[发明专利]一种考虑信道状态的GEO卫星星载CICQ结构交换机分组调度方法

说明书

本发明公布了一种考虑信道状态的GEO卫星星载CICQ结构交换机分组调度算法。本发明算法以实现或最大程度逼近交换机工作于work‑conserving状态为核心，以提高信道利用率为目标，在保证最大匹配数不变的情况下，使得信道状态正常的输出端口得到的匹配数最多，在提高通过率的同时降低分组的平均时延。仿真结果对比显示，对于交叉缓存容量为一个分组的GEO卫星星载CICQ交换机而言，在各种常见的卫星信道状态下，本发明算法在通过率和分组平均时延方面优于已有的主流算法，在GEO高性能星载CICQ交换机中具有良好实用价值。

技术领域

本发明属于高性能分组交换机控制技术领域。

背景技术

目前为数不多的关于星载CICQ交换结构单播调度算法的研究，例如FCSA(FlowControl Scheduling Algorithm)算法、RD(Rate Drative)、修正DRR(DifferentialRound-Robin)算法等，主要考虑卫星交换机输入端业务到达的类型及其建模，其他的例如降低复杂度、降低时延、增加吞吐量的目标及其追求此类性能目标的方式均与地面有线环境相同，考虑交换机输出端受卫星信道误码率高并且动态变化等特性影响的研究几乎没有。因此，在星载CICQ结构中研究通过率和时延性能好、适应卫星业务并且针对卫星信道特性的调度算法，以适应星载交换载荷及功率受限、业务高速大容量且时延敏感、信道误码率高且动态变化等特性，提高宝贵的信道资源的利用率，是迫切需要解决的问题。

不同于已有的算法，本发明以使交换机最大程度逼近工作于工作保持(work-conserving)状态为核心，考虑卫星信道因素，提出了GEO星载CICQ结构交换机中的一种新的分组输入调度算法，即最大work-conserving(Maximum Work-conserving,MW)调度算法。本发明提供的MW算法首先对输入端VOQ有分组排队而其对应的交叉缓存无分组排队的输出端口进行最大匹配，让尽可能多的输出端口参与匹配。在无法满足所有输出端口都参与匹配时，在不降低匹配数的前提下，淘汰掉信道状态差的、排队分组数量少的输出端口，在最大化提高信道利用率的同时使得交换机逼近工作于work-conserving状态。在提高交换机通过率的同时，降低分组的平均时延。

发明内容

本发明的目的是提供针对交叉缓存容量为一个分组的GEO星载CICQ结构交换机最大程度工作于work-conserving状态，最大化提高信道利用率，且具有良好的通过率和平均分组时延性能的分组输入调度算法。为实现上述目的，本发明采用的技术路线为：

第一步 初始化

在时隙开始时，根据VOQ队长矩阵、交叉缓存状态矩阵以及不同输出端口对应的信道状态，计算得到下面调度过程中需要使用到的输入和输出端口集合。

第二步 work-conserving匹配

对于有传输需求、且交叉缓存队列为空的输出端口(将其称为“待匹配输出端口”)组成的集合进行work-conserving匹配。对于一个VOQ队列，若其非空且其对应的交叉缓存为空，则称其为可调度VOQ队列。在work-conserving匹配中，优先选择对应可调度VOQ队列数最少的输出端口进行匹配。匹配原则是优先选择可调度的非空队列数最少的输入端口与该输出端口进行匹配。后续的端口匹配中可调度队列的计算将不包括已匹配的输出端口和输入端口对应的所有VOQ队列。将本步中得到匹配的输出端口数称为“最大匹配数”。

第三步 可去除输出端口的剔除

在work-conserving匹配中，若去掉某一输出端口后重新进行匹配得到的匹配数与原来相同，则称这样的输出端口为“可去除输出端口”。在本步中，依次剔除待匹配输出端口中信道状态差且VOQ排队分组总数少的可去除输出端口，直至剩余端口数与第二步中可达到的最大匹配数相同。

第四步 最优work-conserving匹配