專利名稱：在分組交換數據流之間調度可用鏈路帶寬的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據權利要求1的方法，用于在分組交換數據流之間調度可用鏈路帶寬。
本發(fā)明還涉及一種根據權利要求5的設備，用于在分組交換數據流之間調度可用鏈路帶寬。
背景技術：
在以下詳細描述現有技術和本發(fā)明的文本中將會用到下列縮略語BE用于如下應用的服務類別(盡最大努力)，所述應用被允許使用網絡瞬時可用帶寬，但不保證最小數據速率，也不保證分組傳輸延遲與延遲抖動的上限，CoS服務類別，DSCP指示分組服務類別的分組報頭信息(區(qū)分服務編碼點)，FIFO先入先出的排隊規(guī)定，G+E用于如下應用的服務類別(保證速率和盡最大努力)，所述應用被允許使用網絡瞬時可用帶寬并且保證一個最小數據速率，但不保證分組傳送延遲與延遲抖動的上限，QoS服務質量，RT用于如下應用的服務類別(實時)，對這些應用而言，分組傳送延遲與延遲抖動將會減至最小并且保證了最小數據速率，但是這些應用無法使用網絡的瞬時可用帶寬，SFQ開始時間公平排隊，一種加權排隊規(guī)定[1]，wfq加權排隊規(guī)定，用作一個廣義概念的縮略語(加權公平排隊)，WFQ加權公平排隊，一種特定的加權排隊規(guī)定[1]，WRED加權擁塞避免算法[3，4](加權隨機早期檢測)。
在分組交換網絡中，一方面由于使用數據網絡服務的各種應用的需要，另一方面則由于電信服務供應商與其客戶的QoS等級協定，因此通常有利的是將所要傳送的數據分組分為不同的服務類別(CoS)。例如在與常規(guī)電話連接相結合的時候，有必要使得應用所需要的帶寬在預定時間可用并且伴隨足夠低的數據傳送延遲和延遲抖動。在一個電話應用中，在網絡負載低的狀態(tài)下，用戶可以使用暫時較高的鏈路帶寬，但用戶并不會從中獲益。與此相反，舉例來說，在下載萬維網頁面的過程中，如果可以使用網絡的所有臨時可用帶寬，那將是極為有利的。
接下來對一種情況進行檢查，其中電信服務供應商提供了以下服務類別-RT(實時)用于那些保證最小數據速率的應用的服務類別，并且分組傳輸延遲和延遲抖動都減至最小，即使施加到通信網絡上的業(yè)務量負載暫時處于很低等級，也不會進行任何嘗試來增加提供給指定應用的瞬時數據速率。
-G+E(保證速率和盡最大努力)用于那些確保一個給定最小數據速率的應用的服務類別，并且附加提供數據傳輸系統的所有瞬時可用帶寬，以供所述應用使用。然而并沒有為分組傳輸延遲與延遲抖動的保證上限給出任何約定。
-BE(盡最大努力)用于那些被分配使用網絡瞬時可用帶寬但沒有任何保證的最小數據傳輸速率的應用的服務類別。此外也沒有為指定給分組傳送延遲和延遲抖動的上限做出任何約定。
圖1顯示了用于在代表以上列舉的服務類別的數據流之間調度公共數據傳輸鏈路帶寬的常規(guī)方案。而圖1所示系統的功能則如下所示-指派給指定分組的服務類別可以通過分組中傳送的報頭信息(例如DSCP，也就是區(qū)分服務編碼點[2])來識別。
-將接收到的分組調度到相應的服務類別特定的FIFO隊列(RT、G+E和BE隊列)。
-把歸入服務類別G+E的各個分組進一步指派到CoS的一個內部子群，至少允許判定所述分組屬于被約定為保證最小速率的業(yè)務量部分(下文稱為G部分)，還是屬于超出了保證最小速率的業(yè)務量部分(下文稱為E部分)。舉例來說，可以借助DSCP[2]中傳送的優(yōu)先級信息(例如丟棄優(yōu)先權)來表示將一個分組指派到給定子群。在隊列擁塞而需要判定應該將擁塞控制策略操作應用于哪些分組的時候將會用到所述子群信息。這種方法的一個實例是WRED(加權隨機早期檢測)擁塞控制方法[3，4]。
-使用加權調度規(guī)定(例如SFQ[1])來為RT隊列1、G+E隊列5和BE隊列6的數據流調度鏈路帶寬，因此，相對于G+E和BE隊列的加權(WG+E和WBE)而把RT隊列4的加權(WRT)選得很大，以使類別RT的業(yè)務量在所有條件下都可以使用為其分配的最小帶寬，同時相對于BE隊列6的加權而把G+E隊列5的加權選得很大，以使類別G+E的業(yè)務量在所有狀態(tài)下都被準許使用所述的保證最小數據速率。
-假設在調度器之前，類別RT與類別G+E的G部分的業(yè)務量都是帶寬受限的。
圖2顯示了在代表以上列出的服務類別的數據流之間調度公共鏈路帶寬的另一種常規(guī)方案。圖2所示系統的功能不同于圖1所示系統的功能，其差別在于圖2所示系統以先于G+E5和BE隊列的優(yōu)先級來為RT隊列4調度鏈路帶寬。由于在把RT隊列4的業(yè)務量輸入調度器的輸入端口之前，將其假設為帶寬受限，因此可能將優(yōu)先級調度規(guī)定運用于RT隊列4。
圖1和2所示調度方案的問題在于在調度器中，類別BE的業(yè)務量受到加權為WG+E的類別G+E中E部分業(yè)務流的競爭，其中，相對于類別BE的加權WBE而言，加權WG+E的值是基于類別G+E的保證最小數據速率(為G部分所保證的)來選擇的。因此，當類別G+E中E部分業(yè)務流也在同一時間嘗試使用同一瞬時空閑鏈路帶寬時，類別BE使用瞬時可用帶寬的能力將會是非常差的。而這與類別BE的業(yè)務量的基本思想恰恰相反，類別BE的業(yè)務量的基本思想是確保沒有數據傳輸速率下限，取而代之的是提供用戶充分使用瞬時可用帶寬的服務。
圖3描述的典型事例(a)和(b)說明了這種情況。圖中，典型事例(a)對應的是當以最大可能數量發(fā)送來自各個服務類別的業(yè)務量時，在不同服務類別的業(yè)務流之間進行帶寬共享。在這里，類別G+E的業(yè)務量使用的帶寬數量(BG+E)與類別BE所用帶寬數量(BBE)的比值是WG+E/WBE。而典型事例(b)對應的則是除了類別RT的業(yè)務量所使用的帶寬部分小于為所述類別保留的帶寬，同時盡可能多地傳送類別G+E和BE的業(yè)務量之外，當為類別RT以及類別G+E中G部分的業(yè)務量所保留的帶寬與典型事例(a)中相同時，在不同服務類別的數據流之間進行帶寬共享。在這種情況下，帶寬使用率為BG+E/BBE＝WG+E/WBE。從典型事例(b)中可以明顯看出，類別RT的業(yè)務量仍未使用的帶寬部分幾乎全部提供給了類別G+E中的E部分。
必須注意的是，由于不允許調度器改變類別G+E的業(yè)務流中的分組轉發(fā)順序，因此無法將類別G+E中G部分與E部分劃分為可以給予相互獨立的調度加權的不同隊列。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是克服上述現有技術的缺陷并提供一種全新類型的方法和設備，用于在不同分組交換數據流之間調度瞬時可用帶寬。更具體的說，本發(fā)明涉及一種方法，該方法能夠實現一個調度器，以便在類別G+E中E部分業(yè)務流與類別BE的業(yè)務流之間以預期比率(例如1∶1)來分配瞬時可用帶寬。
本發(fā)明的目的是通過使用調度器操作控制中的子群信息(例如丟棄優(yōu)先權)來實現的。在現有技術中，僅僅將子群信息用在擁塞控制系統中(例如WRED)。然而，根據本發(fā)明的調度方法并不排斥將子群信息(例如丟棄優(yōu)先權)用在擁塞控制系統中。
更具體的說，根據本發(fā)明的方法，其特征即為權利要求1的特征部分所描述的內容。
此外，根據本發(fā)明的設備，其特征即為權利要求5的特征部分所描述的內容。
本發(fā)明允許使用一種在類別G+E中E部分數據流與類別BE數據流之間以預期比率(例如1∶1)分配可用剩余帶寬的方式來實現調度引擎，從而提供了超越現有技術的顯著優(yōu)點。因此，可以提供一種服務類別(G+E)，以便能夠使用數據傳輸網絡的瞬時可用帶寬，同時確保一個保證最大數據速率，而不損害這種不具有數據傳輸速率保證下限而是具有通過使用瞬時可用帶寬所實現的服務的類別(例如BE)中的服務質量。


下文中通過參考附圖并且根據例示實施例而對本發(fā)明進行更為詳細的描述，其中圖1顯示了用于為上述服務類別(RT，G+E，BE)的數據流調度公共數據傳輸鏈路帶寬的現有技術系統的框圖；圖2顯示了用于為上述服務類別的數據流調度公共數據傳輸鏈路帶寬的另一種現有技術系統的框圖；以及圖3顯示了在不同服務類別的數據流之間劃分瞬時可用帶寬的兩個典型事例(a)和(b)。典型事例(a)中傳送的是每個服務類別上的最大量的業(yè)務量。而在典型事例(b)中，分別為類別RT和類別G+E中G部分保留的帶寬部分與典型事例(a)中相同，但是類別RT的業(yè)務量使用的帶寬小于為所述類別保留的帶寬上限，同時類別G+E與BE的業(yè)務量是以最大帶寬來傳送的；以及圖4顯示了一個根據本發(fā)明而在上述服務類別的數據流之間調度公共數據傳送鏈路帶寬的系統的框圖。
具體實施例方式
后續(xù)描述中將對根據本發(fā)明的方法的理論基礎進行說明。
在基于加權的調度方法中，在調度器輸入端口接收的分組是用一個轉發(fā)順序標識符(例如SFQ方法[1]中的Start_tag)來標記的，其中所述標識符聲明了調度轉發(fā)所述分組的時刻。因此，所要轉發(fā)的第一個分組是具有這樣一個順序標識符的分組，所述順序標識符具有一個指示最早轉發(fā)時刻的數值。傳輸順序指示無需與實際時間同步，而是只要各個分組的轉發(fā)標識符相對彼此都處于正確的傳輸順序即可。
在為一個從給定服務類別隊列接收的分組產生轉發(fā)順序標識符的過程中，分組加權是根據各個服務類別來指派的。如果隊列J1具有高于隊列J2的加權，那么相對于隊列J2的相應轉發(fā)標識符序列而言，隊列J1的連續(xù)分組轉發(fā)標識符序列具有這樣一種特性，那就是隊列J1得到了較大部分的調度器輸出容量。
在基于優(yōu)先級的排序方法中，將一個優(yōu)先級數值指派給在調度器1的輸入端口接收的各個分組。分組優(yōu)先級數值則確定了接下來將要轉發(fā)哪個分組。
然而在根據本發(fā)明的方法中，指派給一個分組的優(yōu)先級數值或者用于產生分組轉發(fā)順序標識符的加權不但分別依賴于分組服務類別(下文用符號q表示)，而且還依賴于所述分組和/或處于同一服務類別中的所述分組之前或之后的分組的子群信息(下文用符號p表示，例如，這種優(yōu)先級信息可以是分組丟棄優(yōu)先權[2])，如圖4所示。由于這些分組包含在序列發(fā)生器1前面的服務類別特定隊列中，因此可以了解的是，在由所述隊列包含的分組數量所確定的限度內，預定在不久的將來將會輸入到調度器中的分組所攜帶的究竟是什么類型的子群信息。
在根據本發(fā)明的方法中，子群信息中的一條或多條還可以確定對于一個給定分組的調度判定是使用基于加權還是基于優(yōu)先級的調度機制來做出的。
與此相反，現有技術的系統則是把子群信息(p)用于擁塞控制操作而不是進行調度。
接下來描述的是根據本發(fā)明的調度器的實施例，所述描述針對的是調度器使用SFQ算法[1]來調度類別G+E和BE的業(yè)務流的功能。在這里所論述的本發(fā)明的示范性實施例中，分組特定的加權是基于所研究的分組所歸屬的子群來進行選擇的。對類別G+E中的分組i以及類別BE中的分組j而言，分別如下計算其轉發(fā)順序標識符(SG+E(i)和SBE(j))SG+E(i)＝max{v，SG+E(i-1)+L(i-1)/W(q，p)} (1)SBE(j)＝max{v，SBE(j-1)+L(j-1)/W(q，p)} (2)其中L(i-1)，L(j-1)是以字節(jié)為單位的分組大小，例如，變量p和q確定了加權W的值，因此變量q依賴于指派給所檢查的分組(i或j)的服務類別(G+E或BE)，而變量p則依賴于指派給所檢查的分組(i或j)的子群，v則是所傳送分組的轉發(fā)順序標識符(虛擬時間戳)。
轉發(fā)順序標識符的值是在調度器的服務類別特定輸入端口接收到分組的時候計算得到的，即使應該改變v的值，也不會后來對轉發(fā)順序標識符的值進行更新。在入站分組中，所要轉發(fā)的第一個分組是一個具有較低的轉發(fā)標識符的值的分組(i或j)。
在這里論述的典型事例中，假定如下所述來選擇特定子群的加權如果類別G+E的分組屬于G部分，則W(q＝‘G+E’，p＝‘G’)＝WG，如果類別G+E的分組屬于E部分，則W(q＝‘G+E’，p＝‘G’)＝WE，不管子群信息怎樣，類別BE的分組都具有相同加權，即W(q＝‘BE’，p不相關)＝WBE，在下文中，一個簡單的測試或模擬足以驗證以下事實如果系統在給定時段傳送平均數量WG的G部分分組字節(jié)(或比特)，那么在這個時段，系統會傳送平均數量WBE的類別BE的分組字節(jié)(或比特)，如果系統在給定時段傳送平均數量WE的E部分分組字節(jié)(或比特)，那么系統也會傳送平均數量WBE的類別BE的分組字節(jié)(或比特)。為了簡化情況，可以假設所有分組都具有同等大小，由此以上描述是不僅對分組字節(jié)來說是成立的，對完整的分組而言，以上描述同樣是成立的。
通過適當選擇用于加權WE和WBE的值，可以實現一種調度設備，以便在類別G+E的E部分數據流與類別BE的數據流之間以預期比率來分配可用帶寬。
上述情況的一個替換實施例可以通過為加權WG指派一個無限值來實現。在實踐中，這意味著G部分分組是基于優(yōu)先權而不是使用SFQ規(guī)定來進行調度的。然后，無論在為類別BE的數據流提供了服務的輸出端口上的分組隊列的轉發(fā)順序指示是什么，都會以區(qū)分優(yōu)先級的方式來轉發(fā)一個接收于調度器輸入端口的分組，其中所述端口是為那些處于類別G+E的隊列中的子群G的分組而指派的。由于將類別G+E中G部分業(yè)務量假設為帶寬受限，因此上述操作是切實可行的。
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從http//www.junipef.net/techcenter/techpapers/200021-01.html可獲得的關于WRED規(guī)定的白皮書。
權利要求
1.一種用于在不同分組交換數據流之間調度鏈路帶寬的方法，該方法包括以下步驟以固定或可變長度分組的形式來傳送數字數據，使用允許將分組分為至少兩個服務類別的標識符信息來標記分組，基于指示服務類別的信息，將每一個入站分組單獨劃分到服務類別特定的并行FIFO隊列(4，5，6)之一中，其中，隊列數目是每個服務類別一個，至少一個服務類別使用允許將分組劃分到所述服務類別內部至少兩個內部子群的標識符信息來為其分組加上標簽，給定服務類別的分組形成一個數據流，其中不管分組中承載的子群定義標識符信息，都會保持所述分組的轉發(fā)順序，以及系統的一個或多個出站鏈路的可用帶寬是使用基于加權的調度規(guī)定、基于優(yōu)先級的調度規(guī)定或是二者組合而在所述服務類別特定的FIFO隊列之間進行調度的(1)，其特征在于基于優(yōu)先級的調度規(guī)定中的分組特定的優(yōu)先級的值和/或基于加權的調度規(guī)定中的加權是使用變量q和p的組合結果來確定的，由此變量q的值依賴于為所述分組傳送的數據流所指派的服務類別(CoS)，而變量p的值則依賴于所述分組歸屬的子群(例如丟棄優(yōu)先權)和/或到在所述分組之前或之后在調度器輸入端口接收的同一服務類別的入站分組的子群中的分類。
2.權利要求1的方法，其特征在于使用基于加權或基于優(yōu)先級的調度規(guī)定之間進行的選擇是基于所述分組歸屬的子群和/或如何在子群之間分配所述分組之前或之后在調度器輸入端口接收的同一服務類別的入站分組。
3.權利要求1的方法，其特征在于所述基于加權的調度規(guī)定是一個SFQ(開始時間公平排隊[1])規(guī)定。
4.權利要求1的方法，其特征在于所述基于加權的調度規(guī)定是一個WFQ(加權公平排隊)規(guī)定。
5.一種用于在不同的分組交換數據流之間調度鏈路帶寬的設備，該設備包括用于接收固定或可變長度分組形式的數字數據的裝置，用于讀取所述入站分組中承載的標識符信息并且允許將所述分組分為至少兩個不同服務類別的裝置；用于將所述入站分組單獨劃分為至少兩個不同服務類別的裝置；用于所述服務類別中的每一個服務類別的FIFO分組隊列(4，5，6)，用于基于各個服務類別特定FIFO隊列中的給定分組的服務類別特定標識符信息來引導所述分組的裝置，用于從給定分組中讀取其標識符信息的裝置，其中所述信息允許關于指派給分組的服務類別的內部子群來對所述分組進行分類，一個調度器(1)，用于使用基于加權的調度規(guī)定、基于優(yōu)先級的調度規(guī)定或是二者的組合來為服務類別特定的FIFO隊列(4，5，6)調度系統的一個或多個出站鏈路的可用帶寬，以及用于按照所述調度器(1)確定的分組轉發(fā)順序而將分組發(fā)送至一個或多個出站鏈路的裝置，其特征在于所述設備包括基于各個分組并使用變量q和p的組合結果來確定基于優(yōu)先級的調度規(guī)定中的優(yōu)先級值和/或基于加權的調度規(guī)定中的加權的裝置，由此變量q的值依賴于為所述分組傳送的數據流所指派的服務類別(CoS)，而變量p的值則依賴于所述分組歸屬的子群(例如丟棄優(yōu)先權)和/或基于到在所述分組之前或之后在調度器輸入端口接收的同一服務質量的入站分組的子群中的分類。
6.權利要求5的設備，其特征在于所述設備包括一個用于在使用基于加權的調度規(guī)定還是使用基于優(yōu)先級的調度規(guī)定之間做出判定的裝置，其中所述判定的執(zhí)行是基于所述分組歸屬的子群和/或如何在子群之間分配所述分組之前或之后在調度器輸入端口接收的同一服務類別的入站分組。
7.權利要求5的設備，其特征在于所述設備包括使用SFQ(開始時間公平排隊[1])規(guī)定來執(zhí)行基于加權的調度規(guī)定的裝置。
8.權利要求5的設備，其特征在于所述設備包括使用WFQ(加權公平排隊[1])規(guī)定來執(zhí)行基于加權的調度規(guī)定的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法和設備，用于在分組交換數據流之間調度傳輸鏈路，以使預期CoS(服務類別)具有使用數據傳輸網絡的瞬時可用帶寬的能力，同時提供了一個保證的最小數據速率(保證數據速率和盡最大努力)，但卻沒有損害這種沒有數據速率保證下限而是具有通過使用瞬時可用帶寬來加以實施的服務的類別(盡最大努力)的操作。本發(fā)明則是基于在調度器控制中使用指示服務類別的信息以及指示服務類別內部子群的信息(例如丟棄優(yōu)先權)。按照慣例，指示子群的信息只被用于擁塞控制目的。
文檔編號H04L12/54GK1520113SQ20031012407
公開日2004年8月11日 申請日期2003年10月29日 優(yōu)先權日2002年10月29日
發(fā)明者J·韋內寧, J 韋內寧 申請人:泰勒比斯股份公司