CN102111327A - 信元调度方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种信元调度方法和系统，其中，该方法包括：对于交换设备的每个输入接口上的每个信元链路缓存单元，在信元链路缓存单元中存储的信元流量大于或等于预设信元流量阈值时，交换设备对上行交换接入设备执行链路流控操作，以控制交换接入设备向交换设备发送信元的流量，其中，信元链路缓存单元包括用于存储单播信元的单播信元链路缓存单元和用于存储多播信元的多播信元链路缓存单元；交换设备对存储的单播信元和多播信元分别执行信元交换操作，并在每个输出端口上发送执行信元交换操作后的单播信元和多播信元。通过本发明，避免了单播业务与多播业务相互拥塞，提高了数据交换效率，节省了系统资源。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种信元调度方法和系统。
背景技术
交换网络为大容量高端路由器的核心技术之一。为了达到T比特以上大交换容量的需求，目前，主要采用多级互连的交换网络，多级互连的交换网络主要包括交换接入芯片(Switch Access Fabric，简称为SA)和交换芯片(SwitchFabric，简称为SF)，下面结合附图1对该交换网络的结构进行简单描述。
图1是相关技术中的交换网络的结构示意图，如图1所示，交换网络主要包括位于线卡上的SA和位于交换卡上的SF，其中，SA在逻辑上可以分为上行SA和下行SA。为了满足交换带宽要求，SA与SF之间由多条高速串行总线(SERDES)相连接。在信元的调度过程中，上行SA将单播数据报文或多播数据报文切割封装为单播信元或多播信元，然后，上行SA根据单播信元的目的ID或多播信元的多播组ID查询路由表获得发送链路，并根据该发送链路对单播信元或多播信元进行调度，将单播信元或多播信元发送给SF，SF通过查询路由表，获得单播信元或多播信元的目的地址，将单播或多播信元交换到相应的下行SA中。
目前，SA根据其接收的到单播信元或多播信元的授权额度，发出出队指令，并按照出队指令的顺序从外部缓存(如DRAM)中读出单播数据报文或多播数据报文，再将报文封装成信元，通过链路发送给SF。但由于多播信元需要在SF中进行复制，目的端口不确定性，使得SF容易出现各种拥塞状况，进而出现单播业务和多播业务互相阻塞的情况，大大降低了交换效率。
然而，针对现有技术中单播业务和多播业务互相阻塞的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中针对现有技术中单播业务和多播业务互相阻塞的问题，本发明提出一种信元调度方法，能够合理地调度单播信元和多播信元，避免单播业务和多播业务相互阻塞。
针对相关技术中避免单播业务和多播业务相互阻塞的问题，本发明还提出一种信元调度系统，能够合理地调度单播信元和多播信元，从而避免单播业务和多播业务相互阻塞。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种信元调度方法，包括：
对于交换设备的每个输入接口上的每个信元链路缓存单元，在所述信元链路缓存单元中存储的信元流量大于或等于预设信元流量阈值时，所述交换设备执行链路流控操作，以控制交换接入设备向所述交换设备发送信元的流量，其中，所述信元链路缓存单元包括用于存储单播信元的单播信元链路缓存单元和用于存储多播信元的多播信元链路缓存单元；
所述交换设备对存储的所述单播信元和所述多播信元分别执行信元交换操作，并在输出端口上发送执行信元交换操作后的单播信元和多播信元。
进一步地，上述方法还包括：
对于交换接入设备中的每个信元缓存单元，在所述信元缓存单元中的信元流量大于或等于预设信元流控阈值时，所述交换接入设备停止接收所述信元缓存单元对应的数据报文，以控制所述交换接入设备接收数据报文的流量，其中，所述信元缓存单元包括单播信元缓存单元和多播信元缓存单元。
进一步地，上述方法还包括：
所述交换接入设备选择未被流控的信元链路缓存单元向所述交换设备发送单播信元和/或多播信元。
其中，所述交换设备对接收到的单播信元和多播信元执行信元交换操作的处理包括：
所述交换设备对所述单播信元和所述多播信元并行执行交换。
进一步地，上述方法还包括：
预先在所述交换接入设备中设置单播信元缓存单元和多播信元缓存单元。
进一步地，上述方法还包括：
预先在所述交换设备的每个输入接口上设置单播信元链路缓存单元和多播信元链路缓存单元。
其中，所述数据报文包括单播数据报文和多播数据报文，则所述方法还包括：
所述交换接入设备将接收到的单播数据报文转化为单播信元，并将所述单播信元缓存至所述单播信元缓存单元中；和/或
所述交换接入设备将接收到的多播数据报文转化为多播信元，并将所述多播信元缓存至所述多播信元缓存单元中。
一种信元调度系统，包括交换设备和交换接入设备，其中，
所述交换接入设备用于向所述交换设备发送信元；
所述交换设备包括：多个输入接口，所述多个输入接口中的每个输入接口包括一个或多个信元链路缓存单元，其中，所述信元链路缓存单元包括用于存储单播信元的单播信元链路缓存单元和用于存储多播信元的多播信元链路缓存单元；并且，对于每个输入接口的每个信元链路缓存单元，在所述信元链路缓存单元中存储的信元流量大于或等于预设信元流量阈值时，所述交换设备执行链路流控操作，以控制交换接入设备向所述交换设备发送信元的流量；并且，所述交换设备还用于对存储的所述单播信元和所述多播信元执行信元交换操作，并在输出端口上发送执行信元交换操作后的单播信元和多播信元。
其中，所述交换接入设备包括多个信元缓存单元，并且，在所述交换接入设备的每个信元缓存单元中的信元流量大于或等于预设信元流控阈值时，所述交换接入设备停止接收所述信元缓存单元所对应的数据报文，以控制所述交换接入设备接收数据报文的流量，其中，所述信元缓存单元包括单播信元缓存单元和多播信元缓存单元。
优选地，所述交换接入设备还用于选择未被流控的信元链路缓存单元向所述交换设备发送单播信元和/或多播信元。
借助于本发明的上述技术方案，通过控制交换接入设备向交换设备的信元发送并对单播信元和多播信元进行交换和轮循操作，能够避免交换设备上的信元堆积，并且能够合理地将单播信元和多播信元及时发送出去，避免了单播业务与多播业务相互拥塞，提高了数据交换效率，节省了系统资源。
附图说明
图1是典型的交换网络的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的信元调度方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的信元调度系统的组成结构连接图；
图4是根据本发明实施例的交换设备中单播信元和多播信元并行交换的原理示意图；
图5是根据本发明实施例的上行交换接入设备中对单播信元和多播信元进行调度的原理示意图；
图6是根据本发明实施例的单播路由表或多播路由表的构成图；
图7是根据本发明实施例的在上行交换接入设备中进行链路选择的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行说明。
图2是本发明实施例的信元调度方法的步骤流程图，如图2所示，包括以下处理：
步骤S201，对于交换设备的每个输入接口上的每个信元链路缓存单元，在信元链路缓存单元中存储的信元流量大于或等于预设信元流量阈值时，交换设备对上行交换接入设备执行链路流控操作，以控制上行交换接入设备向交换设备发送信元的流量，其中，信元链路缓存单元包括用于存储单播信元的单播信元链路缓存单元和用于存储多播信元的多播信元链路缓存单元。
步骤S202，交换设备对存储的单播信元和多播信元分别执行信元交换操作，并在输出端口上发送执行信元交换操作后的单播信元和多播信元，优选地，交换设备可以在每个输出端口上对执行信元交换操作后的单播信元和多播信元执行轮循操作。
为了更好的对本发明进行说明，下面以交换设备为交换芯片、交换接入设备为交换接入芯片为例进行说明，本领域技术人员可知，对于具备交换设备功能与交换接入设备功能的其他实体，本发明同样是可以实现的。
在具体实现过程中，需要预先在交换芯片的每个输入接口上设置单播信元链路缓存单元和多播信元链路缓存单元，其中，单播信元链路缓存单元用于存储来自上行交换接入芯片的单播信元，多播信元链路缓存单元用于存储来自上行交换接入芯片的多播信元，还需要预先在上行交换接入芯片中设置单播信元缓存单元和多播信元缓存单元。
通过上述设置，对于交换芯片的每个输入接口上的每个信元链路缓存单元(单播信元链路缓存单元或多播信元链路缓存单元)，在信元链路缓存单元中存储的信元流量大于或等于预设信元流量阈值时，交换芯片对上行交换接入芯片执行链路流控操作，以控制上行交换接入芯片向交换芯片发送信元的流量，此时，上行交换接入芯片会选择未被流控的信元链路缓存单元对应的链路向交换芯片发送单播信元和/或多播信元，例如，上行交换接入芯片向交换芯片发送单播信元时，上行交换接入芯片会根据交换芯片提供的单播链路流控，排除掉被流控的链路，均衡地选择其它未被流控的可用链路向交换芯片传输单播信元；上行交换接入芯片向交换芯片发送多播信元时，上行交换接入芯片会根据交换芯片提供的多播链路流控，排除掉被流控的链路，均衡地选择其它未被流控的可用链路向交换芯片传输多播信元。并且，交换芯片对存储的单播信元和多播信元执行信元交换操作之后，会在每个输出端口上对执行信元交换操作后的单播信元和多播信元执行轮循操作。
通过上述操作，交换芯片就能够根据内部的拥塞状况，按照链路分别向交换接入芯片SA提供单播链路流控和多播链路流控，以避免单播信元和多播信元过多的堆积在交换芯片的输出端口上，导致交换芯片的输出端口阻塞的问题，使得单播数据和多播数据均能及时地从交换芯片的输出端口输出，提高了数据交换效率，节省了系统资源。优选地，交换芯片可以对单播信元和多播信元并行执行交换，以进一步提高数据的交换效率。
由于单播数据报文和多播数据报文的流量是不确定的，本发明通过在上行交换接入芯片中设置单播信元缓存单元和多播信元缓存单元，使得上行交换接入芯片SA能够对单播信元和多播信元分开储存和调度。具体地，对于上行交换接入芯片中的每个信元缓存单元，在信元缓存单元中的信元流量大于或等于预设信元流控阈值时，上行交换接入芯片停止接收信元缓存单元对应的数据报文，以控制上行交换接入芯片接收数据报文的流量，这样，上行交换接入芯片将从外部缓存DRAM读出的数据报文封装成信元之后，会区分出单播信元和多播信元，并将信元分别储存到各自的信元缓存单元，单播信元储存到单播信元缓存单元，多播信元储存到多播信元缓存单元。即，在上行交换接入芯片中的交换接口模块处分别设置单播信元的统一缓存(即上文所述的单播信元缓存单元)和多播信元的统一缓存(即上文所述的多播信元缓存单元)，分别用于缓存发送至交换芯片的单播信元和多播信元，上行交换接入芯片根据缓存情况分别产生全局单播信元流控和全局多播信元流控，上行交换接入芯片中的出队管理模块会根据交换接口模块产生的全局单播信元流控和全局多播信元流控情况，对单播数据报文队列、多播数据报文队列分别进行调度及发出队指令，将单播/多播数据报文从外部缓存DRAM中读出发送给交换接口模块。通过上述操作，当上行交换接入芯片接收到的单播链路流控较多时，会使得单播信元缓存单元的发送带宽减少，进而产生全局单播流控给出队管理模块，出队管理模块会减少单播数据报文出队，并不影响多播数据报文的发送交换；反之，当上行交换接入芯片接收到的多播链路流控较多时，会使得多播信元缓存单元的发送带宽减少，进而产生全局多播流控给出队管理模块，出队管理模块会减少多播数据报文出队，并不影响单播数据报文的发送交换，从而不会使单播报文或多播报文阻塞在队列后而无法及时发送，能够实现单播报文和多播报文的及时调度。一般来说，全局单播流控、全局多播流控间接反映了上行交换接入芯片在交换网中的发送带宽，产生全局单播流控时，则表示单播信元的发送带宽已急剧减少，需要暂时停止单播队列出队，以避免在接口处造成对多播信元的堵塞，同样地，产生全局多播流控时，则表示多播信元的发送带宽已急剧减少，需要暂时停止多播队列出队，以避免在接口处造成对单播信元的堵塞。
本发明通过在交换芯片中设置信元链路缓存单元，来控制上行交换接入芯片向交换芯片发送信元的流量，能够避免交换设备上的信元堆积，并通过在上行交换接入芯片中设置信元缓存单元，以控制上行交换接入芯片接收数据报文的流量，这样交换芯片就间接控制了上行交换接入芯片接收的单播报文和/或多播报文的流量，进一步避免了单播业务与多播业务相互拥塞，提高了数据交换效率，节省了系统资源。
综上，本发明结合交换网的拥塞情况在出队管理上对单播数据报文队列和多播数据报文队列进行出队调度，当交换网中单播交换的拥塞状况达到一定程度时停止调度单播数据报文出队，但并不影响多播数据报文的调度，反之，当交换网中多播交换的拥塞状况达到一定程度时停止调度多播数据报文出队，但并不影响单播数据报文的调度，最大限度地利用交换网的带宽。并且，交换接入芯片对单播信元、多播信元并行进行调度发送，使得在交换芯片能够并行对单播信元和多播信元进行交换，保证了单播信元和多播信元的交换带宽，能够大大减少整个交换网络中单播信元与多播信元之间相互堵塞的情况，提高了数据了交换效率，节省了系统资源。
图3是根据本发明实施例的信元调度系统的组成结构图，如图3所示，该信元调度系统包括交换接入设备31和交换设备32，其中，
交换接入设备31用于向交换设备发送信元；
交换设备32包括：多个输入接口，多个输入接口中的每个输入接口包括一个或多个信元链路缓存单元，其中，信元链路缓存单元包括用于存储单播信元的单播信元链路缓存单元和用于存储多播信元的多播信元链路缓存单元；并且，对于每个输入接口的每个信元链路缓存单元，在信元链路缓存单元中存储的信元流量大于或等于预设信元流量阈值时，交换设备对上行交换接入设备执行链路流控操作，以控制交换接入设备向交换设备发送信元的流量，此时，交换接入设备还用于选择未被流控的信元链路缓存单元对应的链路向交换设备发送单播信元和/或多播信元。并且，交换设备还用于对存储的单播信元和多播信元执行信元交换操作，并在输出端口上发送执行信元交换操作后的单播信元和多播信元，优选地，在每个输出端口上对执行信元交换操作后的单播信元和多播信元执行轮循操作。
其中，交换接入设备31包括多个信元缓存单元，并且，在交换接入设备的每个信元缓存单元中的信元流量大于或等于预设信元流控阈值时，交换接入设备停止接收信元缓存单元所对应的数据报文，以控制交换接入设备接收数据报文的流量，其中，信元缓存单元包括单播信元缓存单元和多播信元缓存单元。
下面结合附图对交换设备31和交换接入设备32的工作原理进行详细说明。
图4是根据本发明实施例的交换设备中单播信元和多播信元并行交换的原理示意图，如图4所示，交换设备的每个输入端口均设置有单播链路缓存单元和多播链路缓存单元，并且交换设备内部并行对单播信元和多播信元进行交换，对单播信元进行交换会得到该单播信元在交换设备中的输出端口，交换设备通过该输出端口将单播信元发送给下行交换接入设备，一般来说，单播信元通过交换设备中的一个输出端口发送给下行交换接入设备；对多播信元进行交换会得到该单播信元在交换设备中的多个输出端口，交换设备对多播信元进行复制，得到多个该多播信元，并通过交换得到的多个输入端口分别将多播信元发送给下行交换接入设备，例如，对多播信元A进行交换确定出n个输入端口，此时，交换设备会将该多播信元A复制(n-1)个，这样交换设备中就共有n个相同的多播信元A，并通过该n个输出端口将n个多播信元A分别发送至下行交换接入设备，一个输出端口输出一个多播信元A。即，在交换设备中，在交换设备的每个输入端口处对单播信元和多播信元分开进行缓存，并通过对单播信元和多播信元分开两个平面进行调度交换，将信元从各自的输入端口交换到各自的目的端口(对应于交换设备的输出端口)。这样，当单播平面或多播平面调度交换产生拥塞时，会使得在交换设备输入端口处的单播信元缓存或多播信元缓存产生积压，从而生成相应的单播链路流控信号或多播链路流控信号，并将链路流控情况反馈给上游交换接入设备。
图5是根据本发明实施例的上行交换接入设备中对单播信元和多播信元进行调度的原理示意图，如图5所示，在上行交换接入设备中设置单播信元缓存单元501和多播信元缓存单元502，上行SA的接口处从外部缓存读取报文数据，将读取出的报文数据储存到外部缓存管理模块505，信元封装模块503将外部缓存管理模块505中的报文数据进行信元封装，并将封装后的信元分为单播信元和多播信元，将单播信元放入单播信元缓存单元501，将多播信元放入多播信元缓存单元502，对单播信元的流量和多播信元的流量分开统计，并根据单播信元缓存单元501的积压状况产生全局单播流控，根据多播信元缓存单元502的积压状况产生全局多播流控，将流控反馈给上行交换接入设备的出队管理模块504，使得出队管理模块504对从外部缓存读取的报文数据的流量进行控制，其中，出队管理模块504用于管理单播队列和多播队列的出队调度，并对待调度队列发出出队指令，缓存到到外部缓存管理模块505，然后读出报文数据，将报文数据发送给信元封装模块503。
信元轮循调度模块506会对单播缓存单元501和多播缓存单元502中的信元进行轮循调度，以保证单播和多播信元得到公平轮循。调度的信元附带有信元的目的ID(下行交换接入设备的ID号)，即该信元将被交换的目的器件ID号。基于该目的ID查询对应的单播或多播路由表，路由表查询模块507可以查找到可发送链路，并经由该链路将信元发送给交换设备。单播或多播路由表可以用自路由的方式自动生成维护或者由软件配置，路由表的构建是本领域技术人员所公知的，本文不再详述。图6是根据本发明实施例的单播路由表或多播路由表的构成图，如图6所示，其中，信元的目的ID号由0至N，表示整个交换网络中下行交换接入设备的ID号，0至M为链路的标识，每个目的ID可用链路的比特图用于指示编号由0至M的多个链路中哪些链路可以向该目的ID进行发送，其中，可以通过预先设置的标识表示链路可用或不可用，例如，1示链路可用，0表示链路不可用，或者其他标识来确定。
图7是根据本发明实施例的在交换接入设备中进行链路选择的示意图，结合图5和图7，图7中的链路选择模块701将输入的单播路由表和多播路由表结果与接收到的链路单播流控或链路多播流控结合在一起，得到最终的可用链路，信元将在该最终可用链路中进行轮循选择，在选择得到结果后即可将信元发到对应的链路发送模块中，最后通过高速串行总线送给交换设备。当采用上述查询路由表获取可用链路的方式后，如果查询路由表返回结果为全为不可用时，则表明对于该信元的传输不存在可用链路，为了不堵塞后续信元，可以丢弃该信元。但是，对于单播信元，当该信元无可用链路的原因是接收到的链路单播流控，而不是路由表查询结果为不存在无可用链路时，则不能丢弃该信元，需要放弃本次调度，改为调度多播信元，反之亦然。例如，出队管理模块504进行出队调度时，如果接收到下游模块反馈的全局单播流控，则停止单播队列出队调度，同样地，出队管理模块504如果接收到下游模块反馈的全局多播流控，则停止多播队列出队调度。
一般来说，上行交换接入设备收到来自交换设备的链路流控越多，则表示被屏蔽的链路越多。这样单播或多播信元的发送带宽会随之减少，从而造成图5所示的单播缓存单元和/或多播缓存单元中信元积压的情况，最终产生全局单播流控和/或全局多播流控，并将产生全局单播流控和/或多播流控反馈给出队管理模块504，这样，出队管理模块504会结合接收到来自下游模块的全局单播流控和/或全局多播流控，调节单播队列和多播队列的出队调度。这样，上行交换接入设备通过将单播路由表或多播路由表的结果结合来自交换设备SF的链路单播或多播流控确定最终可用的单播链路或多播链路，即可进行发送链路轮循选择，使得交换网负载均衡，避免单播信元或多播信元积压。
借助于本发明的上述技术方案，通过控制交换接入设备向交换设备的信元发送并对单播信元和多播信元进行交换和轮循操作，能够避免交换设备上的信元堆积，并且能够合理地将单播信元和多播信元及时发送出去，避免了单播业务与多播业务相互拥塞，提高了数据交换效率，节省了系统资源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种信元调度方法，其特征在于，包括：
对于交换设备的每个输入接口上的每个信元链路缓存单元，在所述信元链路缓存单元中存储的信元流量大于或等于预设信元流量阈值时，所述交换设备执行链路流控操作，以控制交换接入设备向所述交换设备发送信元的流量，其中，所述信元链路缓存单元包括用于存储单播信元的单播信元链路缓存单元和用于存储多播信元的多播信元链路缓存单元；
所述交换设备对存储的所述单播信元和所述多播信元分别执行信元交换操作，并在输出端口上发送执行信元交换操作后的单播信元和多播信元。
2.根据权利要求1所述的信元调度方法，其特征在于，还包括：
对于所述交换接入设备中的每个信元缓存单元，在所述信元缓存单元中的信元流量大于或等于预设信元流控阈值时，所述交换接入设备停止接收所述信元缓存单元对应的数据报文，以控制所述交换接入设备接收数据报文的流量，其中，所述信元缓存单元包括单播信元缓存单元和多播信元缓存单元。
3.根据权利要求1所述的信元调度方法，其特征在于，还包括：
所述交换接入设备选择未被流控的信元链路缓存单元对应的链路向所述交换设备发送单播信元和/或多播信元。
4.根据权利要求1所述的信元调度方法，其特征在于，所述交换设备对接收到的单播信元和多播信元分别执行信元交换操作的处理包括：
所述交换设备对所述单播信元和所述多播信元并行执行信元交换。
5.根据权利要求1所述的信元调度方法，其特征在于，所述交换设备在输出端口上发送执行信元交换操作后的单播信元和多播信元的操作包括：
所述交换设备在每个输出端口上对执行信元交换操作后的单播信元和多播信元执行轮循操作。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的信元调度方法，其特征在于，
预先在所述交换接入设备中设置单播信元缓存单元和多播信元缓存单元。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的信元调度方法，其特征在于，
预先在所述交换设备的每个输入接口上设置单播信元链路缓存单元和多播信元链路缓存单元。
8.根据权利要求2至5中任一项所述的信元调度方法，其特征在于，所述数据报文包括单播数据报文和多播数据报文，则所述方法还包括：
所述交换接入设备将接收到的单播数据报文转化为单播信元，并将所述单播信元缓存至所述单播信元缓存单元中；和/或
所述交换接入设备将接收到的多播数据报文转化为多播信元，并将所述多播信元缓存至所述多播信元缓存单元中。
9.一种信元调度系统，其特征在于，包括交换设备和交换接入设备，其中，
所述交换接入设备用于向所述交换设备发送信元；
所述交换设备包括：多个输入接口，所述多个输入接口中的每个输入接口包括一个或多个信元链路缓存单元，其中，所述信元链路缓存单元包括用于存储单播信元的单播信元链路缓存单元和用于存储多播信元的多播信元链路缓存单元；并且，对于每个输入接口的每个信元链路缓存单元，在所述信元链路缓存单元中存储的信元流量大于或等于预设信元流量阈值时，所述交换设备对所述信元链路缓存单元执行链路流控操作，以控制交换接入设备向所述交换设备发送信元的流量；并且，所述交换设备还用于对存储的所述单播信元和所述多播信元执行信元交换操作，并在输出端口上发送执行信元交换操作后的单播信元和多播信元。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述交换接入设备包括多个信元缓存单元，并且，在所述交换接入设备的每个信元缓存单元中的信元流量大于或等于预设信元流控阈值时，所述交换接入设备停止接收所述信元缓存单元所对应的数据报文，以控制所述交换接入设备接收数据报文的流量，其中，所述信元缓存单元包括单播信元缓存单元和多播信元缓存单元。
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