CN1271828C - 低时延低丢失的分组交换 - Google Patents

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Abstract

在一个通信交换装置中，数据分组有与数据分组的丢失和时延方面有关的多个级别索引，根据对数据分组的索引的数学运算的结果把数据分组分到不同的组。包含被交换设备传送的数据分组的序列是以数据包所属的的组为基础的。这样，造成数据分组的相对优先权。丢失索引和时延索引确定了存储优先权和组内的相对优先权。这种交换装置可以获得低丢失和低时延的传送数据分组。

Description

低时延低丢失的分组交换
                         技术领域
本发明涉及一种通信交换装置，该装置用于交换包含在数据分组中的数字数据，所述数据分组包含分组头，分组头中含有表明数据分组的第一和第二特性的第一和第二索引，所述装置包括一个交叉点交换机，所述交叉点交换机用于将分组从交换机的众多输入线交换到该交换机的一个输出线上；所述交叉点交换机还包括一个序列发生器，用于确定哪个序列中的数据分组将被交换到输出线上；和一个存贮装置，用于存贮数据分组。
                         背景技术
如前面所述通信交换装置在美国专利US5390176A中有记载。所述通信交换设备确定哪个序列中的输入数据分组将被交换到交换装置的输出端。所述数据分组在分组头中含有表明数据分组类型的一个比特。数据分组分为两种类型：一种是低丢失数据分组，一种是低时延数据分组。所述交换装置包括一个缓冲器，用来暂存没有足够的传输能力来传送的数据分组。交换装置对接收的数据分组进行评估。低丢失的数据分组的存储优先权总是大于低时延数据分组的存储优先权。低时延数据分组只有在可以获得足够的存贮容量时才被存贮。这样，在交换设备中，低时延数据分组总是比低丢失数据分组得到更快地处理，而低丢失数据分组总是比低时延数据分组丢失的少。
考虑到交换设备向提高服务质量方向发展，数据分组只分两个服务等级是不能满足需要的。必须考虑到数据分组的几个方面，和每个方面的几个优先等级。
在美国专利US5390176A中所述交换设备的缺陷在于它不能确定每方面具有几个优先权的分组数据交换到输出线路的序列。
                          发明内容
本发明的一个目的是提供一个如前面所述交换装置，所述交换装置可以确定每方面具有几个优先权的分组数据交换到输出线路的序列。
为达到上述的目的，本发明的特征在于序列发生器根据对第一索引和第二索引数学运算的结果可操作地确定数据分组被交换到输出线路的序列。
数据分组的分组头包含两个索引。每个索引表示数据分组的一个方面。索引有一个范围，索引值表明数据分组该方面的相对优先权。两个索引一起标明该数据分组所属的服务等级。
通过利用数学运算将数据分组的第一和第二索引组合为一个结果，有可能创建不同的服务等级组，该结果指示数据分组所属的组。根据数学运算结果，给数据分组的各个方面加一个权。序列发生器比较几个数据分组的数学运算结果来建立一个数据分组间的准确的相对优先权。根据数据分组间的相对优先权，序列发生器就可以确定哪个数据分组将被发送给输出线的序列。
本发明的一个实施例的特点在于所述数学运算是将第一索引和第二索引相加。
第一和第二索引进行相加，序列发生器根据所述相加结果来建立数据分组间的优先权。如果一索引的值较小表示优先权的值较高，那么两个值较小的索引相加就会得到一个较小的值，就标明这个数据分组有一个较高的优先权。两个值较大的索引相加就会得到一个较大的值，就标明这个数据分组的优先权较低。
本发明的另一个实施例的特点在于其数学运算是对第一索引和第二索引进行相乘。
第一和第二索引进行相乘，序列发生器根据所述相乘结果来建立数据分组间的优先权。如果一个索引的较小的数值表示一个较高的优先权，那么两个值较小的索引相乘就会得到一个较小的值，就标明这个数据分组有一个较高的优先权。两个值较高的索引相乘就会得到一个较高的值，就标明这个数据分组的优先权低。
本发明的另一个实施例的特征在于具有第一和第二索引数学运算相等结果的分组序列是以表示该数据分组的预定分组特性的索引为基础的。
在数据分组经过数学运算后的结果是一样的情况下，序列使用数据分组的分组头中的预定索引来建立数据分组的相对优先权。通过数学运算和把它当成子索引使用，在建立相对优先权时预定义索引被使用两次。这样允许序列发生器对与预定义索引有关的特殊资源的可用性进行处理。如果得不到充足的资源，序列发生器就确定哪个数据分组可以被处理，哪个数据分组能被存到缓冲器中时延或者被丢弃。
本发明提供了一种通信交换装置，所述通信交换装置用于交换包含在数据分组中的数字数据，所述数据分组包含分组头，分组头中含有表示第一特性的第一索引和表示所述数据分组的第二特性的第二索引，所述通信交换装置包括一个交叉点交换机，所述交叉点交换机用于将数据分组从通信交换装置的众多输入线交换到通信交换装置的一个输出线中，所述交叉点交换机还包括一个序列发生器，用于确定哪个序列中的数据分组将被交换到输出线上，和一个存贮器，用于暂存数据分组，其特征在于所述序列发生器依据对第一索引和第二索引进行数学运算所得的结果来确定哪个序列中的数据分组将被交换到输出线上。
本发明还提供了一种确定序列的方法，在该序列中输入的数据分组从通信交换装置的输入线交换到输出线上，其中所述数据分组包含表示数据分组的第一特性的第一索引和表示所述数据分组的第二特性的第二索引，所述通信交换装置包含一个存储器，所述方法包含如下步骤：
接收一个数据分组；
对第一索引和第二索引进行数学运算；
确定一个序列，其中根据数学运算的结果将数据分组交换到输出线上。
                          附图说明
本发明将参照附图加以详细说明。
图1是本发明所涉及的通信交换设备。
图2表明根据相加的索引建立服务等级的示意图。
图3表明对存储器进行分配以便存储分组。
图4给出了一个用作分组的逻辑队列的存储器的一个扇区。
图5表明一个含有已分配了传输容量的分组的传输序列。
图6表明数据分组的结构。
                       具体实施方式
图1中的交换设备1包含一个与存储器5相连的交叉点交换机3。从输入端7和9接收的数据分组包含一个分组头。所述交叉点交换机3包含一个序列发生器，所述序列发生器从每个数据分组头中提取一个第一和第二索引并对这两个索引进行数学运算，所得的结果表明数据分组的优先权。根据数学运算的结果，序列发生器确定数据分组是否需要存储和如果要存储，存储在存储器5的哪儿。当输出端11有能力进行传输时，序列发生器从存储器5中取出优先权最高的数据分组，并经过输出端11将数据分组发送出去。
图2表示索引相加的情况下建立数据组的情况。
第一索引L是表明数据分组不能被丢失的重要性的丢失索引。第二个索引D是表明数据分组不能被时延的重要生的时延索引。虽然图2是基于数学运算是相加的，但是与索引值相应范围组合的其他的数学运算也是可以的，只要该数学运算得到的结果恒定地将数据分组分配给具有合适优先权的一组即可。
虽然一个较小的值表示重要性低，在图2中索引的值低就代表相应的方面的重要性高。索引的取值表明数据分组相应方面的等级。
例如，数据分组的分组头中的取值可以是L＝1和D＝2，这表明该数据分组是不可以丢失的，而对其时延性要求就不是那么高。L的值和D的值相加的准确值称为服务等级。在分组头中含有相同的L和D值的数据分组是属于同一个服务等级的，服务等级的符号是xL&yD，其中x是L的值，y是D的值。
这样可以使服务等级的个数不受限制。例如，如果x的取值范围是1到3，y的取值范围是1到4，那么数据分组可以有12个服务等级。
通过增加x和y，也就是L和D的值，用得到的索引和σ来确定数据分组的优先权。索引和σ称为组。一个3L&1D数据分组，2L&2D数据分组，1L&3D数据分组都属于有相同优先权的σ＝4的组。每个组都分到一定的传输容量。
这个例子中的12个服务等级有6个组：σ＝2到7。
图3表明存储分组的存储器的分区情况。
存储器5为每个分组分配一个扇区，属于每个组σ的数据分组作为逻辑队列进行运作。本图表明了σ＝2，4，5，6的组的逻辑队列。
扇区可以是确定的也可以是变化的，根据存储器5的大小和每个分组要求的存储空间来增加或者减少逻辑队列来最优化使用存储器5。在图3中，索引和σ＝3的组没有数据分组需要进行存储，因此存储器5就没有分配扇区给这个组。
图4表明一个用作分组的一个逻辑队列的存储器的一个扇区。
在这个例子中是索引和σ等于4的组的逻辑队列。数据分组存在逻辑队列中，以便时延低的(D的值低)数据分组被优先从存储扇区中取出。如果有一个较低的时延索引的新的数据分组到达，而逻辑队列中存在一些时延值大于新到的数据分组，则将该新到的数据分组放在逻辑队列中已存在的数据分组的前面。这就导致根据D的值对逻辑队列中数据分组进行分类确保一个组中的D值小的数据分组能够被优先传送。在一个组中的有相同的D值的数据分组按时间发生顺序排列，以确保每个数据分组的时延最低。
当组σ的数据分组从存储器中取出时，序列发生器将给服务等级(这个组的)一个最低的D值的优先权。阈值Δσ是对每个服务等级数据分组的数目进行了比较的基础上定义的。序列发生器检测每个服务等级中是否包含许多L值低于当前正在读取的其L值超出阈值Δσ的数据分组。如果是这样，那么序列发生器，完成对当前数据分组进行操作之后，切换到超出阈值Δσ最多的当前分组中的服务等级进行操作。如果服务等级没有超出阈值Δσ，序列发生器就继续从当前的服务等级中读取数据分组。
当存储器满了的时候丢失索引(L值)决定哪个分组进行存储并作后继处理，哪个分组将被丢弃。当服务等级2L&2D的数据分组需要进行存储时，服务等级为3L&4D，3L&3D，3L&2D和3L&1D(按照这个顺序)将从存储器中清除，以便为服务等级为2L&2D的数据分组腾出空间。如果没有数据分组可以进行清除，那么新的数据分组就不能被保存而丢失。
本申请通过有效的处理存储优先权和将数据分组放到一个最佳传输序列中来实现数据分组的低延时低丢失传输。
图5表示每个组都分配了传输容量的一个传输序列。可以根据最小公平排队算法来分配传输容量。对于最小合理排队(Minumum Fair Queuing)，每一个组拥有自己的逻辑队列并且从逻辑队列中取出数据包，一直到该逻辑队列为空或者一个预先决定的最大的数据分组从该逻辑队列中读取为止，无论哪一个先来都是如此。预定义的最大值是根据如RSVP协议来预定的。最不公平排队算法阻止了资源不足的发生，假定总预留容量不高于可用容量，则每一个逻辑队列至少获得它自己所预留的那部分。假如组σ＝3中没有数据分组要发送，没有容量为这个组预留出。
图6是数据分组的结构图。
数据分组23包含一个分组头21和一个数据段27。分组头包含一个第一索引25和一个第二索引26。

Claims (12)

1、一种通信交换装置(1)，所述通信交换装置用于交换包含在数据分组(23)中的数字数据，所述数据分组包含分组头(21)，分组头(21)中含有表示所述数据分组(23)的第一特性的第一索引(25)和第二特性的第二索引(26)，所述通信交换装置(1)包括一个交叉点交换机(3)，所述交叉点交换机用于将数据分组(23)从通信交换装置(1)的众多输入线(7，9)交换到通信交换装置(1)的一个输出线(11)中，所述交叉点交换机(23)还包括一个序列发生器，用于确定哪个序列中的数据分组将被交换到输出线(11)上，和一个存储器(5)，用于暂存数据分组(23)，其特征在于所述序列发生器依据对第一索引(25)和第二索引(26)进行数学运算所得的结果来确定哪个序列中的数据分组(23)将被交换到输出线(11)上。
2.根据权利要求1所述的通信交换装置(1)，其特征在于所述索引(25，26)有多个取值。
3.根据权利要求1或2所述的通信交换装置(1)，其特征在于所述数学运算是对所述第一索引(25)和第二索引(26)进行相加。
4.根据权利要求1或2所述的通信交换装置(1)，其特征在于所述数学运算是对所述第一索引(25)和第二索引(26)进行相乘。
5.根据权利要求3所述的通信交换装置(1)，其特征在于数据分组(23)的第一特性是分组的丢失优先权。
6.根据权利要求4所述的通信交换装置(1)，其特征在于数据分组(23)的第一特性是分组的丢失优先权。
7.根据权利要求3所述的通信交换装置(1)，其特征在于数据分组(23)的第二特性是分组的时延优先权。
8.根据权利要求4所述的通信交换装置(1)，其特征在于数据分组(23)的第二特性是分组的时延优先权。
9.根据权利要求1或2所述的通信交换装置(1)，其特征在于对所述第一和第二索引进行数学运算具有相同结果的数据分组(23)的序列的排序是基于索引(25，26)中的一个预定义索引。
10.根据权利要求5所述的通信交换装置(1)，其特征在于所述序列发生器根据分组的丢失优先权来确定是否对数据分组(23)进行暂时存储。
11.根据权利要求5或10所述的通信交换装置(1)，其特征在于当存储器(5)中的数据分组(23)的数目超出预定的阈值时，所述序列发生器根据分组的丢失优先权将数据分组(23)从存储器(5)中清除。
12.一种确定序列的方法，在该序列中输入的数据分组(23)从通信交换装置(1)的输入线(7，9)交换到输出线(11)上，其中所述数据分组(23)包含表示数据分组的第一特性的第一索引(25)和表示所述数据分组(23)的第二特性的第二索引(26)，所述通信交换装置(1)包含一个存储器(5)，所述方法包含如下步骤：
接收一个数据分组(23)；
对第一索引(25)和第二索引(26)进行数学运算；
确定一个序列，其中根据数学运算的结果将数据分组(23)交换到输出线(11)上。
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