CN113132265B - 一种多路以太网的多级调度方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据传输和通信技术领域，提供了一种多路以太网的多级调度方法和装置。其中方法包括在正常调度过程中，按照第一数据量进行各个以太网数据流队列中所缓存的数据内容的调度；以周期性的或者获取外部指令的方式，进入调度各个以太网数据流队列的所缓存的数据的预判时间计算过程；建立所述第二数据量与调度各个以太网数据流队列的预判时间之间的映射关系；在恢复到所述第一数量的调度过程时，根据所述映射关系得到对应所述第一数据量的调度各个以太网数据流队列的第二组预判时间，以便于提前进行各个以太网数据流队列的调度准备。本发明在传统的RR轮询调度的基础上加入了调度预判功能，从而提高了调度选择的实时性，提高了调度方案整体的带宽性能。

Description

一种多路以太网的多级调度方法和装置

【技术领域】

本发明涉及数据传输和通信技术领域，特别是涉及一种多路以太网的多级调度方法和装置。

【背景技术】

当今，随着互联网技术的迅速发展，以太网具有价格低廉、稳定可靠、传输速度快、传输距离远等特点，以太网技术发展成熟，具有很高的性价比。随着技术的发展和各类应用的需求，出现了各种以太网的标准，包括标准以太网(10Mbit/s)、百兆以太网(100Mbit/s)、千兆以太网(1000Mbit/s)，10G(10Gbit/s)以太网和100G(100Gbit/s)以太网，如图1所示的为一种100G(100Gbit/s)以太网的架构示意图。不同类型的以太网有其各自需要遵循的标准，同时其所用的传输介质以及数据吞吐量也各不相同。

同时随着电子技术的发展，系统设备正向小型化、集成化、网络化发展。现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，缩写为：FPGA)以其高密度、大容量、低成本和微功耗等特点，被广泛的应用于各种电子系统的设计和开发中，面向各种技术的应用也越来越广泛。因此研究基于FPGA的以太网技术，在大吞吐量数据传输通道、实时数据服务和实时信号处理等方面都将有着广泛的应用前景和潜在的经济价值。

在实际应用中由于以太网不同速率接口之间转换，数据流交换，路由，汇聚分流等需求，常使用基于FPGA的以太网数据流调度方案满足设计需求。而其中调度算法中最常使用的是Round-Robin(缩写为：RR)，轮询调度。该调度策略使用户轮流使用共享资源，不会考虑瞬时信道条件。从相同数量无线资源(相同调度时间段)被分配给每条通信链路的角度讲，轮询调度可以被视为公平调度。但是传统的轮询算法对不同的分组业务流队列进行同样的无差别的循环调度服务，这样的调度方式对于等长业务流队列是公平的，但是以太网的业务流是由不定长分组流构成的，因此不同的队列就可能具有不同的分组长度，结果分组长度大的业务流队列将可能会比分组长度小的业务流队列接收更多的服务，使队列之间产生不公平的现象；而且，这种算法也无法事先对业务需要的时延保证。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是传统的轮询算法对不同的分组业务流队列进行同样的无差别的循环调度服务，这样的调度方式对于等长业务流队列是公平的，但是以太网的业务流是由不定长分组流构成的，因此不同的队列就可能具有不同的分组长度，结果分组长度大的业务流队列将可能会比分组长度小的业务流队列接收更多的服务，使队列之间产生不公平的现象；而且，这种算法也无法事先对业务需要的时延保证。

本发明进一步要克服的事，简单的使用RR调度思想进行新的预判公式(在本发明中也被描述为映射关系)的生成话，会造成整个系统包含的多路以太网数据流对应的预判公式的更新效率的低下；本发明实施例所提出的改进方案能够有效的克服上述问题存在的更新效率低下的问题。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种多路以太网的多级调度方法，包括：

在正常调度过程中，按照第一数据量进行各个以太网数据流队列中所缓存的数据内容的调度；

以周期性的或者获取外部指令的方式，进入调度各个以太网数据流队列的所缓存的数据的预判时间计算过程；

其中，在所述预判时间计算过程中，按照第二数据量进行各个以太网数据流队列中所缓存的数据内容的调度；所述第二数据量比所述第一数据量小，以便通过更短的轮询调度时间完成所述预判时间计算；

建立所述第二数据量与调度各个以太网数据流队列的预判时间之间的映射关系；

在恢复到所述第一数量的调度过程时，根据所述映射关系得到对应所述第一数据量的调度各个以太网数据流队列的第二组预判时间，以便于提前进行各个以太网数据流队列的调度准备。

优选的，所述周期性的或者获取外部指令的方式，进入调度各个以太网数据流队列的所缓存的数据的预判时间计算过程，具体包括：

所述周期是系统统计出来的通过以太网数据流队列完成单一业务时所需的最小时间或者平均时间来设定。

优选的，所述周期性的或者获取外部指令的方式，进入调度各个以太网数据流队列的所缓存的数据的预判时间计算过程，具体包括：

所述外部指令是相应的按照第二组预判时间执行所述提前进行各个以太网数据流队列的调度准备时，出现时间偏差的距离超过第一预设阈值时，触发所述外部指令的生成。

优选的，所述第二数据量比所述第一数据量小，具体为：

所述第二数据量为所述第一数据量的20％-50％。

优选的，所述第二数据量比所述第一数据量小，具体为：

所述第二数据量以一次调度过程能够承载的最小的数据大小为依据设定。

优选的，所述映射关系具体为所述第二数据量与调度各个以太网数据流队列的预判时间之间的比例关系，则所述根据所述映射关系得到对应所述第一数据量的调度各个以太网数据流队列的第二组预判时间，具体为：

根据第一数据量相比较第二数据量的倍数关系，与所述第二数据量与调度各个以太网数据流队列的预判时间之间的比例关系做除运算得到。

优选的，所述提前进行各个以太网数据流队列的调度准备，具体为：

在临近对应当前调度的第一以太网数据流队列的当前预判时间时，提前第一预设时长向下一个待调度的第二以太网数据流队列获取待调度的缓存数据，并存储到共享存储空间中，并且，在所述第二以太网数据流队列被正式调度时，新获取的第二以太网数据流队列的缓存数据将被存储到调度存储空间中；相应调度过程将优先清空所述共享存储空间中对应所述第二以太网数据流队列的调度内容，然后清空所述调度存储空间中对应所述第二以太网数据流队列的调度内容；

其中，所述当前预判时间归属于所述第二组预判时间。

优选的，所述方法还包括：

获取各个以太网数据流队列的分组长度，根据各个以太网数据流队列的数据增长速度和分组长度，设定相应以太网数据流队列的缓存调度阈值，以便在相应以太网数据流队列的缓存中存储的数据内容超过所述缓存调度阈值时，触发对所述以太网数据流队列中数据的调度。

优选的，所述根据各个以太网数据流队列的数据增长速度和分组长度，设定相应以太网数据流队列的缓存调度阈值，具体包括：

根据各个以太网数据流队列的数据增长速度和分组长度，计算出各个以太网数据流队列的缓存空间满负荷的剩余时间；

根据对应剩余时间从小到大顺序排列当前所管辖下的各个以太网数据流队列；

根据其中指定排列位置的以太网数据流队列对应的剩余时间作为缓存调度阈值。

第二方面，本发明还提供了一种多路以太网的多级调度装置，用于实现第一方面所述的多路以太网的多级调度方法，所述装置包括：

至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，用于执行第一方面所述的多路以太网的多级调度方法。

第三方面，本发明还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，用于完成第一方面所述的多路以太网的多级调度方法。

本发明在传统的RR轮询调度的基础上加入了调度预判功能，从而提高了调度选择的实时性，提高了调度方案整体的带宽性能。并且，在本发明中，发现了同一路的以太网数据流也会在其服务的任务完成后，产生其承载的数据流内容性质上的改变，从而造成了原本存储的预判公式的不适用；而简单的使用RR调度思想进行新的预判公式的生成话，会造成整个系统包含的多路以太网数据流对应的预判公式的更新效率的低下；本发明实施例所提出的改进方案能够有效的克服上述问题存在的更新效率低下的问题。

本发明的优选实现方案中还加入了基于数据流缓存调度的多级调度方案，使得调度方案可以充分利用缓存资源，从而优化缓存以及时隙带宽利用率，提高调度效率。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的现有技术中的一种多路以太网的多级调度架构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种多路以太网的多级调度架构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种多路以太网的多级调度架构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种多路以太网的多级调度方法流程示意图；

图5是本发明实施例提供的一种多路以太网的多级调度方法流程示意图；

图6是本发明实施例提供的一种多路以太网的多级调度方法流程示意图；

图7是本发明实施例提供的一种多路以太网的多级调度架构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种多路以太网的多级调度装置结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明个实施例中，会涉及一下几种调度方法，以及他们之间的一种或者多种组合实现方案，先对个调度方法做逐一介绍如下：

RR轮询调度方法。RR调度为传统的调度方法，对不同的分组业务流队列进行同样的无差别的循环调度服务。例如当1,2,3,4路以太数据流有调度请求时，依次轮询响应调度请求，先响应1路调度请求，再响应2路调度请求，依次轮询。

缓存调度方法。缓存调度方法是根据各路数据流缓存深度调度数据流。当前数据流缓存深度超过总缓存50％时触发调度请求，当存在多路数据流触发调度请求时，根据当前的数据流缓存比较结果响应调度请求，例如1，2路同时触发缓存调度请求时，1路缓存深度为60％，2路缓存深度为72％，2路数据缓存深度大于1路缓存深度，响应2路数据流调度请求。当多路数据流触发缓存调度请求，且多路请求的缓存深度相同，根据数据流顺序，依次响应调度请求，例当1，2路同时触发缓存调度请求，且1,2路数据缓存深度同为63％,先响应1路调度请求，再响应2路调度请求。

时隙调度方法。时隙调度请求根据设置的调度时隙限制和调度请求响应时隙情况触发和屏蔽调度请求，如在最近1000个时钟中，响应1路请求时隙为200个，响应2路请求时隙为140个，根据设置的时隙限制，设置1路，2路时隙水线为180个，则1路调度请求被屏蔽，不响应调度请求，2路调度请求被响应。

调度预判机制。在当前输出调度结果后，根据当前以太网数据缓存的调度进度预判结果，在当前调度数据流输出完成后立即输出下一级的以太网数据流缓存，保证数据流的连续性和即时性。

根据三级调度结果以及预判机制输出最终的调度结果。根据优先级设置输出调度结果。如缓存优先级最高时，优先输出缓存调度结果。时隙调度优先级较高时输出时隙调度结果。另外预判机制可设置为选择预判有效或无效。预判有效时直接输出预判结果，无效时输出非预判结果。预判机制与三级调度结果相互独立，可同时选择。

如图2所示为将上述RR调度判断和缓存调度判断做结合的技术方案。而其实现过程中，可以以缓存调度判断具有更高优先级实现，而具体实现过程中，若RR调度判断和缓存调度判断的触发并非依赖每次调度结束进行的话，则RR调度判断结果或缓存调度判断的结果所对应的以太网数据流缓存在被调度的情况下，缓存调度判断的结果将处于等待状态。其中，若各路以太网数据流缓存占用情况未达到预设值时，则相应的缓存调度判断将不会被激活。

如图3所示，为将上述RR调度判断、缓存调度判断和时隙调度判断做结合的技术方案。相应调度判断之间的优先级可以根据需求进行预先设定，而其执行方式可以参考上述对应图3的内容，在此不再赘述。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种多路以太网的多级调度方法，如图4所示，包括：

在步骤201中，在正常调度过程中，按照第一数据量进行各个以太网数据流队列中所缓存的数据内容的调度。

在步骤202中，以周期性的或者获取外部指令的方式，进入调度各个以太网数据流队列的所缓存的数据的预判时间计算过程。

其中，在所述预判时间计算过程中，按照第二数据量进行各个以太网数据流队列中所缓存的数据内容的调度；所述第二数据量比所述第一数据量小(例如：所述第二数据量为所述第一数据量的20％-50％；或者，所述第二数据量以一次调度过程能够承载的最小的数据大小为依据设定)，以便通过更短的轮询调度时间完成所述预判时间计算。

其中，所述周期是系统统计出来的通过以太网数据流队列完成单一业务时所需的最小时间或者平均时间来设定；所述外部指令是相应的按照第二组预判时间执行所述提前进行各个以太网数据流队列的调度准备时，出现时间偏差的距离超过第一预设阈值时，触发所述外部指令的生成。

在步骤203中，建立所述第二数据量与调度各个以太网数据流队列的预判时间之间的映射关系。

在步骤204中，在恢复到所述第一数量的调度过程时，根据所述映射关系得到对应所述第一数据量的调度各个以太网数据流队列的第二组预判时间，以便于提前进行各个以太网数据流队列的调度准备。

本发明实施例在传统的RR轮询调度的基础上加入了调度预判功能，从而提高了调度选择的实时性，提高了调度方案整体的带宽性能。并且，在本发明实施例中，发现了同一路的以太网数据流也会在其服务的任务完成后，产生其承载的数据流内容性质上的改变，从而造成了原本存储的预判公式的不适用；而简单的使用RR调度思想进行新的预判公式的生成话，会造成整个系统包含的多路以太网数据流对应的预判公式的更新效率的低下；本发明实施例所提出的改进方案能够有效的克服上述问题存在的更新效率低下的问题。

在本发明实施例中，所述映射关系具体为所述第二数据量与调度各个以太网数据流队列的预判时间之间的比例关系，则所述根据所述映射关系得到对应所述第一数据量的调度各个以太网数据流队列的第二组预判时间，具体为：

根据第一数据量相比较第二数据量的倍数关系，与所述第二数据量与调度各个以太网数据流队列的预判时间之间的比例关系做除运算得到。

在本发明实施例的步骤204中涉及的所述提前进行各个以太网数据流队列的调度准备，存在一种可选的实现方式，具体为：

在临近对应当前调度的第一以太网数据流队列的当前预判时间时，提前第一预设时长(此处的第一预设时长综合考虑系统执行的性能和各路以太网数据流缓存中累加数据的大小来生成，使得在此第一预设时长内各路以太网数据缓存的缓存数据变化不至于影响到同时采用的其它调度方法的结果判断为宜)向下一个待调度的第二以太网数据流队列获取待调度的缓存数据，并存储到共享存储空间中，并且，在所述第二以太网数据流队列被正式调度时，新获取的第二以太网数据流队列的缓存数据将被存储到调度存储空间中；相应调度过程将优先清空所述共享存储空间中对应所述第二以太网数据流队列的调度内容，然后清空所述调度存储空间中对应所述第二以太网数据流队列的调度内容；其中，所述当前预判时间归属于所述第二组预判时间。

结合本发明实施例还存在一种优选的实现方式，如图5所示，所述方法还包括：

在步骤301中，获取各个以太网数据流队列的分组长度，根据各个以太网数据流队列的数据增长速度和分组长度，设定相应以太网数据流队列的缓存调度阈值。

在步骤302中，在相应以太网数据流队列的缓存中存储的数据内容超过所述缓存调度阈值时，触发对所述以太网数据流队列中数据的调度。

本发明的优选实现方案中还加入了基于数据流缓存调度的多级调度方案，使得调度方案可以充分利用缓存资源，从而优化缓存以及时隙带宽利用率，提高调度效率。

所述根据各个以太网数据流队列的数据增长速度和分组长度，设定相应以太网数据流队列的缓存调度阈值，如图6所示，具体包括：

在步骤401中，根据各个以太网数据流队列的数据增长速度和分组长度，计算出各个以太网数据流队列的缓存空间满负荷的剩余时间。

在步骤402中，根据对应剩余时间从小到大顺序排列当前所管辖下的各个以太网数据流队列。

在步骤403中，根据其中指定排列位置(例如1/5)的以太网数据流队列对应的剩余时间作为缓存调度阈值。

如图7所示，在具体实现过程中，若执行对应各路以太网数据流缓存调度的进程存在多条时(尤其是在分布式大数据环境下)，如图7中所示给予了2条进程的展示。则考虑预判调度是需要占用额外的计算资源的，则对于调度速率较优的进程(具体表现为在计算资源更优的设备上运行)，则优选的采用本发明实施例所提出的技术方案，而对于调度速率并不优的进程，则可以采用类似图2或者图3的解决方案，即无需引入预判断的过程，而将判断过程串入到各路以太网数据流调度的过程之间。

实施例2：

如图8所示，是本发明实施例的多路以太网的多级调度装置的架构示意图。本实施例的多路以太网的多级调度装置包括一个或多个处理器21以及存储器22。其中，图8中以一个处理器21为例。

处理器21和存储器22可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。

存储器22作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序和非易失性计算机可执行程序，如实施例1中的多路以太网的多级调度方法。处理器21通过运行存储在存储器22中的非易失性软件程序和指令，从而执行多路以太网的多级调度方法。

存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器22可选包括相对于处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器21。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述程序指令/模块存储在所述存储器22中，当被所述一个或者多个处理器21执行时，执行上述实施例1中的多路以太网的多级调度方法，例如，执行以上描述的图4-图6所示的各个步骤。

值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多路以太网的多级调度方法，其特征在于，包括：

在正常调度过程中，按照第一数据量进行各个以太网数据流队列中所缓存的数据内容的调度；

以周期性的或者获取外部指令的方式，进入调度各个以太网数据流队列的所缓存的数据的预判时间计算过程；

其中，在所述预判时间计算过程中，按照第二数据量进行各个以太网数据流队列中所缓存的数据内容的调度；所述第二数据量比所述第一数据量小，以便通过更短的轮询调度时间完成所述预判时间计算；

建立所述第二数据量与调度各个以太网数据流队列的预判时间之间的映射关系；

在恢复到所述第一数据 量的调度过程时，根据所述映射关系得到对应所述第一数据量的调度各个以太网数据流队列的第二组预判时间，以便于提前进行各个以太网数据流队列的调度准备。

2.根据权利要求1所述的多路以太网的多级调度方法，其特征在于，所述周期性的或者获取外部指令的方式，进入调度各个以太网数据流队列的所缓存的数据的预判时间计算过程，具体包括：

所述周期是系统统计出来的通过以太网数据流队列完成单一业务时所需的最小时间或者平均时间来设定。

3.根据权利要求1所述的多路以太网的多级调度方法，其特征在于，所述周期性的或者获取外部指令的方式，进入调度各个以太网数据流队列的所缓存的数据的预判时间计算过程，具体包括：

所述外部指令是相应的按照第二组预判时间执行所述提前进行各个以太网数据流队列的调度准备时，出现时间偏差的距离超过第一预设阈值时，触发所述外部指令的生成。

4.根据权利要求1所述的多路以太网的多级调度方法，其特征在于，所述第二数据量比所述第一数据量小，具体为：

所述第二数据量为所述第一数据量的20％-50％。

5.根据权利要求1所述的多路以太网的多级调度方法，其特征在于，所述第二数据量比所述第一数据量小，具体为：

所述第二数据量以一次调度过程能够承载的最小的数据大小为依据设定。

6.根据权利要求1所述的多路以太网的多级调度方法，其特征在于，所述映射关系具体为所述第二数据量与调度各个以太网数据流队列的预判时间之间的比例关系，则所述根据所述映射关系得到对应所述第一数据量的调度各个以太网数据流队列的第二组预判时间，具体为：

根据第一数据量相比较第二数据量的倍数关系，与所述第二数据量与调度各个以太网数据流队列的预判时间之间的比例关系做除运算得到。

7.根据权利要求1所述的多路以太网的多级调度方法，其特征在于，所述提前进行各个以太网数据流队列的调度准备，具体为：

在临近对应当前调度的第一以太网数据流队列的当前预判时间时，提前第一预设时长向下一个待调度的第二以太网数据流队列获取待调度的缓存数据，并存储到共享存储空间中，并且，在所述第二以太网数据流队列被正式调度时，新获取的第二以太网数据流队列的缓存数据将被存储到调度存储空间中；相应调度过程将优先清空所述共享存储空间中对应所述第二以太网数据流队列的调度内容，然后清空所述调度存储空间中对应所述第二以太网数据流队列的调度内容；

其中，所述当前预判时间归属于所述第二组预判时间。

8.根据权利要求1-5任一所述的多路以太网的多级调度方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取各个以太网数据流队列的分组长度，根据各个以太网数据流队列的数据增长速度和分组长度，设定相应以太网数据流队列的缓存调度阈值，以便在相应以太网数据流队列的缓存中存储的数据内容超过所述缓存调度阈值时，触发对所述以太网数据流队列中数据的调度。

9.根据权利要求1-5任一所述的多路以太网的多级调度方法，其特征在于，所述根据各个以太网数据流队列的数据增长速度和分组长度，设定相应以太网数据流队列的缓存调度阈值，具体包括：

根据各个以太网数据流队列的数据增长速度和分组长度，计算出各个以太网数据流队列的缓存空间满负荷的剩余时间；

根据对应剩余时间从小到大顺序排列当前所管辖下的各个以太网数据流队列；

根据其中指定排列位置的以太网数据流队列对应的剩余时间作为缓存调度阈值。

10.一种多路以太网的多级调度装置，其特征在于，所述装置包括：

至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，用于执行权利要求1-9任一所述的多路以太网的多级调度方法。

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