CN108282416B - 一种基于数据帧的调度方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种基于数据帧的调度方法和装置，涉及通信领域，能够降低数据流的抖动。其方法为：在交换机的出端口为空闲态且待发送的帧到达出端口的情况下，或交换机的出端口由繁忙态转换为空闲态的情况下，交换机确定第一队列，第一队列为出端口的全部队列中当前时间戳最小的非空队列；若交换机确定第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和小于等于当前的系统时间，交换机确定第一队列中的帧是数据帧还是背景帧；若第一队列中的帧是数据帧，交换机发送第一队列中的第一个帧；若第一队列中的帧是背景帧，交换机基于预设的CBR模式发送第一队列中的至少一个帧。本申请实施例应用于以太网承载的5G前传网络。

Description

一种基于数据帧的调度方法和装置

技术领域

本申请涉及通信领域，尤其涉及一种基于数据帧的调度方法和装置。

背景技术

第五代移动通信技术(5-Generation，5G)前传(fronthaul)网络在物理范围扩大、带宽提高的同时，提高了对网络中抖动的要求。示例性的，在以太网承载的5G前传网络中，通常是多个RE连接1个REC，在上行链路上可能出现多个数据流汇聚的情况。其中，RE可以为接收无线信号的天线(Remote Radio Header，RRH)，REC可以为基带处理单元(Base BandUnit，BBU)。在多个数据流汇聚的时候，若交换机出端口只存在一个队列，那么某条存在抖动的数据流可能会影响其他数据流的发送周期，造成多个数据流产生抖动。若出端口存在多个队列，交换机可能无法按照特定周期输出每个队列中的帧，从而产生抖动。其次，网络中传输的背景流(Back Ground Traffic)的长度和生成时间都不确定，可能会给数据流带来阻塞，进而产生延迟和抖动。并且，由于以太网是分组交换网络，传输通路上会产生交换和传送等开销，无法保证数据流中的帧准确到达，也会造成数据流产生抖动。另外，802.1Qbu提供一种帧抢占调度(Frame Preemption)，可以将多个数据流进行优先级的划分，并允许最高优先级的数据流打断其他优先级的数据流正在进行中的传输。对于帧抢占调度，抢占动作不可避免的引起抖动，并且由于抢占时机以及抢占结果的不确定性，导致高优先级的数据流会出现更大的抖动。

为了消除数据流的抖动，802.1Qbv提供了门控制调度(Time Aware Shaper)，如图1所示，门控制调度通过传输调度模块控制队列对应的门开关，从而控制队列的输出操作。举例来说，当设备需要输出队列等级为2(#2)的队列时，可以设置该队列对应的门开关＝O(open)，并设置其他队列对应的门开关＝C(close)，以便设备输出队列等级为2(#2)的队列。

但是，门控制调度需要引入时间同步机制，即门控制调度需要借助设备的时钟，并且需要保证网络中的各设备的时钟尽可能相同。如果由于时钟产生误差，会产生较大抖动。也就是说门控制调度的稳定程度，会受到时钟同步精确度的影响，而为了保证时钟同步精度，会产生高额的成本。因此，亟需一种成本更低的，能够降低数据流的抖动的技术。

发明内容

本申请实施例提供一种基于数据帧的调度方法和装置，能够降低数据流的抖动。

第一方面，本申请实施例提供一种基于数据帧的调度方法，包括：在交换设备的出端口为空闲态且待发送的帧到达出端口的情况下，或交换设备的出端口由繁忙态转换为空闲态的情况下，交换设备确定第一队列，第一队列为出端口的全部队列中当前时间戳最小的非空队列；交换设备确定第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和是否小于等于当前的系统时间；若交换设备确定第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和小于等于当前的系统时间，交换设备确定第一队列中的帧是数据帧还是背景帧；若交换设备确定第一队列中的帧是数据帧，交换设备发送第一队列中的第一个帧；若交换设备确定第一队列中的帧是背景帧，交换设备基于预设的恒定比特率(Constant Bit Rate，CBR)模式发送第一队列中的至少一个帧。相比现有的门控制调度，需要保证网络中的各设备的时钟尽可能相同，如果时钟产生误差，会产生较大抖动，而为了保证时钟同步精度，会产生高额的成本。本申请实施例无需保证多个设备时钟同步，且无需对网络或网络设备进行大幅度改造，能够降低数据流的抖动。例如，能够降低背景帧对数据流的调度顺序的影响和交换设备的工作模式对数据流的调度顺序的影响。同时，能够降低时钟的频率和相位偏移对数据流的调度顺序的影响，并且可以过滤数据流或背景流在物理网络中传输的波动，降低物理波动对数据流的调度顺序的影响。

在一种可能的实现方式中，出端口的全部队列包括第二队列和至少一个第三队列，该方法还包括：交换设备根据待发送的帧的帧头确定待发送的帧是数据帧还是背景帧；若交换设备确定待发送的帧为背景帧，交换设备将待发送的帧分配到出端口中存储背景帧的第二队列；若交换设备确定待发送的帧为数据帧，交换设备将待发送的帧分配到出端口中存储数据帧的至少一个第三队列的其中一个；其中，第一队列为第二队列或至少一个第三队列的其中一个。由此，可以将背景流和数据流相互隔离，从而避免交换结构决定出端口输出顺序的问题。

在一种可能的实现方式中，该方法还包括：在第一队列为至少一个第三队列的其中一个的情况下，交换设备根据第一队列的速率信息和第一队列的源端口获取第一队列的第一恢复速度；交换设备根据第一队列的第一个帧输出的时间、第一队列中的第一个帧的长度和第一恢复速度获取第一队列的第一时间戳；交换设备根据第一时间戳、第一队列中的第二个帧的长度和第一恢复速度获取第一队列的第二时间戳；交换设备根据第二时间戳、第一队列中的第三个帧的长度和第一恢复速度获取第一队列的第三时间戳；其中，第一队列的当前时间戳为第一时间戳、第二时间戳或第三时间戳。其中，当交换设备确定发送第一队列中的第一个帧时，交换设备确定第一时间戳。当交换设备确定发送第一队列中的第二个帧时，交换设备确定第二时间戳。当交换设备确定发送第一队列中的第三个帧时，交换设备确定第三时间戳。可以理解的是，每当确定发送第一队列中的一个帧时，交换设备重新确定一次时间戳，即将第一队列的时间戳更新一次。在第一队列为第二队列的情况下，交换设备根据预设的可用资源和预设的第二恢复速度获取第一队列的第四时间戳；交换设备根据第四时间戳、第二恢复速度和预设的可用资源获取第一队列的第五时间戳；交换设备根据第五时间戳、第二恢复速度和预设的可用资源获取第一队列的第六时间戳；其中，第一队列的当前时间戳为第四时间戳、第五时间戳或第六时间戳。示例性的，预设的可用资源和预设的第二恢复速度可以根据CBR帧在设备链路上发送的时长确定。

在一种可能的实现方式中，交换设备确定第一队列包括：若交换设备基于最小堆存储第二队列和至少一个第三队列中非空队列的时间戳，交换设备确定最小堆的根节点对应的队列为第一队列，从而交换设备可以较快的确定出时间戳最小的非空队列。

在一种可能的实现方式中，若交换设备基于最小堆存储第二队列和至少一个第三队列的时间戳，交换设备从根节点依次遍历最小堆的节点，确定目标节点对应的队列为第一队列，目标节点对应的队列为非空队列，从而交换设备可以较快的确定出时间戳最小的非空队列。

在一种可能的实现方式中，交换设备遍历第二队列和至少一个第三队列的时间戳，确定时间戳最小的非空队列为第一队列。

在一种可能的实现方式中，交换设备基于预设的CBR模式发送第一队列中的至少一个帧包括：交换设备切分第一队列中的至少一个帧，以获取待传输的数据和帧间距(Inter Frame Gap，IFG)的开销，待传输的数据包括第一队列中的至少一个帧的前导码、帧头和帧尾；交换设备确定发送窗口，发送窗口占用出端口的链路的传输时长根据数据帧的CBR的属性计算得出；交换设备根据待传输的数据和IFG的开销填充发送窗口。这样一来，可以将背景帧的输出构造成CBR模式的数据帧的输出，可以降低背景帧对数据流的调度顺序的影响。

在一种可能的实现方式中，在待传输的数据的传输时长和IFG的开销小于发送窗口的传送时长的情况下，交换设备占用出端口的链路直至发送窗口结束。由此，在发送窗口的传送时长内，出端口将被置为繁忙(BUSY)状态，可以避免其他队列提前传送而产生抖动。

第二方面，本申请实施例提供一种交换设备，其特征在于，包括：确定单元，用于在交换设备的出端口为空闲态且待发送的帧到达出端口的情况下，或交换设备的出端口由繁忙态转换为空闲态的情况下，确定第一队列，第一队列为出端口的全部队列中当前时间戳最小的非空队列；确定单元，还用于确定第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和是否小于等于当前的系统时间；确定单元，还用于若确定第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和小于等于当前的系统时间，确定第一队列中的帧是数据帧还是背景帧；发送单元，还用于若通过确定单元确定第一队列中的帧是数据帧，发送第一队列中的第一个帧；发送单元，还用于若通过确定单元确定第一队列中的帧是背景帧，基于预设的CBR模式发送第一队列中的至少一个帧。

在一种可能的实现方式中，出端口的全部队列包括第二队列和至少一个第三队列，确定单元还用于：根据待发送的帧的帧头确定待发送的帧是数据帧还是背景帧；若确定待发送的帧为背景帧，将待发送的帧分配到出端口中存储背景帧的第二队列；若确定待发送的帧为数据帧，将待发送的帧分配到出端口中存储数据帧的至少一个第三队列的其中一个；其中，第一队列为第二队列或至少一个第三队列的其中一个。

在一种可能的实现方式中，还包括获取单元，用于：在第一队列为至少一个第三队列的其中一个的情况下，根据第一队列的速率信息和第一队列的源端口获取第一队列的第一恢复速度；根据第一队列的第一个帧输出的时间、第一队列中的第一个帧的长度和第一恢复速度获取第一队列的第一时间戳；根据第一时间戳、第一队列中的第二个帧的长度和第一恢复速度获取第一队列的第二时间戳；根据第二时间戳、第一队列中的第三个帧的长度和第一恢复速度获取第一队列的第三时间戳；其中，第一队列的当前时间戳为第一时间戳、第二时间戳或第三时间戳；在第一队列为第二队列的情况下，根据预设的可用资源和预设的第二恢复速度获取第一队列的第四时间戳；根据第四时间戳、第二恢复速度和预设的可用资源获取第一队列的第五时间戳；根据第五时间戳、第二恢复速度和预设的可用资源获取第一队列的第六时间戳；其中，第一队列的当前时间戳为第四时间戳、第五时间戳或第六时间戳。

在一种可能的实现方式中，确定单元用于：若基于最小堆存储第二队列和至少一个第三队列中非空队列的时间戳，确定最小堆的根节点对应的队列为第一队列。

在一种可能的实现方式中，确定单元用于：若基于最小堆存储第二队列和至少一个第三队列的时间戳，从根节点依次遍历最小堆的节点，确定目标节点对应的队列为第一队列，目标节点对应的队列为非空队列。

在一种可能的实现方式中，确定单元用于：遍历第二队列和至少一个第三队列的时间戳，确定时间戳最小的非空队列为第一队列。

在一种可能的实现方式中，发送单元还包括：切分子单元，用于切分第一队列中的至少一个帧，以获取待传输的数据和IFG的开销，待传输的数据包括第一队列中的至少一个帧的前导码、帧头和帧尾；处理子单元，用于确定发送窗口，发送窗口占用出端口的链路的传输时长根据数据帧的CBR的属性计算得出；处理子单元，还用于根据待传输的数据和IFG的开销填充发送窗口。

在一种可能的实现方式中，在待传输的数据的传输时长和IFG的开销小于发送窗口的传送时长的情况下，处理子单元，还用于占用出端口的链路直至发送窗口结束。

第三方面，本发明实施例提供了一种交换设备，该交换设备以芯片的产品形态存在，该交换设备的结构中包括处理器和存储器，该存储器用于与处理器耦合，保存该交换设备必要的程序指令和数据，该处理器用于执行存储器中存储的程序指令，使得该交换设备执行上述方法中交换设备的功能。

第四方面，本发明实施例提供了一种交换设备，该交换设备可以实现上述方法中交换设备所执行的功能，所述功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个上述功能相应的模块。

在一种可能的设计中，该交换设备的结构中包括处理器和通信接口，该处理器被配置为支持该交换设备执行上述方法中相应的功能。该通信接口用于支持该交换设备与其他网元之间的通信。该交换设备还可以包括存储器，该存储器用于与处理器耦合，其保存该交换设备必要的程序指令和数据。

第五方面，本发明实施例提供一种交换设备可读存储介质，包括指令，当其在交换设备上运行时，使得交换设备执行第一方面提供的任意一种方法。

第六方面，本发明实施例提供了一种包含指令的程序产品，当其在交换设备上运行时，使得交换设备执行第一方面提供的任意一种方法。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种门控制调度示意图；

图2为本申请实施例提供的一种通信系统架构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种交换机的内部结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种基于数据帧的调度方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的一种交换设备的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种交换设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了下述各实施例的描述清楚简洁，首先给出相关概念或技术的简要介绍：

数据流：用于指示网络中传输的数据信息，可以包括同相正交调制数据(In-phaseand quadrature modulation data，IQ-data)。

背景流(Back Ground Traffic)：用于指示网络中传输的其他信息，例如控制信息。在fronthaul的描述中，数据流和背景流的比例可以为9：1。

抖动：包括包延迟变化范围(Packet Delay Variation，PDV)和帧延迟变化范围(Frame Delay Variation，FDV)。可以用于指示顺序传递的相邻两个数据包或两个帧的转发时延之差的绝对值。

时间戳：通常可以是一个字符序列，可以唯一地标识一个时刻，即某一时刻的时间。

CBR：即恒定比特率，也称为固定码率。CBR模式下，编码器的输出码率(或者解码器的输入码率)是固定值(常数)。也就是说，每个CBR帧的比特率是固定且相同的。

本申请实施例提供一种基于数据帧的调度方法和装置，应用于各种具有数据流抖动问题的通信系统中，包括现有通信系统，5G通信系统，未来演进系统或者多种通信融合系统等等。示例性的，本申请实施例应用于以太网承载的5G前传网络。

如图2所示，本申请实施例的系统架构包括交换设备和外接设备，交换设备可以为交换机，外接设备包括源设备(例如路由器)和目的设备(例如网桥)。源设备是与交换机的源端口(输入端口)连接的设备，目的设备是与交换机的出端口(输出端口)连接的设备。可以理解的是，交换机可以将来自不同源设备的数据流或背景流输出(发送)到不同的目的设备或同一个目的设备。举例来说，假设交换机的源端口为端口A、端口B和端口C，出端口为端口a、端口b和端口c。端口A、端口B和端口C分别连接路由器1、路由器2和路由器3，端口a、端口b和端口c分别连接网桥1、网桥2和网桥3。交换机可以将路由器1、路由器2和路由器3的数据流或背景流分别输出到网桥1、网桥2和网桥3，或者都输出到网桥1。其中，数据流包括多个数据帧，背景流包括多个背景帧。

如图3所示，为本申请实施例提供的一种交换机的示意图。交换机可以包括至少一个源端口(图3中仅示出一个)、交换结构和至少一个出端口(图3中仅示出一个)等。其中，交换结构上存储有交换表信息。另外，交换机包括信息路由选择过程传播属性(MRP(MessageRouting Process)Attribute Propagation，MAP)模块，MAP模块可以是802.1Qat流预留协议(Stream Reservation Protocol，SRP)协议或其他协议中定义的，用于提供队列的速率信息，队列的速率信息即队列中的数据流的速率信息。

其中，出端口包括帧分类器(Frame Allocator)，至少一个数据流队列(IQ-dataQueue)，背景流队列(BG Queue)，背景帧控制器(BG Frame Manipulate)以及队列调度器(Queue Scheduler)。其中，Frame Allocator用于区分待发送的帧是数据帧还是背景帧；当待发送的帧为背景帧时，将待发送的帧分配到BG Queue；当待发送的帧为数据帧时，将待发送的帧分配到至少一个IQ-data Queue的其中一个。其中，待发送的帧可以是来自任一个源设备的数据流或背景流中的帧。BG Frame Manipulate包括缓存(Cache)和帧切分处理(Frame Fragmentation)模块，Cache用于缓存背景帧，Frame Fragmentation模块用于从Cache获取背景帧，并切分背景帧。BG Frame Manipulate可以保证背景流的周期性，即在一个周期内允许集中发送一次内容，且发送的内容不超过预设的CBR帧的大小。

其中，Queue Scheduler包括信息存储器(Reservation Info)，队列状态维持器(Queue State Maintainer)，队列状态存储器(Queue State Storage)和队列选择器(Queue Selector)。Reservation Info用于存储第一恢复速度和预设的第二恢复速度。Queue State Maintainer用于根据第一恢复速度或预设的第二恢复速度计算队列的时间戳，以及更新队列的时间戳。Queue State Storage用于存储各队列的时间戳。QueueSelector用于确定第一队列，第一队列为各队列中当前时间戳最小的非空队列。

本申请实施例提供一种基于数据帧的调度方法，以交换设备为交换机为例进行说明，如图4所示，包括：

401、交换机的出端口接收待发送的帧，并为待发送的帧分配对应的队列。

需要说明的是，出端口的全部队列包括第二队列和至少一个第三队列。第二队列即背景流队列，第三队列即数据流队列。背景流队列和数据流队列均采用队尾丢弃模式的先入先出队列结构，支持多个帧在队列中的存储。

当待发送的帧到达交换机的出端口时，Frame Allocator根据待发送的帧的帧头确定待发送的帧是数据帧还是背景帧；若交换机确定待发送的帧为背景帧，交换机将待发送的帧分配到出端口中存储背景帧的第二队列；若交换机确定待发送的帧为数据帧，交换机将待发送的帧分配到出端口中存储数据帧的至少一个第三队列的其中一个。需要说明的是，至少一个第三队列对应至少一个源端口，Frame Allocator可以根据待发送的帧对应的源端口将待发送的帧分配到该源端口对应的第三队列。示例性的，Frame Allocator可以根据待发送的帧的媒体接入控制(Media Access Control，MAC)地址确定待发送的帧对应的源端口；或根据待发送的帧的帧头携带的流标识确定待发送的帧对应的源端口；或根据待发送的帧携带的预设标识确定待发送的帧对应的源端口，本申请不做限定。由此，可以将不同源端口的数据流相互隔离，从而避免交换结构决定出端口输出顺序的问题。

示例性的，Frame Allocator可以根据帧头的以太网类型(Ether Type)以及PCP(Peercast Protocol)字段，确定待发送的帧是数据帧还是背景帧。

另外，Frame Allocator可以默认第三队列的级别高于第二队列的级别。例如，Frame Allocator可以默认7是第三队列的级别(最高级)，默认1是第二队列的级别。

402、交换机确定第一队列，第一队列为出端口的全部队列中当前时间戳最小的非空队列。

即Queue Selector确定第二队列和至少一个第三队列中当前时间戳最小的非空队列为第一队列。其中，第三队列中存在数据帧时，可以认为第三队列为非空队列。需要说明的是，无论第二队列中是否存在背景帧，都认为第二队列为非空队列。

需要说明的是，第二队列和至少一个第三队列中的每个队列都对应一个时间戳。可以将每个队列的时间戳存储在Queue State Storage中。

在一种可能的设计中，Queue State Storage基于最小堆存储第二队列和至少一个第三队列中非空队列的时间戳。当交换机的出端口为空闲态且待发送的帧到达交换机的出端口时，或当交换机的出端口由繁忙态转换为空闲态时，Queue Selector通过对QueueState Storage执行读操作，确定最小堆的根节点(堆顶元素)对应的队列为第一队列。

在一种可能的设计中，Queue State Storage基于最小堆存储第二队列和至少一个第三队列的时间戳。当交换机的出端口为空闲态且待发送的帧到达交换机的出端口时，或当交换机的出端口由繁忙态转换为空闲态时，Queue Selector从根节点依次遍历最小堆的节点，确定目标节点对应的队列为第一队列，目标节点对应的队列为非空队列。具体的，Queue Selector首先确定根节点对应的队列是否非空，若根节点对应的队列为空队列，Queue Selector继续遍历根节点的子节点，确定根节点的子节点对应的队列是否非空，直至确定出目标节点。若根节点对应的队列为非空队列，Queue Selector确定根节点对应的队列为第一队列。

其中，Queue State Storage基于最小堆存储第二队列和至少一个第三队列中非空队列的时间戳，可以达到O(logn)的更新时间复杂度，O(1)的选举时间复杂度。

在一种可能的设计中，Queue State Storage通过遍历第二队列和至少一个第三队列的时间戳，确定时间戳最小的非空队列为第一队列。示例性的，在交换机的出端口为繁忙态的情况下，Queue State Storage确定时间戳最小的非空队列，并以该时间戳最小的非空队列的时间戳作为基准，将时间戳小于或等于该基准的空队列选举出来。若在交换机的出端口为繁忙态的期间内，待发送的帧到达出端口且被分配到选举出来的空队列，QueueState Storage将基准更新为该空队列的时间戳，并将时间戳小于或等于更新后的基准的空队列选举出来。而后，在交换机的出端口为空闲态且待发送的帧到达出端口的情况下，若确定待发送的帧被分配到选举出来的空队列且该空队列对应的时间戳小于基准，则确定该空队列为第一队列。若确定待发送的帧未被分配到选举出来的空队列，则确定基准对应的队列为第一队列。需要说明的是，当待发送的帧被分配到选举出来的空队列，且该空队列的时间戳与基准相同时，Queue State Storage可以根据入端口的编号的大小确定第一队列。例如，可以确定编号较大的入端口对应的队列为第一队列。或者，Queue State Storage可以根据出端口中全部队列的编号大小确定第一队列。例如，可以确定编号较小的队列为第一队列。

下面以第一队列为第三队列为例进行说明。Queue State Maintainer或Reservation Info可以根据第一队列的速率信息和第一队列的源端口获取第一队列的第一恢复速度。其中，第一队列的速率信息可以是Reservation Info从MAP模块获取的。第一队列的源端口可以是Reservation Info从交换结构中存储的交换表中获取的。QueueState Maintainer可以将第一恢复速度存储到Reservation Info中。其中，第一恢复速度的数据类型可以为双精度浮点型(double)，单位为位/秒(bit/sec)。其中，第一队列的第一个帧为第一队列为空队列时，进入第一队列的第一个帧。

当第一队列的第一个帧从出端口输出时(即Queue Scheduler确定发送第一队列的第一个帧时)，Queue State Maintainer根据第一队列的第一个帧输出的时间(即发送第一个帧的时间)、第一队列中的第一个帧的长度和第一恢复速度获取第一队列的第一时间戳。Queue State Maintainer可以将第一时间戳存储在Queue State Storage中。第一时间戳可以为64位非负整型，用于标记第一队列的第一个帧允许传送的时间，初值为0，单位为纳秒。

在Queue Scheduler确定发送第一队列的第二个帧时，Queue State Maintainer根据第一时间戳、第一队列中的第二个帧的长度和第一恢复速度获取第一队列的第二时间戳。而后，Queue State Maintainer将第二时间戳写入到Queue State Storage中，即将第一时间戳更新为第二时间戳。其中，第二个帧为第一个帧的下一个帧。

在Queue Scheduler确定发送第一队列的第三个帧时，Queue State Maintainer根据第二时间戳、第一队列中的第三个帧的长度和第一恢复速度获取第一队列的第三时间戳。其中，第三个帧为第二个帧的下一个帧。

其中，当交换机确定发送第一队列中的第一个帧时，第一队列的当前时间戳为第一时间戳。当交换机确定发送第一队列中的第二个帧时，第一队列的当前时间戳为第二时间戳。当交换机确定发送第一队列中的第三个帧时，第一队列的当前时间戳为第三时间戳。可以理解的是，每当确定发送第一队列中的一个帧时，第一队列的时间戳更新一次。

下面以第一队列为第二队列为例进行说明。假设在第一时刻，交换机确定第一队列中的帧为背景帧，Queue State Maintainer根据预设的可用资源和预设的第二恢复速度获取第一队列的第四时间戳。示例性的，预设的可用资源和预设的第二恢复速度可以根据预设的CBR帧在设备链路上发送的时长确定。预设的第二恢复速度的数据类型可以为浮点型，单位为bit/sec。设定第二恢复速度的方式可以是自动设定或手动设定，本申请不做限定。预设的第二恢复速度存储Reservation Info中。

若在第二时刻，交换机确定第一队列中的帧为背景帧，Queue State Maintainer根据第四时间戳、第二恢复速度和预设的可用资源获取第一队列的第五时间戳。其中，第二时刻晚于第一时刻。例如，第一时刻为第100ns，第二时刻可以为第200ns。

若在第三时刻，交换机确定第一队列中的帧为背景帧，Queue State Maintainer根据第五时间戳、第二恢复速度和预设的可用资源获取第一队列的第六时间戳。其中，第三时刻晚于第二时刻。

其中，在第一时刻，第一队列的当前时间戳为第四时间戳。在第二时刻，第一队列的当前时间戳为第五时间戳。在第三时刻，第一队列的当前时间戳为第六时间戳。可以理解的是，每当交换机确定第一队列中的帧为背景帧时，第一队列的时间戳更新一次。

403、交换机确定第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和是否小于等于当前的系统时间。

其中，预设的缓冲时间可以根据数据帧的传送时间设定。

若第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和小于等于当前的系统时间，第一队列为有效状态，则执行步骤404。

404、交换机确定第一队列中的帧是数据帧还是背景帧。

若交换机确定第一队列中的帧是数据帧，执行步骤405。

若交换机确定第一队列中的帧是背景帧，执行步骤406。

405、交换机发送第一队列中的第一个帧。

即当Queue Scheduler确定第一队列中的帧是数据帧时，对第一队列执行出队操作，即输出该队列的第一个帧。

406、交换机基于预设的CBR模式发送第一队列中的至少一个帧。

在一种可能的情况下，Queue Scheduler从Frame Fragmentation模块获取待传输的数据，将待传输的数据发送到物理链路。具体的，Queue Scheduler确定发送窗口，发送窗口占用设备链路一个固定的传送时长，该传输时长根据数据帧的CBR的属性计算得出。Queue Scheduler根据待传输的数据和IFG的开销填充发送窗口。

其中，Cache用于缓存待发送的背景帧。通常，Cache可以容纳一个背景帧。FrameFragmentation模块可以从Cache获取第一队列中的帧。若Frame Fragmentation模块获取到的帧不能被完全发送，可以将该帧未发送的部分写回Cache。可选的，FrameFragmentation模块可以从Cache获取帧的一部分并发送，本申请不做限定。当Cache为空时，若Frame Fragmentation模块需要获取第一队列中的帧，Cache可以从第一队列获取相应的帧。Frame Fragmentation模块可以切分获取到的帧，以获取待传输的数据和IFG的开销。其中，待传输的数据包括第一队列中的至少一个帧的前导码、帧头和帧尾。

在一种可能的情况下，若待传输的数据的传输时长和IFG的开销小于发送窗口的传送时长，交换机占用出端口的链路直至发送窗口结束。即在发送窗口的传送时长内，出端口将被置为繁忙(BUSY)状态，以避免其他队列提前传送而产生抖动。

在一种可能的情况下，第一队列中不存在能发送的帧时，即Queue Scheduler无法获取待传输的数据时，交换机在整个发送窗口内占用出端口的链路。即出端口在整个发送窗口内被置为BUSY状态，以避免其他队列提前传送而产生抖动。

这样一来，在交换机的出端口为空闲态且待发送的帧到达交换机的出端口的情况下，或交换机的出端口由繁忙态转换为空闲态的情况下，交换机基于全部队列的时间戳确定第一队列，第一队列为出端口的全部队列中当前时间戳最小的非空队列，而后交换机确定第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和是否小于等于当前的系统时间；若交换机确定第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和小于等于当前的系统时间，交换机确定第一队列中的帧是数据帧还是背景帧；若交换机确定第一队列中的帧是数据帧，交换机发送第一队列中的第一个帧；若交换机确定第一队列中的帧是背景帧，交换机基于预设的CBR模式发送第一队列中的至少一个帧。相比现有的门控制调度，需要保证网络中的各设备的时钟尽可能相同，如果时钟产生误差，会产生较大抖动，而为了保证时钟同步精度，会产生高额的成本。本申请实施例无需保证多个设备时钟同步，且无需对网络或网络设备进行大幅度改造，能够降低数据流的抖动。例如，能够降低消除背景帧对数据流的调度顺序的影响和交换设备的工作模式对数据流的调度顺序的影响。同时，能够降低时钟的频率和相位偏移对数据流的调度顺序的影响，并且可以过滤数据流或背景流在物理网络中传输的波动，降低物理波动对数据流的调度顺序的影响。

上述主要从交换设备的角度对本申请实施例提供的方案进行了介绍。可以理解的是，交换设备为了实现上述功能，其包括了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本申请实施例可以根据上述方法示例对交换设备进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

在采用对应各个功能划分各个功能模块的情况下，图5示出了上述实施例中所涉及的交换设备5的一种可能的结构示意图，交换设备包括：确定单元501、发送单元502和获取单元503。确定单元501用于支持交换设备执行图4中的过程402-404。发送单元502用于支持交换设备执行图4中的过程405和406。在一种可能的设计中，发送单元502包括切分子单元5021和处理子单元5022。切分子单元5021用于支持交换设备执行图4中的过程406。处理子单元5022，用于支持交换设备执行图4中的过程406。获取单元503用于支持交换设备执行图4中的过程402。其中，上述方法实施例涉及的各步骤的所有相关内容均可以援引到对应功能模块的功能描述，在此不再赘述。

在一种可能的设计中，交换设备可以通过图6中的交换设备(或系统)来实现。

图6为本申请实施例提供的交换设备的硬件结构示意图。交换设备6可以包括：处理器601、存储器602、接口603和通信总线604等部件。下面对交换设备的各个构成部件进行示例性的说明。

处理器601：用于通过接口603转发数据报文，交换设备的处理器601中通常使用特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，以实现数据报文的高速转发。

存储器602:用于存储交换设备的配置、操作系统、转发协议软件等。存储器602可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是可擦除可编程只读寄存器(Erasable Programmable Read OnlyMemory，EPROM)、电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM)、只读光盘(compact disc read-only memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由交换设备存取的任何其他介质，但不限于此。存储器602可以是独立存在，通过通信总线604与处理器601相连接。存储器602也可以和处理器601集成在一起。

接口603：也称为端口，交换设备中的端口可以包括转发端口和控制端口。转发端口可以包括源端口和出端口，用于交换设备发送和接收数据报文；控制端口用于用户或管理员利用终端与交换设备进行通信，完成对交换设备的配置。

通信总线604可包括一通路，在上述组件之间传送信息。

结合本申请公开内容所描述的方法或者算法的步骤可以硬件的方式来实现，也可以是由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于RAM、闪存、ROM、EPROM、EEPROM、寄存器、硬盘、移动硬盘、只读光盘或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于核心网接口设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于核心网接口设备中。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本申请所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算设备可读介质中或者作为计算设备可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算设备可读介质包括计算设备存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算设备程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算设备能够存取的任何可用介质。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基于数据帧的调度方法，其特征在于，包括：

在交换设备的出端口为空闲态且待发送的帧到达所述出端口的情况下，或交换设备的出端口由繁忙态转换为空闲态的情况下，所述交换设备确定第一队列，所述第一队列为所述出端口的全部队列中当前时间戳最小的非空队列；

所述交换设备确定所述第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和是否小于等于当前的系统时间；

若所述交换设备确定所述第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和小于等于当前的系统时间，所述交换设备确定所述第一队列中的帧是数据帧还是背景帧；

若所述交换设备确定所述第一队列中的帧是数据帧，所述交换设备发送所述第一队列中的第一个帧；

若所述交换设备确定所述第一队列中的帧是背景帧，所述交换设备基于预设的恒定比特率CBR模式发送所述第一队列中的至少一个帧。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述出端口的全部队列包括第二队列和至少一个第三队列，所述方法还包括：

所述交换设备根据所述待发送的帧的帧头确定所述待发送的帧是数据帧还是背景帧；

若所述交换设备确定所述待发送的帧为背景帧，所述交换设备将所述待发送的帧分配到所述出端口中存储背景帧的第二队列；

若所述交换设备确定所述待发送的帧为数据帧，所述交换设备将所述待发送的帧分配到所述出端口中存储数据帧的至少一个第三队列的其中一个；

其中，所述第一队列为所述第二队列或所述至少一个第三队列的其中一个。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述第一队列为所述至少一个第三队列的其中一个的情况下，所述交换设备根据所述第一队列的速率信息和所述第一队列的源端口获取所述第一队列的第一恢复速度；

所述交换设备根据所述第一队列的第一个帧输出的时间、所述第一队列中的第一个帧的长度和所述第一恢复速度获取所述第一队列的第一时间戳；

所述交换设备根据所述第一时间戳、所述第一队列中的第二个帧的长度和所述第一恢复速度获取所述第一队列的第二时间戳；

所述交换设备根据所述第二时间戳、所述第一队列中的第三个帧的长度和所述第一恢复速度获取所述第一队列的第三时间戳；

其中，所述第一队列的当前时间戳为所述第一时间戳、所述第二时间戳或所述第三时间戳；

在所述第一队列为所述第二队列的情况下，所述交换设备根据预设的可用资源和预设的第二恢复速度获取所述第一队列的第四时间戳；

所述交换设备根据所述第四时间戳、所述第二恢复速度和所述预设的可用资源获取所述第一队列的第五时间戳；

所述交换设备根据所述第五时间戳、所述第二恢复速度和所述预设的可用资源获取所述第一队列的第六时间戳；

其中，所述第一队列的当前时间戳为所述第四时间戳、所述第五时间戳或所述第六时间戳。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述交换设备确定第一队列包括：

若所述交换设备基于最小堆存储所述第二队列和所述至少一个第三队列中非空队列的时间戳，所述交换设备确定所述最小堆的根节点对应的队列为所述第一队列；或

若所述交换设备基于最小堆存储所述第二队列和所述至少一个第三队列的时间戳，所述交换设备从根节点依次遍历所述最小堆的节点，确定目标节点对应的队列为所述第一队列，所述目标节点对应的队列为非空队列；或

所述交换设备遍历所述第二队列和所述至少一个第三队列的时间戳，确定时间戳最小的非空队列为所述第一队列。

5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述交换设备基于预设的恒定比特率CBR模式发送所述第一队列中的至少一个帧包括：

所述交换设备切分所述第一队列中的至少一个帧，以获取待传输的数据和帧间距IFG的开销，所述待传输的数据包括所述第一队列中的至少一个帧的前导码、帧头和帧尾；

所述交换设备确定发送窗口，所述发送窗口占用所述出端口的链路的传输时长根据数据帧的CBR的属性计算得出；

所述交换设备根据所述待传输的数据和所述IFG的开销填充所述发送窗口。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述待传输的数据的传输时长和所述IFG的开销小于所述发送窗口的传送时长的情况下，所述交换设备占用所述出端口的链路直至所述发送窗口结束。

7.一种交换设备，其特征在于，包括：

确定单元，用于在所述交换设备的出端口为空闲态且待发送的帧到达所述出端口的情况下，或所述交换设备的出端口由繁忙态转换为空闲态的情况下，确定第一队列，所述第一队列为所述出端口的全部队列中当前时间戳最小的非空队列；

所述确定单元，还用于确定所述第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和是否小于等于当前的系统时间；

所述确定单元，还用于若确定所述第一队列的当前时间戳与预设的缓冲时间的和小于等于当前的系统时间，确定所述第一队列中的帧是数据帧还是背景帧；

发送单元，还用于若通过所述确定单元确定所述第一队列中的帧是数据帧，发送所述第一队列中的第一个帧；

所述发送单元，还用于若通过所述确定单元确定所述第一队列中的帧是背景帧，基于预设的恒定比特率CBR模式发送所述第一队列中的至少一个帧。

8.根据权利要求7所述的交换设备，其特征在于，所述出端口的全部队列包括第二队列和至少一个第三队列，所述确定单元还用于：

根据所述待发送的帧的帧头确定所述待发送的帧是数据帧还是背景帧；

若确定所述待发送的帧为背景帧，将所述待发送的帧分配到所述出端口中存储背景帧的第二队列；

若确定所述待发送的帧为数据帧，将所述待发送的帧分配到所述出端口中存储数据帧的至少一个第三队列的其中一个；

其中，所述第一队列为所述第二队列或所述至少一个第三队列的其中一个。

9.根据权利要求8所述的交换设备，其特征在于，还包括获取单元，用于：

在所述第一队列为所述至少一个第三队列的其中一个的情况下，根据所述第一队列的速率信息和所述第一队列的源端口获取所述第一队列的第一恢复速度；

根据所述第一队列的第一个帧输出的时间、所述第一队列中的第一个帧的长度和所述第一恢复速度获取所述第一队列的第一时间戳；

根据所述第一时间戳、所述第一队列中的第二个帧的长度和所述第一恢复速度获取所述第一队列的第二时间戳；

根据所述第二时间戳、所述第一队列中的第三个帧的长度和所述第一恢复速度获取所述第一队列的第三时间戳；

其中，所述第一队列的当前时间戳为所述第一时间戳、所述第二时间戳或所述第三时间戳；

在所述第一队列为所述第二队列的情况下，根据预设的可用资源和预设的第二恢复速度获取所述第一队列的第四时间戳；

根据所述第四时间戳、所述第二恢复速度和所述预设的可用资源获取所述第一队列的第五时间戳；

根据所述第五时间戳、所述第二恢复速度和所述预设的可用资源获取所述第一队列的第六时间戳；

其中，所述第一队列的当前时间戳为所述第四时间戳、所述第五时间戳或所述第六时间戳。

10.根据权利要求8或9所述的交换设备，其特征在于，所述确定单元用于：

若基于最小堆存储所述第二队列和所述至少一个第三队列中非空队列的时间戳，确定所述最小堆的根节点对应的队列为所述第一队列；或

若基于最小堆存储所述第二队列和所述至少一个第三队列的时间戳，从根节点依次遍历所述最小堆的节点，确定目标节点对应的队列为所述第一队列，所述目标节点对应的队列为非空队列；或

遍历所述第二队列和所述至少一个第三队列的时间戳，确定时间戳最小的非空队列为所述第一队列。

11.根据权利要求7-9任一项所述的交换设备，其特征在于，所述发送单元还包括：

切分子单元，用于切分所述第一队列中的至少一个帧，以获取待传输的数据和帧间距IFG的开销，所述待传输的数据包括所述第一队列中的至少一个帧的前导码、帧头和帧尾；

处理子单元，用于确定发送窗口，所述发送窗口占用所述出端口的链路的传输时长根据数据帧的CBR的属性计算得出；

所述处理子单元，还用于根据所述待传输的数据和所述IFG的开销填充所述发送窗口。

12.根据权利要求11所述的交换设备，其特征在于，在所述待传输的数据的传输时长和所述IFG的开销小于所述发送窗口的传送时长的情况下，所述处理子单元，还用于占用所述出端口的链路直至所述发送窗口结束。

13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的基于数据帧的调度方法。

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