一种cicq结构交叉缓存队列均衡的分组调度算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高性能分组交换机控制技术领域。
【背景技术】 阳002] 到目前为止，人们对高性能的联合输入交叉点排队（CombinedI吨Utand 化OSSbar如eued，CIC曲结构的调度算法进行了大量研究，经典的主流算法分为基 于轮询RR(Round-Robin)和最大权重匹配算法两大类型。基于RR的算法主要有 RR-RR、DRR(DifferentialRound-Robin)、TFQA(TrackingFairQuotaAllocation)、 RR-LQD化ongest如eueDetecting)等。基于权重的最大匹配法主要包括W队长、交叉缓 存占用率、阻塞时间为权重的最大权重匹配法，包括LQF-RR化ongest如eueFirstand RR)、MCBF(MostCriticalBufferFirst)、SCBF(化ortestCrosspointBufferFirst)、 SBF-GWF(theShortestbufferFirstandtheGreatestWeighbufferFirst)、 HOPS(Hyb;ridOptimizationPacketScheduling)、MCQF(MostCritical如eueFirst)等。 RR及其改进算法实现简单，复杂度一般为0 (I)，且大多数算法对可接入的均匀业务的通过 率接近100%，但分组平均时延较大。最大权重匹配法W复杂度增大为代价来获取分组时延 的下降。例如代表性的MCBF算法W特定输出和输入端口对应的crossbar中缓存的分组数 目为权重，充分利用crossbar资源，但没有考虑VOQ的队列长度。而近来提出的SBF-GWF 算法，在MCBF的基础上，进一步地，输出调度采用VOQ队长为权重，相比MCBF及其他算法， 时延性能有显著的提高。 阳00引在已有的CICQ调度算法的研究中，即使是性能突出的SBF-GWF算法，相比采用最 简单的FIFO(FirstInFirstOut)算法的输出排队（0曲结构，时延性能依然有较大差距。 根本原因在于OQ结构交换机能够工作于work-conserving状态，确保达到100 %的通过率， 从而使得时延下降。但是OQ结构较高的加速比使得其可扩展性受限，在大规模高速交换中 不具有实用价值。
[0004] 基于上述分析，不同于已有的算法，本发明W最大程度逼近交换机工作于work-conserving状态为核屯、，提出了CICQ结构中的一种新的分组输入调度算法，即交 叉缓存队列均衡（Crossbuffer如eueBalance,C地）算法。本发明提供的C地算法W 输出端口为匹配基准，选择交叉缓存（crossbuffer)队列长度最小的输出端口优先匹配， 尽量均衡所有输出端口的crossbuffer分组占用，W尽可能地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】
阳0化]本发明的目的是提供针对crossbuffer缓存容量为一个分组的CICQ结构交换机 最大程度工作于work-conserving状态，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：
[0006] 第一步初始化端口集合；
[0007] 每个时隙开始时，令输出端口集合OP包含所有输出端口，输入端口集合IP包含所 有输入端口；
[0008] 第二步判断调度是否结束；
[0009] 如果OP为空，则该时隙输入调度结束；否则，进入第S步；
[0010] 第S步选择待匹配的输出端口； W11] 从指针PO指向的输出端口开始，在OP中选择第一个crossbar队列长度Bj最小 的输出端口j，并将PO指向其下一个输出端口的位置； 阳〇1引其中Bj表示输出端口j的crossbar队列长度，PO为输出端口的优先级指针，其在 整个调度初始时指向输出端口 1 ;
[0013] 第四步检验选择的输出端口是否有合适的输入端口与之匹配；
[0014] 如果EIPj与IP的交集肥IP为空，从OP中剔除输出端口j，回到第二步；
[0015] 其中CBij表示输入端口i和输出端口j对应的交叉缓存（crossbuffer)，EIPj表 示满足VOQii不为空且CB。为空的所有输入端口i的集合；
[0016] 第五步为等待匹配的输出端口选择合适的输入端口与之匹配；
[0017] 从pi指向的输入端口开始，在肥IP冲选择第一个entryi最小的输入端口i，并 将Pi指向其下一个输入端口的位置，将VOQi,的头信元发送到CB。中；
[0018] 其中entryi表示输入端口i包含的非空VOQ队列数目，Pi为输入端口的优先级指 针，其在整个调度初始时指向输入端口 1 ;
[0019] 第六步剔除已匹配的输入端口，更新已匹配的输出端口的交叉缓存队列长度；
[0020] 将Bj加1，从IP中剔除输入端口i，更新EIP郝所有的肥IP，回到第S步。
[0021] 本发明的有益效果：本发明针对crossbuffer容量为单个分组的CICQ结构交换 机，提供了一种使交换机最大程度逼近work-conserving工作状态的输入调度算法，并在 输出端采用经典的LQF算法组合而成C地-LQF算法。仿真结果显示其能够有效提高交换机 通过率，同时对于实际应用中占绝大多数的非均匀业务，其分组平均时延性能方面更为接 近OQ结构。相比已有的有代表性的主流算法，本发明提供的算法在交换机通过率及分组平 均时延性能方面具有明显的优势。因此本发明提供的算法在大规模高性能CICQ交换机中 具有良好实用价值。
【附图说明】
[0022] 图1是联合输入交叉点排队（CIC曲结构交换机原理图；
[0023] 图2是C地算法的流程图；
[0024] 图3是32X32端口交换机均匀Bernoulli业务下分组平均时延对比； 阳0巧]图4是32X32端口交换机均匀0N/0FF业务下分组平均时延对比； 阳0%] 图5是32X32端口交换机非均匀Bernoulli业务下分组平均时延对比；
[0027] 图6是32X32端口交换机非均匀0N/0FF业务下分组平均时延对比。
【具体实施方式】
[0028] 图1给出了CICQ结构分组交换机的框图。本发明通过调度来均衡各输出交叉缓 存队列（图中加粗竖线表示）的队长，W尽可能的实现work-conserving,保证通过率的前 提下提高平均时延性能。
[0029] 第一步初始化；
[0030] 对端口集合进行初始化。每个时隙开始时，令输出端口集合OP包含所有输出端 口，输入端口集合IP包含所有输入端口。例如4X4端口某时隙开始时输入端VOQW及 crossbar中的缓存状态如下：
阳03引其中V0Q。代表输入端口i中去往输出端口j的分组排队的VOQ队列，0表示其为 空，1为非空；CBij代表输入输出端口对ij对应的交叉缓存（crossbuffer)，同样0表示空， 1 表示非空。此时OP= (1，2, 3, 4}，IP= (1，2, 3, 4};
[0033] 第二步判断调度是否结束；
[0034] 如果OP为空，则该时隙输入调度结束； 阳03引此时OP= {1，2, 3, 4}，为非空，则继续进行第；步；
[0036] 第S步选择待匹配的输出端口；
[0037] 从PO指向的输出端口开始，在OP中选择第一个Bj最小的输出端口j，并将PO指 向其下一个输出端口的位置； 阳0測其中Bj表示输出端口j的crossbar队列长度，PO为输出端口的优先级指针，其在 整个调度初始时指向输出端口1;
[0039] 假设当前时隙PO指向输出端口 1，此时Bi,Bz,Bs,Ba分别为2, 1，2, 1，则选择j= 2,将PO指向输出端口 3 ; W40] 第四步检验选择的输出端口是否有合适的输入端口与之匹配； 阳OW如果EIPj与IP的交集肥IP为空，从OP中剔除输出端口j，回到第二步；
[0042] 令CBij表示输入端口i和输出端口j对应的交叉缓存（crossbuffer)，上文中EIPj 表示满足VOQi,不为空且CB1,为空的所有输入端口i的集合；
[0043] 此时V0Q22,V0Q32,V0Q42不为空，CB12,CB22,CB42为空，故EIP2= (2,如，IP= {1，2, 3, 4}，则WEIPz= 口，4}，不为空，继续进行第五步；
[0044] 第五步为等待匹配的输出端口选择合适的输入端口与之匹配； W45] 从pi指向的输入端口开始，在肥IP冲选择第一个entryi最小的输入端口i，并 将Pi指向其下一个输入端口的位置，将VOQi,的头信元发送到CB。中；
[0046] 其中entryi表示输入端口i包含的非空VOQ队列数目，Pi为输入端口的优先级指 针，其在整个调度初始时指向输入端口1;
[0047] 假设当前时隙pi指向输入端口 1，此时肥化二|2, 4}，entry2二3,entry4二4， 故选择i= 2,将Pi指向输入端口 3,将V0Q22的头信元发送到CB22中； W48] 第六步剔除已匹配的输入端口，更新已匹配的输出端口的交叉缓存队列长度； W例将Bj加1，从IP中剔除输入端口i，更新EIP郝所有的肥IP，回到第S步；
[0050] 本例中将Bz加1后值变为2,从IP中剔除输入端口 2,更新后IP= (1，3, 4},EIPz ={4}，肥IPz= {4}肥IP4由原来的{2,4}变为{4}，其它不变。
[0051] 图3到图6分别给出了 32X32端口交换机中均匀和非均匀去向分布Bernoulli和 0N/0FF业务下，由本发明算法提供的C地-LQF算法与SBF-GWF算法、OQ结构的FIFO算法的 分组平均时延的对比，其中SBF-GWF为上文提到过的现有CICQ单分组crossbuffer结构中 性能较为突出的算法。仿真结果显示在均匀业务下，=种算法性能相当。而在非均匀业务 尤其是高负载情况下，C地-LQF算法的平均时延性能更为接近OQ结构，相比SBF-GWF算法 具有突出的优势。
【主权项】
1. 一种CICQ结构交换机分组输入调度算法，其特征是： 第一步初始化端口集合； 每个时隙开始时，令输出端口集合0P包含所有输出端口，输入端口集合IP包含所有输 入端口； 第二步判断调度是否结束； 如果0P为空，则该时隙输入调度结束； 第三步选择待匹配的输出端口； 从P〇指向的输出端口开始，在0P中选择第一个Bj最小的输出端口j，并将po指向其 下一个输出端口的位置； 其中Bj表示输出端口j的crossbar队列长度，po为输出端口的优先级指针，其在整个 调度初始时指向输出端口 1 ; 第四步检验选择的输出端口是否有合适的输入端口与之匹配； 如果ΕΠγ^IP的交集WEIPj为空，从0P中剔除输出端口j，回到第二步； 令CBy表示输入端口i和输出端口j对应的交叉缓存（crossbuffer)，上文中EIP。表 示满足VOQ^F为空且CB^为空的所有输入端口i的集合； 第五步为等待匹配的输出端口选择合适的输入端口与之匹配； 从pi指向的输入端口开始，在WEIP.j中选择第一个entry;最小的输入端口i，并将pi指向其下一个输入端口的位置，将VOQi,的头信元发送到CBi,中； 其中entryi表示输入端口i包含的非空V0Q队列数目，pi为输入端口的优先级指针， 其在整个调度初始时指向输入端口 1 ; 第六步剔除已匹配的输入端口，更新已匹配的输出端口的交叉缓存队列长度； 将1，从IP中剔除输入端口i，更新EIP和所有的WEIP，回到第三步。
【专利摘要】本发明公布了一种CICQ结构交叉缓存队列均衡的分组调度算法。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，以输出端口为匹配基准，选择交叉缓存队列长度最小的输出端口优先匹配，尽量均衡所有输出端口的交叉缓存分组占用，以尽可能地逼近实现work-conserving，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crossbuffer为一个分组的CICQ交换机而言，本发明算法在分组平均时延方面优于已有的主流算法，在大规模高性能CICQ交换机中具有良好实用价值。
【IPC分类】H04L12/863
【公开号】CN105429898
【申请号】CN201510733429
【发明人】熊庆旭, 张元昊
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月2日