CN103368832A - 基于滑动窗口的混合交换网络时隙分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于滑动窗口的混合交换网络时隙分配方法，主要解决现有技术在混合交换网络中传输时延过大的问题。其实现步骤是：1）定义输入时隙α、内部交换时隙β、输出时隙γ；2）将含有512个时隙的复帧传输周期均分为8部分，定义每部分为一个区；3）定义一个滑动窗口包括连续的三个区；4）根据链路的个数确定滑动窗口的个数；5）判断每个滑动窗口时隙占用情况；6）若滑动窗口内的时隙资源用尽，则窗口向后滑动，更新自身时隙资源；7）滑动窗口对链路的输入时隙α，内部交换时隙β以及输出时隙γ进行分配。本发明通过滑动窗口对时隙资源合理分配，具有减小分组传输时延、提高传输效率的优点，可用于对业务传输时延要求较高的通信环境。

Description

基于滑动窗口的混合交换网络时隙分配方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及混合交换网络时隙分配方法，可用于确定混合交换网络中电路交换业务分组的转发时隙，合理分配时隙资源，保证分组通过交换网络的传输时延较小。

背景技术

在日常通信中，电信网中的语音通信是我们日常生活中最基本的通信方式，其采用的交换技术是电路交换。随着IP互联网技术及多媒体技术的快速发展，IP端系统获得了广泛的应用和推广，其主要采用分组交换。而要在一台交换机中同时实现这两种不同类型的交换，通常采用两种不同的交换平面来实现，即采用电路交换平面实现电路交换业务，而采用分组交换平面支持分组交换业务。随着现代通信技术的发展，为了满足对多种业务在同一交换平面进行传输的通信需求，设计出了能同时承载恒定比特速率CBR的分组业务、异步传输模式ATM分组业务和互联协议IP分组业务的混合交换网络。

混合交换网络，采用三级clos网络结构，其由输入级模块IM、中间级模块CM和输出级模块OM组成；每级模块端口采用多输入/输出端口，任意输入/输出端口之间存在多条可选交换路径，容易消除分组的内部选路冲突。不同的业务在进入交换网络进行传输之前，先要经过各自的适配线卡被封装成统一的交换网络内部分组格式，并由线卡解析出分组的输出端口，才能进入交换网络进行传输。适配线卡完成分组适配后，通过总线将分组发送给输入级；输入级具有缓存功能，根据分组的业务类型进行入队操作，等待调度；中间级接收输入级的发送请求并且对多个冲突请求进行仲裁，得到最后请求结果，并应答给输入级，输入级收到应答结果后，进行分组的出队以及发送操作；输出级与输入级结构相似，也具有缓存功能，收到分组后根据输出端口进行入队等待，并通过总线将分组发送给线卡，完成全部交换过程。在交换网络输出端，分组经过适配线卡接收后恢复成原始业务数据类型。

由混合交换网络的工作原理可知，其承载业务在交换网络中是以分组的形式进行传输，分组在交换网络中的转发时隙决定了分组通过交换网络的传输时延。根据混合交换网络承载的三种业务传输特点可知，CBR业务对传输时延要求最高，ATM和IP业务对传输时延要求较低，故要优先对CBR分组进行时隙分配，保证其传输时延较小。对CBR分组时隙分配完成后，其余空闲时隙用于对ATM和IP分组进行时隙分配。分组的时隙分配方法直接影响分组经过交换网络的传输时延大小。

传统的时隙分配方法是通过软件在整个复帧传输周期内随机分配，即在一个复帧传输周期的512个时隙0到511中对分组进入交换网络的时隙和离开交换网络的时隙进行随机分配，根据时间流的单向性和调度的周期性，如果分组晚于预先分配的时隙到达，就只能等到下一个调度周期才能进行转发。若时隙分配间隔太短，则一个调度周期内无法转发，只能等到下一调度周期转发，加大了传输时延；若时隙分配间隔太长，得到过大的传输时延也不符合业务传输要求。这种方法得到的传输时延较大且在一个较大的范围内波动，直接影响电路业务的传输效率。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于滑动窗口的混合交换网络时隙分配方法，以减小传输时延，提高传输效率。

为实现上述目的，本发明技术方案包括如下步骤：

（1）定义适配线卡到输入级的输出时隙位置为“输入时隙α”，输入级经过中间级到输出级的输出时隙位置为“中间交换时隙β”，输出级到输出线卡的输出时隙位置为“输出时隙γ”；

（2）将一个复帧传输所需的512个时隙均分为8个部分，定义每部分为一个区，每个区包含64个时隙；

（3）定义用于时隙分配的一个滑动窗口包括3个连续的区，这3个区依次用于链路的输入时隙α，内部交换时隙β以及输出时隙γ的动态申请；

（4）根据交换网络的链路个数设定滑动窗口的个数，并用一个滑动窗口表示一条用于传输分组的链路；

（5）每个滑动窗口根据各自时隙占用情况，判断是否有空闲时隙可分配，若无空闲时隙，执行步骤（6）；若有空闲时隙，执行步骤（7）；

（6）将滑动窗口向后滑动一个区的距离，得到一个包含新的连续3个区的滑动窗口，执行步骤（7）；

（7）由第1个区对输入时隙α进行分配，第2个区对内部交换时隙β进行分配，第3个区对输出时隙γ进行分配，分配完成后将当前窗口向后滑动一个区的距离，更新滑动窗口中时隙资源，等待下一次时隙分配。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1）与传统随机分配时隙法只定义进入交换网络的时隙和离开交换网络的时隙相比，本方法依据分组在交换网络内部的传输过程定义输入时隙α、中间交换时隙β及输出时隙γ，对分组经过交换网络的转发时隙位置划分的更准确。

2）本发明对输入时隙α，内部交换时隙β以及输出时隙γ三个时隙位置的分配限制在一个滑动窗口中，有效减小了分组通过交换网络的传输时延。

3）本发明中当滑动窗口的时隙资源用尽时，能通过向后滑动获取新的时隙资源来满足时隙分配的需求，能充分利用时隙资源，提高了传输效率。

附图说明

图1为本发明的实现流程图；

图2为现有混合交换网络中的时隙图；

图3为现有混合交换网络中的复帧结构图；

图4为本发明中的滑动窗口示意图；

图5为采用现有随机法得到的传输时延仿真图；

图6为采用本发明方法得到的传输时延仿真图。

具体实施方式

为使本发明目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进行近一步的详细说明。

参照图1，本发明的实现步骤如下：

步骤1：定义输入时隙α、中间交换时隙β和输出时隙γ。

参照图2，混合交换网络由输入级IM、中间级CM和输出级OM组成，其中输入级IM和输出级OM具有缓存功能，中间级CM无缓存功能，分组在混合交换网络中传输需依次通过输入级IM、中间级CM和输出级OM，在有缓存的输入级IM和输出级OM中分组需先经过缓存，等到有空闲时隙时才能被转发，无缓存的中间级CM在收到分组后直接转发到输出级OM。

根据上述分组传输过程，定义分组进入输入级IM的时隙位置为“输入时隙α”；定义分组在输入级IM经过缓存后，发送到中间级CM的时隙位置为“中间交换时隙β”；定义分组在输出级OM中经过缓存后，发送到输出端口的时隙位置为“输出时隙γ”。

步骤2：依据复帧与帧的构成关系划分复帧传输周期。

参照图3，混合交换网络中一个时隙用于传输一个64字节的分组，一个传输帧包含64个时隙，一个复帧由8个传输帧复用形成，故一个复帧传输周期中包含8×64=512个时隙。

根据复帧与帧的构成关系，将含有512个时隙的复帧传输周期均分成8个部分，定义每个部分为一个区，每个区包含64个时隙。

步骤3：建立包括连续3个区的滑动窗口。

为了对链路的输入时隙α，内部交换时隙β以及输出时隙γ在复帧所含的8个区中进行时隙分配并且保证得到的传输时延较小，定义用于限定输入时隙α，内部交换时隙β以及输出时隙γ取值的滑动窗口，该滑动窗口包含连续的3个区，每个区中含有64个可分配时隙，即滑动窗口中包括3×64=192个可分配时隙，如图4所示。

步骤4：根据申请链路的个数确定滑动窗口的个数。

混合交换网络中可同时申请建立多条链路，每条链路都需进行时隙分配，用一个滑动窗口为一条用于传输分组的链路进行时隙分配，根据申请建立链路的个数设定滑动窗口的个数，满足多条链路的时隙分配需求，如图4所示。

步骤5：判断滑动窗口中时隙占用情况。

每个滑动窗口根据各自窗口中三个区时隙占用情况，判断是否有空闲时隙可分配，若滑动窗口三个区中任意一区内无空闲时隙资源可分配，则执行步骤6；若滑动窗口三个区中均有空闲时隙资源可分配，则执行步骤7。

步骤6：滑动窗口向后滑动，更新自身时隙资源。

将滑动窗口向后滑动一个区的距离，得到包含空闲时隙的连续3个区，滑动窗口完成自身时隙资源的更新，执行步骤7。

步骤7：滑动窗口对输入时隙α、中间交换时隙β和输出时隙γ进行分配。

分组在混合交换网络中的转发需依次通过输入级IM、中间级CM和输出级OM，对输入时隙α、中间交换时隙β和输出时隙γ的分配，要按照输入时隙α<中间交换时隙β<输出时隙γ的转发先后关系进行，即由滑动窗口第1个区对输入时隙α进行分配，第2个区对内部交换时隙β进行分配，第3个区对输出时隙γ进行分配。

混合交换网络中通过输入时隙α和输出时隙γ之差来表示链路的传输时延，对一条链路的输入时隙α，内部交换时隙β以及输出时隙γ的分配限制在一个含有192个可分配时隙的滑动窗口中，通过滑动窗口控制输入时隙α和输出时隙γ之差小于192个时隙，实现对传输时延的控制。

分配完成后将当前窗口向后滑动一个区的距离，更新滑动窗口中时隙资源，等待下一次时隙分配。

在本发明实施例中，交换网络同时发出链路一、链路二至链路N的建立请求，故设立窗口1对链路一进行时隙分配，窗口2对链路二进行时隙分配，窗口n对链路N进行时隙分配：

收到链路一的时隙分配请求后，窗口1对其进行时隙分配，此时窗口1中包括第1、第2和第3区，若这三个区中有空闲时隙，则由第1区对输入时隙α进行分配，第2区对内部交换时隙β进行分配，第3区对输出时隙γ进行分配。

收到链路二的时隙分配请求后，窗口2对其进行时隙分配，此时窗口2中包括第2、第3和第4区，若这三个区中任意一区中无空闲时隙，则窗口2向后滑动一个区的距离，此时窗口2中包括第3、第4和第5区，由第3区对输入时隙α进行分配，第4区对内部交换时隙β进行分配，第5区对输出时隙γ进行分配。

依次类推，收到链路N的时隙分配请求后，窗口n对其进行时隙分配，此时窗口n中包括第n、第n+1和第n+2区，若这三个区中任意一区中无空闲时隙，则窗口n向后滑动一个区的距离，此时窗口n中包括第n+1、第n+2和第n+3区，由第n+1区对输入时隙α进行分配，第n+2区对内部交换时隙β进行分配，第n+3区对输出时隙γ进行分配。

本发明的优点由以下仿真数据和图像进一步说明：

1.仿真参数设定

混合交换网络中，系统时钟频率为150MHz，每个时隙的传输时间为70个时钟周期，每个时钟周期的传输时间为6.6ns。

2.仿真内容及结果

仿真1，采用现有随机分配法对链路的输入时隙α，内部交换时隙β及输出时隙γ在一个复帧所含的512个时隙中进行分配，对链路经时隙分配后得到的传输时延进行仿真，结果如图5所示，得到的传输时延分布较为分散，表明得到的传输时延之间波动较大。

仿真2，采用本发明方法对链路的输入时隙α，内部交换时隙β及输出时隙γ在含有192个时隙的滑动窗口中进行分配，对链路经时隙分配后得到的传输时延进行仿真，结果如图6所示，得到的传输时延分布较为集中，表明得到的传输时延之间波动较小。

在图5和图6中，每个采样点表示一条申请时隙分配的链路，采样点的取值表示链路经时隙分配后得到的传输时延。在所有采样点中每隔10个采样点取值，得到表1如下所示：

表1传输时延（输入输出时隙数差）表

从表1计算可得，采用随机法得到的平均传输时延为6.6ns×70×531＝237.006us。采用本发明方法得到的平均传输时延为6.6ns×70×188＝65.142us。相比较可知，采用本发明方法比采用随机分配法能有效减小传输时延。

Claims (3)

1.一种基于滑动窗口的混合交换网络时隙分配方法，包括如下步骤：

（1）定义适配线卡到输入级的输出时隙位置为“输入时隙α”，输入级经过中间级到输出级的输出时隙位置为“中间交换时隙β”，输出级到输出线卡的输出时隙位置为“输出时隙γ”；

（2）将一个复帧传输所需的512个时隙均分为8个部分，定义每部分为一个区，每个区包含64个时隙；

（3）定义用于时隙分配的一个滑动窗口包括3个连续的区，这3个区依次用于链路的输入时隙α，内部交换时隙β以及输出时隙γ的动态申请；

（4）根据交换网络的链路个数设定滑动窗口的个数，并用一个滑动窗口表示一条用于传输分组的链路；

（5）每个滑动窗口根据各自时隙占用情况，判断是否有空闲时隙可分配，若无空闲时隙，执行步骤（6）；若有空闲时隙，执行步骤（7）；

（6）将滑动窗口向后滑动一个区的距离，得到一个包含新的连续3个区的滑动窗口，执行步骤（7）；

（7）由第1个区对输入时隙α进行分配，第2个区对内部交换时隙β进行分配，第3个区对输出时隙γ进行分配，分配完成后将当前窗口向后滑动一个区的距离，更新滑动窗口中时隙资源，等待下一次时隙分配。

2.根据权利要求1所述的时隙分配方法，其中所述步骤（4）中的滑动窗口，是用于确定混合交换网络中分组传输时延的动态窗口，通过该动态窗口将一个复帧传输所需的512个时隙均分为8个部分，定义每部分为一个包含64个时隙的区。

3.根据权利要求2所述的时隙分配方法，其中所述的每个滑动窗口含有3×64=192个可分配时隙，滑动窗口在其自身所含的192个时隙中对分组的输入时隙α，内部交换时隙β以及输出时隙γ进行分配，实现对分组传输时延的控制。

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