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CN1770744A - 用于调度分组交换电信流间的传输链路容量的设备和方法 - Google Patents

用于调度分组交换电信流间的传输链路容量的设备和方法 Download PDF

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CN1770744A CNA2005101199761A CN200510119976A CN1770744A CN 1770744 A CN1770744 A CN 1770744A CN A2005101199761 A CNA2005101199761 A CN A2005101199761A CN 200510119976 A CN200510119976 A CN 200510119976A CN 1770744 A CN1770744 A CN 1770744A
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Abstract

本发明涉及用于在分组交换电信流(L1，L2)之间调度传输链路容量的方法和设备，以这样一种方式使得可能在表示非延迟－关键的业务之前保证调度延迟－关键的业务到传输链路(S)，此外，此外还实现了不同业务组之间传输链路(S)容量的期望的划分。本发明基于分阶段如下执行调度中的选择：1)在提供的分组中选择具有最高优先级的分组，以及2)使用基于加权因子的调度方法，从获得的子组中执行最终的选择，以这样一种方式，使得在连续选择的情况下，使用相同的基于加权因子的调度方法来处理表示不同优先级等级的子组。

Description

用于调度分组交换电信流间的 传输链路容量的设备和方法
根据权利要求1，本发明涉及一种用于调度分组交换电信流之间的传输链路容量的方法。
根据权利要求5，本发明还涉及一种用于调度分组交换电信流之间的传输链路容量的设备。
在该文件中，在现有技术和本发明的说明中使用以下缩写：
CoS服务类别，
DRR逆差循环法(Deficit Round Robin)，一种基于加权因子的调度方法[2]，
DT数据传送，一种用于应用的服务质量等级，其不保证数据传输延迟和延迟中的变化的上限值，
DSCP区分业务码点，由分组携带的信息，关于所讨论的分组属于哪一个服务质量等级，
MDRR修改的直接循环法，一种基于加权因子的调度方法[3]，
QoS服务质量，
RT实时，一种用于应用的服务质量等级，其试图最小化数据传输延迟和延迟中的变化，但是其不能从暂时释放的电信网络容量中受益，
SFQ开始时间公平队列，一种基于加权因子的调度方法[1]，
Wfq加权公平队列(weighte fair queuing)，一种基于加权因子的调度方法，作为一种通用名称使用，
WFQ权重公平队列(Weighted Fair Queuing)，一种基于加权因子[1]的调度方法[1]，
在分组交换电信系统中，根据使用电信服务的应用的要求，另一方面根据在电信服务供应商和其客户之间就服务质量达成的协议种类，将电信分组(Pkt，图1，在下文中称为“分组”)分类为属于不同的服务质量等级(CoS)是有利的。例如，在标准电话应用情况下，应用所需的数据传输速度适用于时间需要，传输延迟足够地小，以及传输延迟中的变化足够地低是必要的。在电话应用中，如果电信网络的负荷在所讨论的时间上很低，提供给该应用的数据传输速度能够暂时地增加是没有益处的。相反，例如，在下载一个www页面的时候，能够利用甚至暂时地充分利用网络释放的容量是极其有利的。
通过举例的方式，让我们研究一个情况，其中电信服务提供以下种类的服务质量等级：
·RT(实时)：用于试图最小化数据传输延迟和传输延迟中的变化的应用，但是不增加提供给该应用的瞬时数据传输速度，即使该电信系统的负荷在所讨论的时间上很低。
·DT(数据传送)：用于不保证传输延迟和延迟中变化的上限值的应用，但是其及时利用该电信系统在每个瞬间的空闲容量。
让我们通过例证的方式研究在图1中的下列状况，其中电信链路S的容量在两个客户A1和A2之间划分，这样至少给予两个客户50％的容量。如果在一个特定时段，其中一个客户使用少于他们拥有的50％份额的容量，在所讨论的时段其他客户可以使用空闲的容量。两个客户都可以产生RT和DT业务。因为RT业务是延迟-关键的(delay-critical)。假定限制RT业务，以便该客户可以产生达到该电信链路S50％的最大量RT业务。如果没有施加所述的限制，则网络元件NE1的缓冲存储器将无法控制地被填满，在这种情况下，传输延迟也将无法控制地增长。为了限制RT业务中的延迟，通过比表示DT业务的分组更高的优先级来将表示RT业务的分组调度到传输链路S。
图2显示了一种根据现有技术用于在上述情况下调度公共传输链路容量的方式。图2中显示的系统的操作如下：
·可以根据附加到该分组上的信息来识别一个单独的分组所属的服务质量等级(例如，DSCP＝区分服务码点[2])，
·该分组是针对于服务质量等级和客户专用缓冲存储器(客户专用RT和DT缓冲器)的，
·在客户业务的内部处理中，以比表示DT业务的分组更高的优先级来调度表示RT业务的分组，
·在调度程序设备之前，假定限制每个客户的RT类别业务(≤传输链路容量的50％)。
在图2中显示的该方法的一个问题在于：传统的基于加权因子(wfq)的调度方法以这样的一种方式来处理提供给调度器的业务部件(L1和L2)，使得双方接收到传输链路S容量的共用份额(在这种情况下，每个50％)。如果，例如，从客户A1提供一个RT分组，而从客户A2提供一个DT分组，没有办法保证在DT分组之前将RT分组调度到传输链路。一般而言，调度顺序是随机的。因为RT分组表示延迟-关键的业务，应该总是在DT分组之前将它们调度到传输链路S。
图3显示了根据现有技术在如上述情况中调度公共传输链路S的容量的另一方式，在图3所示的情况下，调度操作如下：
·使用基于加权因子的调度方法(wfq)来调度客户A1和A2的业务RT共享(RTA1和RTA2)。以同样的方式来调度DT共享份额(DTA1和DTA2)。RT和DT共享份额的wfq调度是彼此独立地处理的。
·使用优先级选择方法在RT和DT业务之间做出将发送到传输链路的分组的最终选择。
图3显示的调度方法的一个问题在于：在所有情况下客户A1或A2将不会接收它们约定的传输链路S的50％份额的容量。例如，让我们研究一种情况，其中客户A1产生传输链路S的RT业务容量的50％，并且还产生传输链路S的50％容量的DT业务。客户A2仅仅以传输链路S容量的50％的速度产生DT业务。在该情况下，期望的操作是客户A1产生的RT业务继续进行，并丢弃DT业务，而允许由客户A2产生的DT业务继续进行。因而客户A1将使用它自己50％份额用于RT业务，RT业务传输被认为比DT业务传输更重要，而客户A2将使用它自己的50％份额用于DT业务。怎样在RT和DT业务之间划分它们自己的容量共享份额将仍然是客户自己的内部问题。然而，在根据图3的系统中，传输链路S的容量划分如下：50％分配到客户A1的RT业务而剩余的将在客户A1和A2的DT业务份额相等地划分。这意味着客户A1得到传输链路S的容量的75％而客户A2得到25％。这种情况是不能令人满意的，因为客户A2没有得到允诺的传输链路S的容量的50％份额。
本发明旨在消除以上公开的现有技术的缺点，并且为此目的创建全新类型的用于在分组交换电信流之间调度传输连接容量的方法和设备。本发明涉及一种方法，通过此方法可以实现调度器设备，以这样的方式，有可能保证在表示非延迟-关键的业务的分组之前，把表示延迟-关键的业务的分组调度到传输链路，并且此外，实现传输链路S在不同的业务组(在上述的本示例情况中，由客户A1和A2产生的业务)之间的期望的容量划分。
本发明是基于在如下阶段中执行选择基于加权因子的调度(wfq)：在阶段1)从所提供的分组的组群J中寻找具有最高优先级的分组。例如，如果存在三个优先级级别“高”，“中”和“低”，并且如果作为备选的候选者，存在N个具有“中”优先级的分组和M个具有“低”优先级的分组，则选择的第一阶段的结果是由N个“中”优先级分组组成的子组J\Highest。在阶段2中)使用基于加权因子的调度方法，例如WFQ或SFQ，从所述子组J\Highest进行最后的选择。本质特征是在顺序选择的情况中使用相同的基于加权因子的调度方法处理表示不同的优先级级别的子组。这是与根据现有技术的方法相比的本质区别。例如，在图3中显示的系统在所有其他的方面逻辑地与根据本发明的方法相对应，除了在根据图3的系统中，表示不同的优先级级别的子组是彼此独立地使用基于加权因子的调度过程进行处理的。
在根据本发明的系统中，基于优先级的选择过程和基于加权因子的调度过程可以使用可编程处理器，或者使用为所述的操作而设计的微电路装置(专用集成电路ASIC配置)来实现。
根据本发明的方法特征在于如在权利要求1的特征部分所规定的。
依次，根据本发明的设备特征在于如在权利要求5的特征部分所规定的。
与根据现有技术的解决方案相比较，本发明的使用实现了以下的优点：可允许在表示非延迟-关键的业务的分组之前保证表示延迟-关键的业务的分组的调度，此外还实现了不同业务组之间传输链路容量的期望的划分(例如，在由特定客户产生的业务之间)。
在下文中，根据附图借助于实例更详细地研究本发明。
图1显示了一个可用的分组交换电信系统作为研究的实例。把从客户A1和A2获得的电信分组调度到网络元件NE1中的前向数据传输链路S上。
图2显示了一个根据现有技术的用于为业务流调度传输链路S的容量的系统的框图，该业务流由表示客户A1和A2以及前述服务质量等级(RT和DT)的分组形成。
图3显示了根据现有技术的用于为业务流调度传输链路S容量的第二系统的框图，该业务流由表示客户A1和A2以及前述服务质量等级(RT和DT)的分组形成。
图4显示了根据本发明的系统在一个噪作环境的实例中的框图，该系统用于为业务流调度传输链路S的容量，该业务流由表示客户A1和A2以及前述服务质量等级(RT和DT)的分组形成。
通过下列的研究，根据本发明的方法的理论基础将变得明显。
在基于加权因子的调度方法中，在调度器的输入端中为分组形成顺序指示SJ(例如，在SFQ方法[1]中的开始标签)，其规定所讨论的分组什么时候将被依次用于转发。将要转发的第一分组是具有一个顺序指示的分组，该指示具有一个表明最早转发时刻的值。
当为将被调度的分组形成顺序指示SJ时，使用加权因子W，该加权因子W对应于涉及由所述分组表示的服务质量等级的信息和/或涉及该分组的其他信息。如果为表示业务流L1的分组设置加权因子W1，为表示业务流L2的分组设置加权因子W2，则由业务流L1和L2接收的容量共享份额之间的相互关系是W1∶W2。
在基于优先级的调度方法中，将优先级数值P附加于将被调度的分组上。该分组的优先级数值表明了接下来将转发哪一个分组。
下文说明了如果将SFQ(开始时间公平队列)算法[1]用作基于加权因子的调度方法时根据本发明的调度器的操作。加权因子W被附加到表示一个将被调度的业务流的分组(例如，图4中的L1和L2)，并表示了在所有业务流是有效的情况下(即提供分组到该传输链路中用于转发)，有关所讨论的业务流将接收多少传输链路的容量的相对共享份额。此外，把表明了所讨论分组表示的业务共享份额的优先级的优先级数值P附加于每一个分组。必要条件是始终在表示低优先级P2的分组Pkt1之前选择表示高优先级P1的分组Pktk(P1＞P2)进行传输。
在SFQ算法[1]中，为表示业务流i的分组PKtk计算顺序指示SJ(开始标签)：
SJi，k＝max{v，SJi，k-l+packet_size[bit]/Wi}，                    (1)
其中Wi是与分组i有关的加权因子，v是先前计算的最小的顺序指示，其涉及有效业务流(虚拟时间)。如果分组表示业务流正在等待转发或者目前正在转发，则业务流是有效的。用于每个分组的顺序指示仅仅计算一次；已经为一个分组计算了的顺序指示随后不再变化。
在传统的SFQ算法中，选择的分组是具有更小的顺序指示SJi，k的分组。
在根据本发明的方法中，选择过程如下：
阶段1：从正被研究的分组的组群J中选择属于最高有效优先级级别的那些分组(当表示它的分组在被研究的分组的组群中时，优先级级别是有效的)。这样，获得了表示最高有效优先级的分组的子组J\Highest。
阶段2：从子组J\Highest中选择具有最小顺序指示SJ的分组用于转发。
当表示业务流i的分组PKtk到达正在研究的分组组群J中，根据等式(1)，为所讨论的分组计算顺序指示SJi，k，其中SJi，k-1是与在到达业务流i的分组之前的分组PKtk-1有关的顺序指示。当与该分组有关的业务流激活时，或紧接着先前的在相同业务流中的分组已经转发以后(即先前的分组离开该组群J，并且在存储分组的缓冲存储器中提供了表示相同业务流的下一个分组)时，分组到达该组群J。
例如，如果从过去到目前正在检验的时刻，业务流i和j已经接收了等量的传输服务，并且已经为表示相关流的分组设置了相同的加权因子W(属于流i的分组)＝W(属于流j的分组)，则表示双方业务流的连续分组的顺序指示将相对于时间已经增加了相同的角系数。如果业务流i开始提供具有比业务流j更高优先级的分组，业务流i将接收服务然而业务流j不接收。在那种情况下，与业务流i有关的顺序指示将在连续的分组中增加，而与业务流j有关的顺序指示将保持不变，因为由业务流j提供的分组将不会被转发。如果情况发生变化，在特定时间阶段之后，业务流以这种方式提供具有相同优先级的分组，业务流j将单独接收服务，直到与它有关的指示符已经增加到与指示业务流i的顺序指示符相同的等级为止。换句话说，如果一些交替的业务流根据优先级接收用于特定时段的有利条件(advantage)，则当优先级有利条件终止时，已经接收了有利条件的业务流的分组相对于其他具有相同的优先级等级的业务流来说将处于一个更弱的位置。
根据图4的情况，如果客户A1产生传输链路S50％容量的RT业务和相同数量的DT业务，而客户A2仅仅产生传输链路S50％的DT业务，则转发客户A1的RT业务和客户A2的DT业务(总计为传输链路容量的100％)。这样两个客户都将接收为他们预留的传输链路S容量的50％。每个客户怎样在RT和DT业务之间划分它们的容量共享仍然是有关客户的内部问题。
由于在先前的时段期间由所讨论的分组表示的业务流已经不再提供用于转发的分组的事实，需要出现在等式1中的虚拟时间v来防止表示变为有效的业务流的分组在调度中接收一个有利条件。如果业务流不是有效的，与它有关的顺序指示符将不增加。将顺序指示给予一个在中断之后到达的分组的处理将在调度中给予所讨论的分组上述未调整的有利条件。从等式(1)可以看出，当激活业务流时，表示它的分组不依据基于调度的加权因子放进一个比先前已经安排的分组更好的位置，先前安排好的分组处在与基于加权因子的调度方案有关的最好的位置。
在传统的SFQ算法[1]中，虚拟时间的定义如下：“v是当前转发的分组的顺序指示”。设想在根据本发明的方法中，所有分组表示相同优先级级别，上文中出现的虚拟时间的定义：“v是与有效业务流有关的先前计算的顺序指示符的最小值”是与原始定义一致的，因为与先前计算的顺序指示符的最小值有关的、涉及有效业务流的分组与已经选择用来转发的分组是同时的。
除SFQ算法外的一些其他算法，例如逆差(Deficit)循环法(DRR)[2]或修改的逆差循环法(MDRR)[3]，可以用作为基于加权因子的调度方法在本发明中使用。
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[3]MDRR(修改的逆差循环法)演示/Cisco系统/地点：http:∥www.cisco.com/warp/public/63/mdrr_wred_overview.html

Claims (8)

1.用于在电信网络元件(NE1)中调度分组交换电信流之间的传输链路容量的方法，其中：
将数据信息作为恒定或可变大小的分组(Pkt)发送，
将优先级数值(P)附加于每一个分组，
将加权因子数值(W)附加于每一分组，
至少存在两个优先级数值选择对象，
在提供用于转发的分组中选择一个，并使用一个呼出数据链路(S)将其从系统中转发，并且一旦传输终止，选择下一个分组，
其特征在于，分两个阶段如下执行将要转发的分组的选择：1)从提供用于转发的分组(Pkt)的组群(J)中分离出子组(J\Highest)，其包含那些表示从提供的分组组群(J)中找到的最高优先级数值的分组，和2)使用基于加权因子的调度方法，从获得的子组(J\Highest)中选择一个将要转发的分组，以这样一种方式使得在连续选择的情况下，使用相同的基于加权因子的调度方法来处理表示不同优先级数值(P)的子组(J\Highest)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用SFQ(开始时间公平队列[1])方法作为基于加权因子的调度方法。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用DDR(逆差循环法[2])方法作为基于加权因子的调度方法。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用MDRR(修改的逆差循环法[3])方法作为基于加权因子的调度方法。
5.一种用于在电信网络元件(NE1)中调度分组交换电信流之间的传输链路容量的设备，其中该设备包括：
用于接收包含数据信息的恒定或可变大小的分组(Pkt)的装置，
为分组定义优先级数值(P)的装置，
为分组定义加权因子数值(W)的装置，
用于从提供用于转发的分组的组群中选择一个分组的装置，
用于使用一个呼出数据链路(S)来转发所选分组的装置，
其特征在于该设备包括装置，并借助于这些装置的帮助：1)可以从提供用于转发的分组(Pkt)的组群(J)中分离出子组(J\Highest)，其包含那些表示从提供的分组组群(J)中找到的最高优先级数值的分组，和借助于这些装置的帮助2)可以使用基于加权因子的调度方法，从获得的子组(J\Highest)中选择将要转发的分组，以这样一种方式使得在连续选择的情况下，使用相同的基于加权因子的调度方法来处理表示不同优先级数值(P)的子组(J\Highest)。
6.根据权利要求5的设备，其特征在于，该设备包括使用SFQ(开始时间公平队列[1])方法执行基于加权因子的调度的装置。
7.根据权利要求5的设备，其特征在于，该设备包括使用DDR(逆差循环法[2])方法执行基于加权因子的调度的装置。
8.根据权利要求5的设备，其特征在于，该设备包括使用MDRR(修改的逆差循环法[3])方法执行基于加权因子的调度的装置。
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