CN111565157B - 支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法，包括：S1，接收数据，提取数据中各个维度的信息；S2，将提取得到的各个维度信息分别插入到各自的逻辑结构中，在从属同一数据的相关信息之间建立关系；S3，根据事先配置的多维调度策略选取需要调度并发出的数据；S4，删除各个逻辑结构中被调度数据的相关信息，维护各个维度结构平衡。本发明能够允许调度时综合多维度信息评判其优先性，并且允许交换机监控各个维度最小或最大值以支持动态策略调整，提升网络性能。

Description

支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法

技术领域

本发明涉及通信网络数据调度技术领域，具体而言涉及一种支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法。

背景技术

随着网络用户的日益增长，网络需求也在不断发生变化。各类网络应用如在线视频会议软件、视频播放软件、线上购物平台软件、文件共享备份软件、游戏软件等均共享同样的通信网络线路。这些流量中，有些属于延迟敏感类流量，需要在短时间内立刻完成传输需求，有些对延迟要求较为宽松，只需要保证数据的准确。因此，交换机等网络中间设备在进行数据转发的同时，需要针对不同应用的不同需求提供差分服务，具体则体现在交换机对来自不同应用数据的调度顺序上。

传统交换机中为提供差分服务，每个端口维护8个优先级队列，不同应用下的网络数据会根据一定方式分别映射到这8个优先级下并进入相应的先进先出队列进行排队等候调度。目前较为普遍的调度方式包括：严格优先级调度SP，即只有高于当前优先级的所有数据全部调度完毕后才可调度当前优先级；加权平均分配WFQ，即按照优先级分配出口的带宽，并依据比例从各个队列中发送相应数量的数据；加权轮训WRR，同样依据优先级比重分配调度时间片，但其比例不会固定不变，若某一队列为空，则立刻换至下一队列继续调度。

然而传统交换机的调度模式存在一个关键的问题，即如何合适合理的将各类应用映射至此8个队列中。其中，此问题还分为两个方面：第一，映射的规则如何设定，即映射QoS级别高的优先级到高优先队列，还是映射即将失效的数据进入高优先级队列；第二，8个队列是否满足调度需求，即多样的应用数据只区分在8个队列中能否达到差分服务并且优化网络性能的目的。基于这两个方面，目前已经有很多的研究与新的调度结构提出。针对8优先级是否满足需求的问题，日常中的网络通信对服务区分敏感度不高，但在数据中心网络或者并行计算网络中，8个优先级队列已无法保证对不同数据的计算需求。因此，PIFO结构，包括pFabric中提出的交换机队列结构均可以满足更多优先级的个数，保证细粒度下对各类数据的差分服务。然而针对第一个问题，如何映射，各个研究都有自己的背景与关注点。部分研究致力于最小化平均传输时间，则其将映射关系设为最小流映射高优先级，部分研究关注数据时效问题，则其将映射关系设为失效时间早映射高优先级，此类映射通常只选取一个维度的信息作为映射标准，若此信息相同，则取队列中较早进入的数据进行调度。

发明内容

针对现有调度方案只基于数据某单一维度信息进行调度的问题，本发明目的在于提供一种支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法，允许调度时综合多维度信息评判其优先性，并且允许交换机监控各个维度最小或最大值以支持动态策略调整，提升网络性能。

为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法，所述调度方法包括：

S1，接收数据，提取数据中各个维度的信息，其中至少一个维度的信息为不重复信息，与数据构成一一对应关系，用作数据索引；

S2，将提取得到的各个维度信息分别插入到各自的逻辑结构中，在从属同一数据的相关信息之间建立关系；

S3，根据事先配置的多维调度策略选取需要调度并发出的数据；

S4，删除各个逻辑结构中被调度数据的相关信息，维护各个维度结构平衡。

作为其中的一种优选例，步骤S2中，所述将提取得到的各个维度信息分别插入到各自的逻辑结构中，在从属同一数据的相关信息之间建立关系的过程包括以下步骤：

S21，为每个维度一一对应地设置一个独立且不包含重复元素的堆结构，每个堆各自维持平衡；

S22，选取其中一个信息不重复的维度所建立的堆为主堆，主堆元素与数据一一对应，各个其他堆节点分别与主堆节点建立连接关系，表示信息从属同一数据；

其中，每个主堆元素节点分别与各个其他堆中的一个节点有连接关系，其他堆中的节点只与主堆建立连接关系，且可与主堆中的多个元素建立连接关系；

S23，当数据进入交换机后，交换机将提取出的各个维度信息分别插入对应的堆结构中，堆结构自动进行平衡调整，连接关系随之调整。

作为其中的一种优选例，步骤S1中，所述数据中各个维度的信息包括所有被用于调度的信息、当前数据大小、当前数据所属流的大小，以及数据遵守的协议等等。

作为其中的一种优选例，步骤S3中，所述事先配置的多维调度策略由一个或多个单维度调度规则组合生成，所述单维度调度规则之间设置有优先级。

作为其中的一种优选例，步骤S3中，所述事先配置的多维调度策略包括多个多维调度方案，每个多维调度方案由一个或多个单维度调度规则组合生成，所述单维度调度规则之间设置有优先级；

所述事先配置的多维调度策略根据逻辑结构中剩余的待调度的数据的属性动态调整当前多维调度方案。

作为其中的一种优选例，所述事先配置的多维调度策略根据逻辑结构中剩余的待调度的数据的属性动态调整当前多维调度方案的过程包括：

针对每个多维调度方案设置切换条件，启动条件与逻辑结构中剩余的待调度数据的其中一个或多个属性相关；

实时检测逻辑结构中剩余的待调度数据的属性特征，将检测结果与每个多维调度方案的切换条件相比对，当任意一个切换条件成立时，将当前多维调度策略切换至与之对应的多维调度方案。

作为其中的一种优选例，所述被用于调度的信息包括优先级、时间戳、数据失效时间。

作为其中的一种优选例，步骤S3中，所述事先配置的多维调度策略包括：

多维调度方案一：首先调度优先级高的数据，当多个数据优先级相同时，则调度其中失效时间最早的数据；

多维调度方案二：首先调度优先级高数据，当多个数据优先级相同时，则调度进入交换机时间戳最早的数据；

多维调度方案三：首先调度失效时间最早的数据，当多个数据失效时间相同时，则调度其中进入交换机时间戳最早的数据。

作为其中的一种优选例，步骤S4中，所述删除各个逻辑结构中被调度数据的相关信息，维护各个维度结构平衡的过程包括以下步骤：

判断主堆之外的其他堆中与被调度数据对应的节点是否依然记录有其他数据信息，如果有，只删除此节点上与已调度数据相关的链接关系，保留该节点，否则，删除此节点并调整对应的堆结构；

删除主堆中与调度数据对应的节点，同时调整堆结构。

基于前述调度方法，本发明提及一种支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度装置，所述交换机调度装置包括：

(1)信息提取模块，用于接收数据，提取数据中各个维度的信息，其中至少一个维度的信息为不重复信息，与数据构成一一对应关系，用作数据索引。

(2)信息处理模块，用于将提取得到的各个维度信息分别插入到各自的逻辑结构中，在从属同一数据的相关信息之间建立关系。

(3)数据调度模块，用于根据事先配置的多维调度策略选取需要调度并发出的数据。

(4)删除模块，用于删除各个逻辑结构中被调度数据的相关信息，维护各个维度结构平衡。

以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：

(1)本发明首次提出支持数据多维度信息协作调度的交换机队列结构与方法，允许交换机提供更加灵活、多样的数据调度策略，可以降低带宽资源浪费，降低数据平均传输时延，进一步提升网络性能。

(2)本发明同时支持无限制优先级个数，在支持灵活多变策略的同时支持任意级别细粒度的差分服务，支持在对数据区分严格的环境下进行工作。

(3)在当前无需极细粒度和多维度协作调度的环境下，本发明依旧适用，即本发明对环境具有极高的容忍性。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法的流程图。

图2是本发明的一个三维度逻辑堆结构示意图。

图3是本发明的一个二维度数据插入示例。

图4是本发明的另一个二维度数据插入示例。

图5是本发明的一个二维度数据删除示例。

图6是本发明的另一个二维度数据删除示例。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

结合图1，本发明提供一种支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法，主要包括如下步骤：

第一步，交换机接收数据，提取数据中各个维度的信息，例如优先级、时间戳、数据失效时间等内容。

第二步，交换机将各个维度信息分别插入到各自的逻辑结构中，在从属同一数据的相关信息之间建立关系。

第三步，交换机根据事先已配置好的多维调度策略选取需要调度并发出的数据。

第四步，交换机删除各个维度结构中被调度数据的信息，并维护结构平衡。

作为其中的一种优选例，步骤S2中，所述将提取得到的各个维度信息分别插入到各自的逻辑结构中，在从属同一数据的相关信息之间建立关系的过程包括以下步骤：

S21，为每个维度一一对应地设置一个独立且不包含重复元素的堆结构，每个堆各自维持平衡。

S22，选取其中一个信息不重复的维度所建立的堆为主堆，主堆元素与数据一一对应，各个其他堆节点分别与主堆节点建立连接关系，表示信息从属同一数据。

其中，每个主堆元素节点分别与各个其他堆中的一个节点有连接关系，其他堆中的节点只与主堆建立连接关系，且可与主堆中的多个元素建立连接关系。

S23，当数据进入交换机后，交换机将提取出的各个维度信息分别插入对应的堆结构中，堆结构自动进行平衡调整，连接关系随之调整。

图2是一个三维调度结构的示例，包含数据自身QoS优先级，进入交换机时的时间戳，以及数据失效的时间。其中，进入交换机时间戳为唯一不重复元素，选取为主堆。时间戳堆结构中的每个节点分别连接至优先级堆中的一个节点和失效时间堆中的一个节点，如时间戳为“11”的数据，其对应的QoS优先级为“5”，失效时间为“70”；时间戳为“12”的数据，其对应的QoS优先级为“3”，失效时间为“81”。QoS优先级和数据失效时间均存在重复元素，因此存在与多个主队节点存在连接关系的情况。

图3是交换机新接受一个数据后其队列逻辑结构发生变化的示例。为了简化说明，此示例只采用二维结构，仅包含一个主堆与一个其他堆。图3(1)中结构为交换机中原本存在的数据，即时间戳为“11”，QoS优先级为“5”的数据。交换机新接受的数据时间戳为“12”，QoS优先级为“3”.交换机首先将两个维度的信息分别插入各自堆结构的末尾，如图3(2)，然后各自进行堆的平衡操作。这里采用小根堆，即父节点应小于子节点。因此，时间戳堆无需调整，而优先级堆需要进行上浮操作调整至图3(3)。各自堆结构调整完毕后，在相关的信息“12”和“3”之间建立连接关系，表示从属同一数据。

图4是交换机新接受另一个数据后其队列逻辑结构发生变化的示例。图4(1)结构依然为交换机中以存在的数据信息，此时包含三个数据，其时间戳分别为“11”，“12”，“13”，分别对应QoS优先级“5”，“3”，“4”.此时新接受的数据，其时间戳为“14”，QoS优先级为“4”.同样，主堆中需要将新的元素“14”插入，然而优先级堆中由于已存在元素“4”，因此优先级对中无需新插入节点，如图4(2)。由于无需对堆结构进行平衡调整，则直接对元素“4”新增一个与主堆“14”元素的连接关系，如图4(3)和图4(4)。

作为其中的一种优选例，步骤S3中，所述事先配置的多维调度策略由一个或多个单维度调度规则组合生成，所述单维度调度规则之间设置有优先级。

优选的，步骤S3中，所述事先配置的多维调度策略包括多个多维调度方案，每个多维调度方案由一个或多个单维度调度规则组合生成，所述单维度调度规则之间设置有优先级；

所述事先配置的多维调度策略根据逻辑结构中剩余的待调度的数据的属性动态调整当前多维调度方案。

更加优选的，所述事先配置的多维调度策略根据逻辑结构中剩余的待调度的数据的属性动态调整当前多维调度方案的过程包括：

针对每个多维调度方案设置切换条件，启动条件与逻辑结构中剩余的待调度数据的其中一个或多个属性相关；

实时检测逻辑结构中剩余的待调度数据的属性特征，将检测结果与每个多维调度方案的切换条件相比对，当任意一个切换条件成立时，将当前多维调度策略切换至与之对应的多维调度方案。

交换机接受数据后维护堆结构平衡目的在于快速调度符合用户多维调度策略的数据。

设所述被用于调度的信息包括优先级、时间戳、数据失效时间。则步骤S3中，所述事先配置的多维调度策略可以被设置成以下几种：

多维调度方案一：首先调度优先级高的数据，当多个数据优先级相同时，则调度其中失效时间最早的数据；

多维调度方案二：首先调度优先级高数据，当多个数据优先级相同时，则调度进入交换机时间戳最早的数据；

多维调度方案三：首先调度失效时间最早的数据，当多个数据失效时间相同时，则调度其中进入交换机时间戳最早的数据。

应当理解，在本发明中，每个被用于调度的信息对应的单维调度规则的内容和相互之间的优先级是根据用户实际需求确定，实际采用的被用于调度的信息的数量也是根据需求动态调整，并不局限于前述例子。

即，多维调度策略为用户自定义且已配置到交换机内，策略允许多维度协作判断。并且在某些情形下，多维调度策略支持动态调整，如默认情况下使用多维调度方案一，当检测到失效时间堆结构中有数据的失效时间和当前时间差低于一定阈值，则调整策略为多维调度方案三，首先调度失效时间最早的数据，若多个数据实效时间相同则调度其中进入交换机时间戳最早的数据，当失效时间堆结构中不再有数据与当前时间差低于阈值，恢复使用多维调度方案一等。

作为其中的一种优选例，步骤S4中，所述删除各个逻辑结构中被调度数据的相关信息，维护各个维度结构平衡的过程包括以下步骤：

判断主堆之外的其他堆中与被调度数据对应的节点是否依然记录有其他数据信息，如果有，只删除此节点上与已调度数据相关的链接关系，保留该节点，否则，删除此节点并调整对应的堆结构；

删除主堆中与调度数据对应的节点，同时调整堆结构。

也就是说，主堆中与调度数据对应的节点一定删除，同时调整堆结构，其他堆不一定删除节点。若其他堆中对应节点依然记录其他数据信息，则只删除此节点上与已调度数据相关的链接关系，若此节点只记录已调度数据的信息，则删除此节点并调整堆结点。

在图2-图6示例中，QoS优先级越高，其对应数字越小，时间戳与失效时间的数字越小，表示其入交换机或失效时间越早。以QoS优先级与入交换机时间戳的二维信息调度为例，调度策略采取优先调度QoS优先级高的数据，若多个数据优先级相同则调度其中时间戳最小的数据。图5是其中一个调度示例。其中，图5(1)依然表示交换机中已存在数据所对应的堆结构，根据调度策略，应选取QoS优先级为“3”的数据，其对应时间戳为“12”。此时，QoS优先级为“3”的数据只有1个，因此将数据调度后除了删除主堆中“12”节点，还需要将优先级堆中“3”节点删除。根据堆的删除操作，首先分别将节点“12”和“3”移动至各自堆中末尾位置，并保证除末尾元素其他的节点全部平衡，如图5(2)和图5(3)。删除时首先将QoS优先级堆中的节点“3”脱离堆结构并删除其内容与相应连接关系，若维度多于二维删除时同样先删除所有其他堆中的元素及连接关系，如图5(4)和图5(5)。当所有其他堆中需要删除的信息删除完毕后，最后删除主堆中的节点“12”，如图5(6)。

图6给出了另一个调度数据后堆结构的变化示例。与图5不同的是，此示例调度的数据只需要删除主堆节点，其他堆节点元素还与其他主堆节点有连接关系，不做删除。图6(1)为当前交换机中已存在的数据对应的堆结构，根据调度策略，此时需要调度的数据QoS优先级为“4”，时间戳为“13”。由于时间戳为“14”的数据同样拥有QoS优先级“4”，因此优先级堆中不能删除节点“4”。此时，主堆元素“13”已在末尾位置，无需调整，然后直接删除QoS优先级堆节点“4”与主堆元素“13”的连接关系，并在主堆中删除元素“13”即可，得到图6(2)。

本发明的新颖之处在于此调度结构和方法对于多维协作调度策略的支持，并且为动态策略调整提供可能，同时允许无限制的优先级个数，为通信网络中不同且多变的需求提供支持，提升网络的利用与效益。同时，本发明既适用于对调度严格的数据中心和分布式计算网络，也适用于普通通信网络，具有极强适应能力。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法，其特征在于，所述调度方法包括：

S1，接收数据，提取数据中各个维度的信息，其中至少一个维度的信息为不重复信息，与数据构成一一对应关系，用作数据索引；

S2，将提取得到的各个维度信息分别插入到各自的逻辑结构中，在从属同一数据的相关信息之间建立关系；

S3，根据事先配置的多维调度策略选取需要调度并发出的数据；

S4，删除各个逻辑结构中被调度数据的相关信息，维护各个维度结构平衡；

步骤S2中，所述将提取得到的各个维度信息分别插入到各自的逻辑结构中，在从属同一数据的相关信息之间建立关系的过程包括以下步骤：

S21，为每个维度一一对应地设置一个独立且不包含重复元素的堆结构，每个堆各自维持平衡；

S22，选取其中一个信息不重复的维度所建立的堆为主堆，主堆元素与数据一一对应，各个其他堆节点分别与主堆节点建立连接关系，表示信息从属同一数据；

其中，每个主堆元素节点分别与各个其他堆中的一个节点有连接关系，其他堆中的节点只与主堆建立连接关系，且可与主堆中的多个元素建立连接关系；

S23，当数据进入交换机后，交换机将提取出的各个维度信息分别插入对应的堆结构中，堆结构自动进行平衡调整，连接关系随之调整。

2.根据权利要求1中所述的支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法，其特征在于，步骤S1中，所述数据中各个维度的信息包括所有被用于调度的信息、当前数据大小、当前数据所属流的大小，以及数据遵守的协议。

3.根据权利要求1中所述的支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法，其特征在于，步骤S3中，所述事先配置的多维调度策略由一个或多个单维度调度规则组合生成，所述单维度调度规则之间设置有优先级。

4.根据权利要求1中所述的支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法，其特征在于，步骤S3中，所述事先配置的多维调度策略包括多个多维调度方案，每个多维调度方案由一个或多个单维度调度规则组合生成，所述单维度调度规则之间设置有优先级；

所述事先配置的多维调度策略根据逻辑结构中剩余的待调度的数据的属性动态调整当前多维调度方案。

5.根据权利要求4中所述的支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法，其特征在于，所述事先配置的多维调度策略根据逻辑结构中剩余的待调度的数据的属性动态调整当前多维调度方案的过程包括：

针对每个多维调度方案设置切换条件，启动条件与逻辑结构中剩余的待调度数据的其中一个或多个属性相关；

实时检测逻辑结构中剩余的待调度数据的属性特征，将检测结果与每个多维调度方案的切换条件相比对，当任意一个切换条件成立时，将当前多维调度策略切换至与之对应的多维调度方案。

6.根据权利要求2中所述的支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法，其特征在于，所述被用于调度的信息包括优先级、时间戳、数据失效时间。

7.根据权利要求6中所述的支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法，其特征在于，步骤S3中，所述事先配置的多维调度策略包括：

多维调度方案一：首先调度优先级高的数据，当多个数据优先级相同时，则调度其中失效时间最早的数据；

多维调度方案二：首先调度优先级高数据，当多个数据优先级相同时，则调度进入交换机时间戳最早的数据；

多维调度方案三：首先调度失效时间最早的数据，当多个数据失效时间相同时，则调度其中进入交换机时间戳最早的数据。

8.根据权利要求1中所述的支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度方法，其特征在于，步骤S4中，所述删除各个逻辑结构中被调度数据的相关信息，维护各个维度结构平衡的过程包括以下步骤：

判断主堆之外的其他堆中与被调度数据对应的节点是否依然记录有其他数据信息，如果有，只删除此节点上与已调度数据相关的链接关系，保留该节点，否则，删除此节点并调整对应的堆结构；

删除主堆中与调度数据对应的节点，同时调整堆结构。

9.一种支持多维度协作和无限优先级个数的交换机调度装置，其特征在于，所述交换机调度装置包括：

信息提取模块，用于接收数据，提取数据中各个维度的信息，其中至少一个维度的信息为不重复信息，与数据构成一一对应关系，用作数据索引；

信息处理模块，用于将提取得到的各个维度信息分别插入到各自的逻辑结构中，在从属同一数据的相关信息之间建立关系；

数据调度模块，用于根据事先配置的多维调度策略选取需要调度并发出的数据；

删除模块，用于删除各个逻辑结构中被调度数据的相关信息，维护各个维度结构平衡；

提取得到的各个维度信息分别插入到各自的逻辑结构中，每个维度一一对应地设置一个独立且不包含重复元素的堆结构，每个堆各自维持平衡；其中一个信息不重复的维度所建立的堆为主堆，主堆元素与数据一一对应，各个其他堆节点分别与主堆节点建立连接关系，表示信息从属同一数据；每个主堆元素节点分别与各个其他堆中的一个节点有连接关系，其他堆中的节点只与主堆建立连接关系，且可与主堆中的多个元素建立连接关系；数据进入交换机后，交换机将提取出的各个维度信息分别插入对应的堆结构中，堆结构自动进行平衡调整，连接关系随之调整。

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