CN113490084A - 一种支持优先级调度的fc-ae交换机超带宽传输方法 - Google Patents

一种支持优先级调度的fc-ae交换机超带宽传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及FC‑AE网络传输，具体涉及一种支持优先级调度的FC‑AE交换机超带宽传输方法，根据接收帧头信息计算理论传输时间，并对转发当前帧进行计时，当新一帧到来时，若计时时间小于理论传输时间，则将数据放入分布式缓存，否则进行通道转发，根据各通道可存放帧数目，以及优先级判断当前接收帧放入分布式缓存的位置，当接收通道没有帧输入时，根据接收通道的缓存信息链表对缓存帧依次进行拷贝转发；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的端口缓存利用率不均衡，优先级调度滞后的缺陷。

Description

一种支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法
技术领域
本发明涉及FC-AE网络传输，具体涉及一种支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法。
背景技术
光纤通道航空环境(FC-AE：Fiber Channel Avionics Environment)是光纤通道(Fiber Channel)标准开发组织制定的一簇协议族，用于详细定义可用于光纤通道航空环境上的专用系统。该协议支持点对点、仲裁环和交换式拓扑结构，其中交换式拓扑结构的核心设备是FC-AE交换机，FC-AE交换机从实现原理上分为直接转发式和存储转发式两种。
直接转发式FC-AE交换机在接收到FC-AE数据帧后，提取帧头FC_ID并查询路由表，然后根据查询结果将整帧数据转发到目标端口。在查询路由表的过程中，FC-AE数据帧通过流水线寄存多拍，不进行整帧缓存，数据帧在交换机中从输入到输出的延迟较低，但无法过滤残缺帧、CRC错误帧等非正常帧，同时由于缺少端口缓存，当端口数据流量超带宽时无法抵御，从而出现丢帧现象。
存储转发式FC-AE交换机在接收到FC-AE数据帧后，首先整帧缓存进各通道的内存块中，然后根据帧头优先级从内存块中优先转发高优先级数据帧。在从缓存中提取数据帧的过程中，交换机逻辑进行帧完整性判断，滤除残缺帧、CRC错误帧等非正常帧，同时由于存在端口缓存，当端口数据流量超带宽时具有一定的抵御能力。
在对帧完整性有严格要求且转发延迟可接受的情况下，存储转发式FC-AE交换机具有不可替代的优势。但是，现有存储转发式FC-AE交换机仍然存在端口缓存利用率不均衡，优先级调度滞后等问题，在一定程度上制约了其架构优势。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，能够有效克服现有技术所存在的端口缓存利用率不均衡，优先级调度滞后的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，包括以下步骤：
S1、根据接收帧头信息计算理论传输时间，并对转发当前帧进行计时；
S2、当新一帧到来时，若计时时间小于理论传输时间，则将数据放入分布式缓存，并进入S3，否则进行通道转发；
S3、根据各通道可存放帧数目，以及优先级判断当前接收帧放入分布式缓存的位置；
S4、当接收通道没有帧输入时，根据接收通道的缓存信息链表对缓存帧依次进行拷贝转发。
优选地，S1中根据接收帧头信息计算理论传输时间，并对转发当前帧进行计时，包括：
根据接收到的帧头信息获得帧长度L，根据帧长度L和通道设定线速率B计算理论传输时间T＝L/B；
接收到FC帧时启动定时器，计时时刻为t，在转发完当前帧后定时器计时时刻t重置为0。
优选地，S2中当通道i接收到新一帧时，若计时时间小于理论传输时间，则判断超带宽，并将数据放入分布式缓存；
若计时时间不小于理论传输时间，则判断没有超带宽，并将该帧放入通道i缓存的current单元进行通道转发。
优选地，S3中根据各通道可存放帧数目，以及优先级判断当前接收帧放入分布式缓存的位置，包括：
根据各通道的count单元值判断当前接收帧应放入的通道p，并根据优先级计算当前接收帧应放入通道p的缓存位置；
更新通道p的count单元值，以及缓存信息链表，使得缓存信息链表中的链表单元按照优先级从高到低的顺序排列。
优选地，所述根据各通道的count单元值判断当前接收帧应放入的通道p，包括：
若通道i的count_i≠0，则p＝i；若通道i的count_i＝0，则遍历所有通道的count单元值；
若所有通道的count单元值均为0，则丢弃当前接收帧；若count_i＝0且通过遍历找到第j个通道的count_j≠0，则p＝j。
优选地，所述根据优先级计算当前接收帧应放入通道p的缓存位置，包括：
若当前接收帧的优先级低于通道i的next单元缓存帧的优先级，则当前接收帧进入通道p，且缓存偏移地址为D-count_p-1；
若当前接收帧的优先级不低于通道i的next单元缓存帧的优先级，则当前接收帧进入通道i的next单元，同时将原next单元缓存帧放入通道p，缓存偏移地址为D-count_p-1；
其中，count_p为通道p的count单元值，D为各通道的缓存深度。
优选地，S4中当接收通道没有帧输入时，根据接收通道的缓存信息链表对缓存帧依次进行拷贝转发，包括：
当通道i的current单元缓存帧发送完毕后，next单元缓存帧进入current单元；
当通道i没有帧输入时，根据通道i的缓存信息链表中的偏移地址，将缓存帧依次拷贝到next单元；
当缓存信息链表中所有缓存帧均转发完毕后，删除当前通道的缓存信息链表。
优选地，S1中根据接收帧头信息计算理论传输时间之前，包括：
构建交换机中各通道的分布式缓存结构，每个通道维护一个缓存信息链表，用于记录缓存帧的存放通道号、优先级和偏移地址。
优选地，所述构建交换机中各通道的分布式缓存结构，包括：
通道的current单元存放当前需要转发的帧；
next单元存放下一个需要转发的帧，该帧的优先级在通道内所有缓存帧中最高；
n个databuf单元可存放n个缓存帧，这些帧可属于不同通道；
count单元记录databuf单元的可存放帧数目，count单元值的取值范围为0～(D-3)，其中D为各通道的缓存深度。
优选地，所述缓存信息链表由缓存帧的存放通道号、优先级和偏移地址三个字段组成；
各通道缓存信息链表的链表单元按照优先级从高到低的顺序排列，各通道缓存信息链表的最大单元数为(D-3)×4，其中D为各通道的缓存深度。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，一方面通过构建高效的各通道分布式缓存结构，实现存储转发式FC-AE交换机端口缓存的均衡利用，增强单个端口的超带宽传输能力；另一方面，通过端口缓存信息链表的构建与维护，实现了缓存帧的低延迟优先级调度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中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为本发明的流程示意图；
图2为本发明中交换机的各通道分布式缓存的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先，需要构建交换机中各通道的分布式缓存结构，每个通道维护一个缓存信息链表，用于记录缓存帧的存放通道号、优先级和偏移地址，偏移地址为缓存帧当前所处缓存单元距离current单元的“距离”。
其中，构建交换机中各通道的分布式缓存结构，包括：
通道的current单元存放当前需要转发的帧；
next单元存放下一个需要转发的帧，该帧的优先级在通道内所有缓存帧中最高；
n个databuf单元可存放n个缓存帧，这些帧可属于不同通道；
count单元记录databuf单元的可存放帧数目，count单元值的取值范围为0～(D-3)，D为各通道的缓存深度。
缓存信息链表由缓存帧的存放通道号、优先级和偏移地址三个字段组成。各通道缓存信息链表的链表单元按照优先级从高到低的顺序排列，各通道缓存信息链表的最大单元数为(D-3)×4，D为各通道的缓存深度。
一种支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，如图1所示，S1、根据接收帧头信息计算理论传输时间，并对转发当前帧进行计时，具体包括：
根据接收到的帧头信息获得帧长度L，根据帧长度L和通道设定线速率B计算理论传输时间T＝L/B；
接收到FC帧时启动定时器，计时时刻为t，在转发完当前帧后定时器计时时刻t重置为0。
S2、当新一帧到来时，若计时时间小于理论传输时间，则将数据放入分布式缓存，并进入S3，否则进行通道转发。
当通道i接收到新一帧时，若计时时间小于理论传输时间，则判断超带宽，并将数据放入分布式缓存；
若计时时间不小于理论传输时间，则判断没有超带宽，并将该帧放入通道i缓存的current单元进行通道转发。
本申请技术方案中，在接收到FC帧时启动定时器，计时时刻为t，并将该计时时间与理论传输时间进行对比，来判断端口数据流量是否超带宽。
S3、根据各通道可存放帧数目，以及优先级判断当前接收帧放入分布式缓存的位置，具体包括：
根据各通道的count单元值判断当前接收帧应放入的通道p，并根据优先级计算当前接收帧应放入通道p的缓存位置；
更新通道p的count单元值，以及缓存信息链表，使得缓存信息链表中的链表单元按照优先级从高到低的顺序排列。
其中，根据各通道的count单元值判断当前接收帧应放入的通道p，包括：
若通道i的count_i≠0，则p＝i；若通道i的count_i＝0，则遍历所有通道的count单元值；
若所有通道的count单元值均为0，则丢弃当前接收帧；若count_i＝0且通过遍历找到第j个通道的count_j≠0，则p＝j。
其中，根据优先级计算当前接收帧应放入通道p的缓存位置，包括：
若当前接收帧的优先级低于通道i的next单元缓存帧的优先级，则当前接收帧进入通道p，且缓存偏移地址为D-count_p-1；
若当前接收帧的优先级不低于通道i的next单元缓存帧的优先级，则当前接收帧进入通道i的next单元，同时将原next单元缓存帧放入通道p，缓存偏移地址为D-count_p-1；
count_p为通道p的count单元值，D为各通道的缓存深度。
S4、当接收通道没有帧输入时，根据接收通道的缓存信息链表对缓存帧依次进行拷贝转发，具体包括：
当通道i的current单元缓存帧发送完毕后，next单元缓存帧进入current单元；
当通道i没有帧输入时，根据通道i的缓存信息链表中的偏移地址，将缓存帧依次拷贝到next单元；
当缓存信息链表中所有缓存帧均转发完毕后，删除当前通道的缓存信息链表。
为明确说明本申请技术方案，以通道2、通道3同时转发到通道1，且通道1已缓存3帧未转发缓存帧的传输场景为实施例，上述构建各通道的分布式缓存结构如图2所示。
该场景假设在未发生通道2、通道3的帧转入事件前，通道1已缓存的帧1、帧2、帧3对应的优先级分别为1、2、3，通道2、通道3转发到通道1的帧分别记为帧4、帧5，对应的优先级分别为2、4，各通道的线速率均设置为4.25Gbps，各帧长度均为2148bytes。
构建交换机中各通道的分布式缓存结构：
如图2所示，各通道的缓存深度D均为6；current单元存放当前需要转发的帧。next单元存放下一个需要转发的帧，该帧的优先级在通道内所有缓存帧中最高：在未发生通道2、通道3的帧转入事件前，通道1的next单元缓存帧3，其优先级为3。
databuf_1单元～buffer_3单元可存放3个帧，其中通道1的databuf_1单元、databuf_2单元已分别缓存进帧1、帧2。此时，通道1当前的count单元值为1。
每个缓存信息链表由缓存帧的存放通道号、优先级和偏移地址三个字段组成。在未发生通道2、通道3的帧转入事件前，通道1的缓存信息链表的单元数目为2：链表单元1的字段1为1，字段2为1，字段3为2；链表单元2的字段1为1，字段2为2，字段3为3。
带宽检测：
帧1～帧6的帧长度L均为2148bytes，则根据帧长度L和通道设定线速率B计算理论传输时间T＝2148bytes/4.25Gbps＝1.14μs。交换机逻辑在读取通道1的current单元时启动定时器，在转发完当前帧后定时器计时时刻重置为0。
当帧4、帧5进入通道1时，current单元中的缓存帧处于被转发状态，计时时间t＜1.14μs，帧4、帧5均应放入分布式缓存结构中的非current单元。
分布式缓存帧推入：
当通道1接收到帧4后，经过带宽检测判断超带宽时，将该帧放入分布式缓存。交换机逻辑根据各通道的count单元值判断当前接收帧应放入的通道p：
当帧4到来时，通道1的count单元值count_1≠0，此时p＝1；
当帧5到来时，通道1的count单元值count_1＝0，遍历所有通道后得到count_2≠0，此时p＝2。
交换机逻辑根据优先级计算当前接收帧应放入通道p的缓存位置：
帧4输入通道1时，通道1的next单元中缓存帧的优先级为3，帧4的优先级低于next单元中缓存帧，帧4放入通道1的databuf_3单元；
帧5输入通道1时，通道1的next单元中当前缓存帧的优先级为3，帧5优先级不低于next单元中缓存帧，帧5放入通道1的next单元，通道1的next单元中原缓存帧复制到通道2的databuf_1单元。
更新通道的count单元值：帧4缓存完成后，通道1的count_1由1变为0；帧5缓存完成后，通道2的count_2由3变为2。
更新通道1的缓存信息链表，使得缓存信息链表中的链表单元按照优先级从高到低的顺序排列：
帧4缓存完成后，通道1的缓存信息链表结构如下表所示：
Figure BDA0003163245170000091
帧5缓存完成后，通道1的缓存信息链表结构如下表所示：
Figure BDA0003163245170000092
分布式缓存帧推出：
当交换机通道1的current单元缓存帧发送完毕后，next单元缓存帧进入current单元；
当通道1除帧4、帧5，没有其它帧输入时，根据通道1的缓存信息链表中的偏移地址，将帧3、帧2、帧4、帧1依次拷贝到next单元，并依次拷贝到current单元中转发，同时在转发完最后一帧后删除通道1的缓存信息链表。
从本实施例的结果可看出，交换机的通道1在同时接收多个通道转发数据引起超带宽时，应用本方法可有效避免超带宽引起的丢帧，同时能够有效实现缓存帧的低延迟优先级调度，使高优先级帧比低优先级帧优先发出。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、根据接收帧头信息计算理论传输时间，并对转发当前帧进行计时；
S2、当新一帧到来时，若计时时间小于理论传输时间，则将数据放入分布式缓存，并进入S3，否则进行通道转发；
S3、根据各通道可存放帧数目，以及优先级判断当前接收帧放入分布式缓存的位置；
S4、当接收通道没有帧输入时，根据接收通道的缓存信息链表对缓存帧依次进行拷贝转发。
2.根据权利要求1所述的支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，其特征在于：S1中根据接收帧头信息计算理论传输时间，并对转发当前帧进行计时，包括：
根据接收到的帧头信息获得帧长度L，根据帧长度L和通道设定线速率B计算理论传输时间T＝L/B；
接收到FC帧时启动定时器，计时时刻为t，在转发完当前帧后定时器计时时刻t重置为0。
3.根据权利要求2所述的支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，其特征在于：S2中当通道i接收到新一帧时，若计时时间小于理论传输时间，则判断超带宽，并将数据放入分布式缓存；
若计时时间不小于理论传输时间，则判断没有超带宽，并将该帧放入通道i缓存的current单元进行通道转发。
4.根据权利要求3所述的支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，其特征在于：S3中根据各通道可存放帧数目，以及优先级判断当前接收帧放入分布式缓存的位置，包括：
根据各通道的count单元值判断当前接收帧应放入的通道p，并根据优先级计算当前接收帧应放入通道p的缓存位置；
更新通道p的count单元值，以及缓存信息链表，使得缓存信息链表中的链表单元按照优先级从高到低的顺序排列。
5.根据权利要求4所述的支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，其特征在于：所述根据各通道的count单元值判断当前接收帧应放入的通道p，包括：
若通道i的count_i≠0，则p＝i；若通道i的count_i＝0，则遍历所有通道的count单元值；
若所有通道的count单元值均为0，则丢弃当前接收帧；若count_i＝0且通过遍历找到第j个通道的count_j≠0，则p＝j。
6.根据权利要求5所述的支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，其特征在于：所述根据优先级计算当前接收帧应放入通道p的缓存位置，包括：
若当前接收帧的优先级低于通道i的next单元缓存帧的优先级，则当前接收帧进入通道p，且缓存偏移地址为D-count_p-1；
若当前接收帧的优先级不低于通道i的next单元缓存帧的优先级，则当前接收帧进入通道i的next单元，同时将原next单元缓存帧放入通道p，缓存偏移地址为D-count_p-1；
其中，count_p为通道p的count单元值，D为各通道的缓存深度。
7.根据权利要求6所述的支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，其特征在于：S4中当接收通道没有帧输入时，根据接收通道的缓存信息链表对缓存帧依次进行拷贝转发，包括：
当通道i的current单元缓存帧发送完毕后，next单元缓存帧进入current单元；
当通道i没有帧输入时，根据通道i的缓存信息链表中的偏移地址，将缓存帧依次拷贝到next单元；
当缓存信息链表中所有缓存帧均转发完毕后，删除当前通道的缓存信息链表。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，其特征在于：S1中根据接收帧头信息计算理论传输时间之前，包括：
构建交换机中各通道的分布式缓存结构，每个通道维护一个缓存信息链表，用于记录缓存帧的存放通道号、优先级和偏移地址。
9.根据权利要求8所述的支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，其特征在于：所述构建交换机中各通道的分布式缓存结构，包括：
通道的current单元存放当前需要转发的帧；
next单元存放下一个需要转发的帧，该帧的优先级在通道内所有缓存帧中最高；
n个databuf单元可存放n个缓存帧，这些帧可属于不同通道；
count单元记录databuf单元的可存放帧数目，count单元值的取值范围为0～(D-3)，其中D为各通道的缓存深度。
10.根据权利要求8所述的支持优先级调度的FC-AE交换机超带宽传输方法，其特征在于：所述缓存信息链表由缓存帧的存放通道号、优先级和偏移地址三个字段组成；
各通道缓存信息链表的链表单元按照优先级从高到低的顺序排列，各通道缓存信息链表的最大单元数为(D-3)×4，其中D为各通道的缓存深度。
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