用于確定性網(wǎng)絡(luò)的分層調(diào)度器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開一般地涉及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，更具體地涉及確定性網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，確定性網(wǎng)絡(luò)嘗試精確地控制數(shù)據(jù)分組何時到達(dá)它的目的地。這種網(wǎng)絡(luò)已經(jīng) 在諸如工業(yè)自動化、車輛控制系統(tǒng)、以及要求控制命令到被控設(shè)備的精確遞送的其它系統(tǒng) 之類的大量應(yīng)用中看到了增加的興趣。一個這樣的確定性協(xié)議是確定性以太網(wǎng)，其承諾無 分組損失以及針對時間敏感流量的減少的抖動。這是通過對流的特別小心的點對點調(diào)度來 完成的，該調(diào)度大多數(shù)是離線完成并且通常會對流施加一些約束。
[0003] 由于確定性以太網(wǎng)中的時間敏感性和零分組損失約束，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點必須與主時 鐘同步并且橋接器必須遵循具體調(diào)度。通常，了解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)的約束、以及數(shù)據(jù)流的需 求的被稱為路徑計算元件（PCE)的實體負(fù)責(zé)針對網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點定義路徑和調(diào)度算法。在 所有這些約束中，在確定性以太網(wǎng)應(yīng)用中調(diào)度網(wǎng)絡(luò)流量被稍微簡化（這是因為數(shù)據(jù)流是周 期性的），因此允許流調(diào)度在一個時間周期內(nèi)被解決。
[0004] 在確定性應(yīng)用中抖動控制是首要的并且抖動控制可以進(jìn)行或中斷可能的流量調(diào) 度。在確定性以太網(wǎng)和其它確定性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，延遲敏感流只有在有可能將抖動控制得非 常好的情況下才可以被調(diào)度。然而，開發(fā)減少確定性網(wǎng)絡(luò)中的抖動的新的調(diào)度技術(shù)是存在 挑戰(zhàn)的并且是困難的。
【附圖說明】
[0005] 結(jié)合附圖參考下面的描述可以更好地理解這里的實施例，附圖中相同的參考標(biāo)號 表示等同或功能相似的元件，其中：
[0006] 圖1示出了示例通信網(wǎng)絡(luò)；
[0007] 圖2示出了示例網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/節(jié)點；
[0008] 圖3示出了數(shù)據(jù)流被分派到時隙的示例；
[0009] 圖4示出了具有相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)流的示例；
[0010] 圖5示出了示例分組遞送調(diào)度；
[0011] 圖6示出了表現(xiàn)出抖動的示例分組遞送調(diào)度；
[0012] 圖7示出了數(shù)據(jù)流基于它們的數(shù)據(jù)速率被分派到時隙的示例；以及
[0013] 圖8示出了用于將數(shù)據(jù)流分派到傳送時隙的示例簡化過程。
【具體實施方式】
[0014] 皿
[0015] 根據(jù)本公開的一個或多個實施例，設(shè)備識別多個數(shù)據(jù)流的一組數(shù)據(jù)流速率?；?該組數(shù)據(jù)流速率來構(gòu)造數(shù)據(jù)傳送時隙的哈夫曼樹。分派給樹中的父節(jié)點的時隙數(shù)目被確定 并且被均勻地分配給父節(jié)點的子節(jié)點，以將時隙分派給數(shù)據(jù)流。
[0016]
[0017] 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通過用于在諸如個人計算機(jī)和工作站之類的端節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù) 的通信鏈路和分段互連的節(jié)點的地理上分布的集合。包括局域網(wǎng)（LAN)和廣域網(wǎng)（WAN)在 內(nèi)的很多類型的網(wǎng)絡(luò)都是可用的。LAN通常通過位于相同物理位置（例如，建筑物或校園） 中的專用私人通信鏈路連接節(jié)點。另一方面，WAN通常通過長距離通信鏈路（例如，公共載 波電話線、光學(xué)光路徑、同步光纖網(wǎng)絡(luò)（SONET)、或同步數(shù)字系列（SDH)鏈路）連接地理上分 散的節(jié)點?；ヂ?lián)網(wǎng)是連接遍布全世界的不同網(wǎng)絡(luò)的WAN的示例，在各種網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點之間 提供全球通信。節(jié)點通常通過根據(jù)預(yù)定義的協(xié)議（例如，傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（TCP/ IP))交換離散的數(shù)據(jù)幀或分組在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信。在這種背景下，協(xié)議包含定義節(jié)點如何 相互交互的一組規(guī)則。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)一步通過諸如路由器之類的中間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點互連， 以擴(kuò)展每個網(wǎng)絡(luò)的有效"尺寸"。
[0018] 圖1是示例計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)100的示意框圖，示例計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)100說明性地包括通過 各種通信方法互連的節(jié)點/設(shè)備200。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中可以使用任意 數(shù)目的節(jié)點、設(shè)備、鏈路等，并且這里示出的視圖是為了簡單起見。網(wǎng)絡(luò)100還可以包括確 定通信路徑106的路徑計算元件（PCE)，數(shù)據(jù)經(jīng)由通信路徑106被路由通過任意數(shù)目的中間 節(jié)點到達(dá)節(jié)點11。
[0019] 根據(jù)一些實施例，網(wǎng)絡(luò)100是實現(xiàn)諸如確定性以太網(wǎng)之類的確定性協(xié)議的確定性 網(wǎng)絡(luò)。換句話說，網(wǎng)絡(luò)100內(nèi)的分組到節(jié)點11的調(diào)度和遞送可以由PCE精確地定時。例如， 網(wǎng)絡(luò)100中的節(jié)點/設(shè)備可以使用共享的定時機(jī)制來協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)100內(nèi)的數(shù)據(jù)分組的發(fā)送和 接收。
[0020] 圖2是示例節(jié)點/路由器200的示意框圖，該示例節(jié)點/路由器200 (例如，如下 面所詳細(xì)描述的感興趣的節(jié)點、路徑計算元件（PCE)等）可以有利地用于本文描述的一個 或多個實施例。節(jié)點包括通過系統(tǒng)總線250互連的多個網(wǎng)絡(luò)接口 210、一個或多個處理器 220、以及存儲器240。網(wǎng)絡(luò)接口 210包含機(jī)械的、電氣的信令電路，用于在被耦合到網(wǎng)絡(luò)100 的物理鏈路上傳送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)接口可以被配置為使用包括TCP/IP、UDP、ATM、同步光學(xué)網(wǎng)絡(luò) (SONET)、無線協(xié)議、幀中繼、以太網(wǎng)、光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI)等的各種不同的通信協(xié) 議發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)。注意，物理網(wǎng)絡(luò)接口 210還可以被用于實現(xiàn)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知 的一個或多個虛擬網(wǎng)絡(luò)接口（例如，用于虛擬專用網(wǎng)（VPN)訪問的虛擬網(wǎng)絡(luò)接口）。
[0021] 存儲器240包括可以由每個處理器220和網(wǎng)絡(luò)接口 210尋址的多個存儲位置，用 于存儲與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的軟件程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個或多個處理器220可以包括適于執(zhí)行 軟件程序、以及操控數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的必要元件或邏輯（例如，緩沖器/隊列241)。路由器操作 系統(tǒng)242 (例如，思科系統(tǒng)公司的網(wǎng)絡(luò)互連操作系統(tǒng)或I0S?)的多個部分通常駐留在存儲器 240中并且被一個或多個處理器執(zhí)行，其通過調(diào)用支持在路由器上執(zhí)行的軟件進(jìn)程和/或 服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)操作來在功能上對節(jié)點進(jìn)行組織。這些軟件進(jìn)程和/或服務(wù)可以包括路由和調(diào) 度進(jìn)程248。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，其它處理器和存儲器手段（包括各種計算機(jī) 可讀介質(zhì)）可以被用于存儲和執(zhí)行與本文描述的發(fā)明技術(shù)有關(guān)的程序指令。注意，雖然根 旁路（root bypass)進(jìn)程248被示出在集中式存儲器240中，但是可選的實施例提供具體 地將在網(wǎng)絡(luò)接口 210內(nèi)進(jìn)行操作的進(jìn)程（例如，作為MC層212的一部分的進(jìn)程"248a"）。
[0022] 路由和調(diào)度進(jìn)程248包含由每個處理器220執(zhí)行的計算機(jī)可執(zhí)行指令，以執(zhí)行由 一個或多個路由協(xié)議（例如，內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（例如，開放最短路徑優(yōu)先"OSPF"和中間系統(tǒng) 對中間系統(tǒng)"IS-IS"）、邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP)等）提供的功能，如將被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理 解的。這些功能可以被配置為管理路由和轉(zhuǎn)發(fā)信息數(shù)據(jù)庫（未示出），該路由和轉(zhuǎn)發(fā)信息數(shù) 據(jù)庫包含例如，用于做出路由和轉(zhuǎn)發(fā)決定的數(shù)據(jù)。注意，路由和調(diào)度服務(wù)248還可以執(zhí)行與 虛擬路由協(xié)議相關(guān)的功能，例如維護(hù)VRF實例（未示出），如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。另 外，路由和調(diào)度進(jìn)程248可以通過調(diào)度網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的分組的傳送和/或遞送來實現(xiàn)確定性路由。
[0023] 對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，其它處理器和存儲器類型（包括各種計算機(jī)可 讀介質(zhì)）可以被用于存儲和執(zhí)行與本文描述的技術(shù)有關(guān)的程序指令。另外，雖然說明書描 述了各種進(jìn)程，但是可以明確預(yù)見各種進(jìn)程可以被具體化為被配置為根據(jù)本文的技術(shù)（例 如，根據(jù)相似進(jìn)程的功能）進(jìn)行操作的模塊。另外，雖然進(jìn)程被分別示出，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員將理解的是，進(jìn)程可以是其它進(jìn)程內(nèi)的模塊或例程。
[0024] 圖3示出了根據(jù)一個實施例的數(shù)據(jù)流被PCE分派到時隙的示例。如所示出的，數(shù) 據(jù)傳送可以被劃分到任意數(shù)目的時隙302中，在時隙302期間分組可以被傳送。來自任意 數(shù)目的數(shù)據(jù)流304-306 (例如，第1至第η數(shù)據(jù)流）的數(shù)據(jù)分組隨后可以被PCE分派到時隙 302,以調(diào)度來自各種數(shù)據(jù)流的分組的遞送。例如，來自數(shù)據(jù)流304的分組可以被分派到第 一時隙，然后將來自數(shù)據(jù)流306的分組分派到第二時隙等。在一些情況下，分派的調(diào)度可以 以循環(huán)方式被重復(fù)任意次，以遞送存在于數(shù)據(jù)流304、306中的分組。
[0025] 如圖4的示例中所示出的，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)流可以具有變化的數(shù)據(jù)速率。例如，假設(shè) 將被PCE調(diào)度進(jìn)行遞送的一組數(shù)據(jù)流包括數(shù)據(jù)流402-408。另外，假設(shè)數(shù)據(jù)流402-408分 別具有變化的數(shù)據(jù)速率410-416。在這樣的情況下，在確定性網(wǎng)絡(luò)中在維持?jǐn)?shù)據(jù)流402-408 各自的數(shù)據(jù)速率410-416的同時調(diào)度來自每個數(shù)據(jù)流402-408的分組的傳送變得最重要。 更具體地，調(diào)度來自具有不同數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)流的分組的遞送會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)抖動的增加（例 如，在非周期性的基礎(chǔ)上遞送來自給定數(shù)據(jù)流的分組）。
[0026] 通常，抖動可以使用熵的概念在數(shù)學(xué)上被定義。例如，存在于第i個數(shù)據(jù)流中的抖 動可以被定義如下：
[0028] 其中，Xk1是第i個流的分組中的第k個間隔，并且n i是該