CN105827538B - 基于单级clos结构的流量均衡方法及系统 - Google Patents

基于单级clos结构的流量均衡方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单级CLOS结构的流量均衡方法及系统，涉及单级CLOS结构领域。该方法包括以下步骤：A、当CM的link发生中断时，CM更新link中断后的路由表；B、根据CM的路由表，计算得到与bundle_num相同的AM路由向量表，计算方法为：CM的每条link号对bundle_num进行取模运算，将余数相同的所有link号和该余数得到1个AM路由向量表；C、CM根据发送link号选择对应的AM路由向量表并封装至路由信元后，将路由信元通过该link号发送至目的AM；D、目的AM收到CM发送的路由信元后，根据路由信元中的AM路由向量表，形成目的AM的更新路由表。本发明不仅能够减少CM内部的拥塞，而且能够降低AM吞吐率的影响。

Description

基于单级CLOS结构的流量均衡方法及系统
技术领域
本发明涉及单级CLOS结构领域，具体涉及一种基于单级CLOS结构的流量均衡方法及系统。
背景技术
CLOS交换网络由科学家CLOS于1953年在贝尔实验室提出。参见图1所示，单级对称CLOS结构中交换单元包括k个IM(InModule，输入模块)、m个CM(Center Module，中间模块)和k个OM(Out Moudle，输出模块)，n代表每个IM(OM)的输入(输出)端口个数。单级对称CLOS结构的连接规则为：第i个IM或OM的所有链路均分别连接至所有CM的第i个链路。
现有的基于单级对称CLOS结构的自动路由的方法为：IM向CM发送路由信元，告知是否与CM连接；CM接收到IM发送的路由信元后，按照IM的ID号和CM的链路号建立路由表，获得CM与IM的连接情况；CM将与IM的连接情况放在路由信元中，再发送给OM，OM按照IM的ID号和OM的链路号建立路由表。数据信元通过动态建立的路由表进行自动路由，当出现有多条链路可以选择时，通过轮询或随机的方式选择一条作为输出路径。
但是，通过轮询或随机的方式选择一条作为输出路径，存在以下缺点：当交换网络中有的链路断掉时，会使得CM的输入流量和输出流量不对称，进而造成CM内部流量不均衡。通过轮询或随机的方式选择路由的方式，无法解决由CM输入输出不对称造成CM内部流量不均衡的情况。
下面以单级对称折叠的CLOS结构为例，详细说明上述缺点。
参见图2所示，单级对称折叠的CLOS结构包括32个AM(Access Module，输入/输出模块，AM既输入，又输出)和8个CM，单个AM和CM的链路bundle_num(绑定数量)为4。以AM(0)和AM(1)为例，AM(0)向每个CM的所有链路发送路由信元，告知该链路能到达AM(0)；所有CM(0)的0-3链路会收到AM(0)发送的路由信元，更新自己的路由表，即通过CM(0)的0-3链路可以到达AM(0)；同理可知，所有CM的4-7链路都会收到AM(1)发送的路由信元，所有CM的4-7链路都可以到达AM(1)。
CM路由表为二维表，行索引为AM ID号，列索引为link号。根据路由信元工作流程可知，CM收到AM发送的路由信元，会在对应CM接收的link号和接收到路由信元的AM ID处将路由表置为1(收到)，否则置为0(未收到)，即可建立CM的路由表。参见图3所示，CM(0)的link0-3接收到了AM(0)发送的路由信元，对应bit被置1。
CM路由表中，以AM ID为索引，只要存在至少一个bit为1，则表示该CM可以到达该AM。即将CM的路由表所有列进行或运算，得到32bit的AM路由向量表(最大为128bit)，对应到达AM(0-31)的情况，1为可到达，0为不可达。根据图3所示，AM路由向量表为全1，会封装到CM的路由信元中，通过CM的所有link发送给AM。
参见图4所示，AM接收到CM发送的路由信元后，会对应AM接收的link号，将AM路由向量表按列填入AM的更新路由表中。
参见图4可知，AM(0)的所有链路均可达到达所有AM；参见图3可知，CM(0)的0-3链路可以到达AM(0)，CM(1)的4-7链路可以到达AM(1)，依次类推。AM发送信元，所有链路都可以到达AM，随机选择一条链路发送，但保证每一轮中每条链路都能被随机到。CM接收到AM发送的信元，根据目的AM，选择可以到达的链路，如果目的是AM(0)，轮询选择CM的0-3链路；如果目的是AM(1)，轮询选择CM的4-7链路，依次类推。
但是，对于CM而言，由于CM的所有link发送的路由信元中的AM路由向量表相同，AM路由向量表是由CM路由表的所有列进行或运算得到；因此只要CM和AM之间的链路连接还存在，则被认为是可以路由，并不考虑路由的实际带宽造成的拥塞。若CM(0)到AM(0)的绑定中断掉0号链路(Bundle One link down)，参见图5所示，路由只有3根有效(绑定路由数量为4)，AM(1-31)通过4条链路将信元送到CM(0)，但此时CM(0)和AM(0)只有3条可用路由，则会造成CM(0)内部产生流量过载现象。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：在单级CLOS结构中，当CM链路发生中断时，提供一种流量均衡方法及系统来对称减少输入。本发明不仅能够减少CM内部的拥塞，而且能够降低其他AM吞吐率的影响。
为达到以上目的，本发明提供的基于单级CLOS结构的流量均衡方法，所述单级CLOS结构包括若干输入输出模块AM和若干中间模块CM，每个AM均与所有CM进行输入和输出通信，每个AM和CM之间设置有若干链路；该方法包括以下步骤：
A、当CM的链路发生中断时，CM更新链路中断后的路由表，转到步骤B；
B、根据CM的路由表，计算得到AM路由向量表，AM路由向量表的数量与每个AM和CM之间的链路的绑定数量bundle_num相同；AM路由向量表的计算方法为：CM的每条链路号对bundle_num进行取模运算，将余数相同的所有链路号的列进行或运算，得到与该余数相对应的1个AM路由向量表，转到步骤C；
C、CM根据发送链路号选择对应的AM路由向量表，CM将选择的AM路由向量表封装至路由信元后，根据发送链路号将路由信元发送至目的AM，转到步骤D；
D、目的AM收到CM发送的路由信元后，根据路由信元中的AM路由向量表，形成目的AM的更新路由表。
在上述技术方案的基础上，步骤A之前还包括以下步骤：每个AM均分别对每个CM的所有链路发送路由信元，每个CM根据收到的路由信元的链路号和AM的标识ID号，建立该CM的路由表；CM的路由表的行索引为AM ID号，列索引为链路号。
在上述技术方案的基础上，所述建立CM的路由表流程为：CM的链路收到AM的路由信元后，在该链路号与该AM的ID号对应bit处置1，否则置0，1代表收到，0代表未收到。
在上述技术方案的基础上，步骤A中所述CM更新链路中断后的路由表的流程为：CM在路由表中将中断的链路号与该AM的ID号对应bit处置0。
在上述技术方案的基础上，步骤A还包括以下步骤：当CM的链路未发生中断时，直接转到步骤B。
在上述技术方案的基础上，步骤C中所述CM根据发送链路号选择对应的AM路由向量表的流程为：将发送链路号对bundle_num进行取模运算，得到余数，选择余数相同的AM路由向量表。
在上述技术方案的基础上，步骤D中所述根据路由信元中的AM路由向量，形成目的AM的更新路由表的流程为：目的AM将路由向量表按照接收链路号填入对应列中，形成目的AM的更新路由表。
本发明提供的用于上述方法的基于单级CLOS结构的流量均衡系统，该系统包括位于CM上的路由表更新模块、AM路由向量表计算模块和路由信元封装发送模块；以及位于每台AM上的AM路由表更新模块；
路由表更新模块用于：当CM的链路发生中断时，更新链路中断后的路由表；
AM路由向量表计算模块用于：根据CM的路由表，计算得到AM路由向量表，AM路由向量表的数量与每个AM和CM之间的链路的绑定数量bundle_num相同；AM路由向量表的计算方法为：CM的每条链路号对bundle_num进行取模运算，将余数相同的所有链路号和该余数得到1个AM路由向量表；
路由信元封装发送模块用于：根据发送链路号选择对应的AM路由向量表，CM将选择的AM路由向量表封装至路由信元后，将路由信元通过该链路号发送至目的AM；
AM路由表更新模块用于：收到CM发送的路由信元后，根据路由信元中的AM路由向量表，形成目的AM的更新路由表。
在上述技术方案的基础上，所述单级CLOS结构为单级对称折叠的CLOS结构，其包括32个AM和8个CM，每个AM和CM之间的链路的绑定数量bundle_num为4。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
与现有技术中CM的所有链路发送的路由信元中的AM路由向量表相同相比，本发明通过取模运算得到与bundle_num数量相同的AM路由向量表，不同链路使用不同的AM路由向量表。因此，本发明能够通过不同的AM路由向量表更新AM路由表，当链路发生中断时，能够对称减少输入，不仅能够减少CM内部的拥塞，而且能够降低其他AM吞吐率的影响。本发明同样适用于CM中断多条链路的情况。
附图说明
图1为现有技术中单级对称CLOS结构图；
图2为现有技术中单级对称折叠CLOS结构的路由信元工作流程图；
图3为图2中CM(0)的路由表；
图4为图2中AM(0)的路由表；
图5为现有技术中1条链路中断后单级对称折叠CLOS结构的路由信元工作流程图；
图6为本发明实施例中S3中link中断后更新的路由表；
图7为本发明实施例中AM的更新路由表。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图2所示，本发明实施例中的CLOS结构为单级对称折叠的CLOS结构，单级对称折叠的CLOS结构包括32个AM和8个CM，单个AM和CM的链路bundle_num(绑定数量)为4；每个AM均与CM进行输入和输出通信；在此基础上，基于单级CLOS结构的流量均衡方法，包括以下步骤：
S1：每个AM均分别对每个CM的所有link(链路)发送路由信元，每个CM根据收到的路由信元的link号和AM的ID号，建立CM的路由表。参见图3所示，CM的路由表为二维表，行索引为AMID号，列索引为link号。
建立CM的路由表的流程为：CM的link收到AM的路由信元后，在该link号与该AM的ID号对应bit处置1，否则置0，CM的路由表中的1代表收到，0代表未收到。
实施S1时，参见图2所示，以AM(0)为例，AM(0)向每个CM的所有链路发送路由信元，告知该链路能到达AM(0)；参见图3所示，CM(0)的link0-3接收到了AM(0)发送的路由信元，CM(0)在link0-3与AM(0)ID的对应bit处置1。
S2：判断CM的link是否发生中断，若是，转到S3，否则转到S4。
S3：CM更新link中断后的路由表，具体流程为：CM将中断的link号与该AM的ID号对应bit处置0，转到S4。
实施S3时，参见图6所示，以CM(0)为例，若CM(0)的link0断掉，则link0无法再接收到AM(0)发送的路由信元，超时后就会认为link0不与任何AM连接。将link0与AM(0)的ID号对应bit处置0。
S4：根据CM的路由表，计算得到与绑定数量相同的(绑定数为4)的AM路由向量表。AM路由向量表的计算方法为：CM的每条link号(路由表的列)对bundle_num进行取模运算，将余数相同的所有link号的列进行或运算，得到与该余数对应的1个AM路由向量表，转到S5。
CM的每条link号(路由表的列)对bundle_num进行取模运算时，由于不同余数的数量与bundle_num的数量相同的，因此AM路由向量表的数量与bundle_num相同。
实施S4时，根据图6中的CM路由表计算AM路由向量表，将link0、link4、link8等列进行或运算，得到AM路由向量表0＝0xfffffffe；将link1、link5、link9等列进行或运算，得到AM路由向量表1＝0xffffffff；将link2、link6、link10等列进行或运算，得到AM路由向量表2＝0xffffffff；将link3、link7、link11等列进行或运算，得到AM路由向量表3＝0xffffffff。
S5：CM根据发送link号选择对应的AM路由向量表，CM将选择的AM路由向量表封装至路由信元后，根据发送link号将路由信元发送至目的AM，转到S6。
CM根据发送link号选择对应的AM路由向量表的流程为：将发送link号对bundle_num进行取模运算，得到余数，选择余数相同的AM路由向量表。
例如：发送link号对bundle_num取余，余数为0的，将AM路由向量表0封装到路由信元；余数为1的，将AM路由向量表1封装到路由信元；以此类推。
S6：目的AM收到CM发送的路由信元后，根据路由信元中的AM路由向量表，形成目的AM的更新路由表，具体流程为：目的AM将路由向量表按照接收link号填入对应列中，形成目的AM的更新路由表。
实施S6时，参见图7所示，目的AM为AM(0)，link0发生中断，AM(0)将link0与AM(0)的ID号的对应Bit处置0。
本发明实施例中的用于上述方法的基于单级CLOS结构的流量均衡系统，该系统包括位于CM上的路由表更新模块、AM路由向量表计算模块和路由信元封装发送模块；以及位于每台AM上的AM路由表更新模块；
路由表更新模块用于：当CM的链路发生中断时，更新链路中断后的路由表；
AM路由向量表计算模块用于：根据CM的路由表，计算得到AM路由向量表，AM路由向量表的数量与每个AM和CM之间的链路的绑定数量bundle_num相同；AM路由向量表的计算方法为：CM的每条链路号对bundle_num进行取模运算，将余数相同的所有链路号和该余数得到1个AM路由向量表；
路由信元封装发送模块用于：根据发送链路号选择对应的AM路由向量表，CM将选择的AM路由向量表封装至路由信元后，将路由信元通过该链路号发送至目的AM；
AM路由表更新模块用于：收到CM发送的路由信元后，根据路由信元中的AM路由向量表，形成目的AM的更新路由表。
作为优选的实施方式，单级CLOS结构为单级对称折叠的CLOS结构，其包括32个AM和8个CM，每个AM和CM之间的链路的绑定数量bundle_num为4。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种基于单级CLOS结构的流量均衡方法，所述单级CLOS结构包括若干输入输出模块AM和若干中间模块CM，每个AM均与所有CM进行输入和输出通信，每个AM和CM之间设置有若干链路；其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、当CM的链路发生中断时，CM更新链路中断后的路由表，转到步骤B；
B、根据CM的路由表，计算得到AM路由向量表，AM路由向量表的数量与每个AM和CM之间的链路的绑定数量bundle_num相同；AM路由向量表的计算方法为：CM的每条链路号对bundle_num进行取模运算，将余数相同的所有链路号的列进行或运算，得到与该余数对应的1个AM路由向量表，转到步骤C；
C、CM根据发送链路号选择对应的AM路由向量表，CM将选择的AM路由向量表封装至路由信元后，根据发送链路号将路由信元发送至目的AM，转到步骤D；
D、目的AM收到CM发送的路由信元后，根据路由信元中的AM路由向量表，形成目的AM的更新路由表。
2.如权利要求1所述的基于单级CLOS结构的流量均衡方法，其特征在于，步骤A之前还包括以下步骤：每个AM均分别对每个CM的所有链路发送路由信元，每个CM根据收到的路由信元的链路号和AM的标识ID号，建立该CM的路由表；CM的路由表的行索引为AM ID号，列索引为链路号。
3.如权利要求2所述的基于单级CLOS结构的流量均衡方法，其特征在于，所述建立CM的路由表流程为：CM的链路收到AM的路由信元后，在该链路号与该AM的ID号对应bit处置1，否则置0，1代表收到，0代表未收到。
4.如权利要求3所述的基于单级CLOS结构的流量均衡方法，其特征在于：步骤A中所述CM更新链路中断后的路由表的流程为：CM在路由表中将中断的链路号与该AM的ID号对应bit处置0。
5.如权利要求1至4任一项所述的基于单级CLOS结构的流量均衡方法，其特征在于：步骤A还包括以下步骤：当CM的链路未发生中断时，直接转到步骤B。
6.如权利要求1至4任一项所述的基于单级CLOS结构的流量均衡方法，其特征在于：步骤C中所述CM根据发送链路号选择对应的AM路由向量表的流程为：将发送链路号对bundle_num进行取模运算，得到余数，选择余数相同的AM路由向量表。
7.如权利要求1至4任一项所述的基于单级CLOS结构的流量均衡方法，其特征在于：步骤D中所述根据路由信元中的AM路由向量，形成目的AM的更新路由表的流程为：目的AM将路由向量表按照接收链路号填入对应列中，形成目的AM的更新路由表。
8.一种用于权利要求1至7任一项所述方法的基于单级CLOS结构的流量均衡系统，其特征在于：该系统包括位于CM上的路由表更新模块、AM路由向量表计算模块和路由信元封装发送模块；以及位于每台AM上的AM路由表更新模块；
路由表更新模块用于：当CM的链路发生中断时，更新链路中断后的路由表；
AM路由向量表计算模块用于：根据CM的路由表，计算得到AM路由向量表，AM路由向量表的数量与每个AM和CM之间的链路的绑定数量bundle_num相同；AM路由向量表的计算方法为：CM的每条链路号对bundle_num进行取模运算，将余数相同的所有链路号和该余数得到1个AM路由向量表；
路由信元封装发送模块用于：根据发送链路号选择对应的AM路由向量表，CM将选择的AM路由向量表封装至路由信元后，将路由信元通过该链路号发送至目的AM；
AM路由表更新模块用于：收到CM发送的路由信元后，根据路由信元中的AM路由向量表，形成目的AM的更新路由表。
9.如权利要求8所述的基于单级CLOS结构的流量均衡系统，其特征在于：所述单级CLOS结构为单级对称折叠的CLOS结构，其包括32个AM和8个CM，每个AM和CM之间的链路的绑定数量bundle_num为4。
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