[发明专利]用于组合输入交叉点缓存交换结构的旋转轮训调度方法

说明书

技术领域

本发明公开了用于组合输入交叉点缓存交换结构的旋转轮训调度方法，属于互联网信息传输的技术领域。

背景技术

计算机网络规模的日益扩大，主要体现在两个方面，一个是互联网用户的迅猛增长，使得交换网络端口的密度增大，另一个是多媒体业务的增多，使得交换结构输入输出端口的线速（line Speed）不断提高。另外，片上多处理器CMP(Chip Multi-processor）逐渐成为主流，使得各个处理器核以及处理器与其它模块(如cache）之间的互连(即片上网络）及其通信速率成为了影响处理器性能的重要因素。以上问题的解决都聚焦于交换系统的容量不断扩大，交换延时的不断改善。

交叉开关(Crossbar）交换结构由于其内部无阻塞特性，即在同一时刻，允许多个无冲突的输入输出口之间并行传输数据，使其逐渐成为了现代交换机核心的首选结构。尤其是近年来随着硬件工艺水平的不断发展，使得在交换结构的各个交叉点处设置少量缓存成为了可能。为了进一步提高系统的传输性能，组合输入交叉点缓存交换结构得到了普遍的应用。它允许数据包在传输过程中先暂存在交叉点的缓存队列中，再经过输出调度发送到输出端。这种在输入端和输出端分别调度的结构大大降低了所采用的调度算法的复杂度。但若要达到较高的时延性能，还需要输入调度和输出调度的完美配合。现有的组合输入输出调度算法由于存在指针同步（pointer synchronization, PS）现象，使得输出端口无法做到尽职服务（working-conserving），从而增加了数据包的传输延时。

对该问题的详细介绍如下：

（1） 组合输入交叉点缓存交换结构（VOQ_CQ）

组合输入交叉点缓存（Combined Virtual output queue and Crosspoint queue, 简称VOQ_CQ）是在交叉开关(Crossbar）交换结构的输入端和交叉点处分别设置缓存，如图1所示。输入端的缓存采用虚拟输出队列（Virtual Output Queue，简称VOQ），队列的个数等于输出端口的数目。交叉点缓存CQ有2个信元空间。 

输入端口有数据包输入时，根据其所要到达的目的端口的地址信息，将数据包缓存在对应的虚拟输出队列中，输入调度根据已定的调度顺序将数据包发送到交叉点缓存，输出调度结合当前交叉点缓存的状态及已定的调度法则将数据包发送到输出端口。这种分布式的调度可以不用集中考虑输入输出端口的当前状态，大大降低了调度算法的复杂性。此外，任意交叉点处CQ（i, j）缓存容量设置为两个信元空间的策略也保证了传输过程的流水线操作。

（2） 现有算法的同步现象

目前，基于Crossbar交换结构的调度算法已经取得了很多的研究成果。它们大体上可以分为无队列状态信息的调度算法：如Random，RR（Round-Robin）等，和基于队列状态信息的调度算法：如LQF（longest queue first）, OCF（oldest cell first）等。

适用于VOQ_CQ结构的算法可以是上述调度算法的任意组合，如RR_RR,OCF_RR,LQF_OCF等。在考虑组合调度算法对系统性能的影响时，由于输入调度起到关键的作用，所以我们重点分析一下输入调度。

RR算法相对公平且易于实现，但基于Round-Robin规则的下一个队列所对应的CQ可能处于满状态，而且若对应的输出端口比较繁忙，最坏情况下，RR算法需要等待N个时槽（N为输入端口的数目）数据包才能被从VOQ发送往CQ，进而等待被转发。即使其它的CQ处于空状态也无法完成数据的转发，从而造成其它的输出端口不能做到尽职服务。

LQF算法与RR算法相比，虽然性能有所提升，但依然具有上述算法的缺点，另外其实现复杂度较高，最坏情况下也需要等待N个时槽，即LQF计算复杂度为0（N）。

同样，OCF算法也有与上述两个算法同样的缺点。

目前已有的Crossbar调度算法方面的资料，给出了一种基于反馈机制的调度算法，但其是适用于两级交换结构的调度算法，而且没有考虑到多个输入端口时的去同步机制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了用于组合输入交叉点缓存交换结构的旋转轮训调度方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

用于组合输入交叉点缓存交换结构的旋转轮训调度方法， 包括如下步骤：

输入端口设置有轮询调度虚拟输出组中各虚拟输出队列的优先级指针，