专利名称：保障服务质量的片上网络带宽资源调度方法
技术领域：
本发明涉及一种网络资源调度方法，具体涉及一种基于片上网络的面向 连接的能够保障服务质量的资源调度方法。
技术背景目前片上网络提供保障质量服务主要通过面向无连接的数据包分优先级方式或面向连接的GS(Guarantee:Service)虚连接方式。其中，面向无连接的 数据包分优先级方式只能提供具有统计意义的服务质量保障，当高优先级的 数据包很多时，其保障的服务质量会下降，而目前很多多媒体应用中，实时 数据流的传输需要有带宽、时延、时延抖动等服务质量(QoS, Quality of Service) 硬指标保障的保障质量传输，分优先级方式无法提供这样的服务；面向连接 的GS虚连接方式虽然能提供硬指标的保障，但其网络资源利用率低、影响 BE(Best-Effect)服务质量，并且在目前己有的采用面向连接的GS虚连接方式 提供GS服务的片上网络，其调度算法无法支持多样的带宽保障服务。 发明内容本发明为解决现有的片上网络提供保障质量服务存在的共享同一物理链 路的不同GS连接之间的传输冲突、网络资源利用率低、影响BE服务质量 的问题，提供了一种保障服务质量的片上网络带宽资源调度方法。本发明由 以下步骤实现-步骤一、建立并设定GS虚连接优先级当路由器从前级路由器输出端 口或本级路由器本地端口接收到GS虚连接建立申请时，首先通过剩余带宽 计算器判断输出端口的剩余带宽是否满足申请的带宽量，如果满足申请的带 宽量则在GS配置单元中将本级路由器从多条GS虚拟通道(Virtual Channel) 中申请到的一条GS虚拟通道与上级路由器申请到的一条GS虚拟通道配对 填入虚连接匹配表中，并将申请的带宽量化为GS虚连接的优先级，将此优 先级数值写入该GS虚拟通道单元中的计数器配置单元中，作为此GS虚拟 通道单元中的优先级计数器的初始值；步骤二、同步GS虚连接通过路由器中的优先级计数器GS数据包头中记录下级路'由器对应GS虚拟通道单元中的优先级计数器的启动值，当下级 路由器收到GS数据包头时，对应GS虚拟通道单元中的计数器配置单元从 GS数据包头中提取出优先级计数器的启动值，优先级计数器开始计数，当 优先级计数器计数到最高优先级后，重新将GS虚连接的初始值载入；步骤三、设定BE通路的初始优先级量化BE优先级模块从对应输出 端口的剩余带宽计数器中读入剩余带宽量，并向下量化为1/N满带宽作为BE 通路的初始优先级，将此优先级作为BE优先级计数器的启动值开始优先级 计数，当BE优先级计数器计数到最高优先级时，量化BE优先级模块重新 根据输出端口的剩余带宽量化BE通路的优先级，并启动BE优先级计数器；步骤四、DSD调度输出步骤二完成后，.IP核开始发送GS数据，路由 器接收到GS数据通过交叉开关将其送入到对应的GS虚拟通道单元中的数 据整形单元中，数据整形单元寄存GS数据直到对应的优先级计数器的计数 值为最高优先级时将GS数据载入到数据等待仲裁单元中，动态优先级仲裁 器在有输出申请的GS虚拟通道单元中选择优先级最高的授权输出；步骤五、GS虚连接撤销当GS数据流传输完毕后，路由器发送GS数 据包尾，撤销对应GS虚连接。有益效果本方法有效解决了共享同一物理链路的不同GS连接之间的 传输冲突问题，实现了为IP提供多样化的带宽硬保障服务，并且有效解决了 采用面向连接保障GS服务带来的网络资源利用率低、影响BE服务质量的 缺点；本方法能提供全带宽、1/2全带宽…1/A^V为正整数)全带宽、零延时 抖动的硬保障服务；在克服网络资源利用率低、影响BE服务质量的缺点方 面，针对VBR的GS数据流，能完全克服GS虚连接带来的低资源利用率， 提高BE服务的传输质量近20Q/。；针对CBR的GS数据流，通过分配动态优 先级给BE通路的方式使BE传输延时获得进3%的改善。
图1是实现本发明方法的装置结构示意图；图2是GS虚拟通道单元2 的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一参见图1和图2，本实施方式由以下步骤组成步骤一、建立并设定GS虚连接优先级当路由器从前级路由器输出端 口或本级路'由器本地端口接收到GS虚连接建立申请时，首先通过剩余带宽 计算器3判断输出端口的剩余带宽是否满足申请的带宽量，如果满足申请的带宽量则在GS配置单元4中将本级路由器从多条GS虚拟通道中申请到的 一条GS虚拟通道与上级路由器申请到的一条GS虚拟通道配对填入虚连接 匹配表4-l中，并将申请的带宽量化为GS虚连接的优先级，将此优先级数 值写入该GS虚拟通道单元2中的计数器配置单元2-1中，作为此GS虚拟通 道单元2中的优先级计数器2-2的初始值；步骤二、同步GS虚连接通过路由器中的优先级计数器为了保证处于 同一条GS虚连接上的路由器的优先级计数器同步，在发送GS数据前，发 送GS数据包头来同步GS虚电路通过的所有的GS虚拟通道单元2的优先级 计数器2-2，在GS数据包头中记录下级路由器对应GS虚拟通道单元2中的 优先级计数器2-2的启动值，当下级路由器收到GS数据包头时，对应GS虚 拟通道单元2中的计数器配置单元2-1从GS数据包头中提取出优先级计数 器2-2的启动值，优先级计数器2-2开始计数，优先级每个周期升高一级， 当优先级计数器2-2计数到最高优先级后，重新将GS虚连接的初始值载入；步骤三、设定BE通路的初始优先级量化BE优先级模块5从对应输 出端口的剩余带宽计数器3中读入剩余带宽量，并向下量化为1/N满带宽作 为BE通路的初始优先级，将此优先级作为BE优先级计数器6的启动值开 始优先级计数，当BE优先级计数器6计数到最高优先级时，量化BE优先 级模块5重新根据输出端口的剩余带宽量化BE通路的优先级，并启动BE 优先级计数器6;步骤四、DSD调度输出步骤二完成后，IP核开始发送GS数据，路由 器接收到GS数据通过交叉开关7将其送入到对应的GS虚拟通道单元2中 的数据整形单元2-3中，数据整形单元2-3用来调整GS数据之间的间隔，使 GS数据满足DSD调度算法对数据流的格式要求，数据整形单元2-3寄存GS 数据直到对应的优先级计数器2-2的计数值为最高优先级时将GS数据载入 到数据等待仲裁单元2-4中，动态优先级仲裁器8在有输出申请的GS虚拟 通道单元2中选择优先级最高的授权输出，GS通道的申请信号由GS虚拟通道单元2中的数据等待仲裁单元2-4发出，只要该数据等待仲裁单元2-4中 有GS数据就发出申请，BE通路的申请信号由BE数据通^9发出，每次在 BE优先级计数器6载入启动值且有BE数据等待发送时发出申请，BE数据 被调度输出后撤消申请，GS通路的优先级为GS虚拟通道单元2中优先级计 数器2-2的输出值，BE通路的优先级为BE优先级计数器6的输出值，当所 有的GS通路都没有发出申请时，BE通路强制获得仲裁输出。步骤五、GS虚连接撤销当GS数据流传输完毕后，路由器发送GS数 据包尾，撤销对应GS虚连接，撤销的过程包括释放所占用带宽，以及删除 虚连接匹配表中的相关内容，当路由器接收到GS数据包尾时，释放占用的 带宽和占用的GS虚拟通道单元2。本发明采用面向连接的方式提供GS服务， 一般分两个阶段，GS虚连接 建立阶段和'GS数据流传输阶段。GS虚连接建立阶段是依据一定的度量参数 作为寻路标准，找到满足条件的路径，保证数据流传输到目的节点。GS数 据流传输阶段是当GS虚连接建立成功之后，传送数据流的过程，在此过程 中，源节点需要对GS数据流进行调节，保证IP核发送的数据流带宽不会大 于其申请带宽。本发明的带宽资源调度算法是针对GS数据流传输阶段，不 同GS虚连接之间传输冲突问题提出的。首先提出发明算法中需要用到的术 语定义及引理。定义1 GS连接的优先级动态调整机制是指建立起来的GS虚连接每经 过一个传输周期其优先级会自动提升一级，但当它达到最高优先级后，返回 到其设定的初始优先级(注优先级数值越小，等级越高)。引理1如果GS虚连接每个传输周期都传输数据，那么该GS虚连接保 障满带宽，如果GS虚连接保障每7V个传输周期传输一个数据，那么该GS 虚连接必能保障(满)带宽定义2 GS虚连接的初始优先级为该GS虚连接申请带宽量的倒数(本 文中GS申请的带宽量只考虑1/7V满带宽情况，其它的申请如2/3满带宽情况 不在本文考虑范围之内)，如GS虚连接申请l/2带宽，则其初始优先级设定 为2。那么该GS虚连接必能保障W带宽。引理3 GS服务的数据流以flit方式在网络中传输，如果GSflit在每级 路由器都能无堵塞的转发到相应的输出VC中，那么不同GS服务之间的传 输冲突只发生在路由器的输出端口。由引理可知，申请保障W带宽的GS服务只需合理处理虚连接经过的 每级路由器输出端口的传输调度问题，即如何保证共享同一物理链路资源的 多个不同GS数据流都能够在各自规定的时间内被成功调度进行数据传输。 在定义及引理基础上，给出发明的DSD调度算法。DSD算法假设在一个路由器输出端口内的M个虚通道中建立了 《(B《2W)个GS连接，并且这些GS服务所申请的带宽之和不超过链路物理 通道所允许的满带宽。则对于保障1/A^(1S^0带宽的GS连接G,，如果能够 保证每M个传输周期才会有一个'GS flit转发到所属的虚通道准备发送，那么 通过GS连接的优先级动态调整机制必可保证该GS flit在iV,个传输周期内被 成功调度输出。采用这种算法能提供l、 1/2、 1/3、 1/4 ... 1/iV(7V为正整数) 带宽、零延时抖动的硬服务质量指标保障服务。在该算法的基础上，将物理链路的剩余带宽量化为BE数据通路的初始优先 级，BE数据通路利用此优先级参与仲裁器调度。此方法可以在GS数据流为 CBR时提高BE的传输质量。同时，在路由器的输出端口判断当前周期是否 有GS数据申请输出， 一旦没有则立刻传输BE的flit，此方法可以在GS数 据流为VBR时提高BE的传输质量。
权利要求
1. 保障服务质量的片上网络带宽资源调度方法，其特征在于本发明由以下步骤实现步骤一、建立并设定GS虚连接优先级当路由器从前级路由器输出端口或本级路由器本地端口接收到GS虚连接建立申请时，首先通过剩余带宽计算器(3)判断输出端口的剩余带宽是否满足申请的带宽量，如果满足申请的带宽量则在GS配置单元(4)中将本级路由器从多条GS虚拟通道中申请到的一条GS虚拟通道与上级路由器申请到的一条GS虚拟通道配对填入虚连接匹配表(4-1)中，并将申请的带宽量化为GS虚连接的优先级，将此优先级数值写入该GS虚拟通道单元(2)中的计数器配置单元(2-1)中，作为此GS虚拟通道单元(2)中的优先级计数器(2-2)的初始值；步骤二、同步GS虚连接通过路由器中的优先级计数器GS数据包头中记录下级路由器对应GS虚拟通道单元(2)中的优先级计数器(2-2)的启动值，当下级路由器收到GS数据包头时，对应GS虚拟通道单元(2)中的计数器配置单元(2-1)从GS数据包头中提取出优先级计数器(2-2)的启动值，优先级计数器(2-2)开始计数，当优先级计数器(2-2)计数到最高优先级后，重新将GS虚连接的初始值载入；步骤三、设定BE通路的初始优先级量化BE优先级模块(5)从对应输出端口的剩余带宽计数器(3)中读入剩余带宽量，并向下量化为1/N满带宽作为BE通路的初始优先级，将此优先级作为BE优先级计数器(6)的启动值开始优先级计数，当BE优先级计数器(6)计数到最高优先级时，量化BE优先级模块(5)重新根据输出端口的剩余带宽量化BE通路的优先级，并启动BE优先级计数器(6)；步骤四、DSD调度输出步骤二完成后，IP核开始发送GS数据，路由器接收到GS数据通过交叉开关(7)将其送入到对应的GS虚拟通道单元(2)中的数据整形单元(2-3)中，数据整形单元(2-3)寄存GS数据直到对应的优先级计数器(2-2)的计数值为最高优先级时将GS数据载入到数据等待仲裁单元(2-4)中，动态优先级仲裁器(8)在有输出申请的GS虚拟通道单元(2)中选择优先级最高的授权输出；步骤五、GS虚连接撤销当GS数据流传输完毕后，路由器发送GS数据包尾，撤销对应GS虚连接。
全文摘要
保障服务质量的片上网络带宽资源调度方法，它涉及一种基于片上网络的面向连接的能够保障服务质量的资源调度方法，以解决现有的片上网络提供保障质量服务存在的共享同一物理链路的不同GS连接之间的传输冲突、网络资源利用率低、影响BE服务质量的问题。本发明由以下步骤实现步骤一、建立并设定GS虚连接优先级；步骤二、同步GS虚连接通过路由器中的优先级计数器；步骤三、设定BE通路的初始优先级；步骤四、DSD调度输出；步骤五、GS虚连接撤销。本方法解决了共享同一物理链路的不同GS连接之间的传输冲突问题，实现了为IP提供多样化的带宽硬保障服务，解决了采用面向连接保障GS服务带来的网络资源利用率低、影响BE服务质量的缺点。
文档编号H04L12/56GK101252513SQ200810064248
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月7日 优先权日2008年4月7日
发明者付方发, 鹏 侯, 桑胜田, 肖立伊 申请人:哈尔滨工业大学