專利名稱：Clos交換網(wǎng)絡中基于信元的正交多子調度方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，更進一步涉及Clos (—種三級無阻塞網(wǎng)絡，由克勞斯提出)交換網(wǎng)絡中基于信元的正交多子調度方法。本發(fā)明可用于大容量和高速率的Clos 交換網(wǎng)絡中，提高了調度的有效性和交換網(wǎng)絡級間鏈路的利用率，由此消除交換網(wǎng)絡規(guī)模增大對系統(tǒng)性能帶來的影響。
背景技術：
隨著移動通信、多媒體廣播業(yè)務的發(fā)展，人們對大容量數(shù)據(jù)通信的要求更加迫切， 這也給信元交換提出了越來越高的要求。如何在提高交換網(wǎng)絡的傳輸速度，擴大交換網(wǎng)絡規(guī)模的前提下，還能保證交換網(wǎng)絡的調度效率不受影響，成為亟待解決的問題。中興通訊股份有限公司在提出的專利申請“一種動態(tài)選擇路由的方法及CLOS交換網(wǎng)絡系統(tǒng)”(申請日:2010-05-06,申請?zhí)?01010167313. 8，公布號CN 102238072A)中公開了一種CLOS交換網(wǎng)絡中動態(tài)維護路由表的路由調度方法。此方法包括源交換接入單元和目的交換接入單元之間的各交換單元中均設置并動態(tài)維護路由表，交換單元接收到來自源交換接入單元的信元后，根據(jù)所述路由表確定下一路由點并將信元轉發(fā)至此下一路由點，所述下一路由點為下一級交換單元或目的交換接入單元。該發(fā)明采用分布式控制方式實現(xiàn)路由選擇，使網(wǎng)絡中的交換單元具有選擇和改變路由權利，提高系統(tǒng)效率及靈活性。該方法的不足之處在于，每一級交換單元都需要一定數(shù)量的緩存來對信元進行排隊，并查找路由表對信元進行分布式選路，這就使得信元在交換網(wǎng)絡中的時延不可控，導致到達輸出級單元的信元之間出現(xiàn)亂序，使輸出級單元必須包含復雜的排序模塊對信元進行排序。武漢烽火網(wǎng)絡有限責任公司在提出的專利申請“一種基于Clos交換結構的貫序匹配調度算法”(申請日:2008. 3. 28，申請?zhí)?00810084265，授權公告號CN 101304374B)中公開了一種基于Clos網(wǎng)絡交換結構的貫序匹配調度算法，用來解決傳統(tǒng)調度算法調度效率低的問題。該方法的實施步驟是第一，輸入模塊的m個輸出端口向每個中間模塊的相應的輸出端口發(fā)出請求消息；第二，每個中間模塊的輸出端口選定一個發(fā)出請求消息的虛擬輸出組并向其發(fā)出允許消息；第三，每個中間模塊的輸入端口選定一個該中間模塊的輸出端口并放行該輸出端口發(fā)出的允許消息；第四，完成從虛擬輸出隊列到輸出端口的通道建立過程；第五，發(fā)送信元并更新指針，重復執(zhí)行步驟4、步驟5直至所有信元都被發(fā)送或者所有的允許消息都已被接受。該方法所述的調度算法采用直通式匹配，整個匹配過程一次完成，同時采用多對多的“請求-允許-接受”方式，最大程度利用了調度機會。該方法的不足之處在于，首先，由于它是各個端口相互獨立的通過指針優(yōu)先級輪轉來仲裁，所以有可能第一步輸入級多個輸出端口都選擇為某個信元服務，但一個信元只能選擇一個端口，所以最終導致網(wǎng)絡中存在空閑鏈路但卻不能為其他信元提供服務；其次， 隨著交換網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，交換網(wǎng)絡內部的鏈路數(shù)量成倍增加，完成一次調度的時間相應增加，時隙(級間傳輸一個信元所需的時間)長度也會隨之增大，交換網(wǎng)絡不得不使用較長的信元。這將導致交換網(wǎng)絡內部鏈路利用率的降低，從而對交換網(wǎng)絡的時延等性能造成影響。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出一種Clos交換網(wǎng)絡中基于信元的正交多子調度方法，利用鏈路正交的集中式選路方法，提高調度有效性，利用多個子調度器循環(huán)工作，提高交換網(wǎng)絡級間鏈路利用率，由此消除因網(wǎng)絡規(guī)模增大對系統(tǒng)時延性能帶來的影響。本發(fā)明的思路是在三級無阻塞網(wǎng)絡Clos網(wǎng)絡中，根據(jù)網(wǎng)絡規(guī)模和調度算法執(zhí)行時間，計算所需子調度器的個數(shù)，各子調度器根據(jù)時隙信號到來依次開始工作，每個子調度器順序接收虛擬輸出組發(fā)送的鏈路匹配請求，采用中間級無須排隊的集中式調度方法，避免了信元在輸出級單元產(chǎn)生亂序，采用鏈路正交的方法進行選路，完成對鏈路的充分匹配， 在每個時隙結束時，都有子調度器返回調度結果，從而在每個時隙都可以進行隊頭信元的傳輸，提高了級間鏈路的利用率。本發(fā)明包括如下步驟(1)確定三級Clos交換網(wǎng)絡中的系統(tǒng)參數(shù)(2)劃分匹配子過程2a)將子調度器的調度過程在時間上平均劃分為多個匹配子過程，匹配子過程的數(shù)目應與輸出級單元的數(shù)目相等；2b)將輸入級單元的虛擬輸出隊列按照發(fā)往的目的輸出級單元劃分為多個虛擬輸出組，虛擬輸出組的數(shù)目應與輸出級單元的數(shù)目相等；(3)發(fā)送鏈路匹配請求3a)檢測匹配子過程啟動信號是否到來，若是，則執(zhí)行步驟3b)，否則，繼續(xù)檢測匹配子過程啟動信號；3b)按照鏈路請求發(fā)送規(guī)則，由子調度器檢測匹配子過程中待發(fā)送鏈路請求的虛擬輸出組各虛擬輸出隊列中是否存在未發(fā)送匹配請求的信元，如果虛擬輸出隊列中信元數(shù)目大于零，則執(zhí)行步驟3c)，如果虛擬輸出隊列中信元數(shù)目等于零，則不對該虛擬輸出隊列作任何操作；3c)判斷信元數(shù)目大于零的虛擬輸出隊列是否在該子調度器上一次調度過程中獲得匹配，如果該隊列在該子調度器上一次調度過程中匹配失敗，則在本次調度過程中不發(fā)送鏈路匹配請求；反之，該隊列在本次調度過程中鏈路匹配請求發(fā)送成功；3d)若虛擬輸出隊列發(fā)送鏈路匹配請求成功，則將該隊列未發(fā)送匹配請求的信元數(shù)目減1;(4)子調度器正交選路4a)檢測時隙信號是否到來，若是，則執(zhí)行下一步驟，否則，執(zhí)行步驟4d)；4b)判斷子調度器是否完成所有虛擬輸出組的鏈路匹配，若是，則執(zhí)行下一步驟， 否則，執(zhí)行步驟4e)；4c)將子調度器中輸入級單元輸出鏈路忙閑表和輸出級單元輸入鏈路忙閑表中所有表項置1，執(zhí)行步驟4e)；
4d)檢測匹配子過程啟動信號是否到來，若是，則執(zhí)行下一步驟，否則，繼續(xù)檢測匹配子過程啟動信號；4e)將子調度器中輸入級單元輸出鏈路忙閑表和輸出級單元輸入鏈路忙閑表對應表項相與，生成可用鏈路集；(5)鏈路匹配5a)將發(fā)送匹配請求成功的虛擬輸出隊列與可用鏈路集中的可用鏈路進行順序匹配，并將匹配結果寫入子調度器中的匹配結果寄存器；5b)將輸入級單元輸出鏈路忙閑表和輸出級單元輸入鏈路忙閑表中已獲得匹配的鏈路對應表項置0 ；(6)子調度器向輸入級單元返回匹配結果寄存器中存儲的匹配結果；(7)重復步驟C3)、步驟(4)、步驟( 、步驟(6)，直至子調度器對所有虛擬輸出組完成鏈路匹配；(8)若虛擬輸出隊列鏈路匹配成功，則在本次調度結束后的下一時隙進行隊頭信元的傳輸；若虛擬輸出隊列鏈路匹配失敗，則在該子調度器的下一調度過程中繼續(xù)進行鏈路匹配，直至匹配成功。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點第一，由于本發(fā)明采用了中間級單元無須排隊的集中式調度方法，克服了現(xiàn)有技術中因每一級單元分布式路由而導致信元在輸出級單元產(chǎn)生亂序的情況，使得本發(fā)明避免了在輸出級單元對信元重排序的復雜工作，使輸出級單元工作簡化，降低了信元在輸出級單元的處理時延。第二，由于本發(fā)明采用了鏈路正交的選路方法，克服了現(xiàn)有技術中因各虛擬輸出隊列獨立選路而使得網(wǎng)絡中有空閑鏈路而得不到充分利用的問題，使得各虛擬輸出隊列與空閑鏈路充分匹配，由此使本發(fā)明提高了調度的有效性。第三，由于本發(fā)明采用了多個子調度器循環(huán)工作，在每個時隙都有子調度器返回調度結果，因此在每個時隙都可以進行信元的傳輸，補償了現(xiàn)有技術中因調度時間過長造成的鏈路占用率低的問題，由此使本發(fā)明能夠消除因網(wǎng)絡規(guī)模增大帶來的對系統(tǒng)時延性能的影響。


圖1為本發(fā)明的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖1對本發(fā)明做進一步的描述。步驟1 確定三級無阻塞交換網(wǎng)絡Clos網(wǎng)絡中的系統(tǒng)參數(shù)；第一步，將交換網(wǎng)絡外部端口數(shù)除以輸入級單元的個數(shù)，得到輸入級單元端口數(shù)， 按照三級無阻塞交換網(wǎng)絡Clos網(wǎng)絡嚴格無阻的條件，將滿足公式m > 2n-l的值確定為中間級單元的個數(shù)，其中，m表示中間級單元的個數(shù)，η表示輸入級單元端口數(shù)，輸出級單元的個數(shù)應當與輸入級單元的個數(shù)相等。本發(fā)明實施例采用有六個輸入級單元的24* 端口交換網(wǎng)絡，則每一個輸入級單元應有四個輸入端口，按照三級無阻塞交換網(wǎng)絡Clos網(wǎng)絡嚴格無阻的條件，選擇中間級單元的個數(shù)為八，輸出級單元的個數(shù)為四，其中，輸入級單元為4*8的交換結構，中間級單元為8*8的交換結構，輸出級單元為8*4的交換結構。第二步，由下面公式計算時隙長度
權利要求
1. Clos交換網(wǎng)絡中基于信元的正交多子調度方法，包括如下步驟(1)確定三級無阻塞交換網(wǎng)絡Clos網(wǎng)絡中的系統(tǒng)參數(shù)；(2)劃分匹配子過程2a)將子調度器的調度過程在時間上平均劃分為多個匹配子過程，匹配子過程的數(shù)目應與輸出級單元的數(shù)目相等；2b)將輸入級單元的虛擬輸出隊列按照發(fā)往的目的輸出級單元劃分為多個虛擬輸出組，虛擬輸出組的數(shù)目應與輸出級單元的數(shù)目相等；(3)發(fā)送鏈路匹配請求3a)檢測匹配子過程啟動信號是否到來，若是，則執(zhí)行步驟北)，否則，繼續(xù)檢測匹配子過程啟動信號；3b)按照鏈路請求發(fā)送規(guī)則，由子調度器檢測匹配子過程中待發(fā)送鏈路請求的虛擬輸出組各虛擬輸出隊列中是否存在未發(fā)送匹配請求的信元，如果虛擬輸出隊列中信元數(shù)目大于零，則執(zhí)行步驟3c)，如果虛擬輸出隊列中信元數(shù)目等于零，則不對該虛擬輸出隊列作任何操作；3c)判斷信元數(shù)目大于零的虛擬輸出隊列是否在該子調度器上一次調度過程中獲得匹配，如果該隊列在該子調度器上一次調度過程中匹配失敗，則在本次調度過程中不發(fā)送鏈路匹配請求；反之，該隊列在本次調度過程中鏈路匹配請求發(fā)送成功；3d)若虛擬輸出隊列發(fā)送鏈路匹配請求成功，則將該隊列未發(fā)送匹配請求的信元數(shù)目減1 ；(4)子調度器正交選路4a)檢測時隙信號是否到來，若是，則執(zhí)行下一步驟，否則，執(zhí)行步驟4d)；4b)判斷子調度器是否完成所有虛擬輸出組的鏈路匹配，若是，則執(zhí)行下一步驟，否則， 執(zhí)行步驟4e)；4c)將子調度器中輸入級單元輸出鏈路忙閑表和輸出級單元輸入鏈路忙閑表中所有表項置1，執(zhí)行步驟4e)；4d)檢測匹配子過程啟動信號是否到來，若是，則執(zhí)行下一步驟，否則，繼續(xù)檢測匹配子過程啟動信號；4e)將子調度器中輸入級單元輸出鏈路忙閑表和輸出級單元輸入鏈路忙閑表對應表項相與，生成可用鏈路集；(5)鏈路匹配5a)將發(fā)送匹配請求成功的虛擬輸出隊列與可用鏈路集中的可用鏈路進行順序匹配， 并將匹配結果寫入子調度器中的匹配結果寄存器；5b)將輸入級單元輸出鏈路忙閑表和輸出級單元輸入鏈路忙閑表中已獲得匹配的鏈路對應表項置O ；(6)子調度器向輸入級單元返回匹配結果寄存器中存儲的匹配結果；(7)重復步驟(3)、步驟、步驟(5)、步驟(6)，直至子調度器對所有虛擬輸出組完成鏈路匹配；(8)若虛擬輸出隊列鏈路匹配成功，則在本次調度結束后的下一時隙進行隊頭信元的傳輸；若虛擬輸出隊列鏈路匹配失敗，則在該子調度器的下一調度過程中繼續(xù)進行鏈路匹配，直至匹配成功。
2.根據(jù)權利要求1所述的Clos交換網(wǎng)絡中基于信元的正交多子調度方法，其特征在于，步驟1所述系統(tǒng)參數(shù)的確定步驟如下第一步，將交換網(wǎng)絡外部端口數(shù)除以輸入級單元的個數(shù)，得到輸入級單元端口數(shù)，按照三級無阻塞交換網(wǎng)絡Clos網(wǎng)絡嚴格無阻的條件，將滿足公式m > 2n-l的值確定為中間級單元的個數(shù)，其中，m表示中間級單元的個數(shù)，η表示輸入級單元端口數(shù)，輸出級單元的個數(shù)應當與輸入級單元的個數(shù)相等；第二步，由下面公式計算時隙長度^ SxLxF其中，Ts表示級間傳輸一個信元所需時鐘周期數(shù)的時隙長度，L為信元長度，F(xiàn)為交換單元內部時鐘頻率，C表示級間鏈路傳輸信元的速率；第三步，測試交換網(wǎng)絡中完成一次調度所需匹配的時鐘周期個數(shù)；第四步，將調度所需匹配的時鐘周期個數(shù)除以時隙的時鐘周期個數(shù)，向上取整得到交換網(wǎng)絡所需要的子調度器的個數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的Clos交換網(wǎng)絡中基于信元的正交多子調度方法，其特征在于，步驟2b)所述的虛擬輸出隊列是指按照發(fā)往的目的輸出端口排隊的信元信息隊列，虛擬輸出隊列的組織方式為，在輸入級單元中，各虛擬輸出隊列按照發(fā)往的輸出級單元輸出端口號由小到大依次排列，每個虛擬輸出隊列中的各信元按照到達輸入級單元的先后順序依次排列。
4.根據(jù)權利要求1所述的Clos交換網(wǎng)絡中基于信元的正交多子調度方法，其特征在于，步驟北)中所述的鏈路請求發(fā)送規(guī)則是指，發(fā)送規(guī)則采用基于調度周期輪轉的方式，在第一個調度周期的第一個匹配子過程中，第一個輸入級單元發(fā)送第一個虛擬輸出組的鏈路請求，第二個輸入級單元發(fā)送第二個虛擬輸出組的鏈路請求，依次類推，最后一個輸入級單元發(fā)送最后一個虛擬輸出組的鏈路請求；在第二個匹配子過程中，第一個輸入級單元發(fā)送第二個虛擬輸出組的鏈路請求，第二個輸入級單元發(fā)送第三個虛擬輸出組的鏈路請求，依次類推，最后一個輸入級單元發(fā)送第一個虛擬輸出組的鏈路請求；依次類推，在最后一個匹配子過程中，第一個輸入級單元發(fā)送最后一個虛擬輸出組的鏈路請求，第二個輸入級單元發(fā)送第一個虛擬輸出組的鏈路請求，依次類推，最后一個虛擬輸出組發(fā)送倒數(shù)第二個虛擬輸出組的鏈路請求；在第二個調度周期的第一個匹配子過程中，第一個輸入級單元發(fā)送第二個虛擬輸出組的鏈路請求，第二個輸入級單元發(fā)送第三個虛擬輸出組的鏈路請求，依次類推，最后一個輸入級單元發(fā)送第一個虛擬輸出組的鏈路請求；在第二個匹配子過程中，第一個輸入級單元發(fā)送第三個虛擬輸出組的鏈路請求，第二個輸入級單元發(fā)送第四個虛擬輸出組的鏈路請求，依次類推，最后一個輸入級單元發(fā)送第二個虛擬輸出組的鏈路請求；依次類推，在最后一個匹配子過程中，第一個輸入級單元發(fā)送倒數(shù)第二個虛擬輸出組的鏈路請求，第二個輸入級單元發(fā)送倒數(shù)第一個虛擬輸出組的鏈路請求，依次類推，最后一個虛擬輸出組發(fā)送倒數(shù)第三個虛擬輸出組的鏈路請求；在后序調度周期中，執(zhí)行以上的輪轉方式發(fā)送輸入級單元虛擬輸出組的鏈路匹配請求。
5.根據(jù)權利要求1所述的Clos交換網(wǎng)絡中基于信元的正交多子調度方法，其特征在于，步驟4a)中所述的時隙信號是指，在每個時隙t，啟動第ρ = tmodP個子調度器調度過程的脈沖信號，其中，1 ^Ρ^Ρ,Ρ為子調度器的個數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種clos交換網(wǎng)絡中基于信元的正交多子調度方法，主要解決現(xiàn)有技術中因交換網(wǎng)絡規(guī)模增大對系統(tǒng)時延性能造成的影響。本發(fā)明的具體步驟包括(1)確定系統(tǒng)參數(shù)；(2)劃分匹配子過程；(3)發(fā)送鏈路匹配請求；(4)子調度器正交選路；(5)鏈路匹配；(6)返回匹配結果；(7)完成所有匹配子過程；(8)傳輸信元。本發(fā)明通過多個子調度器循環(huán)正交調度，提高了調度的有效性和級間鏈路的利用率，由此消除因交換網(wǎng)絡規(guī)模增大對系統(tǒng)時延性能帶來的影響。
文檔編號H04L12/56GK102497316SQ20111041069
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權日2011年12月9日
發(fā)明者上官林芳, 盧衛(wèi)娜, 姚明旿, 張冰, 張奭, 張茂森, 潘偉濤, 邱智亮, 韓冬, 鮑民權 申請人:西安電子科技大學