專利名稱：保障服務(wù)質(zhì)量的片上網(wǎng)絡(luò)帶寬資源調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度方法，具體涉及一種基于片上網(wǎng)絡(luò)的面向 連接的能夠保障服務(wù)質(zhì)量的資源調(diào)度方法。
技術(shù)背景目前片上網(wǎng)絡(luò)提供保障質(zhì)量服務(wù)主要通過面向無連接的數(shù)據(jù)包分優(yōu)先級方式或面向連接的GS(Guarantee:Service)虛連接方式。其中，面向無連接的 數(shù)據(jù)包分優(yōu)先級方式只能提供具有統(tǒng)計意義的服務(wù)質(zhì)量保障，當(dāng)高優(yōu)先級的 數(shù)據(jù)包很多時，其保障的服務(wù)質(zhì)量會下降，而目前很多多媒體應(yīng)用中，實時 數(shù)據(jù)流的傳輸需要有帶寬、時延、時延抖動等服務(wù)質(zhì)量(QoS, Quality of Service) 硬指標(biāo)保障的保障質(zhì)量傳輸，分優(yōu)先級方式無法提供這樣的服務(wù)；面向連接 的GS虛連接方式雖然能提供硬指標(biāo)的保障，但其網(wǎng)絡(luò)資源利用率低、影響 BE(Best-Effect)服務(wù)質(zhì)量，并且在目前己有的采用面向連接的GS虛連接方式 提供GS服務(wù)的片上網(wǎng)絡(luò)，其調(diào)度算法無法支持多樣的帶寬保障服務(wù)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決現(xiàn)有的片上網(wǎng)絡(luò)提供保障質(zhì)量服務(wù)存在的共享同一物理鏈 路的不同GS連接之間的傳輸沖突、網(wǎng)絡(luò)資源利用率低、影響B(tài)E服務(wù)質(zhì)量 的問題，提供了一種保障服務(wù)質(zhì)量的片上網(wǎng)絡(luò)帶寬資源調(diào)度方法。本發(fā)明由 以下步驟實現(xiàn)-步驟一、建立并設(shè)定GS虛連接優(yōu)先級當(dāng)路由器從前級路由器輸出端 口或本級路由器本地端口接收到GS虛連接建立申請時，首先通過剩余帶寬 計算器判斷輸出端口的剩余帶寬是否滿足申請的帶寬量，如果滿足申請的帶 寬量則在GS配置單元中將本級路由器從多條GS虛擬通道(Virtual Channel) 中申請到的一條GS虛擬通道與上級路由器申請到的一條GS虛擬通道配對 填入虛連接匹配表中，并將申請的帶寬量化為GS虛連接的優(yōu)先級，將此優(yōu) 先級數(shù)值寫入該GS虛擬通道單元中的計數(shù)器配置單元中，作為此GS虛擬 通道單元中的優(yōu)先級計數(shù)器的初始值；步驟二、同步GS虛連接通過路由器中的優(yōu)先級計數(shù)器GS數(shù)據(jù)包頭中記錄下級路'由器對應(yīng)GS虛擬通道單元中的優(yōu)先級計數(shù)器的啟動值，當(dāng)下級 路由器收到GS數(shù)據(jù)包頭時，對應(yīng)GS虛擬通道單元中的計數(shù)器配置單元從 GS數(shù)據(jù)包頭中提取出優(yōu)先級計數(shù)器的啟動值，優(yōu)先級計數(shù)器開始計數(shù)，當(dāng) 優(yōu)先級計數(shù)器計數(shù)到最高優(yōu)先級后，重新將GS虛連接的初始值載入；步驟三、設(shè)定BE通路的初始優(yōu)先級量化BE優(yōu)先級模塊從對應(yīng)輸出 端口的剩余帶寬計數(shù)器中讀入剩余帶寬量，并向下量化為1/N滿帶寬作為BE 通路的初始優(yōu)先級，將此優(yōu)先級作為BE優(yōu)先級計數(shù)器的啟動值開始優(yōu)先級 計數(shù)，當(dāng)BE優(yōu)先級計數(shù)器計數(shù)到最高優(yōu)先級時，量化BE優(yōu)先級模塊重新 根據(jù)輸出端口的剩余帶寬量化BE通路的優(yōu)先級，并啟動BE優(yōu)先級計數(shù)器；步驟四、DSD調(diào)度輸出步驟二完成后，.IP核開始發(fā)送GS數(shù)據(jù)，路由 器接收到GS數(shù)據(jù)通過交叉開關(guān)將其送入到對應(yīng)的GS虛擬通道單元中的數(shù) 據(jù)整形單元中，數(shù)據(jù)整形單元寄存GS數(shù)據(jù)直到對應(yīng)的優(yōu)先級計數(shù)器的計數(shù) 值為最高優(yōu)先級時將GS數(shù)據(jù)載入到數(shù)據(jù)等待仲裁單元中，動態(tài)優(yōu)先級仲裁 器在有輸出申請的GS虛擬通道單元中選擇優(yōu)先級最高的授權(quán)輸出；步驟五、GS虛連接撤銷當(dāng)GS數(shù)據(jù)流傳輸完畢后，路由器發(fā)送GS數(shù) 據(jù)包尾，撤銷對應(yīng)GS虛連接。有益效果本方法有效解決了共享同一物理鏈路的不同GS連接之間的 傳輸沖突問題，實現(xiàn)了為IP提供多樣化的帶寬硬保障服務(wù)，并且有效解決了 采用面向連接保障GS服務(wù)帶來的網(wǎng)絡(luò)資源利用率低、影響B(tài)E服務(wù)質(zhì)量的 缺點(diǎn)；本方法能提供全帶寬、1/2全帶寬…1/A^V為正整數(shù))全帶寬、零延時 抖動的硬保障服務(wù)；在克服網(wǎng)絡(luò)資源利用率低、影響B(tài)E服務(wù)質(zhì)量的缺點(diǎn)方 面，針對VBR的GS數(shù)據(jù)流，能完全克服GS虛連接帶來的低資源利用率， 提高BE服務(wù)的傳輸質(zhì)量近20Q/。；針對CBR的GS數(shù)據(jù)流，通過分配動態(tài)優(yōu) 先級給BE通路的方式使BE傳輸延時獲得進(jìn)3%的改善。


圖1是實現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是GS虛擬通道單元2 的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一參見圖1和圖2，本實施方式由以下步驟組成步驟一、建立并設(shè)定GS虛連接優(yōu)先級當(dāng)路由器從前級路由器輸出端 口或本級路'由器本地端口接收到GS虛連接建立申請時，首先通過剩余帶寬 計算器3判斷輸出端口的剩余帶寬是否滿足申請的帶寬量，如果滿足申請的帶寬量則在GS配置單元4中將本級路由器從多條GS虛擬通道中申請到的 一條GS虛擬通道與上級路由器申請到的一條GS虛擬通道配對填入虛連接 匹配表4-l中，并將申請的帶寬量化為GS虛連接的優(yōu)先級，將此優(yōu)先級數(shù) 值寫入該GS虛擬通道單元2中的計數(shù)器配置單元2-1中，作為此GS虛擬通 道單元2中的優(yōu)先級計數(shù)器2-2的初始值；步驟二、同步GS虛連接通過路由器中的優(yōu)先級計數(shù)器為了保證處于 同一條GS虛連接上的路由器的優(yōu)先級計數(shù)器同步，在發(fā)送GS數(shù)據(jù)前，發(fā) 送GS數(shù)據(jù)包頭來同步GS虛電路通過的所有的GS虛擬通道單元2的優(yōu)先級 計數(shù)器2-2，在GS數(shù)據(jù)包頭中記錄下級路由器對應(yīng)GS虛擬通道單元2中的 優(yōu)先級計數(shù)器2-2的啟動值，當(dāng)下級路由器收到GS數(shù)據(jù)包頭時，對應(yīng)GS虛 擬通道單元2中的計數(shù)器配置單元2-1從GS數(shù)據(jù)包頭中提取出優(yōu)先級計數(shù) 器2-2的啟動值，優(yōu)先級計數(shù)器2-2開始計數(shù)，優(yōu)先級每個周期升高一級， 當(dāng)優(yōu)先級計數(shù)器2-2計數(shù)到最高優(yōu)先級后，重新將GS虛連接的初始值載入；步驟三、設(shè)定BE通路的初始優(yōu)先級量化BE優(yōu)先級模塊5從對應(yīng)輸 出端口的剩余帶寬計數(shù)器3中讀入剩余帶寬量，并向下量化為1/N滿帶寬作 為BE通路的初始優(yōu)先級，將此優(yōu)先級作為BE優(yōu)先級計數(shù)器6的啟動值開 始優(yōu)先級計數(shù)，當(dāng)BE優(yōu)先級計數(shù)器6計數(shù)到最高優(yōu)先級時，量化BE優(yōu)先 級模塊5重新根據(jù)輸出端口的剩余帶寬量化BE通路的優(yōu)先級，并啟動BE 優(yōu)先級計數(shù)器6;步驟四、DSD調(diào)度輸出步驟二完成后，IP核開始發(fā)送GS數(shù)據(jù)，路由 器接收到GS數(shù)據(jù)通過交叉開關(guān)7將其送入到對應(yīng)的GS虛擬通道單元2中 的數(shù)據(jù)整形單元2-3中，數(shù)據(jù)整形單元2-3用來調(diào)整GS數(shù)據(jù)之間的間隔，使 GS數(shù)據(jù)滿足DSD調(diào)度算法對數(shù)據(jù)流的格式要求，數(shù)據(jù)整形單元2-3寄存GS 數(shù)據(jù)直到對應(yīng)的優(yōu)先級計數(shù)器2-2的計數(shù)值為最高優(yōu)先級時將GS數(shù)據(jù)載入 到數(shù)據(jù)等待仲裁單元2-4中，動態(tài)優(yōu)先級仲裁器8在有輸出申請的GS虛擬 通道單元2中選擇優(yōu)先級最高的授權(quán)輸出，GS通道的申請信號由GS虛擬通道單元2中的數(shù)據(jù)等待仲裁單元2-4發(fā)出，只要該數(shù)據(jù)等待仲裁單元2-4中 有GS數(shù)據(jù)就發(fā)出申請，BE通路的申請信號由BE數(shù)據(jù)通^9發(fā)出，每次在 BE優(yōu)先級計數(shù)器6載入啟動值且有BE數(shù)據(jù)等待發(fā)送時發(fā)出申請，BE數(shù)據(jù) 被調(diào)度輸出后撤消申請，GS通路的優(yōu)先級為GS虛擬通道單元2中優(yōu)先級計 數(shù)器2-2的輸出值，BE通路的優(yōu)先級為BE優(yōu)先級計數(shù)器6的輸出值，當(dāng)所 有的GS通路都沒有發(fā)出申請時，BE通路強(qiáng)制獲得仲裁輸出。步驟五、GS虛連接撤銷當(dāng)GS數(shù)據(jù)流傳輸完畢后，路由器發(fā)送GS數(shù) 據(jù)包尾，撤銷對應(yīng)GS虛連接，撤銷的過程包括釋放所占用帶寬，以及刪除 虛連接匹配表中的相關(guān)內(nèi)容，當(dāng)路由器接收到GS數(shù)據(jù)包尾時，釋放占用的 帶寬和占用的GS虛擬通道單元2。本發(fā)明采用面向連接的方式提供GS服務(wù)， 一般分兩個階段，GS虛連接 建立階段和'GS數(shù)據(jù)流傳輸階段。GS虛連接建立階段是依據(jù)一定的度量參數(shù) 作為尋路標(biāo)準(zhǔn)，找到滿足條件的路徑，保證數(shù)據(jù)流傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。GS數(shù) 據(jù)流傳輸階段是當(dāng)GS虛連接建立成功之后，傳送數(shù)據(jù)流的過程，在此過程 中，源節(jié)點(diǎn)需要對GS數(shù)據(jù)流進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證IP核發(fā)送的數(shù)據(jù)流帶寬不會大 于其申請帶寬。本發(fā)明的帶寬資源調(diào)度算法是針對GS數(shù)據(jù)流傳輸階段，不 同GS虛連接之間傳輸沖突問題提出的。首先提出發(fā)明算法中需要用到的術(shù) 語定義及引理。定義1 GS連接的優(yōu)先級動態(tài)調(diào)整機(jī)制是指建立起來的GS虛連接每經(jīng) 過一個傳輸周期其優(yōu)先級會自動提升一級，但當(dāng)它達(dá)到最高優(yōu)先級后，返回 到其設(shè)定的初始優(yōu)先級(注優(yōu)先級數(shù)值越小，等級越高)。引理1如果GS虛連接每個傳輸周期都傳輸數(shù)據(jù)，那么該GS虛連接保 障滿帶寬，如果GS虛連接保障每7V個傳輸周期傳輸一個數(shù)據(jù)，那么該GS 虛連接必能保障(滿)帶寬定義2 GS虛連接的初始優(yōu)先級為該GS虛連接申請帶寬量的倒數(shù)(本 文中GS申請的帶寬量只考慮1/7V滿帶寬情況，其它的申請如2/3滿帶寬情況 不在本文考慮范圍之內(nèi))，如GS虛連接申請l/2帶寬，則其初始優(yōu)先級設(shè)定 為2。那么該GS虛連接必能保障W帶寬。引理3 GS服務(wù)的數(shù)據(jù)流以flit方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，如果GSflit在每級 路由器都能無堵塞的轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的輸出VC中，那么不同GS服務(wù)之間的傳 輸沖突只發(fā)生在路由器的輸出端口。由引理可知，申請保障W帶寬的GS服務(wù)只需合理處理虛連接經(jīng)過的 每級路由器輸出端口的傳輸調(diào)度問題，即如何保證共享同一物理鏈路資源的 多個不同GS數(shù)據(jù)流都能夠在各自規(guī)定的時間內(nèi)被成功調(diào)度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 在定義及引理基礎(chǔ)上，給出發(fā)明的DSD調(diào)度算法。DSD算法假設(shè)在一個路由器輸出端口內(nèi)的M個虛通道中建立了 《(B《2W)個GS連接，并且這些GS服務(wù)所申請的帶寬之和不超過鏈路物理 通道所允許的滿帶寬。則對于保障1/A^(1S^0帶寬的GS連接G,，如果能夠 保證每M個傳輸周期才會有一個'GS flit轉(zhuǎn)發(fā)到所屬的虛通道準(zhǔn)備發(fā)送，那么 通過GS連接的優(yōu)先級動態(tài)調(diào)整機(jī)制必可保證該GS flit在iV,個傳輸周期內(nèi)被 成功調(diào)度輸出。采用這種算法能提供l、 1/2、 1/3、 1/4 ... 1/iV(7V為正整數(shù)) 帶寬、零延時抖動的硬服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)保障服務(wù)。在該算法的基礎(chǔ)上，將物理鏈路的剩余帶寬量化為BE數(shù)據(jù)通路的初始優(yōu)先 級，BE數(shù)據(jù)通路利用此優(yōu)先級參與仲裁器調(diào)度。此方法可以在GS數(shù)據(jù)流為 CBR時提高BE的傳輸質(zhì)量。同時，在路由器的輸出端口判斷當(dāng)前周期是否 有GS數(shù)據(jù)申請輸出， 一旦沒有則立刻傳輸BE的flit，此方法可以在GS數(shù) 據(jù)流為VBR時提高BE的傳輸質(zhì)量。
權(quán)利要求
1. 保障服務(wù)質(zhì)量的片上網(wǎng)絡(luò)帶寬資源調(diào)度方法，其特征在于本發(fā)明由以下步驟實現(xiàn)步驟一、建立并設(shè)定GS虛連接優(yōu)先級當(dāng)路由器從前級路由器輸出端口或本級路由器本地端口接收到GS虛連接建立申請時，首先通過剩余帶寬計算器(3)判斷輸出端口的剩余帶寬是否滿足申請的帶寬量，如果滿足申請的帶寬量則在GS配置單元(4)中將本級路由器從多條GS虛擬通道中申請到的一條GS虛擬通道與上級路由器申請到的一條GS虛擬通道配對填入虛連接匹配表(4-1)中，并將申請的帶寬量化為GS虛連接的優(yōu)先級，將此優(yōu)先級數(shù)值寫入該GS虛擬通道單元(2)中的計數(shù)器配置單元(2-1)中，作為此GS虛擬通道單元(2)中的優(yōu)先級計數(shù)器(2-2)的初始值；步驟二、同步GS虛連接通過路由器中的優(yōu)先級計數(shù)器GS數(shù)據(jù)包頭中記錄下級路由器對應(yīng)GS虛擬通道單元(2)中的優(yōu)先級計數(shù)器(2-2)的啟動值，當(dāng)下級路由器收到GS數(shù)據(jù)包頭時，對應(yīng)GS虛擬通道單元(2)中的計數(shù)器配置單元(2-1)從GS數(shù)據(jù)包頭中提取出優(yōu)先級計數(shù)器(2-2)的啟動值，優(yōu)先級計數(shù)器(2-2)開始計數(shù)，當(dāng)優(yōu)先級計數(shù)器(2-2)計數(shù)到最高優(yōu)先級后，重新將GS虛連接的初始值載入；步驟三、設(shè)定BE通路的初始優(yōu)先級量化BE優(yōu)先級模塊(5)從對應(yīng)輸出端口的剩余帶寬計數(shù)器(3)中讀入剩余帶寬量，并向下量化為1/N滿帶寬作為BE通路的初始優(yōu)先級，將此優(yōu)先級作為BE優(yōu)先級計數(shù)器(6)的啟動值開始優(yōu)先級計數(shù)，當(dāng)BE優(yōu)先級計數(shù)器(6)計數(shù)到最高優(yōu)先級時，量化BE優(yōu)先級模塊(5)重新根據(jù)輸出端口的剩余帶寬量化BE通路的優(yōu)先級，并啟動BE優(yōu)先級計數(shù)器(6)；步驟四、DSD調(diào)度輸出步驟二完成后，IP核開始發(fā)送GS數(shù)據(jù)，路由器接收到GS數(shù)據(jù)通過交叉開關(guān)(7)將其送入到對應(yīng)的GS虛擬通道單元(2)中的數(shù)據(jù)整形單元(2-3)中，數(shù)據(jù)整形單元(2-3)寄存GS數(shù)據(jù)直到對應(yīng)的優(yōu)先級計數(shù)器(2-2)的計數(shù)值為最高優(yōu)先級時將GS數(shù)據(jù)載入到數(shù)據(jù)等待仲裁單元(2-4)中，動態(tài)優(yōu)先級仲裁器(8)在有輸出申請的GS虛擬通道單元(2)中選擇優(yōu)先級最高的授權(quán)輸出；步驟五、GS虛連接撤銷當(dāng)GS數(shù)據(jù)流傳輸完畢后，路由器發(fā)送GS數(shù)據(jù)包尾，撤銷對應(yīng)GS虛連接。
全文摘要
保障服務(wù)質(zhì)量的片上網(wǎng)絡(luò)帶寬資源調(diào)度方法，它涉及一種基于片上網(wǎng)絡(luò)的面向連接的能夠保障服務(wù)質(zhì)量的資源調(diào)度方法，以解決現(xiàn)有的片上網(wǎng)絡(luò)提供保障質(zhì)量服務(wù)存在的共享同一物理鏈路的不同GS連接之間的傳輸沖突、網(wǎng)絡(luò)資源利用率低、影響B(tài)E服務(wù)質(zhì)量的問題。本發(fā)明由以下步驟實現(xiàn)步驟一、建立并設(shè)定GS虛連接優(yōu)先級；步驟二、同步GS虛連接通過路由器中的優(yōu)先級計數(shù)器；步驟三、設(shè)定BE通路的初始優(yōu)先級；步驟四、DSD調(diào)度輸出；步驟五、GS虛連接撤銷。本方法解決了共享同一物理鏈路的不同GS連接之間的傳輸沖突問題，實現(xiàn)了為IP提供多樣化的帶寬硬保障服務(wù)，解決了采用面向連接保障GS服務(wù)帶來的網(wǎng)絡(luò)資源利用率低、影響B(tài)E服務(wù)質(zhì)量的缺點(diǎn)。
文檔編號H04L12/56GK101252513SQ200810064248
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月7日
發(fā)明者付方發(fā), 鵬 侯, 桑勝田, 肖立伊 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)