[发明专利]在以太网网络中进行流调度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机和通信网络中的服务质量保证和调度领域，特别是介质访问子层的服务质量保证和调度，如符合IEEE 802.3的以太网的服务质量保证和调度。具体地，本发明涉及一种在以太网网络中进行流调度的方法，能够非常有效地支持那些低带宽低延迟的服务，例如VoIP(基于IP的语音)业务，并且使得网桥之间的不同步性所导致的延迟尽量降低。

背景技术

为了保证以太网的服务质量，IEEE成立了家居以太网(residential Ethernet)研究组。在该组的最新研究报告中，引入了125微秒为单位的调度周期。在每个周期内部，代表多媒体应用的同步流量比代表传统以太网应用的异步流量有更高的优先权进行发送。为了防止同步流量过多时异步流量被饿死，每个周期的同步流量的最大利用率限制在75％。选用125微秒周期的主要原因是参考已有的IEEE1394标准，该标准目前被广泛用来连接音频/视频设备；另一个原因是短的调度周期比较容易提供低延迟和低抖动。

在125微秒周期的基础上，研究报告中给出了如何对同步流量进行调度，从而达到较低的延迟和抖动的机制——踱步(Pacing)：

通过保持每个同步帧直到该帧相应的发送时间，踱步机制在整个流的路径上维护着流量的模式，从而保证了低的抖动边界和网络中缓存空间的分布化。具体的来说，同步A类帧被控制以防它们(比预计)较早的离开交换机，其中控制指阻塞从第n个周期来的同步A类帧，直到第n+p个周期的开始。第n+p个周期开始，且第n+p-1个周期的非A类帧处理完毕之后，传输器开始发送这些来自第n个周期的A类帧，这些帧对于下个网桥而言就成了从n+p个周期来的。另外，每个网桥的延迟、抖动和缓存需求由踱步中的参数p所决定。

从本质上来说，踱步属于非工作守恒的调度机制。踱步机制在延迟和带宽分配粒度之间存在平衡。也就是说，如果想要较小的延迟，则带宽分配粒度必定比较大，反之亦然。踱步机制通过调节调度周期的长短来在延迟和带宽分配粒度之间进行平衡。调度周期越短，则延迟越小，带宽分配粒度越大。而调度周期越长，则延迟越大，带宽分配粒度越小。为了获得低延迟，家居以太网研究组选择了非常短的调度周期(125微秒)，这就造成了非常粗糙的带宽分配。即使应用选择使用128字节的小型帧且不考虑帧间隙，最低的可分配带宽也达到了8.192兆位每秒(Mbps)。对于目前的重要应用IP电话而言，所占用的带宽一般只有3~12千位每秒(Kbps)，带宽的浪费达到了99.8％。

为了解决该问题，家居以太网研究组在报告中采用了基于速率的优先权调度机制，如图2所示，具体的来说，A类流量又被细分成四个子类，分别是CLASS_A0、CLASS_A1、CLASS_A2和CLASS_A3。对于这四个子类，其调度周期从原来的125微秒分别变成125微秒、500微秒、2毫秒和8毫秒。CLASS_A0子类代表了最高速率的流量，这些流量以8KHz的频率周期性的进行发送，而CLASS_A1、CLASS_A2和CLASS_A3则依次代表了更低速率的流量，如IP电话等。

更多流量子类的引入给用户提供了流量优先级方面更多的选择，然而，这种方案仍然没有解决延迟和带宽分配粒度之间的问题。也就是说，我们仍然需要牺牲延迟来达到更高的网络利用率。对于低带宽、低延迟需求的IP电话类业务而言，仍然意味着很大的带宽浪费。

在有效地支持低带宽低延迟需求的应用(例如IP电话或者交互式游戏)等方面，目前以太网中的方法很难有效地支持此类应用。具体的来说，对于8毫秒才发送一次数据的低速率流而言，由于为该流保留资源的时隙和该流产生数据的不同步性，因此最大8毫秒的等待时间是不可避免的。然而，我们希望这种不同步性所造成的大延迟在整个端到端传输的过程中只出现一次。也就是说，通过网桥之间进行协作调度，使得网桥之间的不同步性所导致的延迟尽量降低。

发明内容

为了克服现有技术中的上述问题提出了本发明。因此，本发明的目的是提出一种在以太网网络中进行流调度的方法，能够非常有效地支持那些低带宽低延迟的服务，例如VoIP业务，并且使得网桥之间的不同步性所导致的延迟尽量降低。