[发明专利]用于高容量异步传输模式交换机的快速循环端口调度程序

说明书

本发明涉及一种网络系统和控制网络周围的数据流动的交换机，更具体的涉及高容量异步传输模式(ATM)交换机和通过交换机管理ATM信元流的调度程序。

在众多的局域网(LAN)/广域网(WAN)和远程通讯系统中已经采用了ATM交换机。图1中示出了ATM交换机的基本结构。交换机包括一组输入端口、一组输出端口和中心调度程序。流动的ATM信元到达输出端口并被切换到所指定的输出端口。任何输入通过由ATM调度程序进行决定可在不同的时间到达任何的输出。通过多个ATM交换机，在任何的单元时间内会产生限制，只有一个单元可被调度。输入可与一个或几个输出相连。因此，输入与输出的映射是一对多的操作。如果一个输入只被切换到一个输出，此种连接模式被称为单点传送(unicast)。如果另一方面，一个输入被发送到多个输出端口，此种连接方式被称为多点传送(multicast)。调度程序执行这些连接的最快速度是决定ATM交换机的最大总处理能力的因素。

在文献种已经揭示了多种的ATM结构。很多此类的文献都着眼于输入/输出缓冲ATM交换机。参见IEEE INFO COM，1992 I.Iliadis的“在非平衡通信量中的具有输入和输出队列的分组交换机的性能”和I.Iliadia和W.E.DenZel的发表在IEEE INFO COM，1990的“具有输入输出队列的分组交换机的性能”。在输入/输出缓冲交换机中，在输出端口产生单元队列。所有的输入缓冲器都以线路速率进行工作，其可为622兆位/秒，或以类似的速度。输入缓冲的一个弊端是线路头(Head-Of-Line(HOL))堵塞，其是由于输出缓冲器已满而无被发送的输入单元所造成的结果。这个问题可通过根据目标端口由输入模块中的队列单元进行解决。所有的队列被存储在共享的公共存储器中。

最早的一个调度ATM信元的方法是先入先出(FIFO)。此方法以单元到达输入端的顺序进行连接。虽然此方法简单，但是其无法保证公平地共享带宽。为了解决此问题，人们已经提出了一种公平共享调度程序。参见A.Demers等人在1990年1月的互连网杂志：研究和实验，第3-26页“公平队列算法的分析和仿真”，Golestani的在1994年6月的IEEE INFOCOM，“用于宽带应用的自计时公平队列调度程序”及J.Bennett和H.Zhang在1996年3月的IEEE INFOCOM，第120-128页中的“WF²Q：最差情况的公平权重公平队列”。已经发表的一种公平共享调度程序为权重循环。参见M.Katevenis等人在1991年10月的IEEEJSACpp.1265-1279中的“在常规目的的ATM交换机中的权重循环单元的多路复用”。

通常的，调度程序的结构可表示为有限状态机，如图2中所示。有限状态机(FSM)的当前状态，标记为P.STATE，其表示正进行交换机连接的当前所选的输出端口。下一个所选的输出端口，标记为NSTATE，为当前状态P_STATE和两个输入信号IB_STAUS和OB_STATUS的函数。信号IB_STATUS和OR_STATUS为分别来自输入和输出缓冲器的状态信号。IB_STATU表示哪一个输入缓冲器(IB)为BUSY或NOT_BUSY，即其是否包含一个信元。OB_STATUS表示通过对到达某一特定的输出缓冲器的信元指派信号STOP、SHARE或GO而在输出缓冲器(OB)处的充满程度。因此，GO表示可以最大的线路速率将单元发送到OB，相反的，STOP表示禁止发送单元。SHARE信号指示放慢向OB发送单元。在此状态机中，需注意的是，输入信号和当前的状态被用于决定下一个状态：FSM被称为米利机(Mealymachine)。

虽然现有技术的系统通过较好的调度程序可提高交换机的速度，对网络性能而言在速度上小的改进是很有益的。另外，上述的交换机不具有高度的可伸缩性。因此，如果交换机的端口数增多，交换机的总的过程延迟会随着端口数的增多而增大。现有技术的系统在所需的逻辑门上也不够紧密，而这在当系统被应用在硅技术中时是很重要的。

本发明的一个目的是提供一种用于高速ATM交换机的调度程序，其使用能够高速运行的循环调度程序。

本发明的另外的一个目的是提供一种就逻辑门的要求而言很紧密且尺寸规划好的调度程序。

本发明的再一个目的是提供一种调度程序，其具有一个总的交换机过程延迟，该过程延迟与交换机上的端口数的增加成对数关系，而不是随着端口数的增加过程延迟也线性的增大。

本发明的另外的一个目的是提供一种用于具有耐用结构且具备更强的总的处理能力的交换机的调度程序。