CN108449289A - 一种RapidIO交换设备动态管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RapidIO交换设备动态管理方法及系统，采用虚拟ID池的概念从根本上解除交换设备与PE设备的耦合关系，通过固定个数ID加弹性可变ID两部分实现ID池尺寸的自适应调整，并且构建、维护RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区，使得仅当交换设备未命中时才需动态配置，进而达到交换设备管理的智能化、动态自适应和高可靠性。

Description

一种RapidIO交换设备动态管理方法及系统

技术领域

本发明属于RapidIO网络技术领域，特别是涉及到一种RapidIO交换设备动态管理方法及系统。

背景技术

RapidIO规范作为嵌入式互连技术方面得到国际标准化组织(ISO)和国际电工协会(IEC)授权的唯一标准，为嵌入式系统提供了高带宽、低延迟、高可靠性的互连技术。一般地，RapidIO网络由处理器件(PE，Processing Element)和交换器件(SWITCH)组成，前者主要负责生成、收发和处理数据包，后者完成数据包的接收与转发。作为RapidIO网络中的核心设备，交换器件具有高可靠性、高速率和高吞吐量等优点，能否根据场景需要对其灵活配置就显得尤为关键。

RapidIO网络中各设备间是基于ID号进行数据交换的，而SWITCH不具有器件ID，当操作目标是交换设备(即向其发送维护包)时，就需要使用目的器件ID与跳数(hopCount)的组合进行寻址。目的器件ID用以保证维护包能够投递到目标SWITCH，而跳数是指从起点到目标交换之间经过的交换设备数量。交换机的处理器件一旦接收到维护包，检查到跳数字段为0即解析处理，否则将其值减1，再根据目标器件ID继续转发出去。

目标器件ID采用传统的交换设备寻址ID方法，主要有两种：为交换设备直接分配ID和复用终端设备ID；前者顾名思义，会为网络中每个交换设备分配一个ID，这种方法需要消耗掉相当多十分宝贵且有限的设备ID资源，只能应用在设备数量较少的场合；而后者复用ID的方案即在RapidIO网络枚举阶段，为终端设备分配器件ID时，按照就近原则在逻辑上为交换设备设定寻址ID，比如会优先选择交换直连的终端设备ID，条件不满足的话就选择其后继交换设备的器件ID；但是当网络发生变化时(如设备热插拔等)，需要动态调整为交换器件“绑定”的ID，调整过程依赖于实际网络拓扑结构，复杂的网络拓扑会使得调整过程难以求解，而且这种方案无法解决配置有多播等复杂场景下的寻址问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种新的动态可扩展的RapidIO交换设备管理方法及系统，达到交换设备管理的智能化、动态自适应和高可靠性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种RapidIO交换设备动态管理方法，采用虚拟ID池(Virtual ID Pool,VIDP)的概念从根本上解除交换设备与PE设备的耦合关系，通过固定个数ID加弹性可变ID两部分实现虚拟ID池VIDP尺寸的自适应调整，并且构建、维护RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区cache，用于存储已配置好的交换设备维护路径；当cache中查询交换设备未命中时动态配置路径。

进一步的，所述VIDP及cache构建方法包括：

S1、Host主机发起RapidIO网络枚举，同时计算生成RapidIO网络交换设备维护路径集(Switch Maintaining Path Set,SMPS)，即以Host为源点、用尽可能少的路径覆盖网络中所有交换设备、形成的路径集合；

S2、Host主机在枚举完成之后，根据网络规模初始化虚拟ID池VIDP，尺寸由固定阈值确定，固定阈值指在设备ID空间中预留出若干数量；然后构建RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区cache。

更进一步的，所述cache存储已配置好的交换设备维护路径的方法为：

S3、Host主机准备给交换设备A发送维护包，首先到cache中查询该交换设备是否已配置有维护路由，因cache初始为空未命中，则到RapidIO网络交换设备维护路径集SMPS中检索出一条包含交换设备A的最长路径，并从VIDP中读取一个可用ID；然后基于该ID依次配置路径上的所有交换设备，成功完成后将该路径与ID一并存储到cache中。

更进一步的，所述动态配置路径的方法为：

S4、Host主机准备发送维护包给交换设备B，先到cache中检索，如命中则直接使用相应的ID，否则采用步骤S3策略完成配置；直到出现VIDP无可用ID的情况，如果当前网络中已无空闲设备ID，转步骤S5，否则转步骤S6；

S5、首先从cache中释放一个ID出来，可按照某种规则如路径长度最短进行选取，然后采用步骤3策略完成配置，进而完成维护包的组织与发送；

S6、当前网络中存在空闲的设备ID，这时根据空闲设备ID数量动态确定若干ID补充给VIDP，然后采用步骤3策略完成配置，进而完成维护包的组织与发送。

更进一步的，动态配置路径的方法还包括：

S7、如果出现PE设备热插入，并且空闲设备ID为空，则检测VIDP是否可压缩，即当前尺寸是否大于固定阈值，如是则执行VIDP尺寸压缩，释放一个ID出来供新插入的PE设备使用，同时保持VIDP与cache的一致性。

本发明的另一方面，还提供了一种RapidIO交换设备动态管理系统，包括：

VIDP及cache构建模块，用于采用虚拟ID池VIDP的概念从根本上解除交换设备与PE设备的耦合关系，通过固定个数ID加弹性可变ID两部分实现虚拟ID池VIDP尺寸的自适应调整，并且构建、维护RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区cache；

Cache模块，用于存储已配置好的交换设备维护路径；

动态配置路径模块，用于当cache中查询交换设备未命中时动态配置路径。

进一步的，所述VIDP及cache构建模块包括：

SMPS单元，用于在Host主机发起RapidIO网络枚举时，同时计算生成RapidIO网络交换设备维护路径集SMPS，即以Host为源点、用尽可能少的路径覆盖网络中所有交换设备、形成的路径集合；

构建单元，用于在Host主机枚举完成之后，根据网络规模初始化虚拟ID池VIDP，尺寸由固定阈值确定，固定阈值指在设备ID空间中预留出若干数量；然后构建RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区cache。

进一步的，所述Cache模块包括：

查询检索存储单元，用于Host主机准备给交换设备A发送维护包时，首先到cache中查询该交换设备是否已配置有维护路由，因cache初始为空未命中，则到RapidIO网络交换设备维护路径集SMPS中检索出一条包含交换设备A的最长路径，并从VIDP中读取一个可用ID；然后基于该ID依次配置路径上的所有交换设备，成功完成后将该路径与ID一并存储到cache中。

进一步的，所述动态配置路径模块包括：

第一动态配置单元，用于在Host主机准备发送维护包给交换设备B时，先到cache中检索，如命中则直接使用相应的ID，否则采用步骤S3策略完成配置；直到出现VIDP无可用ID的情况，如果当前网络中已无空闲设备ID，转第二动态配置单元，否则转第三动态配置单元；

第二动态配置单元，用于从cache中释放一个ID出来，可按照某种规则如路径长度最短进行选取，然后采用步骤3策略完成配置，进而完成维护包的组织与发送；

第三动态配置单元，用于在当前网络中存在空闲的设备ID时，根据空闲设备ID数量动态确定若干ID补充给VIDP，然后采用步骤3策略完成配置，进而完成维护包的组织与发送。

更进一步的，所述动态配置路径模块还包括：

第四动态配置单元，用于如果出现PE设备热插入，并且空闲设备ID为空，则检测VIDP是否可压缩，即当前尺寸是否大于固定阈值，如是则执行VIDP尺寸压缩，释放一个ID出来供新插入的PE设备使用，同时保持VIDP与cache的一致性。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提出“动态可伸缩的RapidIO交换设备虚拟ID池”技术概念，根据网络实时规模自动判断ID池的尺寸，能够在保证RapidIO网络正常运转的同时，最大化设备ID的资源利用率；

2、本发明提出“一个ID对应一条由若干交换设备形成的路由链路”技术概念，实现有限ID覆盖尽量多RapidIO交换设备的目标；

3、本发明提出“RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区”技术概念，用来存储所有已配置好的交换设备维护路径，实现已配置交换设备直接寻址，将动态配置带来的开销降至最低。

综上所述，本发明提出了一种新的RapidIO交换设备动态管理方案，通过采用虚拟ID池解除交换设备与PE设备的耦合关系，有效解决了传统方法难以应对网络变化和无法处理多播等复杂问题，并且通过引入路径缓冲区和动态伸缩等机制，实现了网络资源的最大化利用，又充分降低了配置操作带来的时间开销，能够广泛应用于不同规模的RapidIO网络和动态变化的应用场景。

附图说明

图1是本发明实施例中带闭环的网络模型示意图；

图2是本发明实施例中阵列形态网络模型示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明针对传统方案的不足，提出一种新的动态可扩展的RapidIO交换设备管理方法，采用虚拟ID池的概念从根本上解除交换设备与PE设备的耦合关系，通过固定个数ID加弹性可变ID两部分实现ID池尺寸的自适应调整，并且构建、维护RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区，使得仅当交换设备未命中时才需动态配置，进而达到交换设备管理的智能化、动态自适应和高可靠性。

●方法步骤详述

本发明的新方法主要包含RapidIO网络交换设备维护路径集合的计算，虚拟ID池和交换设备配置路由覆盖缓冲区的初始化与实时维护，并根据用户请求和网络状态动态调整，具体步骤如下：

步骤1、RapidIO网络枚举阶段，同时计算生成RapidIO网络交换设备覆盖路径集合，即以Host为源点，目标是用尽可能少的路径覆盖网络中所有交换设备，称这些路径的集合为交换设备维护路径集(SMPS，Switch_Maintenance_path_set)；

步骤2、Host主机在枚举完成之后，根据网络规模初始化虚拟ID池(VIDP，SwitchVirtual ID Pool)，尺寸由固定阈值确定，固定阈值指在设备ID空间中预留出若干数量(例如8比特的设备ID表示域，预留最后6个ID用于表征交换设备，即0xFA-0xFF)；然后构建RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区(下称cache)，初始为空，后续用来存储一条条已配置好的交换设备维护路径；

步骤3、Host主机准备给交换设备A发送维护包，首先到cache中查询该交换设备是否已配置有维护路由，因cache初始为空未命中，那么就到SMPS中检索出一条包含交换设备A的最长路径，并从VIDP中读取一个可用ID＝X；然后基于ID＝X依次配置路径上的所有交换设备，成功完成后将该路径与ID一并存储到cache中。至此，Host主机就可以使用ID＝X(hopCount即交换A在路径中的位置)来组织维护包并发送出去；

步骤4、Host主机准备发送维护包给交换设备B，仍然是先到cache中检索，如命中则直接使用相应的ID，否则采用步骤3策略完成配置；直到出现VIDP无可用ID的情况，如果当前网络中已无空闲设备ID，转步骤5，否则转步骤6；

步骤5、首先需要从cache中释放一个ID出来，可按照某种规则如路径长度最短进行选取，然后采用步骤3策略完成配置，进而完成维护包的组织与发送；

步骤6、当前网络中存在空闲的设备ID，这时根据空闲设备ID数量动态确定若干ID补充给VIDP，然后采用步骤3策略完成配置，进而完成维护包的组织与发送；

步骤7、如果出现PE设备热插入，并且空闲设备ID为空，则需要检测VIDP是否可压缩，即当前尺寸是否大于固定阈值，如是则执行VIDP尺寸压缩，释放一个ID出来供新插入的PE设备使用，同时需保持VIDP与cache的一致性。

●具体网络模型演示

参阅图1所示网络模型，为突出强调交换设备，模型中除host主机外，忽略其他PE设备，灰色背景为交换器件，红色数字为建立有物理链路的端口号。

首先，Host主机发起RapidIO网络枚举，依次探测所有建链设备并完成初始配置动作(如为PE设备分配ID等)，同步计算用尽可能少的路径覆盖网络中所有交换设备，得到交换设备维护路径集：SMPS＝{(1,2,3,5,6),(1,4,3,5,7)}；

然后，Host主机初始化虚拟ID池VIDP，尺寸为固定个数6(可根据实际场景调整)，初始池子为满状态，即VIDP＝{0xFA,0xFB,0xFC,0xFD,0xFE,0xFF}；构建RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区cache，初始为空；

接下来，假定用户要读取SW2上的某个寄存器值，就需要获取能够寻址SW2的ID和hopCount：优先在cache中查询，由于cache当前为空是以未命中，然后从SMPS里检索出一条包含目标SWITCH且长度最长的路径，结果是1-2-3-5-6，同时向VIDP申请一个可用ID(返回0xFA)，依次对1-2-3-5-6路径上的所有交换配置路由(SW6之所以不必配置，是因为其为当前路径最后一个SWITCH，不会再向其他SWITCH转发维护包)：

SWITCH	Port_IN	Port_OUT	ID	Hopcount
					1	0	1	0xFA	0
2	8	6	0xFA	1
					3	10	4	0xFA	2
5	13	5	0xFA	3
					6	NA	NA	0xFA	4

配置成功后，将{ID＝0xFA,path＝(1,2,3,5,6)}这一ID与路径的组合存储到cache中，再将ID＝0xFA，hopCount＝1返回用以寻址SW2；

用户要读取SW5上的寄存器配置，仍然优先去cache中查询，直接命中并返回ID＝0xFA，hopCount＝3；

用户要读取SW7上的寄存器配置，很明显cache查询失败，类似地，从SMPS里检索出路径1-4-3-5-7，同时向VIDP申请一个可用ID(返回0xFB)，依次配置路径上的所有交换设备路由：

SWITCH	Port_IN	Port_OUT	ID	Hopcount
					1	0	5	0xFB	0
4	2	9	0xFB	1
					3	7	4	0xFB	2
5	13	9	0xFB	3
					7	NA	NA	0xFB	4

配置成功后，将{ID＝0xFB,path＝(1,4,3,5,7)}这一ID与路径的组合存储到cache中，再将ID＝0xFB，hopCount＝4返回用以寻址SW7；至此，网络中所有SWITCH均能通过ID＝0xFA，0xFB成功寻址。

分析可知，新方案能够完美解决掉传统方式存在的问题，由于SWITCH寻址ID不再复用PE设备ID，所以RapidIO网络发生PE设备热插拔对于SWITCH寻址没有任何影响，即便网络中存在SWITCH被配置有多播，也不会和SWITCH寻址产生交叉。此外，通过引入SMPS实现了一个ID与一条路径的映射，加之二者之间没有固定关系，使得只通过有限ID即可覆盖多条路径(无限多的交换设备)，而且开辟缓冲区cache保证SWITCH寻址参数能够快速获取，最大程度降低重复配置带来的开销。

另一方面，新方案支持根据网络规模实时进行评估，确定虚拟ID池是否可动态完成扩展，并在网络设备热插入时及时释放设备ID，进而实现设备ID资源的最大化利用。借助图2所示网络模型来进一步说明新方案的动态可伸缩性：

首先，Host主机发起RapidIO网络枚举，得到交换设备维护路径集：SMPS＝{(1,2),(1,4),(1,3,5),(1,3,7),(1,3,6,8),(1,3,6,9),(1,3,6,10)}；

然后，Host主机初始化虚拟ID池VIDP，尺寸为固定个数6(可根据实际场景调整)，初始池子为满状态，即VIDP＝{0xFA,0xFB,0xFC,0xFD,0xFE,0xFF}；构建RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区cache，初始为空；

接下来，假定用户要读取SW6上的某个寄存器值，就需要获取能够寻址SW6的ID和hopCount：优先在cache中查询，由于cache当前为空是以未命中，然后从SMPS里检索出一条包含目标SWITCH且长度最长的路径，结果是1-3-6-10，同时向VIDP申请一个可用ID(返回0xFA)，依次对路径上的所有交换配置路由，成功后cache填充入{ID＝0xFA,path＝(1,3,6,10)}：

SWITCH	Port_IN	Port_OUT	ID	Hopcount
					1	0	1	0xFA	0
3	10	4	0xFA	1
					6	13	5	0xFA	2
10	NA	NA	0xFA	3

接下来，用户分别请求读取SW2、SW4、SW5、SW7和SW8，按上述策略予以处理后，VIDP为空，cache＝{{0xFA,(1,3,6,10)},{0xFB,(1,2)},{0xFC,(1,4)},{0xFD,(1,3,5)},{0xFE,(1,3,7)},{0xFF,(1,3,6,8)}；当用户再请求读取SW9时，会发现cache未命中且VIDP为空，这时根据当前网络中PE设备占用ID情况(11个)，评估存在空闲设备ID，那么就临时性的将0xF4-0xF9共6个ID扩充到VIDP中，如此基于网络规模实现合理的动态扩展，继而采用上述策略完成配置和寻址参数的确定。

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RapidIO交换设备动态管理方法，其特征在于，采用虚拟ID池VIDP的概念从根本上解除交换设备与PE设备的耦合关系，通过固定个数ID加弹性可变ID两部分实现虚拟ID池VIDP尺寸的自适应调整，并且构建、维护RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区cache，用于存储已配置好的交换设备维护路径；当且仅当cache中查询交换设备未命中时动态配置路径。

2.根据权利要求1所述的一种RapidIO交换设备动态管理方法，其特征在于，所述VIDP及cache构建方法包括：

S1、Host主机发起RapidIO网络枚举，同时计算生成RapidIO网络交换设备维护路径集SMPS，即以Host为源点、用尽可能少的路径覆盖网络中所有交换设备、形成的路径集合；

S2、Host主机在枚举完成之后，根据网络规模初始化虚拟ID池VIDP，尺寸由固定阈值确定，固定阈值指在设备ID空间中预留出若干数量；然后构建RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区cache。

3.根据权利要求1所述的一种RapidIO交换设备动态管理方法，其特征在于，所述cache存储已配置好的交换设备维护路径的方法为：

S3、Host主机准备给交换设备A发送维护包，首先到cache中查询该交换设备是否已配置有维护路由，因cache初始为空未命中，则到RapidIO网络交换设备维护路径集SMPS中检索出一条包含交换设备A的最长路径，并从VIDP中读取一个可用ID；然后基于该ID依次配置路径上的所有交换设备，成功完成后将该路径与ID一并存储到cache中。

4.根据权利要求1所述的一种RapidIO交换设备动态管理方法，其特征在于，所述动态配置路径的方法为：

S4、Host主机准备发送维护包给交换设备B，先到cache中检索，如命中则直接使用相应的ID，否则采用步骤S3策略完成配置；直到出现VIDP无可用ID的情况，如果当前网络中已无空闲设备ID，转步骤S5，否则转步骤S6；

S5、首先从cache中释放一个ID出来，可按照某种规则如路径长度最短进行选取，然后采用步骤3策略完成配置，进而完成维护包的组织与发送；

S6、当前网络中存在空闲的设备ID，这时根据空闲设备ID数量动态确定若干ID补充给VIDP，然后采用步骤3策略完成配置，进而完成维护包的组织与发送。

5.根据权利要求4所述的一种RapidIO交换设备动态管理方法，其特征在于，动态配置路径的方法还包括：

S7、如果出现PE设备热插入，并且空闲设备ID为空，则检测VIDP是否可压缩，即当前尺寸是否大于固定阈值，如是则执行VIDP尺寸压缩，释放一个ID出来供新插入的PE设备使用，同时保持VIDP与cache的一致性。

6.一种RapidIO交换设备动态管理系统，其特征在于，包括：

VIDP及cache构建模块，用于采用虚拟ID池VIDP的概念从根本上解除交换设备与PE设备的耦合关系，通过固定个数ID加弹性可变ID两部分实现虚拟ID池VIDP尺寸的自适应调整，并且构建、维护RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区cache；

Cache模块，用于存储已配置好的交换设备维护路径；

动态配置路径模块，用于当cache中查询交换设备未命中时动态配置路径。

7.根据权利要求6所述的一种RapidIO交换设备动态管理系统，其特征在于，所述VIDP及cache构建模块包括：

SMPS单元，用于在Host主机发起RapidIO网络枚举时，同时计算生成RapidIO网络交换设备维护路径集SMPS，即以Host为源点、用尽可能少的路径覆盖网络中所有交换设备、形成的路径集合；

构建单元，用于在Host主机枚举完成之后，根据网络规模初始化虚拟ID池VIDP，尺寸由固定阈值确定，固定阈值指在设备ID空间中预留出若干数量；然后构建RapidIO网络交换设备实时路由覆盖缓冲区cache。

8.根据权利要求6所述的一种RapidIO交换设备动态管理系统，其特征在于，所述Cache模块包括：

查询检索存储单元，用于Host主机准备给交换设备A发送维护包时，首先到cache中查询该交换设备是否已配置有维护路由，因cache初始为空未命中，则到RapidIO网络交换设备维护路径集SMPS中检索出一条包含交换设备A的最长路径，并从VIDP中读取一个可用ID；然后基于该ID依次配置路径上的所有交换设备，成功完成后将该路径与ID一并存储到cache中。

9.根据权利要求6所述的一种RapidIO交换设备动态管理系统，其特征在于，所述动态配置路径模块包括：

第一动态配置单元，用于在Host主机准备发送维护包给交换设备B时，先到cache中检索，如命中则直接使用相应的ID，否则采用步骤S3策略完成配置；直到出现VIDP无可用ID的情况，如果当前网络中已无空闲设备ID，转第二动态配置单元，否则转第三动态配置单元；

第二动态配置单元，用于从cache中释放一个ID出来，可按照某种规则如路径长度最短进行选取，然后采用步骤3策略完成配置，进而完成维护包的组织与发送；

第三动态配置单元，用于在当前网络中存在空闲的设备ID时，根据空闲设备ID数量动态确定若干ID补充给VIDP，然后采用步骤3策略完成配置，进而完成维护包的组织与发送。

10.根据权利要求9所述的一种RapidIO交换设备动态管理系统，其特征在于，所述动态配置路径模块还包括：

第四动态配置单元，用于如果出现PE设备热插入，并且空闲设备ID为空，则检测VIDP是否可压缩，即当前尺寸是否大于固定阈值，如是则执行VIDP尺寸压缩，释放一个ID出来供新插入的PE设备使用，同时保持VIDP与cache的一致性。