TWI629877B - Intelligent scheduling system for optical buffer front end optical buffer - Google Patents

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蕭毅
陳伯濤
鄭玉鉅
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中華電信股份有限公司
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本發明係揭露一種光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，利用至光流量交換機之前端光緩衝器設備上的智慧型排程機制之系統設計，即是創新此智慧型排程機制技術，使DPI(Deep Packet Inspection，深層封包檢測)設備、前端光緩衝器設備、光流量交換機、資源配置與調度管理之中央控制器完成一個創新的光交換系統。並提出一個創新的訊務flow排程機制，透過DPI設備的訊務認知下，得到該訊務flow的優先權與flow訊務級別長短，再運用智慧型排程機制於前端光緩衝器設備的控制上，最後將最適當的訊務flow送往光流量交換機進行光交換傳送，而未選到且被碰撞的訊務flow則進入前端光緩衝器設備，等待下一次最適當的機會時，再行進入光流量交換機。

Description

光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統
本發明屬於一種光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，特別是有關於前端光緩衝器設備上的智慧型排程機制之系統設計，使DPI設備、前端光緩衝器設備、光流量交換機、資源配置與調度管理之中央控制器完成一個創新的光交換系統。在光流量交換機設計上，光緩衝器的軟體排程是重要的研究議題，我們提出其上的智慧型排程機制的系統設計，達成訊務flow智慧型排程的目的。
我國專利如編號200513064具有共用輸出緩衝區之多波長光封包交換系統(2005/04/01)、200718072光封包交換系統(2007/05/01)、I312244光封包交換系統(2009/07/11)等，其中所提的光緩衝器皆是一般的Fiber Delay Line的設計，未針對光流量交換機上的光緩衝器需求而設計。本發明主要利用在光流量交換機設計上，創新光緩衝器的軟體排程，配合資源配置與調度管理之中央控制器與前端光緩衝器設備，所提出的智慧型排程機制的系統設計，達成訊務flow智慧型排程的目的，這在光流量交換機設計上，是一大進步與創新。
世界專利組織之專利編號WO/2014/120203 RADIX ENHANCEMENT FOR PHOTONIC PACKET SWITCH(2014/8/7)是美國HP公司提及在光封包交換機上的信號處理增進模式，其無光緩衝器的相關說明；美國專利編號20140205292 OPTICAL PACKET SWITCHING SYSTEM(2014/7/24)是FUJITSU TELECOM NETWORKS公司所提出的光封包交換機的設計專利，其中所提的光緩衝器是一般的Fiber Delay Line的設計，僅做長時間的光延遲設計，並無訊務flow智慧型排程的光緩衝設計，且也未針對光流量交換機上的光緩衝器需求而設計。美國專利編號US 2006/0171386 MEANS AND APPARATUS FOR A SCALEABLE CONGESTION FREE SWITCHING SYSTEM WITH INTELLIGENT CONTROL III(2006/8/3)是提出光緩衝器Fiber Delay Line變形的設計，可分別delay 20、21、22、…、2n等組合多種單位時間的光delay。
本案發明人鑑於上述習用方式所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統。
為達上述目的，本發明提出提供一種光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，透過DPI設備的訊務認知下，得到該訊務flow的優先權與flow訊務級別長短，再運用智慧型排程機制於前端光緩衝器設備的控制上，最後將最適當的訊務flow送往光流量交換機進行光交換傳送，而未選到且被碰撞的訊務flow則進入前端光緩衝器設備，等待下一次最適當的機會時，再行進入光流量交換機。
在光流量交換機設計上，光緩衝器的軟體排程是不可或缺的研究議題，我們提出其上的智慧型排程機制的系統設計，達成訊務flow智慧型排程的目的。
一種光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，其包括DPI(Deep Packet Inspection，深層封包檢測)設備，是負責進行輸入訊務認知(Recognition)及輸出訊務(flow)的優先權(Priority)，與flow訊務級別長短(Level Length)之流量控制信號給中央控制器，並進行流量優先權之判別；前端光緩衝器設備，是介接於DPI設備之後，並接受中央控制器的管控；中央控制器，是為啟動DPI設備及前端光緩衝器設備，並為智慧型中央控制器，且是為具備(Software Defined Networking，SDN(Software Defined Networking，軟體定義網路)的智慧型控制器(smart controller)；光流量交換機，是為全光之流量交換機(Optical Flow Switch)，其控制面是接受資源配置與調度管理之中央控制器來管控，並由光流量交換機來進行光路光訊務的交換與傳送。
其中DPI設備，是包括in-line mode(上線模式)與SPAN(Switched Port ANalyzer)mode(監聽模式)。
其前端光緩衝器設備，其若輸入流量訊務沒有衝突(Contention)發生時，則中央控制器則下達並執行pass-through(直通)指令給前端光緩衝器設備，讓輸入流量訊務直接bypass(繞過)給光流量交換機，若輸入流量訊務有衝突發生時，則由資源配置與調度管理之中央控制器來管控。而若有衝突發生時，中央控制器則啟動其上的排程(algorithm)來管控發生衝突的訊務。
其中央控制器，是為預先建立虛擬光路徑(virtual light path)，來操控光流量交換機進行虛擬光電路交換(virtual circuit switching)，以達成光訊務快速交換。
而中央控制器，另具有以下排程：檢查衝突訊務(flow)的優先權(Priority)，是為Priority高的優先通過，直接進入光流量交換機，Priority低的訊務則進入前端光緩衝器設備，進行緩衝處理；flow級別長短(Level Length)，若為相同的Priority，則以比較flow級別長短(Level Length)，flow級別大的訊務具有較高的優先權，得以優先從前端光緩衝器設備進入光流量交換機，否則則是較短的flow訊務，則繼續進入前端光緩衝器設備，進行緩衝處理；時間軸的(FIFO)，是屬同一個等級(Level)級別的flow長度，則是有同樣的優先權，並要進行時間軸的(FIFO)檢查排程，並進入FIFO排程，依照時間先到先處理；時間(FIFO)，當訊務進入FIFO排程時，每隔一段時間將其在FIFO的優先權增加，以避免有訊務餓死(starvation)的情況發生。
其中中央控制器，是從DPI設備獲得光訊務的優先權與訊務級別長短等流量控制信號，然後視光訊務衝突情況是否發生，來啟動排程(algorithm)，利用排程(algorithm)的機制來管控前端光緩衝器設備上光緩衝器的運作，並由中央控制器接著建立虛擬光路徑，來操控光流量交換機進行虛擬光電路交換，來達到光訊務快速交換的任務。
其中智慧型控制器，是負責分別與DPI設備、前端光緩衝器設備、光流量交換機設備溝通。
其光流量交換機，其前端是接上前端光緩衝器設 備，當光緩衝器設備送出光流量訊務時，光流量交換機就依照中央控制器預先設定的光交換路徑，來進行光訊務的交換與傳送。
本發明所提供一種光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，與其他習用技術相互比較時，更具備下列優點：
1.提出一個創新的訊務flow排程機制，強化了光流量交換機之前端光緩衝器設計，目前光流量交換機之前端光緩衝器，並未支援智慧型排程機制。
2.排程algorithm，是有4種排程機制：第一個是檢查衝突訊務(flow)的優先權(Priority)，Priority高的優先通過，直接進入光流量交換機，Priority低的訊務則進入前端光緩衝器設備，進行緩衝處理。若是相同的Priority，則比較第2個檢查排程：flow級別長短(Level Length)。flow級別大的訊務具有較高的優先權，可優先從前端光緩衝器設備進入光流量交換機，否則則是較短的flow訊務，則繼續進入前端光緩衝器設備，進行緩衝處理。若屬同一個Level級別的flow長度，則是有同樣的優先權，則要進行第3個檢查排程：時間軸的FIFO。此時就是進入FIFO排程，依照時間先到先處理。第4個排程是時間FIFO排程，當訊務進入FIFO排程時，每隔一段時間將其在FIFO的優先權增加，以避免有訊務餓死(starvation)的情況發生。
3.目前光流量交換機之前端光緩衝器，並未支援智慧 型排程機制，此發明即是創新此智慧型排程機制技術，使DPI設備、前端光緩衝器設備、光流量交換機、資源配置與調度管理之中央控制器完成一個創新的光交換系統。
4.在光流量交換機設計上，光緩衝器的軟體排程是不可或缺的研究議題，我們提出其上的智慧型排程機制的系統設計，達成訊務flow智慧型排程的目的，這在整體的光流量交換機設計上，是一大進步與創新。
5.整體光訊務交換與緩衝機制。先透過DPI設備的訊務認知下，得到該訊務flow的優先權與flow訊務級別長短，再運用智慧型排程機制於前端光緩衝器設備的控制上，最後將最適當的訊務flow送往光流量交換機進行光交換傳送，而未選到且被碰撞的訊務flow則進入前端光緩衝器設備，等待下一次最適當的機會時，再行進入光流量交換機。
100‧‧‧DPI設備
200‧‧‧前端光緩衝器設備
300‧‧‧中央控制器
400‧‧‧光流量交換機
請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效；有關附圖為：圖1為本發明光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統之架構圖。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，但並 不用於限定本發明。
以下，結合附圖對本發明進一步說明：請參閱圖1所示，一種光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，其包括DPI(Deep Packet Inspection，深層封包檢測)設備100，是負責進行輸入訊務認知(Recognition)及輸出訊務(flow)的優先權(Priority)，與flow訊務級別長短(Level Length)之流量控制信號給中央控制器300，並進行流量優先權之判別；前端光緩衝器設備200，是介接於DPI設備100之後，並接受中央控制器300的管控；中央控制器300，是為啟動DPI設備100及前端光緩衝器設備400，並為智慧型中央控制器，且具有(Software Defined Networking，SDN(Software Defined Networking，軟體定義網路)的智慧型控制器(smart controller)；光流量交換機400，是為全光之流量交換機(Optical Flow Switch)，其控制面是接受具有資源配置與調度管理的中央控制器300來管控，並由光流量交換機400來進行光路光訊務的交換與傳送。
其DPI設備100，是包括in-line mode(上線模式)與SPAN(Switched Port ANalyzer)mode(監聽模式)。
其前端光緩衝器設備200，若輸入流量訊務沒有衝突(Contention)發生時，則中央控制器300則下達並執行pass-through(直通)指令給前端光緩衝器設備200，讓輸入流量訊務直接bypass(繞過)給光流量交換機400，若輸入流量訊務有衝突發生時，則可能是輸入port數量不夠支援同時太多的輸入流量訊務，或是同瞬間有2個流量訊務以上要到同一個光輸出port時，這2情況發生時就會產出流量訊務衝突，則由具有資源配置與調度管理的中央控制器300來管控。而若有衝 突發生時，中央控制器400則啟動其上的排程(algorithm)來管控發生衝突的訊務。
其中央控制器300，是為預先建立虛擬光路徑(virtual light path)，來操控光流量交換機400進行虛擬光電路交換(virtual circuit switching)，以達成光訊務快速交換。
而中央控制器300，另具有以下排程：檢查衝突訊務(flow)的優先權(Priority)，是為Priority高的優先通過，直接進入光流量交換機，Priority低的訊務則進入前端光緩衝器設備，進行緩衝處理；flow級別長短(Level Length)，若為相同的Priority，則以比較flow級別長短(Level Length)，flow級別大的訊務具有較高的優先權，得以優先從前端光緩衝器設備進入光流量交換機，否則則是較短的flow訊務，則繼續進入前端光緩衝器設備，進行緩衝處理；時間軸的(FIFO)，是屬同一個等級(Level)級別的flow長度，則是有同樣的優先權，並要進行時間軸的(FIFO)檢查排程，並進入FIFO排程，依照時間先到先處理；時間(FIFO)，當訊務進入FIFO排程時，每隔一段時間將其在FIFO的優先權增加，以避免有訊務餓死(starvation)的情況發生。
其中中央控制器300，是從DPI設備100獲得光訊務的優先權與訊務級別長短等流量控制信號，然後視光訊務衝突情況是否發生，來啟動排程(algorithm)，利用排程(algorithm)的機制來管控前端光緩衝器200設備上光緩衝器的運作，並由中央控制器300接著建立虛擬光路徑，來操控光流量交換機400進行虛擬光電路交換，來達到光訊務快速 交換的任務。
其中智慧型控制器，是負責分別與DPI設備100、前端光緩衝器設備200、光流量交換機設備400溝通。
其光流量交換機400，其前端是接上前端光緩衝器設備200，當前端光緩衝器設備200送出光流量訊務時，光流量交換機400就依照中央控制器預先設定的光交換路徑，來進行光訊務的交換與傳送。
中央控制器就啟動其上的排程algorithm詳細說明如下：Algorithm：Intelligent Scheduler while(true)do{/* do forever */於一段flow偵查時間區間內，接收所有輸入之flow；將所收到flow依據其priority，加入multi-level FIFO queue，於multi-level FIFO queue，找出priority最高之flow；若priority最高之flow數=1，將所找到flow交換至輸出埠輸出；若priority最高之flow數>1，由其中找出level_length最大之flow；若level_length最大之flow數=1，將所找到flow交換至輸出埠輸出；若level_length最大之flow數>1，由其中找出arriving time最早之flow；將所找到flow交換至輸出埠輸出；其他未輸出之flow進入光緩衝器延遲輸出；定期將其他未輸出flow之priority增加； }end while
上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

Claims (8)

  1. 一種光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，其包括：DPI(Deep Packet Inspection，深層封包檢測)設備，係負責進行輸入訊務認知(Recognition)及輸出該訊務(flow)的優先權(Priority)，與flow訊務級別長短(Level Length)之流量控制信號給中央控制器，並進行流量優先權之判別；前端光緩衝器設備，係介接於該DPI設備之後，並接受中央控制器的管控；中央控制器，係為啟動該DPI設備及該前端光緩衝器設備，並為智慧型中央控制器，且是為具備(Software Defined Networking，SDN(Software Defined Networking，軟體定義網路)的智慧型控制器(smart controller)；光流量交換機，係為全光之流量交換機(Optical Flow Switch)，其控制面是接受資源配置與調度管理之中央控制器來管控，並由光流量交換機來進行光路光訊務的交換與傳送，其中該前端光緩衝器設備，其若輸入流量訊務有衝突發生時，則由資源配置與調度管理之中央控制器來管控，且該中央控制器係具有以下排程：檢查衝突訊務(flow)的優先權(Priority)，係為Priority高的優先通過，直接進入光流量交換機，Priority低的訊務則進入前端光緩衝器設備，進行緩衝處理；flow級別長短(Level Length)，若為相同的Priority，則以比較flow級別長短(Level Length)，flow 級別大的訊務具有較高的優先權，得以優先從前端光緩衝器設備進入光流量交換機，否則則是較短的flow訊務，則繼續進入前端光緩衝器設備，進行緩衝處理；時間軸的(FIFO)，係屬同一個等級(Level)級別的flow長度，則是有同樣的優先權，並要進行時間軸的(FIFO)檢查排程，並進入FIFO排程，依照時間先到先處理；時間(FIFO)，當訊務進入FIFO排程時，每隔一段時間將其在FIFO的優先權增加，以避免有訊務餓死(starvation)的情況發生。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，其中該DPI設備，係包括in-line mode(上線模式)與SPAN(Switched Port ANalyzer)mode(監聽模式)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，其中該前端光緩衝器設備，其若輸入流量訊務沒有衝突(Contention)發生時，則中央控制器則下達並執行pass-through(直通)指令給前端光緩衝器設備，讓該輸入流量訊務直接bypass(繞過)給光流量交換機。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，其中該中央控制器，係為預先建立虛擬光路徑(virtual light path)，來操控該光流量交換機進行虛擬光電路交換(virtual circuit switching)，以達成光訊務快速交換。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，其中該中央控制器，係從DPI設備獲 得該光訊務的優先權與訊務級別長短等流量控制信號，然後視光訊務衝突情況是否發生，來啟動排程(algorithm)，利用排程(algorithm)的機制來管控前端光緩衝器設備上光緩衝器的運作，並由該中央控制器接著建立虛擬光路徑，來操控光流量交換機進行虛擬光電路交換，來達到光訊務快速交換的任務。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，其中該智慧型控制器，係負責分別與該DPI設備、該前端光緩衝器設備、光流量交換機設備溝通。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，其中該光流量交換機，其前端是接上前端光緩衝器設備，當該光緩衝器設備送出光流量訊務時，該光流量交換機就依照該中央控制器預先設定的光交換路徑，來進行該光訊務的交換與傳送。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光流量交換機前端光緩衝器之智慧型排程系統，其中該有衝突發生時，該中央控制器則啟動其上的排程(algorithm)來管控發生衝突的訊務。
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