專利名稱：自適應的多跳時分復用調(diào)度方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機和通信網(wǎng)絡中的服務質(zhì)量保證和調(diào)度領域，特別是介質(zhì)訪問子層的服務質(zhì)量保證和調(diào)度，如符合IEEE 802. 3的以太 網(wǎng)的服務質(zhì)量保證和調(diào)度。具體地，本發(fā)明涉及一種在網(wǎng)絡中自適應 的多跳時分復用調(diào)度方法，針對那些低帶寬低延遲的服務，例如VoIP (基于IP的語音)業(yè)務，能夠在保證端到端延遲需求的同時兼顧高速 流的接入請求。
背景技術：
為了保證以太網(wǎng)的服務質(zhì)量，IEEE成立了家居以太網(wǎng)研究組。在 該組的最新研究報告中，引入了125微秒為單位的調(diào)度周期。在每個周 期內(nèi)部，代表多媒體應用的同步流量比代表傳統(tǒng)以太網(wǎng)應用的異步流 量有更高的優(yōu)先權進行發(fā)送。為了防止同步流量過多時異步流量被餓 死，每個周期的同步流量的最大利用率限制在75%。選用125微秒周期 的主要原因是參考己有的IEEE 1394標準，該標準目前被廣泛用來連接 音頻/視頻設備；另一個原因是短的調(diào)度周期比較容易提供低延遲和低 抖動。在125微秒周期的基礎上，研究報告中給出了如何對同步流量進 行調(diào)度，從而達到較低的延遲和抖動的機制一一踱步(Pacing)。踱步 機制在延遲和帶寬分配粒度之間存在平衡。也就是說，如果想要較小 的延遲，則帶寬分配粒度必定比較大，反之亦然。踱步機制通過調(diào)節(jié) 調(diào)度周期的長短來在延遲和帶寬分配粒度之間進行平衡。調(diào)度周期越 短，則延遲越小，帶寬分配粒度越大。而調(diào)度周期越長，則延遲越大， 帶寬分配粒度越小。為了獲得低延遲，家居以太網(wǎng)研究組選擇了非常 短的調(diào)度周期(125微秒)，這就造成了非常粗糙的帶寬分配。為了解決踱步機制帶來的問題，在由本申請的同一申請人"北京 三星通信技術研究有限公司"在同一申請日遞交的另一申請"在以太 網(wǎng)網(wǎng)絡中進行流調(diào)度的方法"(其全文可以包括在此作為參考)中，提 出了利用網(wǎng)橋之間的協(xié)同調(diào)度降低端到端延遲的方法。具體地，該申請?zhí)岢隽艘环N降低低速率流延遲的方法。對于8毫秒才發(fā)送一次數(shù)據(jù)的低速率流而言，由于為該流保留資源的時隙和該流產(chǎn)生數(shù)據(jù)的不同步性，因此最大8毫秒的等待時間是不可避免的。然而，該申請希望這種 不同步性所造成的大延遲在整個端到端傳輸?shù)倪^程中只出現(xiàn)一次。也 就是說，通過網(wǎng)橋之間進行協(xié)作調(diào)度，使得網(wǎng)橋之間的不同步性所導 致的延遲盡量降低。下面將結合圖4和5來描述該申請的主要思想和內(nèi)容。為了能夠更好在網(wǎng)橋之間進行協(xié)作調(diào)度，該申請定義了基于超幀 的調(diào)度框架、以及網(wǎng)橋之間的協(xié)作算法。超幀從編號為64的倍數(shù)的調(diào) 度周期開始，其長度等于64個調(diào)度周期(每個調(diào)度周期為125微秒)， 即8毫秒。圖5給出了超幀的結構。在踱步方案中，如果沒有流的加入和離 開，每個周期的調(diào)度表應該是不變的。對于該申請而言，超幀中的每 個調(diào)度周期的調(diào)度表都可能不同。這里，調(diào)度表包括每個流的特征描 述、以及一定時期內(nèi)每個流被允許通過的流量大小。基于超幀的調(diào)度 算法根據(jù)當前網(wǎng)橋的調(diào)度表、以及鄰居網(wǎng)橋的調(diào)度表，來判斷一個新 的流是否能夠被接納。如果是的話，對這個新的流進行調(diào)度安排，并 分配資源。網(wǎng)橋之間的協(xié)作算法在鄰居網(wǎng)橋之間交換流調(diào)度信息，使得調(diào)度 算法能夠借助此類信息盡量降低端到端的延遲。當調(diào)度算法根據(jù)當前 網(wǎng)橋和鄰居網(wǎng)橋的調(diào)度表(包含流調(diào)度信息)對新的流進行調(diào)度后， 協(xié)作算法把更新后的調(diào)度表發(fā)送給鄰居網(wǎng)橋。協(xié)作算法主要有兩個功能第一個功能是超幀起始位置的同步， 簡稱超幀同步；第二個功能是在網(wǎng)橋之間交換調(diào)度表(流調(diào)度信息)。對于第一個功能，目前的家居以太網(wǎng)已經(jīng)引入了全網(wǎng)同步的概 念，在此基礎上很容易進行超幀同步。目前家居以太網(wǎng)中，設備之間交換信息來選擇一個時鐘精度高的設備作為首席主設備(Grand Master),所有的其它設備直接或間接跟該設備進行時間同步。當選定 了首席主設備后，由該設備決定超幀起始位置，并向全網(wǎng)廣播。其余 設備把首席主設備發(fā)布的超幀起始位置也作為自己的超幀起始位置， 從而達到了全網(wǎng)超幀起始位置的同步。對于協(xié)作算法的第二個功能，為了減少不必要的更新和交互，可以只對變化的流調(diào)度信息進行交互。具體來說，在接納控制階段，上 游的網(wǎng)橋把新流的調(diào)度表，即在哪些周期內(nèi)允許該流進行傳輸，以及 這些周期內(nèi)允許傳輸多少的信息，發(fā)送給下游的網(wǎng)橋。這里下游和上 游以流的發(fā)送者為參照物，對于兩個網(wǎng)橋而言，靠近發(fā)送者的稱為上 游，遠離發(fā)送者的稱為下游。在流調(diào)度過程中會涉及接納控制算法。在給出接納控制算法之 前，需要先引入空余能力的概念。空余能力指網(wǎng)橋的某個端口上，一 定時間范圍內(nèi)，還能傳送的A類流量。考慮到A類流量被細分為四個子 類，空余能力需要在這四個子類的不同周期長度上分別進行統(tǒng)計(即 125微秒，500微秒，2毫秒和8毫秒)。根據(jù)空余能力的定義，如果在某 個子類的周期長度上，空余能力小于零，則說明當前的流大于網(wǎng)橋的 處理能力，即網(wǎng)橋無法滿足當前所有流的需求。反之，則網(wǎng)橋能夠滿 足當前所有流的需求。因此，控制接納算法需要檢查加入新的流后，所有四個子類的周期上的空余能力是否大于等于零。如果是，則新的 流可以被接納；否則，需要拒絕新的流。在前面定義的協(xié)作算法的前提下，網(wǎng)橋只知道端到端的延遲需求 以及從發(fā)送者到自己為止共需要多少時間，而不清楚從自己到接收者 的狀況。為了使得流不超過端到端的延遲需求，對每個網(wǎng)橋來說，需 要盡可能地減少流排隊所需的延遲。另外，為了與踱步(Pacing)機制 兼容，在周期N收到的流最早只能在N+1轉發(fā)。由此，該申請給出的調(diào) 度算法如下發(fā)送者把新流的相關信息(流描述/調(diào)度信息，此處為流描述信 息)向接收者發(fā)送，其間需要經(jīng)過多個網(wǎng)橋，并且此處的流描述信息 包括該流的帶寬需求B、端到端延遲需求D、當前累計的延遲d和流產(chǎn)生周期編號S;當網(wǎng)橋捕獲到該流的信息后，尋找從預計接收到該流的周期(從 上游節(jié)點接收到的流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號S)之后、能夠滿足流帶 寬需求的首個周期作為該流的預留轉發(fā)周期；網(wǎng)橋更新流描述/調(diào)度信息(在網(wǎng)橋處為流調(diào)度信息)，包括累計 延遲d和周期編號S (流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號，在網(wǎng)橋處，為流預留轉發(fā)周期編號)。當前網(wǎng)橋處的當前累計的延遲d為上游節(jié)點處的延遲d 加上O. 000125*((T-S+64) MOD 64)， M0D為取模運算。如果更新后的累計延遲小于端到端延遲需求，則把該流調(diào)度信息 繼續(xù)向接收者轉發(fā)；否則，拒絕該流。當接收者收到新流的流描述/調(diào)度信息后，檢査累計延遲是否小 于端到端延遲需求，如果是，則說明成功地進行了調(diào)度，否則，拒絕 該流。圖4是示出了根據(jù)該申請的流調(diào)度方法的示例的示意圖。如圖4所示，假設從發(fā)送者到接收者的路徑上有N個網(wǎng)橋，新流所 占用的帶寬為7，端到端延遲需求為80，發(fā)送者產(chǎn)生流所在的周期為l。 以該例為基礎的算法運行步驟如下第一步，發(fā)送者把該流的描述信息，即帶寬等于7、端到端延遲 需求等于80、流所在的周期等于l、累積的延遲為0，向接收者發(fā)送； 如圖l的發(fā)送者所在行所示。第二步，網(wǎng)橋l接收到發(fā)送者的信息后，檢査自己從流所在的周 期的下一個周期開始(即第2個周期)，第一個剩余帶寬大于7的周期。 從圖l網(wǎng)橋l所在行可以看出，周期2的剩余帶寬等于5，不滿足要求， 周期3的剩余帶寬等于10，為第一個滿足要求的周期。第三步，網(wǎng)橋1在周期3為新流保留資源。同時，把流所在的周期 更新為3，累積的延遲更新為2，帶寬和端到端延遲需求保持不變。第四步，由于累計的延遲小于端到端延遲需求，網(wǎng)橋l把這些更 新后的信息繼續(xù)向接收者進行發(fā)送。如圖l的網(wǎng)橋l所在行所示。第五步，網(wǎng)橋2接收到網(wǎng)橋1轉發(fā)過來的信息后，檢査自己從流所 在的周期的下一個周期開始(即第4個周期)，第一個剩余帶寬大于7的周期。從圖1網(wǎng)橋2所在行可以看出，周期4的剩余帶寬等于10，滿足 要求，即為第一個滿足要求的周期。第六步，網(wǎng)橋2在周期4為新流保留資源。同時，把流所在的周期 更新為4，累積的延遲更新為3，帶寬和端到端延遲需求保持不變。第七步，網(wǎng)橋2把這些更新后的信息繼續(xù)向接收者進行發(fā)送。如 圖1的網(wǎng)橋2所在行所示，并在各網(wǎng)橋處重復上述操作，直到網(wǎng)橋N;第八步，網(wǎng)橋N接收到網(wǎng)橋N-l轉發(fā)過來的信息后，檢査自己從流 所在的周期的下一個周期開始(即第l個周期)，第一個剩余帶寬大于7 的周期。從圖1網(wǎng)橋N所在行可以看出，周期1的剩余帶寬等于5，不滿 足要求，周期2的剩余帶寬等于15，為第一個滿足要求的周期。第九步，網(wǎng)橋N在周期15為新流保留資源。同時，把流所在的周 期更新為2，累積的延遲更新為65，帶寬和端到端延遲需求保持不變。第十步，網(wǎng)橋N把這些更新后的信息繼續(xù)向接收者進行發(fā)送。如 圖1的網(wǎng)橋N所在行所示。第十一步，接收者接收到網(wǎng)橋N轉發(fā)過來的信息后，檢査出累計 延遲不超過端到端延遲需求，則該流成功的進行了調(diào)度。如上所述，申請"在以太網(wǎng)網(wǎng)絡中進行流調(diào)度的方法"首先引入 了超幀的概念，即把64個調(diào)度周期合并在一起稱為一個超幀。對于低 速率的流，網(wǎng)橋根據(jù)鄰居網(wǎng)橋發(fā)來的該流在超幀中的預計到達周期， 選擇轉發(fā)該流的周期。在選擇轉發(fā)周期的時候，該申請使用了貪婪算 法，即選擇能夠滿足帶寬需求且延遲最小的周期。模擬試驗表明，和 踱步方法相比，該申請大大提高了可以接納的流數(shù)目，從而能夠更有 效地支持低帶寬低延遲要求的流，如VoIP和網(wǎng)絡游戲等。該申請"在以太網(wǎng)網(wǎng)絡中進行流調(diào)度的方法"雖然很好地解決了 支持低帶寬低延遲要求流，如VoIP和網(wǎng)絡游戲等的效率問題，但并沒 有考慮到這種流和傳統(tǒng)高速流的共存問題。家居以太網(wǎng)所采用的125 微秒周期長度，很大程度上是為了和目前在音視頻方面占有很大市場 的工EEE 1394兼容；同時，家居以太網(wǎng)的研究報告中也花很大篇幅研究 了如何在家居以太網(wǎng)上傳送IEEE 1394流。因此， 一個好的調(diào)度方案在 高效支持VoIP和網(wǎng)絡游戲等流的同時，也應該能夠很好地支持傳統(tǒng)的高速流(即需要在每個周期內(nèi)做資源預留的流)。該申請"在以太網(wǎng)網(wǎng)絡中進行流調(diào)度的方法"使用了貪婪算法 作為選擇轉發(fā)周期的算法，雖然該算法能夠在最大程度上保證延遲不 超過需求，但同時，該算法也容易造成在一些周期很空的時候，某些 周期過早飽和，從而使得需要在每周期內(nèi)都發(fā)送數(shù)據(jù)的高速流被拒絕。 也就是說，貪婪算法很有可能對傳統(tǒng)的高速流不夠友好。為了避免不 合適的調(diào)度方案降低高速流的接納概率，需要研究一種充分考慮高速 率特性的調(diào)度方案。為了在保證端到端延遲需求的同時兼顧高速流的接入請求，本發(fā) 明提出了一種自適應的多跳時分復用調(diào)度算法。傳統(tǒng)的貪婪算法盡可 能選擇能夠滿足帶寬需求且延遲最小的周期，雖然貪婪算法能夠在最 大程度上保證延遲不超過需求，但同時，貪婪算法也容易造成在一些 周期很空的時候，某些周期過早飽和，從而使得需要在每周期內(nèi)都發(fā) 送數(shù)據(jù)的高速流被拒絕。本申請?zhí)岢龅淖赃m應的多跳時分復用調(diào)度算 法克服了貪婪算法的不足之處，使得高速流有更大的可能性被網(wǎng)絡接發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術中的上述問題提出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的 目的是提出一種在網(wǎng)絡中自適應的多跳時分復用調(diào)度方法，針對那些低帶寬低延遲的服務，例如VoIP (基于IP的語音〕業(yè)務，能夠在保證 端到端延遲需求的同時兼顧高速流的接入請求。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種在網(wǎng)絡中自適應的多跳時分復用調(diào)度方法，包括發(fā)送端產(chǎn)生并經(jīng)由多個網(wǎng)橋向接收端 發(fā)送新流的流描述/調(diào)度信息，所述流描述/調(diào)度信息包括該流的帶寬需求B、端到端延遲需求D、當前累計的延遲d、流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期 編號S、當前的跳數(shù)和每跳的預期延遲；以及在接收到該流描述/調(diào)度 信息的網(wǎng)橋處，如果在當前的預期延遲之內(nèi)，找到從上游節(jié)點接收到 的流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號S之后、能夠滿足所述流描述/調(diào)度信息中 的帶寬需求B的一個或多個周期，則選擇所找到的周期中的最空閑周期，作為預留轉發(fā)周期，如果在當前的預期延遲之內(nèi)，無法找到從上 游節(jié)點接收到的流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號S之后、能夠滿足所述流描 述/調(diào)度信息中的帶寬需求B的任何周期，則找到預期延遲之后、能夠 滿足所述流描述/調(diào)度信息中的帶寬需求B的第一個周期，作為預留轉發(fā)周期；該網(wǎng)橋記錄該預留轉發(fā)周期的編號T并更新該流描述/調(diào)度信 息中的流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號S、當前的跳數(shù)和當前累計的延遲d， 在當前累計的延遲d小于端到端延遲需求D的情況下，繼續(xù)向下游網(wǎng)橋 傳送該流描述/調(diào)度信息，直到到達接收端為止。優(yōu)選地，當接收端接收到該流描述/調(diào)度信息時，該接收端檢查 當前累計延遲d是否小于端到端延遲需求D，如果是，則所述流調(diào)度成 功，否則，拒絕該新流。優(yōu)選地，所述方法還包括在網(wǎng)橋處，在當前累計延遲d大于或 等于端到端延遲需求D的情況下，則拒絕該新流。優(yōu)選地，在發(fā)送端處，當前的跳數(shù)和當前累計的延遲d均為O優(yōu)選地，當前網(wǎng)橋處的當前累計的延遲d等于上游節(jié)點處的延遲 加上當前網(wǎng)橋處所找到的預留轉發(fā)周期相對于上游節(jié)點處的流產(chǎn)生/ 預留周期的差值。優(yōu)選地，所述流調(diào)度是基于超幀進行的，所述超幀包括64個周期， 每個周期為125微秒。優(yōu)選地，當前網(wǎng)橋處的當前累計的延遲d為上游節(jié)點處的延遲d加 上O. 000125*((T-S+64) MOD 64)， M0D為取模運算。優(yōu)選地，發(fā)送端、各個網(wǎng)橋和接收端之間是超幀同步的。優(yōu)選地，所述方法應用于低速率、低延遲需求的業(yè)務。優(yōu)選地，所述網(wǎng)絡為以太網(wǎng)。優(yōu)選地，每經(jīng)過一個節(jié)點，流描述/調(diào)度信息中的當前的跳數(shù)加l。 優(yōu)選地，在網(wǎng)橋處，當前的預期延遲是根據(jù)從發(fā)送端到接收端的 總跳數(shù)N和端到端延遲需求D計算出的。優(yōu)選地，N個網(wǎng)橋處的預期延遲分別為 D2-d (;v-i)-D Do<formula>formula see original document page 10</formula>


通過參考以下結合附圖對所釆用的優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā) 明的上述目的、優(yōu)點和特征將變得顯而易見，其中圖l是示出了根據(jù)本發(fā)明的自適應的多跳時分復用調(diào)度方法的示 例的示意圖；圖2是示出了本發(fā)明的自適應調(diào)度算法和現(xiàn)有技術的貪婪算法的 影響因子散點圖；圖3是示出了局部放大的本發(fā)明的自適應調(diào)度算法和現(xiàn)有技術的貪婪算法的影響因子散點圖；圖4是示出了現(xiàn)有技術的貪婪調(diào)度方法的示例的示意圖；以及 圖5是示出了圖4中的調(diào)度方法所采用的超幀結構的示意圖。
具體實施方式
為了在保證端到端延遲需求的同時兼顧高速流的接入請求，本發(fā) 明提出了一種自適應的多跳時分復用調(diào)度算法。為了達到盡量滿足高 速流接入請求的目的，首先需要知道什么情況下流的接入請求有可能 被拒絕。如果有些周期的空余能力接近零，則那些需要在每個周期內(nèi) 都傳送的高速流將會有很大概率被拒絕。為了使得這類事情發(fā)生的概 率盡量降低，調(diào)度算法應該使得每個周期內(nèi)的流分布盡量均勻。同時， 調(diào)度算法還要使得流的端到端延遲滿足需求。結合背景技術中所提到的申請"在以太網(wǎng)網(wǎng)絡中進行流調(diào)度的方 法"的思想，根據(jù)本發(fā)明的自適應的多跳時分復用調(diào)度方法包括以下 步驟根據(jù)端到端的延遲需求和從發(fā)送者到接收者的路徑長度，估算出 從發(fā)送者到每個網(wǎng)橋的時候，累積的延遲大小。該延遲被確定為每一 個網(wǎng)橋處的預期延遲，該預期延遲的估算方法參見下面的具體描述。發(fā)送端產(chǎn)生并經(jīng)由多個網(wǎng)橋向接收端發(fā)送新流的流描述/調(diào)度信息，所述流描述/調(diào)度信息包括該流的帶寬需求B、端到端延遲需求D、當前累計的延遲d、流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號s、當前的跳數(shù)和每跳的預期延遲。對于從發(fā)送者到接收者的路徑上的每個網(wǎng)橋，在計算新流的調(diào)度 表時，參考從發(fā)送者開始到自己為止，實際累計的延遲，并使得該延 遲盡量不要超過預期延遲。具體的方法如下如果有多于一個可以滿足實際累計的延遲不超過預期延遲的調(diào) 度方案，選擇使得流分布盡量均勻的那個調(diào)度方案。而如果不存在實 際累計的延遲不超過預期延遲的調(diào)度方案，則選擇使得延遲最小的調(diào) 度方案。換句話說，在接收到該流描述/調(diào)度信息的網(wǎng)橋處，如果在當 前的預期延遲之內(nèi)，找到從上游節(jié)點接收到的流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編 號S之后、能夠滿足所述流描述/調(diào)度信息中的帶寬需求B的一個或多個 周期，則選擇所找到的周期中的最空閑周期，作為預留轉發(fā)周期，如 果在當前的預期延遲之內(nèi)，無法找到從上游節(jié)點接收到的流產(chǎn)生/預留 轉發(fā)周期編號S之后、能夠滿足所述流描述/調(diào)度信息中的帶寬需求B 的任何周期，則找到預期延遲之后、能夠滿足所述流描述/調(diào)度信息中 的帶寬需求B的第一個周期，作為預留轉發(fā)周期。該網(wǎng)橋記錄該預留轉發(fā)周期的編號T并更新該流描述/調(diào)度信息 中的流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號S、當前的跳數(shù)和當前累計的延遲d。如果累計的延遲超過了端到端延遲需求，則拒絕接納該流。 如果累計的延遲未超過端到端延遲需求而使得該流被接納，則網(wǎng)橋把該流的調(diào)度信息、以及累積的延遲傳遞到下游網(wǎng)橋，直至接收端為止。當接收端接收到該流描述/調(diào)度信息時，該接收端檢査當前累計延遲d是否小于端到端延遲需求D，如果是，則所述流調(diào)度成功，否則， 拒絕該新流。下面將具體描述預期延遲的估算。把端到端的延遲平均分布到每個網(wǎng)橋上是比較直觀的估算預期 延遲的方法。雖然這種方法看起來比較公平，但實際上它并不公平。 對于接近發(fā)送者的網(wǎng)橋來說，即使預期延遲之前的所有周期都不可用， 由于預期延遲和端到端延遲需求相差較大，網(wǎng)橋仍然可以把流安排在 預期延遲之后的周期中。對于靠近接收者的網(wǎng)橋，如果預期延遲之前的所有周期都不可用，由于預期延遲和端到端延遲需求相差較小，因 此網(wǎng)橋的可選擇余地(即預期延遲之后的周期數(shù)目)很小，即新的流 會有很大概率被拒絕。為了減低該問題的影響，需要給靠近接收者的網(wǎng)橋留更多的可選 擇空間。具體的來說，假設端到端的延遲需求為D，從發(fā)送者到接收者的路徑上共有N個網(wǎng)橋，把延遲需求分為N+2份，給最接近接收者的網(wǎng) 橋留3份，給所有其它的網(wǎng)橋留一份。即這N個網(wǎng)橋的預期延遲分別為 d 2.d(W-1).d d。下面將結合附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖l是自適應調(diào)度算法的實施示例圖。圖中從源到目的地共經(jīng)過k 個網(wǎng)橋，每個網(wǎng)橋處的預期延遲均在圖中以豎直虛線的形式標了出來， 所述預期延遲可以根據(jù)上述方法來估算。首先，發(fā)送端產(chǎn)生并經(jīng)由多個網(wǎng)橋向接收端發(fā)送新流的流描述/調(diào)度信息，所述流描述/調(diào)度信息包括該流的帶寬需求B、端到端延遲 需求D、當前累計的延遲d、流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號S、當前的跳數(shù) 和每跳的預期延遲。在網(wǎng)橋l進行資源預留時，預期延遲1之前共有周期0和周期1，這 兩個周期的剩余容量均能滿足新流的需求。按照自適應調(diào)度算法的定 義，應該選擇不超過預期延遲的周期，使得周期的剩余容量方差最小。 根據(jù)該策略，算法選擇周期l進行資源預留。在網(wǎng)橋2進行資源預留時，預期延遲2之前共有周期2和周期3。由 于所有在預期延遲之前的周期都沒有足夠的容量，因此選用第一個容 量足夠的周期，即周期4進行資源預留。在網(wǎng)橋3到網(wǎng)橋N-l進行資源預留和上述情況類似。在網(wǎng)橋N進行資源預留時，預期延遲N之前共有周期62， 63， 64， 65， 66和周期67，但這六個周期都沒有足夠的容量，調(diào)度算法繼續(xù)轉 而搜索第一個容量足夠的周期，即周期68。由于周期68已經(jīng)超過端到 端延遲需求，即端到端延遲需求之前的所有周期都沒有足夠的容量， 因此流被拒絕。采用模擬試驗來比較本發(fā)明給出的調(diào)度算法和現(xiàn)有技術中的貪 婪算法之間的差異。試驗的主干拓撲是一棵高度為4的完全4叉樹。樹上的每個節(jié)點都為交換機，即共有1+4+16+64 = 85個交換機。接著， 115個主機被隨機地安插在這些交換機上。具體的來說，對于每一個主 機，隨機從85個交換機中選出一個，并把該端節(jié)點連接到這個隨機選 出的交換機上。交換機之間的所有鏈路，以及交換機和端節(jié)點之間的 鏈路均設為lGbps全雙工。這樣，網(wǎng)絡中共有200個節(jié)點，以及它們之 間的4+16+64+115 = 199條lGbps全雙工鏈路。接下來，隨機產(chǎn)生了10000個VoIP流，每個流的源節(jié)點和目的節(jié) 點都在上述115個主機中隨機選取。VoIP的數(shù)據(jù)幀大小為256字節(jié)，幀 間距為16字節(jié)。流延遲需求設為32個周期(B卩4毫秒)。把這些VoIP流 逐個加到網(wǎng)絡中進行資源預留，并查看在其它所有配置都相同的情況 下，本發(fā)明所定義的調(diào)度算法和背景技術中所提到的申請"在以太網(wǎng) 網(wǎng)絡中進行流調(diào)度的方法"中定義的貪婪算法的輸出結果。由于我們主要關心的是對這兩類算法對高速流的影響，因此定義 "影響因子"如下在上面的試驗條件下，在進行資源預留時某個周 期剩余容量不足以滿足需求的首個流編號。換句話說，影響因子即首 次發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中某個周期剩余容量接近O時，已經(jīng)接納的VoIP流數(shù)目。由 于交換機的某個周期剩余容量接近O時，新進入網(wǎng)絡的經(jīng)過該交換機的 高速流將會被拒絕。因此，影響因子說明了VoIP流對高速流的影響程 度，影響因子越小，說明VoIP流對高速流的影響越大；影響因子越大， 說明VoIP流對高速流的影響越小。圖2為試驗結果散點圖，圖中橫軸為貪婪算法的影響因子，豎軸 為本發(fā)明給出的自適應調(diào)度算法的影響因子。共進行了100次試驗，每 次試驗都隨機生成10000個VoIP流，記錄貪婪算法和本發(fā)明給出的自適 應調(diào)度算法的影響因子，并把坐標(貪婪算法的影響因子，自適應調(diào) 度算法的影響因子)畫在散點圖上。由于試驗過程中拓撲未發(fā)生變化， 因此點相對較為密集。為了更清楚地看到點的分布，圖3給出了局部放 大圖。從圖中3可以看出，貪婪算法的影響因子在90()到1500范圍內(nèi)，自 適應調(diào)度算法的影響因子在5300到6100范圍內(nèi)。自適應調(diào)度算法的影 響因于平均是貪婪算法的4. 7倍，這說明自適應調(diào)度算法對高速流的影 響遠小于貪婪算法的影響。盡管以上己經(jīng)結合本發(fā)明的優(yōu)選實施例示出了本發(fā)明，但是本領 域的技術人員將會理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可 以對本發(fā)明進行各種修改、替換和改變。因此，本發(fā)明不應由上述實 施例來限定，而應由所附權利要求及其等價物來限定。
權利要求
1. 一種在網(wǎng)絡中自適應的多跳時分復用調(diào)度方法，包括發(fā)送端產(chǎn)生并經(jīng)由多個網(wǎng)橋向接收端發(fā)送新流的流描述/調(diào)度信息，所述流描述/調(diào)度信息包括該流的帶寬需求B、端到端延遲需求D、當前累計的延遲d、流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號S、當前的跳數(shù)和每跳的預期延遲；以及在接收到該流描述/調(diào)度信息的網(wǎng)橋處，如果在當前的預期延遲之內(nèi)，找到從上游節(jié)點接收到的流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號S之后、能夠滿足所述流描述/調(diào)度信息中的帶寬需求B的一個或多個周期，則選擇所找到的周期中的最空閑周期，作為預留轉發(fā)周期，如果在當前的預期延遲之內(nèi)，無法找到從上游節(jié)點接收到的流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號S之后、能夠滿足所述流描述/調(diào)度信息中的帶寬需求B的任何周期，則找到預期延遲之后、能夠滿足所述流描述/調(diào)度信息中的帶寬需求B的第一個周期，作為預留轉發(fā)周期；該網(wǎng)橋記錄該預留轉發(fā)周期的編號T并更新該流描述/調(diào)度信息中的流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號S、當前的跳數(shù)和當前累計的延遲d，在當前累計的延遲d小于端到端延遲需求D的情況下，繼續(xù)向下游網(wǎng)橋傳送該流描述/調(diào)度信息，直到到達接收端為止。
2、 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于當接收端接收到該 流描述/調(diào)度信息時，該接收端檢查當前累計延遲d是否小于端到端延 遲需求D，如果是，則所述流調(diào)度成功，否則，拒絕該新流。
3、 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于還包括在網(wǎng)橋處， 在當前累計延遲d大于或等于端到端延遲需求D的情況下，則拒絕該新流。
4、 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于在發(fā)送端處，當前的跳數(shù)和當前累計的延遲d均為O 。
5、 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于當前網(wǎng)橋處的當前累計的延遲d等于上游節(jié)點處的延遲加上當前網(wǎng)橋處所找到的預留轉發(fā)周期相對于上游節(jié)點處的流產(chǎn)生/預留周期的差值。
6、 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于所述流調(diào)度是基于超幀進行的，所述超幀包括64個周期，每個周期為125微秒。
7、 根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于當前網(wǎng)橋處的當前累計的延遲d為上游節(jié)點處的延遲d加上0.000125"(T-S+64) MOD 64)， MOD為取模運算。
8、 根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于發(fā)送端、各個網(wǎng)橋 和接收端之間是超幀同步的。
9、 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于所述方法應用于低 速率、低延遲需求的業(yè)務。
10、 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于所述網(wǎng)絡為以太網(wǎng)。
11、 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于每經(jīng)過一個節(jié)點，流描述/調(diào)度信息中的當前的跳數(shù)加l。
12、 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于在網(wǎng)橋處，當前的 預期延遲是根據(jù)從發(fā)送端到接收端的總跳數(shù)N和端到端延遲需求D計算出的。
13、 根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于N個網(wǎng)橋處的預期延遲分別為！,<formula>formula see original document page 3</formula>
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種在網(wǎng)絡中自適應的多跳時分復用調(diào)度方法，包括發(fā)送端產(chǎn)生并經(jīng)由多個網(wǎng)橋向接收端發(fā)送新流的流描述/調(diào)度信息，所述流描述/調(diào)度信息包括該流的帶寬需求B、端到端延遲需求D、當前累計的延遲d、流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號S、當前的跳數(shù)和每跳的預期延遲；以及在接收到該流描述/調(diào)度信息的網(wǎng)橋處，根據(jù)當前的預期延遲來確定預留轉發(fā)周期；該網(wǎng)橋記錄該預留轉發(fā)周期的編號T并更新該流描述/調(diào)度信息中的流產(chǎn)生/預留轉發(fā)周期編號S、當前的跳數(shù)和當前累計的延遲d，在當前累計的延遲d小于端到端延遲需求D的情況下，繼續(xù)向下游網(wǎng)橋傳送該流描述/調(diào)度信息，直到到達接收端為止。
文檔編號H04Q11/00GK101237374SQ20071000331
公開日2008年8月6日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權日2007年2月2日
發(fā)明者起 吳, 黃周松 申請人:北京三星通信技術研究有限公司;三星電子株式會社