代数交换系统及其组装和解码算法、数据包的解码算法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信技术领域，到代数交换和网络编码等范围，具体涉及一种代数交换系统及其组装和解码算法、数据包的解码算法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着互联网用户数量飞速增加，网络规模不断扩大，丰富的网络应用尤其是网络视频服务的流行普及，现有网络的数据流量持续迅猛增长，这对作为网络互连重要枢纽的路由器提出了巨大的挑战。Internet规模的扩展、网络流量的激增，以及新型网络应用的不断出现，对路由器等网络设备提出了新的要求。高性能的路由器要具有强大的能力和良好的扩展性，具有较高的稳定性、可靠性、安全性。
[0003]就目前而言，高性能路由器一般具有以下特征:
[0004].系统具有足够高的数据包处理能力以达到每秒数百万包(Mp/s)的转发能力；
[0005].分布式大容量矩阵式交换结构；
[0006].高密度、多端口及其扩展性；
[0007].硬件查找路由表；
[0008].全面的冗余设计、高可靠性；
[0009].有效的QoS手段来满足客户在不同场合对不同服务质量的要求。
[0010]研究出高性能的路由器来满足人们的网络技术需求已经迫在眉睫。为了提高路由器的性能并降低实现代价，国际上提出了许多交换结构，其中又引人注目的有共享总线结构[I],共享存储(Shared Memory) [2],交叉矩阵(Crossbar) [4]等结构。共享总线结构易于扩展也比较容易实现，但是其速率较低。共享存储结构虽然可以达到比较高的速度，但是其速率仍然受到内存速度的限制，其存储器带宽性能瓶颈使得当端口数量较多时，存储器带宽需求较大，不能满足大规模扩展应用的条件。交叉矩阵是最典型的使用最普遍的交换结构，它是一种简单的空分交换开关，将N个输入端口和N个输出端口任意的互连。当端口数N较小时，交叉矩阵是一种实现无阻塞、自路由的理想交换结构。但该结构需要的交换单元的数量是N2，硬件实现复杂度为O (N2)，当N较大时，其成本变得不可接受，不满足大规模扩展的要求。
[0011]为了构造一种适合大规模扩展的交换结构，何伟等人提出了一种多路径自路由交换结构[3]，这种结构将代数分配格理论应用于自路由模型，该结构具有完全分布式自路由、无内部缓存、无缓存时延及无抖动等优势[3]。在保证提供QoS的条件下，适合大规模扩展，很好的满足了用户的需求。
[0012]然而这种结构具有一定的由内部阻塞造成的丢包，这一缺陷严重阻碍了该结构的发展与应用。本发明提出了在多路径路由交换系统的基础上，添加网络编码模块，并设计了一套数据交换和编码算法来更好的实现多路径路由交换系统的各项功能。该方法的核心是通过对数据包进行编码，添加有效的冗余信息，解码恢复丢失的信息，来减小数据包在传输过程中的丢失率，从而达到增加网络吞吐量，提高通信质量等目标，减小了数据重传的代价。
[0013]引用文献:
[0014][I]Cheng T D, Franaszek P A, Georg1u C J, et al.Dynamic switch protocolson a shared medium network:U.S.Patent 5, 235, 592[P].1993-8-10.11s.
[0015][2]Andrade P, Cooperman M, Sieber R ff.ATM shared memory switch withcontent addressing:!! S.Patent 5,513,134[P].1996-4-30.
[0016][3] Hui Li, Wei He, Xi CHEN, Peng Yi, Binqiang Wang, “Mult1-pathSelf-routing Switching Structure by Interconnect1n of Multistage SortingConcentrators”，IEEE CHINAC0M2007，Aug.2007, Shangha1.
[0017][4] B.Prabhakar, N.McKeown, R.Ahu ja ; “Multicast scheduling forinput-queued switches，，，IEEE J.Selected Areas Commun，vol.15，n0.5，p855_866，1997.
【发明内容】
[0018]—种具有网络编码功能的代数交换系统，主要包含以下模块:N个输入端口(1-1-1，, 1-1-N)、数据预处理模块(1-2)、编码模块(1-3)、N个VOQ调度模块(1-4-1，1-4-2，1-4-N)、代数交换模块(1-5)、组装模块(1-6-1，1-6-N)、解码模块(1-7-1，1-7-N)、N个输出端口(1-8-1，1-8-N);上述各个模块相互配合完成数据包在系统中的切割、编码、交换、组装、解码等操作。
[0019]—种具有网络编码功能的代数交换系统的组装和解码算法，包括:数据信元以并行的形式经过代数交换模块，组装模块先将并行数据信元写入并转串缓存中，后将串行的数据信元从并转串缓存读出，然后组装模块中的输入状态机分别进行信元头提取、信元头识别、存取地址确定、存储到组装缓存、数据包完整判断等操作；其中数据包完整判断将判断结果发送到输出状态机；组装这一功能主要是靠输出状态机实现的，分别进行数据包完整判断结构接收查询、取完整包或丢弃或解码、数据包输出；若数据包完整则不用解码，直接发送数据包至输出缓存；若数据包中丢了一个数据信元，可以结合剩下的数据信元和编码信元解码出丢失的数据信元；若丢了两个及两个以上则直接丢弃此包。
[0020]一种具有网络编码功能的代数交换系统的数据包的解码算法，包括:信元在经过交换后，可能产生丢失，通过在数据编码模块中，对切割好的信元按照一定的规则进行编码，将新产生的编码信元同其他原有信元一起送入VOQ模块和交换结构，在交换结束后，若信元有丢失，则由通过特定的解码算法，在解码模块和组装模块中恢复出原始数据信息，整个处理过程如图2和图3所示。
[0021]本发明的这种解码功能能够减小数据包在交换过程中的丢失率，从而达到增加网络吞吐量，提尚通?目效率等目标。
【附图说明】
[0022]图1为具有网络编码功能的代数交换系统。
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