专利名称：实时网络业务量准入与调度方法
技术领域：
本发明涉及一种分组交换安排，特别是一种在选中范围内确定分组间延迟的分组交换安排。
背景技术：
以前以最早到期日(EDD)调度器完成对实时流的调度。EDD调度器是为通过系统的分组提供延迟差异的机制。每个信道都有一个相关迟延边界。通过将延迟边界与到达时间相加，在特定时间抵达的特定类别的分组将被赋予最终期限标签。然后，按照其最终期限标签的升序转发分组。这种安排的不足之处在于，具有较小延迟边界的信道将趋向于垄断输出信道的空闲容量，获得比具有较长延迟边界的同等信道更大的平均传输带宽。
本发明的目的是至少在一定程度上解决上述一个或多个问题，或者至少向公众提供有用的备选方案。
发明内容
本发明的一种形式在于一种分组交换安排，其中包括第一装置，适用于存储每个输入信道的选定最大分组间延迟；第二装置，用于存储与输出信道上可用的比特率成正比的第一数值以及与每个输入信道相关联的多个第二数值，每个第二数值均与相应输入信道上可能的最大分组大小成正比，同时与该相应输入信道的选定最大比特率成反比；第三装置，适用于选择输入信道，该输入信道已获准加入输入信道组，这组信道中的任何一个均被允许通过输出信道传输分组，如果最后被选信道的内涵物(inclusion)不会导致每个选中输入信道的第二数值的总和进入或超出上述第一数值的选定范围；第四装置，用于从输入信道组中选择信道，用于通过上述输出信道传送分组，所述第四装置还适用于仅选择那些可以确保输入信道所经历的分组间延迟不大于该信道的选中最大分组间延迟的信道。
优选地，第一数值是信用值，等于任意输入信道的最大可测算延迟与输出信道的比特率相乘。
优选地，第二数值是信用值，其计算方法是将以比特为单位的选定输入信道可允许的最大分组大小与任意输入信道的最大可测算延迟相乘，然后除以该信道的选定最大分组间延迟。
优选地，选择传送分组的信道的装置的特征还在于在任何给定时间量子期间，已经被选中的输入信道不会再次被选中，当存在另一具有要发送分组的输入信道时，在所述时间量子期间，不选择该信道。
优选地，选择传送分组的信道的装置包括作为当前时间量子期间发送分组的候选的输入信道的第一队列和在下一时间量子之前不能作为发送分组的候选的输入信道的第二队列，在当前时间量子终止时，将被选择为许可传送分组的信道从第一队列移动到第二队列中，而将第二队列中的所有信道移动到第一队列中。
优选地，选择传送分组的信道的装置还包括装置，当其被移动到第一队列中时，以与该信道的最大允许延迟成正比的数值，时间标记每个输入信道；装置，按照时标值，对队列进行排序，指针能够沿已排序队列移动，选择所指向的信道以允许通过输出信道传送分组。
优选地，所述时标等于当前时间加上该输入信道的最大允许延迟值。
优选地，指针只能转换时间标记显示是处于当前状态的信道。
本发明还在于一种分组交换方法，包括以下步骤存储每个输入信道的选定最大分组间延迟；计算与输出信道上可用的比特率成正比的第一数值以及与每个输入信道相关联的多个第二数值，每个第二数值均与相应输入信道上可能的最大分组大小成正比，同时与该相应输入信道的选定最大比特率成反比；选择输入信道，该输入信道已获准加入输入信道组，这组信道中的每一个均被允许通过输出信道传输分组，当最后被选信道的内涵物(inclusion)不会导致每个选中输入信道的第二数值的总和进入或超出上述第一数值的选定范围；实现从输入信道组中对信道的选择，以便通过上述输出信道传送分组，实现仅对那些可以确保输入信道所经历的分组间延迟不大于该信道的选中最大分组间延迟的信道的选择。
优选地，第一数值是信用值，等于任意输入信道的最大可测算延迟与输出信道的比特率相乘。
优选地，第二数值是信用值，其计算方法是将以比特为单位的选定输入信道可允许的最大分组大小与任意输入信道的最大可测算延迟相乘，然后除以该信道的选定最大分组间延迟。
优选地，在任何给定时间量子期间，已经被选中的输入信道不会再次被选中，当存在另一具有要发送分组的输入信道时，在所述时间量子期间，不选择该信道。
优选地，将作为当前时间量子期间发送分组的候选的输入信道放入第一队列和将在下一时间量子之前不能作为发送分组的候选的输入信道放入第二队列，在当前时间量子终止时，将被选择为许可传送分组的信道从第一队列移动到第二队列中，而将第二队列中的所有信道移动到第一队列中。
优选地，所述方法包括当其被移动到第一队列中时，以与该信道的最大允许延迟成正比的数值，时间标记每个输入信道；按照时标值，对队列进行排序，利用能够沿已排序队列移动的指针，选择所指向的信道以允许通过输出信道传送分组。
优选地，所述时标等于当前时间加上该输入信道的最大允许延迟值。
优选地，指针只能转换时间标记显示是处于当前状态的信道。
为了更好地理解本发明，现在，将参照附图，对根据本发明的优选实施例进行更为全面的描述。然而，应当理解的是，特定的实施例只体现了本发明的一种形式。
图1示出了此系统的方框图。
图2示出了此系统的初始状态。时间是1000ms，系统中有5个信道有多个待传送的分组。
图3示出了1000ms时间量子后的系统。两个在先前时间量子中发送了分组的信道根据其最大延迟重新调度它们的信道。
图4示出了1003ms时间量子后，但完成信道重新调度之前的系统。
图5示出了1003ms时间量子后，但开始1004ms时间量子前的系统。
具体实施例方式
输入链路17携带有多条试图访问输出链路18的信道。基于信用的系统(credit-based system)被用来决定是否允许某个信道进入系统，也就是说，赋予访问输出链路的权利。信用总数与最大可测延迟(可任意选择)与系统输出比特率的乘积相等。这个值由软件模块15计算并存储。
每个信道都有一定数量的信用(credit)，由信道识别模块13计算并存储。信用数值等于以比特为单位的存储在数组11中的该信道最大分组大小乘以最大可测延迟再除以存储在数组10中的信道可承受的最大分组间延迟，将其存储在数组12中。
这些数值将通过信道仲裁模块14。当存储在模块15中的全部系统信用少于或等于所有信道的信用值时，系统可以满足所有信道的要求。信道仲裁模块存储可接受信道的集合。
另外，给出被系统接受的输入信道的现有集合，如果新信道的最大分组大小已知，那么就能够计算系统可以为新输入信道提供的最大分组间延迟边界。相反，如果指定新信道的最大分组间延迟，则可以容易地计算新信道的最大可允许分组大小。
调度模块16选择允许用来传送分组的信道，以便确保满足每个信道的分组间延迟要求，同时不会仅仅因为该要求，而给要求低延迟的信道额外的带宽。下面，对该操作进行描述。
系统中存在两个指针
T(103)-当前内核时间指针。具有当前内核时间值。由内核以离散时间量子的方式进行更新。
P(104)-信道处理指针。它指向下一个要进行处理的信道。它包含具有最早时标的信道的时标值。
实时信道被许可进入系统，同时以数值(T+信道最大延迟)进行时间标记，然后按照时标的升序插入队列(108)中。因此，具有最大延迟为2ms的信道将以数值T+2ms进行时间标记。
根据下面将要加以讨论的规则，P指向下一传送信道。
P被设定为永远指向具有最早时标的信道。维持两个队列调度队列(108)，针对在当前时间量子期间，即在T值变化之前，适合被选择的信道；以及等待队列(105)。当被选择发送分组时，这个信道就会被从调度队列移出，放入等待队列中。在T值变化之前，这一信道不会被再次重新调度。这确保了每个信道都能平等地工作，在想要发送更多信息分组时，其逐渐获得比其他等价实时信道更低的优先级。
当检测到T值的变化时，所有在队列中的信道都会根据新的T值被重新调度。以这种方式，以前的T值变成了现在的，在上一个时间量子中未被选择的传送信道将会比之前被选择的信道具有较小的时标。
有时，系统能够发送调度队列中的所有信道的分组，在这种情况下，所有信道将处于等待队列。如果系统得到发送分组的另一请求，则系统应当以相关时标，将所有信道从等待队列恢复到调度队列中。
有时，由于负担过重或者T值实际超过一个或多个信道的时标，系统可能无法对信道进行处理。这意味着调度器将无法满足这些信道实时延迟要求的需要。在这种情况下，P值将会被重新调整，指向具有最小时间标记的信道，并且尽量达到T值。调度器将用具有最低时间标记的信道发送分组。然后，这些信道将会被转入等待队列，而其它信道得到处理。在下一次处理时，根据新的T值，“迟到”信道将被按照普通信道一样被对待。有分组要传送的信道不会得到更高的优先级，因为其以T+信道延迟得以插入，而得到的数值肯定会大于T值。因此，P值的出现将会使系统有机会首先调度“迟到”的信道。
在实时调度器会丢弃迟到分组的实施例中，系统将会跳过先前的步骤，丢弃迟到信道中的分组，然后立即根据新的T值，对其进行重新调度。
参照附图，下列情况可能发生假设所有的分组正在以最大传送单位或分组大小(MTU)进行传输，系统每毫秒可以传送两个MTU大小的分组。存在5个信道信道A的最大延迟边界为2ms信道B的最大延迟边界为2ms信道C的最大延迟边界为4ms信道D的最大延迟边界为4ms信道E的最大延迟边界为4ms如图2所示，信道D(106)和信道E(107)处于等待队列(105)中。这意味着在1000ms时隙中有两个分组已经被传送了。由于系统每毫秒只能传送两个分组，时间进入1001ms。
在图3中，信道D和E肯定会在时间顺序表(207)中被置后。由于它们是4ms信道，而当前的时间T为1001ms(205)，它们进入了列表中的1005ms(209)部分。指针P(206)将会指向列表中下一个进行传送的信道。列表中的两个信道将被允许在1001ms时隙中传送分组。这是信道A(201)和信道B(200)。
在图4中，我们看到信道A(307)和信道B(308)已经传送完它们的分组，正处于等待队列中。
在图5中，时间已经向前推进了1ms。信道A(401)和B(400)被重新排序在列表中，处理继续。
在另一个实施例中(未示出)，延迟的较低边界大于0，P值等于当前内核时间加上最小延迟边界值。这一实施例在分组间延迟需要更大确定性的时候使用，用以减少抖动。P值将不会超过T值，也就是说，表示发送信道的指针永远不会沿调度队列移动超过其时标是当前时间的项。
权利要求
1.一种分组交换安排，其中包括第一装置，适用于存储每个输入信道的选定最大分组间延迟；第二装置，用于存储与输出信道上可用的比特率成正比的第一数值以及与每个输入信道相关联的多个第二数值，每个第二数值均与相应输入信道上可能的最大分组大小成正比，同时与该相应输入信道的选定最大比特率成反比；第三装置，适用于选择输入信道，该输入信道已获准加入输入信道组，这组信道中的任何一个均被允许通过输出信道传输分组，如果最后被选信道的内涵物(inclusion)不会导致每个选中输入信道的第二数值的总和进入或超出上述第一数值的选定范围；第四装置，用于从输入信道组中选择信道，用于通过上述输出信道传送分组，所述第四装置还适用于仅选择那些可以确保输入信道所经历的分组间延迟不大于该信道的选中最大分组间延迟的信道。
2.根据权利要求1所述的分组交换安排，其特征在于第一数值是信用值，等于任意输入信道的最大可测算延迟与输出信道的比特率相乘。
3.根据上述任一权利要求所述的分组交换安排，其特征在于第二数值是信用值，其计算方法是将以比特为单位的选定输入信道可允许的最大分组大小与任意输入信道的最大可测算延迟相乘，然后除以该信道的选定最大分组间延迟。
4.根据上述任一权利要求所述的分组交换安排，其特征在于第四装置的特征还在于在任何给定时间量子期间，已经被选中的输入信道不会再次被选中，当存在另一具有要发送分组的输入信道时，在所述时间量子期间，不选择该信道。
5.根据上述任一权利要求所述的分组交换安排，其特征在于第四装置包括作为当前时间量子期间发送分组的候选的输入信道的第一队列和在下一时间量子之前不能作为发送分组的候选的输入信道的第二队列，在当前时间量子终止时，将被选择为许可传送分组的信道从第一队列移动到第二队列中，而将第二队列中的所有信道移动到第一队列中。
6.根据权利要求5所述的分组交换安排，其特征在于第四装置还包括装置，当其被移动到第一队列中时，以与该信道的最大允许延迟成正比的数值，时间标记每个输入信道；装置，按照时标值，对队列进行排序，指针能够沿已排序队列移动，选择所指向的信道以允许通过输出信道传送分组。
7.根据权利要求6所述的分组交换安排，其特征在于所述时标等于当前时间加上该输入信道的最大允许延迟值。
8.根据权利要求6所述的分组交换安排，其特征在于指针不会沿调度队列移动超过其时标是当前时间的条目。
9.一种分组交换方法，包括以下步骤存储每个输入信道的选定最大分组间延迟；计算与输出信道上可用的比特率成正比的第一数值以及与每个输入信道相关联的多个第二数值，每个第二数值均与相应输入信道上可能的最大分组大小成正比，同时与该相应输入信道的选定最大比特率成反比；选择输入信道，该输入信道已获准加入输入信道组，这组信道中的每一个均被允许通过输出信道传输分组，当最后被选信道的内涵物(inclusion)不会导致每个选中输入信道的第二数值的总和进入或超出上述第一数值的选定范围；实现从输入信道组中对信道的选择，以便通过上述输出信道传送分组，实现仅对那些可以确保输入信道所经历的分组间延迟不大于该信道的选中最大分组间延迟的信道的选择。
10.根据权利要求9所述的分组交换方法，其特征在于第一数值是信用值，等于任意输入信道的最大可测算延迟与输出信道的比特率相乘。
11.根据权利要求9或10所述的分组交换方法，其特征在于第二数值是信用值，其计算方法是将以比特为单位的选定输入信道可允许的最大分组大小与任意输入信道的最大可测算延迟相乘，然后除以该信道的选定最大分组间延迟。
12.根据权利要求9、10或11所述的分组交换方法，其特征还在于在任何给定时间量子期间，已经被选中的输入信道不会再次被选中，当存在另一具有要发送分组的输入信道时，在所述时间量子期间，不选择该信道。
13.根据权利要求9、10、11或12所述的分组交换方法，其特征在于将作为当前时间量子期间发送分组的候选的输入信道放入第一队列和将在下一时间量子之前不能作为发送分组的候选的输入信道放入第二队列，在当前时间量子终止时，将被选择为许可传送分组的信道从第一队列移动到第二队列中，而将第二队列中的所有信道移动到第一队列中。
14.根据权利要求13所述的分组交换方法，其特征在于包括当其被移动到第一队列中时，以与该信道的最大允许延迟成正比的数值，时间标记每个输入信道；按照时标值，对队列进行排序，利用能够沿已排序队列移动的指针，选择所指向的信道以允许通过输出信道传送分组。
15.根据权利要求14所述的分组交换方法，其特征在于所述时标等于当前时间加上该输入信道的最大允许延迟值。
16.根据权利要求14所述的分组交换方法，其特征在于指针不会沿调度队列移动超过其时标是当前时间的条目。
全文摘要
公开了一种分组交换系统，包括一种用于确定具有分组间延迟要求的实时信道能否进入该系统的方法。也提供了一种用于根据这些分组间延迟要求，对信道进行调度以发送分组的方法和装置。还公开了用于对分组设置选定抖动要求的变体。
文档编号H04L12/56GK1618215SQ02827668
公开日2005年5月18日 申请日期2002年12月2日 优先权日2001年11月30日
发明者埃米尔·蒂勒, 奇·肯特·拉姆, 西蒙·乔利 申请人:进扬网绩有限公司