gè)時(shí)間戳值進(jìn)行排序的示例性傳統(tǒng)日歷隊(duì)列(CQ)方案；圖5給出了對(duì)8個(gè)時(shí)間戳值進(jìn)行排序的按照本發(fā)明教導(dǎo)的示例性日歷堆(CH)方案；圖6A給出了本發(fā)明CH方案中可以采用的示例性K比特堆結(jié)構(gòu)；圖6B給出了采用2作為基數(shù)將TS值分成2比特堆的示例性2比特CH方案；以及圖6C給出了采用4作為基數(shù)將TS值分成4比特堆的示例性4比特CH方案。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)Mudhafar Hassan-Ali等人同一天提交的題為“Hierarchical Scheduler Architecture For Use With An Access Node”的美國(guó)專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?0/280,894(代理人卷號(hào)1285-0103US)的共同擁有共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)(此后稱為分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請(qǐng))的教導(dǎo)，給出本發(fā)明的一種實(shí)施方式，前述專利申請(qǐng)?jiān)诖艘貌⑷氡景l(fā)明。在該申請(qǐng)中詳細(xì)描述到，接入網(wǎng)中的電信節(jié)點(diǎn)可以包括一種可調(diào)整的體系結(jié)構(gòu)，其中提供TDM和ATM交換設(shè)備，用以支持性能水平的提高。
此外，與ATM交換設(shè)備關(guān)聯(lián)的調(diào)度功能可以按照業(yè)務(wù)類別(也就是業(yè)務(wù)平面)，并且跨多種層次數(shù)據(jù)管道集(也就是子端口、總線級(jí)、架級(jí)、棧面級(jí)以及管道級(jí)等等，視為各種聚合層)進(jìn)行劃分，這對(duì)可調(diào)整硬件體系結(jié)構(gòu)而言是必要的，這樣，接入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的ATM交換設(shè)備中能夠有效實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)量合同遵從，以及必要連接隔離和公平帶寬分配。
下面參看本專利申請(qǐng)的附圖，其中相同或類似的元件在幾張圖中標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)，給出的各種元件不一定按比例繪出，尤其是參看圖1，該圖描述了一種示例性的接入節(jié)點(diǎn)100，它具有ATM交換設(shè)備102的高層功能性表示，設(shè)備102可以有利地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的教導(dǎo)。在前面引用的分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請(qǐng)中解釋了，交換設(shè)備102的總體功能包括監(jiān)管；運(yùn)行、管理和維護(hù)(OAM)；信頭轉(zhuǎn)換；排隊(duì)和許可控制；以及調(diào)度和業(yè)務(wù)量整形?？梢院苋菀椎乜闯?，發(fā)往交換設(shè)備102的業(yè)務(wù)量通過(guò)多個(gè)接口提供。傳輸接口104用于將節(jié)點(diǎn)的設(shè)備連接到骨干網(wǎng)，例如ATM網(wǎng)絡(luò)105。棧面接口106用于將業(yè)務(wù)量從輔架組鏈107(例如包括分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請(qǐng)的圖5所示信道組506-1到506-4，以及信道組508-1到508-4)傳送到交換設(shè)備102。通過(guò)線路單元(LU)107-1到107-N的多個(gè)用戶接口舉例說(shuō)明了各種業(yè)務(wù)源，如xDSL，T1，ISDN，DS-3/OC-3等，這些業(yè)務(wù)源可以通過(guò)適當(dāng)?shù)目偩€級(jí)端口109-1到109-N，與交換設(shè)備102相連。線路單元接口中的一個(gè)接口可以連接到作為接入網(wǎng)(未在該圖中示出)一部分的RT111。
針對(duì)內(nèi)部ATM業(yè)務(wù)量可以定義兩種類型ATM連接虛信道連接(VCC)和虛通道連接(VPC)。VCC一般是ATM連接能有的最小單元，可以由包括一對(duì)物理接口上的標(biāo)識(shí)符，也就是虛信道標(biāo)識(shí)(VCI)和虛通道標(biāo)識(shí)(VPI)的唯一值來(lái)表示。VPC則定義為共享同一VPI值和共同資源池(例如帶寬等)的一組全部的流。因此，可以看出，VP是一束VC，這樣，通過(guò)減少需要管理的部件數(shù)量，簡(jiǎn)化了ATM環(huán)境下的連接管理，其中每個(gè)連接由其唯一VPI/VCI對(duì)來(lái)標(biāo)識(shí)。
從拓?fù)浣嵌葋?lái)看，VCC或VPC可以是以下兩種類型之一(i)點(diǎn)到點(diǎn)連接，其中建立雙向連接，且每個(gè)方向中的信源可以不同，以及(ii)點(diǎn)到多點(diǎn)連接，它通常采用多個(gè)單向連接，在設(shè)備間實(shí)現(xiàn)組播傳輸。
此外，也可以在本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)另一級(jí)ATM連接層次，稱為虛擬組連接或VGC。其中與其組成流相關(guān)聯(lián)的TS值可以在本發(fā)明內(nèi)容內(nèi)排序。有關(guān)VGC實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)在Mudhafar Hassan-Ali等人同一天提交的題為“Virtual Group Connection Scheme For ATM Architecture In AnAccess Node”，美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/280,604；(代理卷號(hào)為1285-0099US)的共同擁有共同未決美國(guó)專利中給出，該專利通過(guò)引用并入。
因此，進(jìn)入交換設(shè)備102(其功能可以以ATM交叉連接交換設(shè)備(XCF)卡形式實(shí)現(xiàn))的流的入口業(yè)務(wù)量管理一般包括三個(gè)階段監(jiān)管、VC隊(duì)列/緩沖器分配和整形/調(diào)度。在一種實(shí)施方式中，與這些級(jí)相關(guān)的硬件可以整合到XCF卡中。監(jiān)管器的主要功能是確保接收的信元與所應(yīng)用的連接描述符一致。如果不一致，就可以通過(guò)清除/設(shè)置信元頭中的信元丟棄優(yōu)先級(jí)(CLP)來(lái)丟棄入信元或者打標(biāo)記(也就是帶標(biāo)記)。一般來(lái)說(shuō)，監(jiān)管功能采用ITU-T1.371和ATM論壇ATMF-TM-121標(biāo)準(zhǔn)中描述的眾所周知的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，這些算法(一般稱為通用信元速率算法或GCRA)采用所謂的信貸計(jì)數(shù)器，稱為桶(bucket)，以及信貸，稱為令牌。在接收到信元時(shí)，如果計(jì)數(shù)器(也就是桶)有足夠的信貸(也就是令牌)，那么接納該信元；否則，該信元標(biāo)記成低優(yōu)先級(jí)信元或者被丟棄。此外，在分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請(qǐng)中解釋了，基于GCRA的算法可以在所謂的漏桶模塊(LBM)中實(shí)現(xiàn)，用以實(shí)現(xiàn)若干ATM業(yè)務(wù)類別(基于業(yè)務(wù)類別(CoS)排序，業(yè)務(wù)類別由類似于時(shí)間敏感性、峰值和持續(xù)帶寬保證、突發(fā)性和交付保證等因素定義)的業(yè)務(wù)量監(jiān)管和業(yè)務(wù)量整形(也就是調(diào)度)。
層次調(diào)度功能通過(guò)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列模塊(PQM)(該圖中未示出)實(shí)現(xiàn)，其中各層對(duì)條目實(shí)現(xiàn)調(diào)度功能，根據(jù)流集合，該條目可以是以下之一子端口、總線、端口和管道。實(shí)際上，當(dāng)交換設(shè)備接收到新流的信元時(shí)，該數(shù)據(jù)流由調(diào)度器中的一個(gè)條目如下表示。從LBM接收到流ID(也就是FID)，基于CoS/QoS，流數(shù)據(jù)，也就是調(diào)度器所給出的FID和TS，存儲(chǔ)在應(yīng)用的第一層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。因此，TS數(shù)據(jù)集實(shí)際上是調(diào)度器可以在這些流所在的各劃分層和業(yè)務(wù)平面給出的所有TS值的窮盡列表。各個(gè)值與一個(gè)指針關(guān)聯(lián)，該指針?biāo)傅南嚓P(guān)列表包含了在特定TS值開始的所有符合條件的流。在第一層的所有的競(jìng)爭(zhēng)子端口中(例如線路單元的不同流)，層仲裁器只會(huì)選擇一個(gè)具有最小TS的子端口，然后將它轉(zhuǎn)發(fā)給下一層的仲裁機(jī)構(gòu)，也就是第二層仲裁。第二層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)包含不同子端口的“優(yōu)勝FID/TS”數(shù)據(jù)。同樣，只有一個(gè)具有最小TS的條目被選出，轉(zhuǎn)發(fā)給第三層。對(duì)其它的聚合層如此重復(fù)這種處理，最終得到每種業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)類的優(yōu)勝提名(也就是優(yōu)勝信元的FID/TS數(shù)據(jù))。在分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請(qǐng)中還指出了，對(duì)每個(gè)業(yè)務(wù)類平面執(zhí)行這種層基仲裁，從而得到每個(gè)平面的優(yōu)勝提名，這樣，考慮CoS的基于TS的仲裁器對(duì)各個(gè)業(yè)務(wù)平面的優(yōu)勝者進(jìn)行仲裁，選擇最終的優(yōu)勝者。
因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，各層的仲裁涉及管理與其相關(guān)的PQ結(jié)構(gòu)，用于選擇該層的優(yōu)勝者。一般來(lái)說(shuō)，PQ結(jié)構(gòu)以樹的形式實(shí)現(xiàn)，其中數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)(代表例如接納信元或低層選擇的信元的TS/FID)按照特定插入/刪除準(zhǔn)則安置。下面將會(huì)詳細(xì)給出，按照本發(fā)明的教導(dǎo)，采用一種特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為日歷堆(CH)結(jié)構(gòu)，高效地排序TS參數(shù)。圖2給出了一種多層、多平面調(diào)度器200的實(shí)施方式，它在實(shí)現(xiàn)圖1所示ATM交換設(shè)備時(shí)采用本發(fā)明的排序方案。各個(gè)聚合層的調(diào)度器200的每一個(gè)PQ實(shí)體都以樹結(jié)構(gòu)示出，得到每個(gè)業(yè)務(wù)平面的總嵌套樹方案。下面的表給出了各個(gè)示例性業(yè)務(wù)以及相關(guān)的參數(shù)信息
表1

與參數(shù)數(shù)據(jù)和QoS級(jí)別相關(guān)的其它細(xì)節(jié)可以參見(jiàn)分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請(qǐng)。繼續(xù)圖2，標(biāo)號(hào)206-1到206-6分別指以下業(yè)務(wù)平面rt[CBR/VBR]-高平面，rt[CBR/VBR]-中平面，rt[CBR/VBR]-低平面，nrt-VBR和GFR平面，GFR平面，以及UBR(也就是，可用最佳)平面。標(biāo)號(hào)208是指對(duì)應(yīng)于子端口仲裁器1305-i的PQ樹，其中PQ樹基于相應(yīng)子端口所支持的VC連接生成。實(shí)際上，調(diào)度器的每個(gè)子端口采用(或者構(gòu)造)一個(gè)PQ，它是存儲(chǔ)所有活躍FID的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(也就是與該FID相關(guān)的VC隊(duì)列至少有一個(gè)信元)。所有子端口仲裁器的優(yōu)勝者(例如，子端口仲裁器222-i和222-j)都被轉(zhuǎn)發(fā)，填充與總線級(jí)仲裁器224-1相關(guān)聯(lián)的下一級(jí)PQ樹結(jié)構(gòu)210。同樣，總線級(jí)仲裁器224-1和224-k轉(zhuǎn)發(fā)各個(gè)選擇給架級(jí)PQ結(jié)構(gòu)212。架級(jí)仲裁器214、棧面接口216、傳輸層接口218轉(zhuǎn)發(fā)它們的選擇給管道級(jí)仲裁器220，后者為特定業(yè)務(wù)平面選擇一個(gè)優(yōu)勝提名。
現(xiàn)在參看圖3，給出的高級(jí)框圖說(shuō)明了一種交換設(shè)備卡300，它包括調(diào)度器塊310，用于按照本發(fā)明的教導(dǎo)實(shí)現(xiàn)基于CH的排序方案。調(diào)度器塊310包括PQM302和LBM308，兩者之間的多個(gè)接口實(shí)現(xiàn)與調(diào)度器操作相關(guān)的消息/數(shù)據(jù)通信。這些接口包括過(guò)期接口314，優(yōu)勝者流接口316，堆/流重連接接口318，以及堆/流插入接口320。PQM塊302還與多個(gè)存儲(chǔ)器塊304-1到304-4接口，用以存儲(chǔ)與上述分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的各個(gè)PQ數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。連接到PQM塊302的控制存儲(chǔ)器306存儲(chǔ)與PQM操作相關(guān)的控制程序代碼。
LBM塊308也與一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器塊，例如存儲(chǔ)器312接口，用以存儲(chǔ)與LBM實(shí)現(xiàn)的監(jiān)管和整形算法處理相關(guān)的信息。在一種實(shí)現(xiàn)中，LBM用漏桶計(jì)算器作為狀態(tài)機(jī)，它按照業(yè)務(wù)量合同和它所屬連接的歷史決定信元是否合格。在用于監(jiān)管時(shí)，該狀態(tài)機(jī)決定入信元是否符合要求，而用于整形時(shí)，它決定信元符合業(yè)務(wù)要求的時(shí)刻。根據(jù)業(yè)務(wù)類別的不同，提供了帶有特定參數(shù)(也就是業(yè)務(wù)量描述符、漏桶參數(shù)(理論到達(dá)時(shí)間或TAT、TS值、信元到達(dá)時(shí)間等)的一個(gè)或多個(gè)特定算法處理，用以實(shí)現(xiàn)LBM的監(jiān)管和整形操作。下面將會(huì)詳細(xì)描述，本發(fā)明的GFR業(yè)務(wù)采用兩種不同的算法LB處理來(lái)實(shí)現(xiàn)，每種算法具有不同的參數(shù)集，可分別用于調(diào)整保證流部分和非保證流部分。
LBM塊308還與上下文存儲(chǔ)器模塊(CMM)332和隊(duì)列核心模塊(QCM)332接口，用以實(shí)現(xiàn)其整體功能，為該ATM交換設(shè)備服務(wù)的所有流維護(hù)漏桶信息。與CMM塊332關(guān)聯(lián)的信元到達(dá)接口348充當(dāng)入信元的進(jìn)入點(diǎn)。與CMM模塊332相關(guān)聯(lián)的上下文存儲(chǔ)器334用于存儲(chǔ)基于流的信息，例如QoS、FID、漏桶參數(shù)、目的路徑標(biāo)記(DPT)信息等。此外，可以提供統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)器塊336，用以收集與該ATM交換設(shè)備卡300所服務(wù)的連接相關(guān)的性能監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。入口流上下文信息和出口流上下文信息分別通過(guò)接口338和340提供給QCM塊322。頭/尾指針存儲(chǔ)器352和統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)器354連接到QCM塊322。與其相關(guān)聯(lián)的信元指針接口356基于調(diào)度操作指向符合業(yè)務(wù)條件的信元。
QCM塊322和LBM塊308之間的接口包括以下接口流激活接口324、流重連接和去活接口326、關(guān)閉連接接口328和超時(shí)接口330。LBM塊308和CMM塊332之間提供的優(yōu)勝信元接口342用于發(fā)送優(yōu)勝信元的相關(guān)信息。此外，還提供了時(shí)鐘管理塊344和具有一個(gè)處理器接口350的處理器接口模塊346。
考慮到上述各種結(jié)構(gòu)塊，LBM塊308的總體功能包括以下各項(xiàng)流激活當(dāng)信元到達(dá)或與其FID相關(guān)的信元緩沖器以前是空的時(shí)，QCM發(fā)送流激活消息給LBM。該接口包含了與流相關(guān)的上下文存儲(chǔ)器中發(fā)現(xiàn)的信息。
優(yōu)勝流和流重連接/去活當(dāng)PQM選擇某個(gè)流作為優(yōu)勝者時(shí)，將該流從它所屬的不同堆中刪除(例如根據(jù)聚合層)。如果特定流的信元緩沖中還有剩余的信元，那么LBM重新計(jì)算TS值，在PQ數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中重新連接該流。如果沒(méi)有剩余的信元，LBM計(jì)算該流的TS值，將其存儲(chǔ)在漏桶中，直至該流的另一信元到達(dá)。
關(guān)閉連接如果CAC抑制某個(gè)流，信元緩沖器會(huì)清除，F(xiàn)ID可以重用于其它連接。為了防止將舊的參數(shù)用于新連接，必須通知LBM該流已不再有效。
超時(shí)檢查漏桶存儲(chǔ)器，最好定期檢查，以防止存儲(chǔ)過(guò)期時(shí)間。
基于前面的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)理解，高效的調(diào)度器實(shí)現(xiàn)要求能夠處理大量TS值的方案(例如，采用K比特的比特域，就可能會(huì)有2K個(gè)TS值)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)TS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作，例如插入、刪除、排序等操作。確切地說(shuō)，為了確定前面提出的GCRA方法所用的最小TS值，高效的排序方案是必要的。在本專利申請(qǐng)的背景部分間接提到，雖然堆和日歷隊(duì)列(CQ)是某些排序大數(shù)據(jù)集的更為人們熟悉的結(jié)構(gòu)，但它們受制于算法復(fù)雜性(堆)和/或存儲(chǔ)器的過(guò)量使用(CQ結(jié)構(gòu))。圖4說(shuō)明了一種示例性的傳統(tǒng)CQ方案400，它排序使用由3個(gè)比特TS域所得到的8個(gè)TS值。標(biāo)號(hào)410-1到410-8指向TS402能采用的8個(gè)TS值，TS-1到TS-8。有效性比特404和指針406可以與TS域402相關(guān)聯(lián)，有效性比特用于指示相關(guān)的TS值和/或其指針是否有效。該指針指向一列流408，其TS值基于它們的LB計(jì)算。例如，標(biāo)號(hào)412-1到412-8分別指示與TS-1到TS-8相關(guān)聯(lián)的8個(gè)比特。指針414-1到414-8指向?qū)?yīng)的鏈接流列表連接416-1到416-8。雖然在傳統(tǒng)的CQ方案中排序可以很快地完成，但在存儲(chǔ)器使用上它卻不很有效，因?yàn)樗?個(gè)TS值的存儲(chǔ)器都需要事先分配。至于從TS-1到TS-8排序所需的操作數(shù)量，最壞情況搜索時(shí)間包括檢查8個(gè)有效性比特的時(shí)間。
現(xiàn)在參看圖5，給出了本發(fā)明用于排序8個(gè)TS值的示例性的綜合“日歷堆”(CH)方案500。按照本發(fā)明的教導(dǎo)，選擇基數(shù)2將8個(gè)TS值分成4個(gè)組502-1到502-4，每個(gè)組具有兩個(gè)有效性比特，以及與這兩個(gè)比特相關(guān)的各個(gè)指針。這四個(gè)組，每個(gè)組是2比特堆結(jié)構(gòu)，形成了層次樹的底層，第三級(jí)，層次樹的第二層包括2個(gè)2比特堆結(jié)構(gòu)504-1和504-2，第一層(也就是頂節(jié)點(diǎn))包括單個(gè)2比特結(jié)構(gòu)506。每個(gè)2比特堆結(jié)構(gòu)包括一個(gè)比特域，其比特?cái)?shù)量等于基數(shù)值，本例中也就是2，以及相應(yīng)數(shù)量的指針，這些指針指向后續(xù)層的2比特堆。比特518A和518B形成了頂層堆結(jié)構(gòu)506，它包括指針516A和516B，它們分別指向第二級(jí)堆結(jié)構(gòu)504-1和504-2。依次地，2比特堆504-1則包括比特512A、512B和相應(yīng)指針508A、508B；2比特堆504-2包括比特514A、514B和相應(yīng)指針510A、510B。這四個(gè)第二層指針每一個(gè)都指向前述第三級(jí)分組中的組502-1到502-4中相應(yīng)的一個(gè)。
排序開始于第一級(jí)堆，它基于比特518A和518B的內(nèi)容，確定哪個(gè)指針有效并指向包含最小TS值的樹段。如果最小TS值正好在數(shù)的前半部分(也就是在TS-1到TS-4)，則指針516A有效，設(shè)置成B1518A。之后，指針516A所指的堆結(jié)構(gòu)504-1用于決定指針508A和508B中哪個(gè)有效，最終通往指向具有最小TS值的流列表的第三級(jí)節(jié)點(diǎn)。
因?yàn)橹挥性诘玫接行У腡S值的情況下，層次樹結(jié)構(gòu)才會(huì)被填充，所以不需要預(yù)先分配能夠存儲(chǔ)所有可能TS值的存儲(chǔ)器。因此，在CH排序方案中，存儲(chǔ)器的使用更加有效。此外，查詢時(shí)間只是檢查6個(gè)比特的時(shí)間(每級(jí)兩個(gè)比特)。應(yīng)當(dāng)理解，查詢時(shí)間最終與級(jí)的數(shù)量和基數(shù)值相關(guān)。其中N＝TS值的總數(shù)(也就是log2[N]＝TS域中的比特?cái)?shù)量)，R＝基數(shù)，級(jí)數(shù)等于logR[N]，每一級(jí)包括R[級(jí)-1]數(shù)量個(gè)R比特堆結(jié)構(gòu)。隨著基數(shù)的增加，排序速度也增加，因?yàn)閷哟螛浣Y(jié)構(gòu)中的層數(shù)變少。但是，結(jié)果樹結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器數(shù)量增加。因此，實(shí)際應(yīng)用中通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)腞值來(lái)權(quán)衡節(jié)約存儲(chǔ)器和搜索時(shí)間。
本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，為了能夠通過(guò)各種方式完成搜索，必須逐個(gè)堆地確定下面是下一級(jí)的哪個(gè)樹段。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，為每個(gè)堆結(jié)構(gòu)提供了最低有效比特(LSB)定位器，它與具有比特?cái)?shù)log2[基數(shù)]的MIN塊一起，用于堆的比特域(其比特?cái)?shù)量等于選擇的基數(shù))。圖6A按照本發(fā)明的教導(dǎo)給出的示例性K比特堆600A，它可以在CH方案中采用。標(biāo)號(hào)602代表與指向下一級(jí)K比特堆的K指針604關(guān)聯(lián)的K個(gè)比特，其總數(shù)可以等于K[級(jí)-1]。前面間接提到，對(duì)N個(gè)時(shí)間戳和基數(shù)K而言，總級(jí)數(shù)可以是logK[N]。例如，如果N＝8(也就是3比特TS值)，且基數(shù)＝2，則級(jí)數(shù)＝3，因此，第二層有兩個(gè)2比特堆。標(biāo)號(hào)606指向與K比特堆相關(guān)聯(lián)的LSB定位器，它結(jié)合具有l(wèi)og2[K]比特的MIN塊608工作。
圖6B和6C給出了示例性2比特和4比特CH方案600B、600C，分別利用2比特基數(shù)和4比特基數(shù)來(lái)排序/搜索N個(gè)時(shí)間戳。如CH方案600B所示，頂層，第一級(jí)具有單個(gè)2比特堆結(jié)構(gòu)640，它具有比特1和比特2，分別對(duì)應(yīng)于指針1和指針2。LSB定位器與針對(duì)1比特MIN塊644一起工作。為下一層，第二級(jí)，提供了兩個(gè)堆646A和646B，每個(gè)堆都有一對(duì)指針，指向下一級(jí)次。最終，底層，第L級(jí)(其中L＝log2[N])，包括N/2個(gè)2比特堆648-1到648-(N/2)，每個(gè)堆有兩個(gè)指針，在對(duì)應(yīng)的兩個(gè)TS值上指向鏈接流列表。
同樣，4比特CH方案600C包括具有L層的層次樹，其中L＝log4[N]，它利用4比特堆排序N個(gè)時(shí)間戳。單個(gè)4比特堆結(jié)構(gòu)660形成了頂層，也就是第一級(jí)，它包括LSB定位器662以及2比特MIN塊664，后者可以針對(duì)堆的4比特B1-B4操作。這4個(gè)比特每一個(gè)都與一個(gè)指針相關(guān)聯(lián)，該指針指向下一層的堆。4個(gè)這種4比特堆666A-D形成了狹義層，也就是第二級(jí)。最后，底層，第L級(jí)，包括N/4個(gè)組668-1到668-(N/4)，每個(gè)組有4個(gè)比特和相關(guān)聯(lián)的指針。
基于前面的討論，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新方案，該綜合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有類似隊(duì)列的性能特征，以及類似堆的存儲(chǔ)效率。傳統(tǒng)CQ是一維的，而本發(fā)明基于選定的對(duì)特定應(yīng)用最優(yōu)的基數(shù)，將TS域劃分成若干部分，從而將傳統(tǒng)的CQ設(shè)置為多維的樹。尤其是基數(shù)32和基數(shù)64，非常適用于某些實(shí)現(xiàn)。此外，可以跨層次ATM調(diào)度器裝置的不同業(yè)務(wù)平面和數(shù)據(jù)聚合層實(shí)現(xiàn)多個(gè)基數(shù)值。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解，盡管本發(fā)明的綜合CH方案在接入節(jié)點(diǎn)的ATM交換設(shè)備工作的層次調(diào)度提出，本申請(qǐng)包含的內(nèi)容并不局限于這種環(huán)境；它們也可以在其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)前面的詳細(xì)描述，相信本發(fā)明的操作和構(gòu)造已經(jīng)很清楚。示出和描述的本發(fā)明實(shí)施方式是示例性的，應(yīng)當(dāng)理解在不偏離后附權(quán)利要求書所提出的本發(fā)明范圍的前提下，可以作出各種變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)接入網(wǎng)元中實(shí)現(xiàn)的異步傳輸模式(ATM)交換設(shè)備調(diào)度器中的N個(gè)時(shí)間戳(TS)值進(jìn)行排序的方法，包括以下步驟選擇基數(shù)(R)值，將所述TS值分成N/R個(gè)組，其中每個(gè)組與數(shù)量與所述基數(shù)值對(duì)應(yīng)的一組比特相關(guān)聯(lián)，所述比特用于指示所述組的TS值之中哪些是有效的；在層次樹裝置中生成多個(gè)層，其中所述比特集形成了logR[N]級(jí)的層，每一層包括一組數(shù)量等于R[級(jí)-1]的堆結(jié)構(gòu)，級(jí)＝1，2，...，logR[N]，此外，每個(gè)堆結(jié)構(gòu)包括R個(gè)比特和R個(gè)指針，級(jí)(i)層的所述指針指向級(jí)(i+1)層的堆結(jié)構(gòu)，其中i＝1，2，...，{logR[N]-1}；以及從第一級(jí)堆結(jié)構(gòu)開始，相繼確定特定后續(xù)級(jí)上哪個(gè)堆結(jié)構(gòu)具有最小值，直至到達(dá)所述logR[N]級(jí)。
2.按照權(quán)利要求1對(duì)ATM交換設(shè)備調(diào)度器中的N個(gè)時(shí)間戳(TS)值進(jìn)行排序的方法，其中所述基數(shù)值等于2。
3.按照權(quán)利要求1對(duì)ATM交換設(shè)備調(diào)度器中的N個(gè)時(shí)間戳(TS)值進(jìn)行排序的方法，其中所述基數(shù)值等于4。
4.按照權(quán)利要求1對(duì)ATM交換設(shè)備調(diào)度器中的N個(gè)時(shí)間戳(TS)值進(jìn)行排序的方法，其中相繼確定特定后續(xù)級(jí)上哪個(gè)堆結(jié)構(gòu)具有最小值的所述操作還包括對(duì)級(jí)(i)層上的特定堆結(jié)構(gòu)，利用運(yùn)行于所述R個(gè)比特上的最低有效比特(LSB)定位器；以及利用與所述LSB定位器識(shí)別的特定比特相關(guān)聯(lián)的指針，遍歷到級(jí)(i+1)層的另一堆結(jié)構(gòu)。
5.按照權(quán)利要求1對(duì)ATM交換設(shè)備調(diào)度器中的N個(gè)時(shí)間戳(TS)值進(jìn)行排序的方法，其中選擇基數(shù)(R)值，將所述TS值分成N/R個(gè)組的所述操作包括選擇一個(gè)可變基數(shù)值。
6.按照權(quán)利要求1對(duì)ATM交換設(shè)備調(diào)度器中的N個(gè)時(shí)間戳(TS)值進(jìn)行排序的方法，其中在所述logR[N]級(jí)上的每個(gè)所述比特與一個(gè)指針關(guān)聯(lián)，該指針指向基于其對(duì)應(yīng)的特定TS、將要被調(diào)度以提供業(yè)務(wù)的ATM流鏈接列表。
7.一種計(jì)算機(jī)可訪問(wèn)介質(zhì)，它與接入網(wǎng)元中異步傳輸模式(ATM)交換設(shè)備調(diào)度器中的處理器接口協(xié)作，當(dāng)運(yùn)行在相關(guān)聯(lián)的處理器上時(shí)，所述介質(zhì)具有完成以下操作的指令用于選擇基數(shù)(R)值，將所述TS值分成N/R個(gè)組的指令，其中每個(gè)組與數(shù)量與所述基數(shù)值對(duì)應(yīng)的一組比特相關(guān)聯(lián)，所述比特用于指示所述組的TS值之中哪些是有效的；用于在層次樹裝置中生成多個(gè)層的指令，其中所述比特集形成了logR[N]級(jí)的層，每一層包括一組數(shù)量等于R[級(jí)-1]的堆結(jié)構(gòu)，級(jí)＝1，2，....，logR[N]，此外，每個(gè)堆結(jié)構(gòu)包括R個(gè)比特和R個(gè)指針，級(jí)(i)層的所述指針指向級(jí)(i+1)層的堆結(jié)構(gòu)，其中i＝1，2，....，{logR[N]-1}；以及從第一級(jí)堆結(jié)構(gòu)開始，相繼確定特定后續(xù)級(jí)上哪個(gè)堆結(jié)構(gòu)具有最小值，直至到達(dá)所述logR[N]級(jí)的指令。
8.按照權(quán)利要求7的計(jì)算機(jī)可訪問(wèn)介質(zhì)，其中選擇基數(shù)(R)的所述指令包括選擇基數(shù)值2的指令。
9.按照權(quán)利要求7的計(jì)算機(jī)可訪問(wèn)介質(zhì)，其中選擇基數(shù)(R)的所述指令包括選擇基數(shù)值4的指令。
10.按照權(quán)利要求7的計(jì)算機(jī)可訪問(wèn)介質(zhì)，其中相繼確定特定后續(xù)級(jí)上哪個(gè)堆結(jié)構(gòu)具有最小值的所述指令還包括對(duì)級(jí)(i)層上的特定堆結(jié)構(gòu)，利用運(yùn)行于所述R個(gè)比特上的最低有效比特(LSB)定位器的指令；以及利用與所述LSB定位器識(shí)別的特定比特相關(guān)聯(lián)的指針，遍歷到級(jí)(i+1)層的另一堆結(jié)構(gòu)的指令。
11.按照權(quán)利要求7的計(jì)算機(jī)可訪問(wèn)介質(zhì)，其中選擇基數(shù)(R)值的所述指令包括選擇一個(gè)可變基數(shù)值的指令。
12.按照權(quán)利要求7的計(jì)算機(jī)可訪問(wèn)介質(zhì)，其中在所述logR[N]級(jí)上的每個(gè)所述比特與一個(gè)指針關(guān)聯(lián)，該指針指向基于其對(duì)應(yīng)的特定TS、將要被調(diào)度以提供業(yè)務(wù)的鏈接關(guān)聯(lián)ATM流列表。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種日歷堆結(jié)構(gòu)和方法，用以對(duì)接入網(wǎng)元中實(shí)現(xiàn)的ATM交換設(shè)備調(diào)度器中N個(gè)時(shí)間戳(TS)值進(jìn)行排序。堆結(jié)構(gòu)采用基數(shù)值(R)實(shí)現(xiàn)，用以將N個(gè)TS值分成多個(gè)組。與這些TS值相關(guān)聯(lián)的有效性比特在具有l(wèi)ogR(N)級(jí)的樹中層次化分布，其中底層N個(gè)比特對(duì)應(yīng)的指針指向具有各自的TS值的鏈接流表。從頂層堆開始，相繼考察各個(gè)后續(xù)級(jí)的堆，以決定哪個(gè)特定的堆具有最小值，直到到達(dá)了底級(jí)的某個(gè)特定有效性比特，這個(gè)有效性比特指向最小TS。
文檔編號(hào)H04L12/42GK1499784SQ20031010231
公開日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者默德哈法·哈桑-阿里, 杰夫·門德?tīng)査? 安妮·拉斯泰羅, 陳立勝, 雷迪米爾·希爾施圖特, 賽納·索爾托尼, 弗朗西斯科·莫雷諾, 爾 希爾施圖特, 拉斯泰羅, 斯科 莫雷諾, 索爾托尼, 門德?tīng)査? 默德哈法 哈桑-阿里 申請(qǐng)人:阿爾卡特公司