CN1672371A

CN1672371A - 数据路由的系统和方法

Info

Publication number: CN1672371A
Application number: CNA038175649A
Authority: CN
Inventors: E·G·P·范多尔恩; H·C·W·范希斯奇
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-09-21
Also published as: US20050223112A1; AU2003244925A1; KR20050027120A; EP1527569A1; WO2004012400A1; JP2005534245A

Abstract

本发明涉及一种在处理网络中动态分配处理资源的方法，该处理网络包括用于在数据流中通过利用附加结束标记来处理数据以保持网络中沿不同路由而行的数据包之间的相对顺序的节点。通过路由预留消除了两条路由间的死锁情形。当节点接收到路由标记(R1)时，解释标记并完成重新路由。当节点接收到下一标记(R2)时，节点将结束标记(E1)插入到流中并如前面所述解释下一标记(R2)。

Description

数据路由的系统和方法

本发明涉及处理网络，更具体地说，涉及用于在所述网络中通过多个节点进行数据路由的系统和方法。

处理网络图表示通常包括多个为要经过处理的数据建立异步数据流的处理节点。图可以提供用于处理节点的结构，以便不同的源能有效地混合并路由到多种数据输出设备。

对于不同的应用，网络图经常被用于在软件层流式传送数据。软件流式传送可以用处理节点图来表示，其中节点间的通信是用数据的不连续(discreet)数据包完成，并通常建立在位于图结构中的多个构件基础上，其中节点可表示进行如分析、解码和处理数据流等活动的处理步骤，以便例如成为输出设备的输出。节点从输入边向输出边有效地传送数据包，使数据流式传送通过图。各数据包沿特定路由通过图，在源节点开始，在汇节点结束。数据被说成是流过图，是因为在源节点产生所有数据之前，包含数据包的数据序列、数据段等通常都已经到达汇节点了。

传统上，节点之间的连接是静态的，也就是，它们在数据流式传送时从未改变。然而，为了充分利用可编程DSP处理器的灵活性，当流式传送时改变图也许是有利的。改变图的原因包括在控制需要经过用于后续数据包的不同处理节点的路由的流式图表示的应用中的特定模式的改变。

在流式图改变之前，必须冲掉已经在流式图内的数据，或必须处理流式图中存在的数据。在不丢失数据的情况下重新配置图，只有在旧的路由中的数据可能已经流出图的情况下才有可能。然而，当构造新的路由时保持旧的路由完好无缺通常是不可能的，因为这些路由可能需要相同的资源。此外，如果起始于相同源的两个后续数据包沿两条不同路由而行，则由于动态变化，它们的相对顺序可能在目的节点被打乱。

另外，如果两个路由有多于一个以不同顺序访问的共有节点，则可能发生死锁，举例说，如果第一路由已经申请了第一节点，并且第二路由已经申请了第二节点，那么之后两个路由都想申请另一个节点。

在不中止数据流的情况下改变流式图直到前面的数据已经被处理，这对于许多应用是很有利的。因此，本发明的一个目的就是解决上面提到的当数据流性质改变时而仍然保持数据包在目的节点的相对顺序的情况下改变图的问题。

此外，本发明的一个目的在于，以非常简单的方式防止在两个路由共享多于一个的节点的情况下可能发生的死锁。

这是利用通过处理网络动态进行数据路由的方法(及相应的系统)来实现的，该处理网络至少包括三个用于接收、处理和传输数据的节点，该方法包括如下步骤：定义通过多个所述节点的线性路由，第一节点作为路由的源；通过存储把定义的节点和/或预留的路由连接与预留时间联系起来的路由预留信息，预留起始于源节点的路由的连接；在任何用于路由的数据从源节点发送之前，在源节点发送用于路由的起始标记；建立路由中第一节点和下个节点的连接，并删除两个节点的预留信息，并且，如果第一节点将发送起始标记给下一节点，则下一节点还没连接到任何上游节点，并且下一节点的预留信息指示其应该连接到第一节点；如果下一节点已经接收到来自第一节点的路由结束标记，并且下一节点被连接到第一节点，则断开第一节点和下一节点间的连接；通过连接转发任何结束标记、起始标记和下游数据；将各节点的数据发送到连接在路由上的下一节点；当后续数据必须通过另一个路由传播时，产生并发送在源节点的结束标记。

路由定义为线性的，也就是，相同的路由应该只能访问各节点一次。而且，路由是单路径的，即，不允许有树结构和子路由。然而，路由本身可定义为总路径内的子路径。

为了保持数据数据包的相对顺序，要沿着数据流发送标记。标记就是一段信息，例如数字，并且可被实现为数据流中的特定数据包、常规数据包中的一些特定数据字段等。为了能知道数据流应该沿哪个路由而行，在源节点插入第一起始标记和第二结束标记，以定义当前数据流的起始和结束。在此实施例中，所有数据流都应该包有起始和结束标记。结束标记后的第一个数据包应该总是包括一个起始标记，否则结束标记后的数据流的路由将是未定义的。

利用下文详细描述的解决方案，可给控制图的应用提供用于通过流式图进行动态路由数据包的方便而高级的接口。通过提供高级的路由概念隐藏了应用中的低级排序和同步细节。

在从属权利要求中定义了优选实施例。

下面结合优选实施例并参考附图对本发明进行更详细地说明，附图中：

图1示出了有四个节点的图中的两个路由；

图2示出了由起始标记和结束标记分开的数据流；

图3示出了路由的预留；

图4示出了路由的第一连接；

图5示出了断开的图4的连接以及第二路由的预留；

图6示出了图3路由的第二连接和第二路由的第一连接；

图7示出了在路由2的第一连接断开之前的第二路由的第二连接；

图8示出了本发明节点的示意图；

在所有图中，相同的标号表示相同的或相应的特征、功能等。

图1描述了一个包括四个节点(1，2，3和4)的图表示的例子，其中从源节点(1)到目的节点(4)有两条路由(R1，R2)可用。或者，数据流必须沿第一路由(R1＝(1，2)；(2，4))或第二路由(R2＝(1，3)；(3，4))而行。对于本例，路由(1，2)；(2，3)；(3，4)和(1，3)；(3，2)；(2，4)是不相关的。

例如，可在多个数字信号处理器(DSP)中定义路由图，各处理器被编程用于不同的专用处理任务，如语音编码、视频处理等。图中的路由也可在包含多任务软件的单个处理器中，其中路由是在不同的处理函数中定义的。

图2示出了具有由R-和E-标记分开以分别定义各数据流的起始和结束的数据数据包(D)的数据流。下文中，在数据流到达第一节点(1)之前确定路由和附加标记。确定路由和附加信息是在源节点中进行的。最初数据流可能只附加了起始标记。在这种模式中，第一节点(1)必须为数据流产生相应的结束标记。当没有结束标记的数据流经过节点(1)并且新的起始标记到达时，节点(1)会在释放连接之前产生结束标记并将其沿数据流发送，从而定义已经发送的数据流的结束。

预留信息在节点的输入连接点(ICP)和输出连接点(OCP)中排队(如图3所示)。各节点预期的输入边和匹配输出边以FIFO(先进先出)顺序分别存储在ICP和OCP中。如图3所示，路由R1被预留，节点2的输入连接点被预留以接受来自节点1的连接，并且节点1的输出连接点被预留以发送给节点2。同样，节点2被预留以发送给节点4，节点4被预留以接收来自节点2的数据。当在节点2处理数据时，数据将流式传送到在节点2的输出连接点中列出的节点，也就是，在这个例子中根据预留信息的节点4。

同步数据流所用的数据包的顺序由预留的顺序来定。在整个图的一个原子行为中预留是瞬间完成的，因此将有一个路由间的总顺序，结果，由于路由冲突所导致的死锁将绝不会发生。预留信息必须以FIFO顺序在ICP/OCP中排队。预留信息队列中的第一个值表示一个节点将最先重接的节点。

当具有第一起始标记R1的第一数据流到达源节点1时，将建立在OCP队列中为第一的节点2的连接，并且标号1和2从两个队列中删除，如图4所示。当在节点2接收到R1时，R1后的数据将被发送到节点2，直到结束标记(E1)到达节点1为止。

参考图5，当R2到达节点1时，进行第二路由R2的所有预留。我们看到，对于节点4的输入，有两个预留未决；首先是路由R1的连接，其后是路由R2的连接。在图5中，当第二标记E1到达节点1时，路由R1的第一个连接断开。标记R2发信号通知节点3建立连接，根据节点3的ICP中的预留信息，希望节点3连接到节点1。如图6所示，当节点3没有连接到任何上游节点时，可立即建立连接。

应该注意，预留是在一个原子行为中完成的。当源节点将要发送数据前面的新路由标记时，进行预留。

然而，在将标记插入到数据流时，可以选择不预留路由。如果对某些例子，当标记到达源节点但并没对这个标记作预留时产生标记并将其插入数据流中，则预留过程可在源节点中完成。换句话说，有可能插入标记并延迟路由预留，直到数据流到达源节点。当路由可定义总路径的子路径时，这是有用的。换句话说，只要各起始标记不同于其他起始标记，就能保持相对顺序。

在图6中，由于排队的信息，当节点4将接受这个连接时，数据将从节点2发送到节点4。假设在节点2的数据处理完之前R2到达节点3的OCP，则节点4将拒绝连接(3，4)，由于当节点2到节点4的连接完成时，也就是，连接、发送和释放时，这个连接将第一次被接受，这是鉴于在FIFO缓冲器队列(如图5所示)中2在3前面的事实。当在节点4接收到E1时，节点2将完成发送。这样，即使节点处理是异步的，也能保持数据流间的相对顺序。

此外，如果在从节点2到节点4发送数据的过程中，R2到达节点3的OCP，则节点3到节点4的连接将被中断，因为在当前连接被释放之前4不能接受任何新的连接。

当E1到达节点2的OCP时，释放连接(2，4)，可以进行未决的连接(3，4)，如图7所示。在同一图中，我们看到在整个数据流离开源节点之前到达汇节点的数据流。

总结上述特征，可以说起始标记始终位于数据流之前，而结束标记总是在数据流之后。结束标记用于断开连接，起始标记用于重新连接。已知正好在节点发送路由标记前，由于结束标记必须结束前面的数据流，所以不连接节点的OCP。节点的OCP应当至少有一个预留给确定的路由中的下一节点的输入，这是由于预留总是在重新连接之前进行的。基于下一节点的ICP是否连接，将执行下面的行为：

-如果连接了，则中止重新连接，并在删除连接后重新开始。

-如果断开了，则检查下个节点(在队列首部)的ICP是否有一个R-标记起始的当前节点的预留。如果有，建立实际的连接。如果没有，延迟重新连接。

E标记总是结束数据流。当一个节点接收到E标记时，位于输入的连接将被断开，并通过检查节点ICP的队列来检查另一节点的连接是否是未决的。如果队列不空，则建立与队列首部的节点的连接。

图8示出了按照给定的处理网络图表示、包含处理节点的系统(801)的实施例的示意图，该系统包括一个或多个微处理器(802)和/或数字信号处理器(806)、存储器(803)、输入/输出装置(804)，它们通过数据总线(805)连接。处理器和/或数字信号处理器(806)是存储器(803)和输入/输出装置(804)之间的交互机构。输入/输出装置(804)负责与处理器网络中的可到达的节点进行通信，其中在诸如可利用资源参数和网络节点的节点容量的操作过程中，将发生数据流的传送和其他交互作用。节点参数可以通过输入/输出装置(804)从远程节点加载。节点之间的这种通信可利用如IrDa、蓝牙、IEEE 802.11、无线LAN等，但是有线应用解决方案也是有用的。存储器(804)存储相关信息，如专用计算机程序、或用于确定路由的加载节点参数、资源分配的最优化结果等。

处理器装置(802)最好负责所述的确定路由、资源分配最优化、图管理、以及将传输的数据处理到专用软件规定的范围等。因此处理器装置(802)作为确定流式传送经过网络图的数据流动的网络图管理器。图管理器，也就是处理器装置(802)，控制并处理从节点传送到节点的数据流的交换。换句话说，处理器装置可用于管理把从源检索的数据转换成适合接收节点的输出所需的行为。

数字信号处理器可专门编程用于不同的处理任务，如语音编码、视频处理等。或者，单个多出口(single multi-issued)DSP可包括几个处理器装置，或者将多个DSP嵌套以完成处理任务，其中各DSP是专用的，处理装置要比单一多出口DSP的少。

图中路由也可包含在包括多任务软件的单个通用处理器中，其中在不同的处理函数中定义了路由。使用通用微处理器代替DSP，在一些系统设计中是一种可行的选择。尽管专用DSP很适合处理系统中的信号处理任务，但是多数设计也需要微处理器用于其他处理任务，如路由管理等。将系统功能集成到一个处理器中可能是实现几个共同设计目标(如减少系统部件数、降低功耗、最小化尺寸、降低成本等)的最好方式。将处理器数减少到一个也意味着控制较少的指令集和工具组。

此外，计算机可读媒体包含一个用于使处理器在按照前言的处理网络中执行动态分配处理资源的程序，其特征在于如下步骤：确定通过多个网络节点的路由，并预留上述多个节点；给数据流附加第一标记和第二标记，第一标记与路由相联系；连接路由的第一节点到路由的第二节点，其中第二节点由相联系的第一标记描述；当建立第一节点和第二节点之间的连接时，从第一节点向第二节点发送所述数据流；以及当第二标记到达第一节点时释放连接，这在本发明中公开了。

在本文中，计算机可读媒体可以是程序存储媒体，即，物理计算机ROM和RAM、可移动的和不可移动的存储驱动器、磁带、光盘、数字化视频盘(DVD)、只读光盘(CD或CD-ROM)、小型盘、硬盘、软盘、智能卡、PCMCIA卡、从数据网获得的信息，数据网如局域网(LAN)、广域网(WAN)或其任何结合，如因特网、Intranet、Extranet等。

Claims

1.一种通过处理网络进行动态数据路由的方法，该处理网络至少包括三个用于接收、处理和发送数据的节点，所述方法包括如下步骤：

-通过多个所述节点定义线性路由，第一节点作为路由的源；

-通过存储把路由的定义节点和/或预留连接与预留时间相联系的路由预留信息，来预留起始于源节点的路由的连接；

-在从源节点发送路由的任何数据之前，在源节点发送路由的起始标记；

-建立路由上源节点和下一节点之间的连接，并删除上述两个节点的预留信息，如果：

a)源节点将要发送起始标记给下一节点，

b)下一节点没有连接到任何上游节点，且

c)下一节点的预留信息指示它应该连接到源节点；

-断开源节点和下一节点之间的连接，如果：

a)下一节点已经从源节点接收到路由结束标记，且

b)下一节点连接到源节点；

-通过所述连接来转发结束标记、起始标记和下游数据；

-将各节点的数据发送到连接在路由上的下一节点；以及

-如果还没有插入结束标记，当后续数据必须通过另一个路由传播时，在源节点产生并发送结束标记。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按照整个路由的一个原子行为来执行预留步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在路由的节点中把预留信息存储在第一输入连接点(ICP)的FIFO队列和第二输出连接点(OCP)的FIFO队列中，其中在各队列中可存储多个节点标识符；每个标识符表示存储预留信息的节点根据上述队列中的预留信息应该连接到的相邻节点。

4.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述起始标记在数据流之前，结束标记终止数据流，其中总是保持这个顺序。

5.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，如果数据流的特性改变，则起始标记和结束标记只插入到数据流中。

6.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，数据流中的数据可在节点内缓冲。

7.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，路由只描述由数据流访问的节点的总列表的一段。

8.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，下一节点被指定为第一节点，且按照路由在此节点之后的节点被指定为下一节点，并重复建立、断开、转发、发送和指定第一节点和下一节点的步骤，直到路由的结束标记到达它的目的节点为止。

9.一种通过处理网络进行动态数据路由的系统，包括至少三个用于接收、处理和发送数据的节点装置，所述系统包括：

-通过多个所述节点定义线性路由的装置，第一节点作为路由的源；

-用于通过存储把路由的定义节点和/或预留连接与预留时间相联系的路由预留信息来预留起始于源节点的路由的连接的装置；

-用于在从源节点发送路由的任何数据之前在源节点发送路由的起始标记的装置；

-用于建立路由中第一节点和下一节点之间的连接并删除上述两个节点的预留信息的装置，如果：

a)第一节点将发送起始标记给下一节点，

b)下一节点没有连接到任何上游节点，且

c)下一节点的预留信息指示它应该连接到第一节点；

-用于断开第一节点和下一节点之间的连接的装置，如果

a)下一节点已经从第一节点接收到路由结束标记，且

b)下一节点已连接到第一节点

-用于通过所述连接来转发结束标记、起始标记和下游数据的装置；

-用于将各节点的数据发送到连接在路由上的下一节点的装置；以及

-用于当后续数据必须通过另一个路由传播时在源节点产生并发送结束标记的装置。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，按照一个原子行为执行预留步骤。

11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，在路由的节点中把预留信息存储在第一输入连接点(ICP)的FIFO队列和第二输出连接点(OCP)的FIFO队列中，其中在各队列中可存储多个节点标识符；每个标识符表示存储预留信息的节点根据上述队列中的预留信息应该连接到的相邻节点。

12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述起始标记在数据流之前，结束标记终止数据流，其中总是保持这个顺序。

13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，如果数据流的特性改变，则起始标记和结束标记只插入到数据流中。

14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，数据流中的数据可在节点内缓冲。

15.如权利要求9所述的系统，其特征在于，路由只描述由数据流访问的节点的总列表的一段。

16.一种计算机可读媒体，包括程序，用于使处理器执行如权利要求1到8中任何一项所述的、通过处理网络进行动态数据路由的方法。