基于迭代轮询的光交换机时延确保调度方法技术

技术编号：41305896 阅读：4 留言：0更新日期：2024-05-13 14:51

本发明专利技术公开的基于迭代轮询的光交换机时延确保调度方法，属于光通信数据交换领域。本发明专利技术实现方法为：结合矩阵分解方法和业务整形方法，将业务速率矩阵映射为业务矩阵，采用矩阵提取的方法将业务矩阵分解为调度矩阵序列；基于矩阵提取方法得到的调度矩阵序列能够确保各个端口的传输带宽，且能够确保传输资源利用率，即调度矩阵序列必然满足输出调度矩阵序列；验证所得到的调度矩阵是否满足若满足则输出调度矩阵序列；基于输出调度矩阵序列，根据业务需求采用相应调度矩阵序列保证各个端口的传输带宽，通过对到达业务进行整形，实现时延确保的光交换机调度IRR调度。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种迭代轮询光交换机时延确保的调度方法，属于光通信数据交换领域。

技术介绍

0、技术背景

1、数据中心庞大的数据传输以及处理量对连接其各计算设备的交换机有着很高的性能要求，要求交换设备具有良好缓存能力的同时，还要拥有大带宽和极低的切换时延。光交换机具有切换速率极快、接入带宽远大于电交换机的优越性能，面对现今越发庞大的数据交换需求，为实现更大的接入速率和处理性能，交换机结构将向全光方向发展。

2、目前的交换结构中，主要有输入排队(input queued，iq)、输出排队(outputqueued，oq)以及虚拟输入输出排队(virtual output queued,voq)三种结构。其中，iq由于其良好的可扩展性取代了oq成为高速网络广泛应用的交换结构，但其突出问题是存在hol(head-of-line)现象，吞吐率被限制在58.6％。而voq结构克服了hol堵塞问题，但其调度方法较为复杂，一个分组通过交换机要参与三次竞争：输入缓存竞争、输入竞争、输出竞争。这使得在voq结构中提供qos(quality ofservice)保证相对困难。针对voq结构调度方法的研究可以分为两类：一类是基于接入控制和流量估计机制已知业务流量的调度方法，另一类是在未知业务流量下的二部图匹配。同时，现有研究大多以提供100％吞吐率为目标，在提供qos保证方面研究相对较少。

3、基于voq结构的交换机调度方法研究存在着qos保障困难的缺陷，这使得voq结构相较于另外两种结构的优越性无法完全发挥出来。</p>

技术实现思路

1、针对voq交换结构qos保障困难的问题，本专利技术的目的是提供一种基于迭代轮询的光交换机时延确保调度方法，结合矩阵分解和业务整形方法，将业务速率矩阵映射为业务矩阵，采用矩阵提取的方法将业务矩阵分解为调度矩阵序列，并将矩阵分解方法、业务整形方法与迭代轮询相结合，实现时延确保的光交换机调度irr(iterative roundrobin)调度。

2、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。

3、本专利技术公开的一种基于迭代轮询的光交换机时延确保调度方法，包括如下步骤：

4、步骤一：结合矩阵分解方法和业务整形方法，将业务速率矩阵映射为业务矩阵，采用矩阵提取的方法将业务矩阵分解为调度矩阵序列，确保带宽的最大程度利用。

5、构建交换机业务速率矩阵r＝[r(i，j)]n×n，其中r(i，j)为有理数，且1≤i≤n、1≤j≤n。则业务速率矩阵应满足下式：

6、

7、

8、对于给定的满足式(1)和式(2)的业务速率矩阵，则必定存在矩阵使得：

9、

10、

11、由于r(i，j)为有理数，将其表示为：

12、

13、其中a(i，j)和b(i，j)为互质的整数。令p为全体b(i，j)，(1≤i≤n，1≤j≤n)最小公倍数，m(i，j)＝p×r(i，j)，则定义业务矩阵m＝[m(i，j)]n×n。由r(i，j)和p的性质知，业务矩阵m中的元素均为非负整数。

14、服务需求矩阵al：端口对(i，j)的服务要求序列具有周期性，一个周期长度为p，其中i表示输入端口，j表示输出端口。则端口对(i，j)得到服务的平均速率为r(i，j)＝m(i，j)/p，其第k次服务应当在时隙定义：

15、

16、则al＝[al(i，j)]n×n为服务需求矩阵。为端口对(i，j)在时隙k之前要求得到的最少服务次数。

17、调度矩阵πl：令矩阵π1，π2，…πp，πl表示第l个时隙实际采用的调度矩阵，则代表端口对(i，j)在时隙k之前实际得到的服务。

18、调度矩阵和服务要求矩阵满足下式：

19、

20、则由式(7)知在时隙l，通过使端口对(i，j)得到的服务不小于其要求的服务，确保对各端口的带宽需求。在一个周期结束时，端口对(i，j)所要求服务和所得到服务应该相等，即当k＝p时式(7)两端相等：

21、

22、将(8)式与(7)式相减得：

23、

24、根据式(8)、(9)确保带宽的最大程度利用。

25、步骤二：基于矩阵提取方法得到的调度矩阵序列确保各个端口的传输带宽，且能够确保传输资源利用率，即调度矩阵序列必然满足输出调度矩阵序列。

26、步骤2.1：基于步骤一获得输入的业务速率矩阵r，根据业务速率矩阵计算服务周期p，并由r×p得到业务矩阵m，实现对业务速率矩阵的整形。初始化，令p0＝p，m0＝m。

27、步骤2.2：根据式(6)计算得到服务要求矩阵al，l＝1,2，...，p0。

28、步骤2.3：根据式(7)(8)(9)约束条件，从中提取必须为初等矩阵。

29、步骤2.4：从中提取πk(1≤k≤p0-1)，任一调度矩阵π必须均为初等矩阵，当无法提取出初等矩阵作为调度矩阵时则πk不存在。输出调度矩阵序列。

30、步骤2.4.1：当πk存在时，则根据式(7)(8)(9)约束条件及公式继续计算πk-1，πk-2…，直至得到π1，

31、步骤2.4.2：当提取到πp-s时，无法提取出初等矩阵作为πp-s，即πp-s不存在，则令p0＝p-s，返回步骤2.3，如此循环直至得到π1。

32、步骤2.4.3：根据步骤2.4.1和步骤2.4.2提取出初等矩阵作为调度矩阵，并输出调度矩阵序列。

33、步骤三：基于步骤二输出调度矩阵序列，根据业务需求采用相应调度矩阵序列保证各个端口的传输带宽，通过对到达业务进行整形，实现时延确保的光交换机调度irr(iterative round robin)调度。

34、基于步骤二输出调度矩阵序列，对任意的已知业务接入均能计算出其时延上界、实现时延确保的光交换机调度irr调度，进而保障qos。时延确保性能分析如下：

35、voqi,j队列到达满足gcra方法(ti，j，τi，j)模型，ti，j为服务要求间隔，τi，j为到达最大偏离时间，其中τi，j根据具体业务要求确定。若0时刻第一个分组到达(该分组由i端口输入，并由j端口输出)，则存在以下两种情况：

36、情况一：0时刻πi，j＝0，即端口对(i，j)未建立连接，则该端口对将在下一时隙匹配，即第一个分组的服务推迟到ti，j时刻。第二个分组达到时又存在以下两种情况：

37、情况1.1：第二个分组在ti，j时刻前到达，此时由于端口对正在传输第一个分组，第二个分组的服务将被推迟到2ti，j时刻。当第二个分组到达最早时等待时间最长，为ti，j+τi，j。

38、情况1.2：第二个分组在ti，j时刻后到达，此时第二个分组能够直接传输，等待时间为0。

39、情况二：0时刻πi，j＝1，即端口对(i，j)已建立连接，此时第一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.基于迭代轮询的光交换机时延确保调度方法，其特征在于：包括如下步骤，

2.如权利要求1所述的基于迭代轮询的光交换机时延确保调度方法，其特征在于：步骤二实现方法为，

3.如权利要求2所述的基于迭代轮询的光交换机时延确保调度方法，其特征在于：步骤2.4实现方法为，

【技术特征摘要】

1.基于迭代轮询的光交换机时延确保调度方法，其特征在于：包括如下步骤，

2.如权利要求1所述的基于迭代轮询的光交换机时延确保调度方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄瀚庭，闫付龙，郭胜洁，潘必韬，张杰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：

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