一種應(yīng)用于輸入隊列交換機分布式調(diào)度算法的預(yù)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于輸入隊列交換機分布式調(diào)度算法的預(yù)測方法。在輸入隊列交換機調(diào)度算法中，為每個輸出端維持一個活躍隊列A(j)來跟蹤活躍的輸入端，其長度設(shè)為N，每當輸出端j收到來自輸入端i的請求或數(shù)據(jù)包時，將i加入A(j)隊首，若A(j)的長度超過了N，從隊尾移除元素，當輸出端沒有收到任何請求或數(shù)據(jù)包計數(shù)器全為0，進入預(yù)測模式,向A(j)隊首的輸入端發(fā)送預(yù)測授權(quán)，發(fā)送完后將其移至A(j)隊尾，A(j)的復(fù)雜度只有O(1)，當輸出端有請求或數(shù)據(jù)包計算器不全為0時，按原有調(diào)度算法發(fā)送授權(quán)。利用請求預(yù)測機制RP，可使得傳統(tǒng)的集中式調(diào)度算法很容易擴展至分布式系統(tǒng)中，并將其低負載時延降低至RTT以下。
【專利說明】
一種應(yīng)用于輸入隊列交換機分布式調(diào)度算法的預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及輸入隊列交換機的數(shù)據(jù)包調(diào)度算法領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于輸入隊列交換機分布式調(diào)度算法的預(yù)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]互聯(lián)網(wǎng)向云計算的持續(xù)轉(zhuǎn)變進一步加劇了提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。在云計算架構(gòu)中，業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)存放于共享的數(shù)據(jù)中心，并通過互聯(lián)網(wǎng)被用戶所獲取。大量的流量在用戶和數(shù)據(jù)中心之間傳輸(如南-北流量)以及在一個數(shù)據(jù)中心的不同服務(wù)器間傳輸(如東-西流量)，于是需要一個更加快速的互聯(lián)網(wǎng)。高速互聯(lián)網(wǎng)是通過高速路由器來實現(xiàn)的，這種路由器通常由一個數(shù)據(jù)交換機和線路卡相連。
[0003]建造一個交換機主要有兩種方法，輸入隊列和輸出隊列。假設(shè)數(shù)據(jù)包定長并且每個時隙只能容納一個數(shù)據(jù)包，那么一個N X N的輸出隊列交換機每個時隙每個輸出端口能交換至多N個數(shù)據(jù)包。由于數(shù)據(jù)包到達后立刻能交換至輸出端，因此不需要輸入隊列。毫無疑問輸出隊列交換機能提供最好的延遲-吞吐量性能，但其交換結(jié)構(gòu)和輸出緩存需以線路速率的N倍來操作。另一方面，輸入隊列交換機每個時隙僅允許每個輸入端/輸出端發(fā)送/接收一個數(shù)據(jù)包，無需加速。因此輸入隊列架構(gòu)更適合于高速實現(xiàn)。
[0004]輸入隊列交換機存在一個眾所周知的問題，即隊首阻塞(HoL)。可以使用虛擬輸出隊列(VOQ)來消除隊首阻塞，即每個輸入端分別為每個輸出端維持一個獨立的隊列(見圖1)。這種方法需要一個集中式的調(diào)度器來最大化交換吞吐量，調(diào)度問題于是轉(zhuǎn)換成二分圖的匹配問題。最大尺寸匹配和最大權(quán)重匹配算法被提出在任何可容許的流量模式下能確保100 %吞吐量，但是這些方法對于高速實現(xiàn)來說太復(fù)雜。
[0005]于是有人提出了極大尺寸匹配的次優(yōu)算法(MSM)，當沒有任何輸入或輸出端處于不必要的空閑狀態(tài)時，就達到了極大尺寸匹配。尋找極大尺寸匹配無需回溯，因此它比最大尺寸/權(quán)重匹配更能有效地實現(xiàn)。在眾多極大尺寸匹配的實現(xiàn)方法中，迭代調(diào)度算法由于采用了大規(guī)模并行處理而得到廣泛應(yīng)用。一般來說，迭代調(diào)度算法的每次迭代由三個階段組成，即請求、授權(quán)和接受。在請求階段，輸入端向輸出端發(fā)送匹配請求。在授權(quán)階段，每個輸出端選擇一個請求來授權(quán)。在接受階段，每個輸入端選擇一個授權(quán)來接受，并通知相應(yīng)的輸出端退出之后的迭代過程。對于一個NXN的交換機，迭代調(diào)度算法至多執(zhí)行N次即可達到極大尺寸匹配。
[0006]迭代算法調(diào)度器主要有兩種實現(xiàn)形式，即集中式和分布式。在集中式調(diào)度器(見圖2(a))中，每個時隙每個輸入端發(fā)送請求矢量至調(diào)度器，調(diào)度器執(zhí)行授權(quán)，接受階段以及隨后的迭代過程直至找到極大尺寸匹配。集中式調(diào)度器的所有過程在一個時隙內(nèi)完成，通信開銷小，效率高。但是由于I/O接口的限制，它的尺寸通常小于64個端口。于是當交換機的端口數(shù)目增大時，必須采用分布式調(diào)度器(見圖2(b))。分布式調(diào)度器可以有多種分布式級別，采用最多的是圖2(b)中的完全分布式級別。即每個IS/0S(輸入/輸出選擇器)分散在每個不同的端口，它們之間的傳播延遲RTT(見圖3)不可忽略，通常為多個時隙。在這種情況下，分布式調(diào)度算法應(yīng)運而生。由于每個請求、授權(quán)等信息都要經(jīng)過多個時隙才能到達相應(yīng)的端口，因此分布式調(diào)度算法每個時隙只能執(zhí)行一次迭代(否則時延太大)。并且請求、授權(quán)等階段需并行執(zhí)行，即每個時隙每個輸入端連續(xù)發(fā)送請求，而無需等待RTT時隙后發(fā)送，輸出端也如此。
[0007]由于分布式調(diào)度器與集中式調(diào)度器的區(qū)別，分布式調(diào)度算法與傳統(tǒng)應(yīng)用于集中式調(diào)度器的算法有所不同。分布式只能采用一次迭代，且請求授權(quán)階段需并行執(zhí)行。有人提出一些專為分布式設(shè)計的調(diào)度算法，也有人將集中式調(diào)度算法改進應(yīng)用于分布式系統(tǒng)。雖然有些能獲得不錯的性能，但都忽略了分布式調(diào)度中由于RTT時延所造成的輸入輸出端之間的狀態(tài)信息誤差，使得在負載很低時，平均排隊時延也至少為RTT時隙。極少數(shù)調(diào)度算法能打破這個下限，效果卻不是很明顯。
[0008]SRR(Synchronize Round Robin)是一種專為分布式設(shè)計的調(diào)度算法。對于一個NXN的交換機，每個時隙，每個輸入端分配一個不同的優(yōu)先輸出端(每個輸出端分配一個不同的優(yōu)先輸入端)。不失一般性，假設(shè)時隙t時，輸入端i的優(yōu)先輸出端是j，那么
[0009]j = (i+t)mod N (I)
[0010]在每個時隙，SRR將最高調(diào)度優(yōu)先級給優(yōu)先輸入-輸出對。請求階段，若輸入端i的優(yōu)先輸出端j有數(shù)據(jù)，即V0Q(i，j)>0，則輸入端i給j發(fā)送Ibit請求。否則，輸入端i選擇最長的VOQ發(fā)送請求。授權(quán)階段，若輸出端j收到其優(yōu)先輸入端i的請求，則輸出端j給i發(fā)送授權(quán)，否則，輸出端j在所有請求中任意選擇一個發(fā)送授權(quán)。SRR的優(yōu)先輸入-輸出對能保證均勻高負載流量下的匹配尺寸，然而SRR在非均勻流量下的性能一般，且僅僅在熱點流量模式下能取得稍微低于RTT的時延。
[0011]D-LQF(Distributed Longest Queue First)也是為分布式調(diào)度算法而設(shè)計。D-LQF將窮盡服務(wù)和最長隊列優(yōu)先調(diào)度結(jié)合，即使在非均勻流量下也能獲得100%吞吐量。D-LQF的請求包含3bits，除了表示VOQ是否有數(shù)據(jù)的Ibit外，還有2bits分別為新數(shù)據(jù)包到達標識和授權(quán)被拒絕標識。通過新數(shù)據(jù)包到達標識，每個輸出端可以維持N個數(shù)據(jù)包計數(shù)器來追蹤其N個VOQ的長度。在請求階段對于時隙t，如果VOQ(i，j)在上一個時隙t -1有數(shù)據(jù)包被調(diào)度并且V0Q(i，j)當前時隙非空，那么輸入端i給輸出端j發(fā)送請求;否則，輸入端i為所有非空VOQ發(fā)送請求。授權(quán)階段時，輸出端j在收到請求的所有輸入端中，選擇上一個時隙服務(wù)過的輸入端發(fā)送授權(quán);否則，輸出端j選擇最長的VOQ發(fā)送授權(quán)。最后在接受階段，輸入端i直接選擇最長的VOQ J-LQF的窮盡服務(wù)使得非均勻流量模式下也能獲得100%吞吐量，然而在均勻模式下其性能無法與采用優(yōu)先輸入-輸出對的方法匹敵，且其依然未能打破RTT時延下限。
[0012]分布式DRRM(DistributedDual Round Robin Matching)在傳統(tǒng)集中式調(diào)度算法DRRM基礎(chǔ)上作出了改進。在集中式DRRM中，每個輸入端發(fā)送一個單比特請求給某一個非空的V0Q。在請求和授權(quán)階段，輸入/輸出端根據(jù)RR輪詢指針來發(fā)送請求/授權(quán)。當且僅當輸入輸出端成功匹配才更新相應(yīng)的輪詢指針。分布式DRRM在集中式基礎(chǔ)上做出了兩點改進:a)同一個RTT時隙內(nèi)，每個VOQ在每個時隙采用一個不同指針；b)為每個VOQ維持一個PRC(Pending Request Counter)。具體來說，當輸入端i發(fā)送請求后，需經(jīng)過RTT時隙才能收到授權(quán)或知道請求被拒絕，因此指針暫時不變化，只有在收到授權(quán)后才更新。而輸出端發(fā)送授權(quán)后可以立即更新指針，因為此授權(quán)一定能被接受。且未被授權(quán)的請求被稱為pendingrequest，輸入端為VOQ發(fā)送請求后，該VOQ的PRC加I，收到相應(yīng)授權(quán)時PRC減I。僅當PRC小于VOQ長度時才允許輸入端發(fā)送請求。分布式DRRM的多個獨立指針雖可以降低輸入輸出端請求授權(quán)的同步，卻依然比不上優(yōu)先輸入-輸出對的性能。
[0013]集中式調(diào)度算法1- SLIP也被擴展到分布式系統(tǒng)，形成分布式算法1-ASLIPo1-SLIP與DRRM相比唯一不同的是，DRRM只選擇一個非空VOQ發(fā)送請求，而1-SLIP為所有非空VOQ都發(fā)送請求。值得注意的是，1-ASLIP基于的分布式系統(tǒng)并非圖2(b)中的完全分布式系統(tǒng)，這里假設(shè)仍采用一個集中式調(diào)度器，只是線路卡和調(diào)度器間距離較遠，此時RTT即為線路卡和調(diào)度器間的傳播時延。i_ A SLIP不再為非空VOQ發(fā)送請求，而是像D-LQF—樣，為每個新到數(shù)據(jù)包發(fā)送報告。因此調(diào)度器可以追蹤計算每個VOQ的長度，所有非空VOQ參與接下來的多次迭代過程。1-A SLIP采用的分布式系統(tǒng)不能實現(xiàn)很好的擴展，因此我們通常只考慮圖2(b)中的完全分布式系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種應(yīng)用于輸入隊列交換機分布式調(diào)度算法的預(yù)測方法。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)方案如下
[0016]本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于輸入隊列交換機分布式調(diào)度算法的預(yù)測方法:在輸入隊列交換機調(diào)度算法中，為每個輸出端維持一個活躍隊列A(j)來跟蹤活躍的輸入端，其長度設(shè)為N，每當輸出端j收到來自輸入端i的請求或數(shù)據(jù)包時，將i加入A(j)隊首，若A(j)的長度超過了N，從隊尾移除元素，當輸出端沒有收到任何請求或數(shù)據(jù)包計數(shù)器全為0，進入預(yù)測模式，，向A(j)隊首的輸入端發(fā)送預(yù)測授權(quán)，發(fā)送完后將其移至A(j)隊尾，A(j)的復(fù)雜度只有O(I )，當輸出端有請求或數(shù)據(jù)包計算器不全為O時，按原有調(diào)度算法發(fā)送授權(quán)。
[0017]優(yōu)選的，本發(fā)明方法中所述的輸入隊列交換機調(diào)度算法為分布式調(diào)度算法或集中式調(diào)度算法擴展到分布式系統(tǒng)中。
[0018]針對輸出端無法根據(jù)請求以維持活躍隊列的調(diào)度算法，所有輸出端不維持活躍隊列，在輸出端進入預(yù)測模式時，選擇其調(diào)度最高優(yōu)先級的輸入端發(fā)送預(yù)測授權(quán)。
[0019]當輸出端授權(quán)采用兩個以上不同優(yōu)先級時，忽略最低優(yōu)先級提前進入預(yù)測模式，以增大匹配成功概率。
[0020]所述的輸入隊列交換機調(diào)度算法為分布式調(diào)度算法SRR時，輸出端若收到請求，按照原有算法發(fā)送授權(quán);輸出端若未收到任何請求，進入預(yù)測模式，向當前時隙的優(yōu)先輸入端發(fā)送預(yù)測授權(quán)。
[0021]所述的輸入隊列交換機調(diào)度算法為集中式調(diào)度算法HRF/RC時，輸出端根據(jù)請求將輸入端解碼成四個不同的優(yōu)先級，若存在前兩個優(yōu)先級的輸入端，則選擇優(yōu)先級最高的輸入端發(fā)送授權(quán)，否則，輸出端忽略第三優(yōu)先級的輸入端，直接進入預(yù)測模式，根據(jù)活躍隊列發(fā)送預(yù)測授權(quán)。
[0022]在輸入隊列交換機中，數(shù)據(jù)包時延主要由排隊時延、傳輸時延(I個時隙)和傳播時延(半個RTT時隙)組成，其中只有排隊時延是由調(diào)度算法決定的，也是我們研究的重點，下面所說時延均指排隊時延?，F(xiàn)存大部分分布式調(diào)度算法的排隊時延均需要至少RTT時隙，SP使在負載很低的情況下也如此，只有極少數(shù)調(diào)度算法除外。很顯然，此RTT下限不利于交換機的高速擴展。本發(fā)明提出了一種請求預(yù)測機制Request Predict1n(RP)，使得集中式調(diào)度算法擴展到分布式系統(tǒng)后，其低負載時延能降低至RTT以下。也能直接應(yīng)用于現(xiàn)存的分布式調(diào)度算法，降低時延提高性能。
[0023]在幾乎所有分布式調(diào)度算法中，輸出端j選擇輸入端發(fā)送授權(quán)的依據(jù)無非是以下兩種:收到了請求或數(shù)據(jù)包計數(shù)器非空。先假設(shè)每個輸出端j為其所有V0Q(i，j)(i = 0，I，…，N-1)維持相應(yīng)的數(shù)據(jù)包計數(shù)器C( i，j)。由于輸入輸出端間的RTT時延，C( i，j)與實際V0Q(i，j)長度之間存在兩方面的誤差，即數(shù)據(jù)包到達時和數(shù)據(jù)包離開時。假設(shè)時隙t時刻有新數(shù)據(jù)包到達V0Q(i，j)，輸入端i立即更新V0Q(i，j)并向輸出端j發(fā)送數(shù)據(jù)包到達報告，此報告需經(jīng)過半個RTT時隙才能到達輸出端。那么在[t，t+RTT/2)時刻內(nèi)，C (i，j)〈VOQ (i，j)。時隙t時，若輸出端j給輸入端i發(fā)送了授權(quán)，那么相應(yīng)的C(i，j)立即減1，雖然此授權(quán)不一定會被接受。該授權(quán)在t+RTT/2時刻到達輸入端，若授權(quán)被接受，相應(yīng)的數(shù)據(jù)包被調(diào)度，V0Q(i,j)長度才減I，可見在[t，t+RTT/2)時刻內(nèi)，C( i，j) <V0Q(i，j)。若授權(quán)未成功，輸出端在t+RTT時刻才得知并將C(i，j)重新加I，那么在[t，t+RTT)時刻內(nèi)，C(i，j)<V0Q( i，j)。由此可見，兩方面誤差均會導(dǎo)致C( i，j)<V0Q(i，j)，即當輸出端的C( i，j)為O時，實際輸入端的VOQ(i，j)長度可能大于O。
[0024]接下來考慮第二種情況，即輸出端至少收到一個請求時才會發(fā)送相應(yīng)的授權(quán)。假設(shè)時隙t時輸入端i向輸出端j發(fā)送了請求，也就是V0Q(i，j)>0。由于輸入端發(fā)送請求至收到授權(quán)需等待RTT時隙，當相應(yīng)授權(quán)到達輸入端時，V0Q( i，j)可能等于O ο反之，時隙t時V0Q( i，j) = 0，輸入端未發(fā)送請求，但是RTT時隙內(nèi)可能又有新數(shù)據(jù)包到達導(dǎo)致V0Q(i，j)非空?？傊瑢?dǎo)致此誤差的因素也是兩個方面，即數(shù)據(jù)包到達和發(fā)送，同上。
[0025]此輸入輸出端之間的誤差鼓勵我們，在輸出端j未收到任何請求或者所有數(shù)據(jù)包計數(shù)器均為O時，也選擇一個輸入端發(fā)送授權(quán)，此授權(quán)稱為預(yù)測授權(quán)。顯然，若此時輸出端j未發(fā)送任何授權(quán)，那么RTT時隙后是不會收到任何數(shù)據(jù)包的。輸出端j若收到了請求或者有數(shù)據(jù)包計數(shù)器非空，那么就處于正常模式，按照常規(guī)發(fā)送授權(quán)。當且僅當輸出端j未收到任何請求或者所有數(shù)據(jù)包計數(shù)器均為O時，才進入預(yù)測模式，選擇一個輸入端i發(fā)送預(yù)測授權(quán)。當該預(yù)測授權(quán)RTT/2時隙后到達輸入端i時，可能出現(xiàn)三種情況:
[0026]a)V0Q( i,j)=0:該預(yù)測授權(quán)被忽略且對匹配尺寸沒有任何影響。
[0027]b)V0Q(i,j) >0且輸入端i未收到其他授權(quán):該預(yù)測授權(quán)被接受，輸入端i與輸出端j匹配成功發(fā)送數(shù)據(jù)包，匹配尺寸增大。
[0028]c)V0Q(i，j)>0且輸入端i收到多個授權(quán):輸入端按照具體調(diào)度算法來選擇一個匹配(如最長隊列)，匹配尺寸未發(fā)生變化，但是可能匹配權(quán)重增大了。
[0029]綜合以上三種情況，該請求預(yù)測機制會有一定的概率增大調(diào)度算法的匹配尺寸或匹配權(quán)重，即使預(yù)測的授權(quán)失敗，也不會產(chǎn)生消極影響。假設(shè)時隙t輸出端j給輸入端i發(fā)送了預(yù)測授權(quán)，那么只有在t+RTT/2時刻V0Q(i，j)>0，該預(yù)測授權(quán)才可能被接受。為了增大預(yù)測成功的概率，可以利用網(wǎng)絡(luò)流量的相關(guān)性和連續(xù)性特點來選擇預(yù)測的輸入端。因為在真實網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下，相鄰時隙的數(shù)據(jù)包到達率通常具有相關(guān)性，即假設(shè)時隙t有新數(shù)據(jù)包到達VOQ (i，j)，那么時隙t+1，VOQ(i，j)又有數(shù)據(jù)包到達的概率比輸入端i的其他VOQ概率高。因此，最新到達數(shù)據(jù)包的輸入端i應(yīng)具有最高預(yù)測優(yōu)先級。若輸出端j發(fā)送的預(yù)測授權(quán)未被接受，那么說明該VOQ至少有RTT時隙未有數(shù)據(jù)包到達，因此應(yīng)具有最低預(yù)測優(yōu)先級。
[0030]本發(fā)明技術(shù)方案帶來的有益效果:利用請求預(yù)測機制RP，可使得傳統(tǒng)的集中式調(diào)度算法很容易擴展至分布式系統(tǒng)中，并將其低負載時延降低至RTT以下。RP也可直接應(yīng)用于某些現(xiàn)存的分布式調(diào)度算法中，進一步優(yōu)化其性能，獲得更低的數(shù)據(jù)包時延。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為帶集中式調(diào)度器的輸入隊列交換機示意圖；
[0032]圖2為調(diào)度器實現(xiàn)方式圖；
[0033]圖3為輸入輸出選擇器的往返時間(RTT)示意圖。
【具體實施方式】
[0034]在分布式系統(tǒng)中，由于RTT的存在，輸入輸出端之間存在狀態(tài)信息的不同步。利用這種不同步，使輸出端在未收到任何請求或沒有任何數(shù)據(jù)包時，向輸入端發(fā)送預(yù)測授權(quán)。并利用實際網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量的連續(xù)性和相關(guān)性，采用一個活躍隊列來增加該預(yù)測授權(quán)成功的可能性。此方法可以有效增加低負載情況下的匹配尺寸并降低數(shù)據(jù)包時延，打破最低時延為RTT的限制。
[0035]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0036]實施例一
[0037]RR/LQF(Round Robin with Longest Queue First[20])是一種集中式迭代調(diào)度算法，每個端口只需Ibit發(fā)送每個請求、授權(quán)和接受信息。每個Ibit請求表示有新數(shù)據(jù)包到達相應(yīng)的V0Q，根據(jù)該請求輸出端可以跟蹤其N個VOQ的長度。RR/LQF也采用(I)中的優(yōu)先輸入-輸出對，在授權(quán)和接受階段，最高優(yōu)先級給優(yōu)先輸入輸出對，次優(yōu)先級給最長隊列。RR/LQF在集中式環(huán)境下能獲得很好的性能，但擴展到分布式系統(tǒng)后，性能一般，并受制于RTT時延下限。我們將請求預(yù)測機制RP應(yīng)用于RR/LQF后，能降低時延提高性能，且低負載時延小于RTT，該改善后的算法稱為RP-RR/LQF。在RP-RR/LQF中，每個輸出端j除了維持N個數(shù)據(jù)包計數(shù)器C(i，j)外，還采用一個活躍隊列A(j)來追蹤活躍的輸入端。其三個階段為:
[0038]請求階段:若時隙t有新數(shù)據(jù)包到達VOQ(i，j)，輸入端i向輸出端j發(fā)送一個Ibit請求。
[0039]授權(quán)階段:當輸出端j收到輸入端i的請求，C(i，j)加1，且輸入端i被移至隊列A(j)的隊首。若所有的c(i，j)<0(i = 0，l，…，N-1)，則輸出端j進入預(yù)測模式，并向A(j)隊首的輸入端發(fā)送預(yù)測授權(quán)，發(fā)完即將該輸入端移至隊尾。若存在非空V0Q，則輸出端j以正常模式發(fā)送授權(quán)。輸出端j根據(jù)(I)確認其優(yōu)先輸入端i，若C(i，j)>0，則向其發(fā)送Ibit授權(quán)，否則輸出端j選擇c( i，j)最大的輸入端發(fā)送授權(quán)。
[0040]發(fā)送完授權(quán)或預(yù)測授權(quán)后，輸出端將相應(yīng)的數(shù)據(jù)包計數(shù)器C(i，j))減I。若RTT時隙后，輸出端j沒有收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)包，說明授權(quán)失敗，則C(i，j)又被加I。注意當輸出端j發(fā)送完預(yù)測授權(quán)后，其相應(yīng)的(:(1，」)〈0，因為發(fā)送預(yù)測授權(quán)前0(1，」)<0。雖然實際的￥00長度不可能是負數(shù)，但受RTT影響，C( i，j)原本就與V0Q( i，j)不完全同步，C( i，j)〈O也僅僅是暫時的，對調(diào)度算法的性能并不會有負面影響。
[0041]接受階段:輸入端i根據(jù)(I)確認其優(yōu)先輸出端j，若收到輸出端j的授權(quán)且V0Q(i，j)>0，則輸入端i想輸出端j發(fā)送數(shù)據(jù)包;否則，輸入端i在所有授權(quán)中選擇最長的VOQ發(fā)送數(shù)據(jù)包。(由于分布式調(diào)度算法都是單次迭代，因此實際調(diào)度中并不需要另外發(fā)送接受信息，直接發(fā)送數(shù)據(jù)包即可。)
[0042 ] 仿真結(jié)果表明，RP - RR/LQF在均勻流量和熱點流量模式下能取得低于RTT的時延。尤其是在熱點流量下，RP-RR/LQF相比RR/LQF，其低負載時延大大降低了。
[0043]實施例二
[0044]HRF/RC(Highest Rank First with Request Compress1n[21 ])也是一個有效的集中式單次迭代調(diào)度算法。在HRF/RC中，每個輸入端將其N個VOQ依據(jù)長度進行排名。VOQ排名只有三個狀態(tài):空、非空(非最長)和最長。每個單比特請求表示VOQ狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，令dt表示時隙t時刻發(fā)送的請求，那么V0Q(i，j)排名上升時(如從空變?yōu)榉强?，輸入端i向輸出端j發(fā)送請求dt = O，反之dt = I。若VOQ(i，j) 一直為最長，則dt = O;若VOQ(i，j) 一直為空，貝Ijdt = I;另外，若V0Q(i，j)一直為非空(非最長)，則采用交替的O和I來表示dt。結(jié)合時隙t-Ι收到的請求dt-1，輸出端可以解碼出相應(yīng)VOQ的狀態(tài)。若dtdt-t)i00，r = 0(V0Q最長)；若dtdt-1 = 01 ,r =I (V0Q最長或非空);^dtdt-1 = 10，r = 2 (V0Q非空或為空);= 11，r = 3 (VOQ為空)。在授權(quán)和接受階段，HRF/RC優(yōu)先選擇r最小的V0Q。另外，HRF/RC也采用了(I)中的優(yōu)先輸入輸出對。我們將RP應(yīng)用于HRF/RC中，得到分布式算法RP-HRF/RC。則時隙t時:
[0045]請求階段:對于輸入端i，若優(yōu)先V0Q(i，j)非空，那么輸入端i向輸出端j發(fā)送dt= 0并向其他輸出端發(fā)送dt= I。否則，輸出端i根據(jù)VOQ排名狀態(tài)來發(fā)送dt。
[0046]授權(quán)階段:若輸出端j收到其優(yōu)先輸入端i的請求dt= 0，那么輸出端j向輸入端i發(fā)送授權(quán)。否則，輸出端選擇r最小的輸入端發(fā)送授權(quán)。若最小的r等于2或3，即所有的dt = I，輸出端j進入預(yù)測模式，并向A(j)隊首的輸入端發(fā)送預(yù)測授權(quán)，且將該輸入端移至A(j)隊尾。
[0047]接受階段:輸入端i優(yōu)先接受其優(yōu)先輸出端發(fā)送的授權(quán)，否則，在所有授權(quán)中，選擇r最小的輸出端。
[0048]值得注意的是，在RP-HRF/RC中，輸出端j在所有的dt = I時進入預(yù)測模式。雖然dtdt-1 = 1Bt，相應(yīng)的VOQ可能非空，然而此時發(fā)送預(yù)測授權(quán)而不選擇dtdt-1 = 10的VOQ發(fā)送授權(quán)的原因是，dt=l除了表示VOQ排名狀態(tài)的變化之外，也可能表示該輸入端的優(yōu)先VOQ非空。
[0049]a)在第一種情況下，dtdn = 10表示該VOQ有可能為空。而根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量的連續(xù)性和相關(guān)性，RTT時隙內(nèi)活躍的VOQ也有可能非空。因此發(fā)送預(yù)測授權(quán)的成功概率不一定低于向dtdt-1=10的VOQ發(fā)送授權(quán)。
[0050]b)在第二種情況下，輸出端j向該輸入端發(fā)送的授權(quán)是一定會被拒絕的，因為輸入端總是優(yōu)先選擇其優(yōu)先輸出端。
[0051 ]仿真結(jié)果表明，RP_HRF/RC在均勻流量、突發(fā)流量和熱點流量模式下均能取得低于RTT的時延。
[0052]本文提出的請求預(yù)測機制RP更傾向于一種思想而非具體的策略。也就是說，將RP應(yīng)用于不同的調(diào)度算法時，我們可以分析該算法的特點并做出相應(yīng)的調(diào)整，只要關(guān)鍵點都是利用輸入輸出端之間的不同步性來增加匹配尺寸。至于如何選擇輸入端進行預(yù)測，并不一定非要使用活躍隊列，只要能最大可能地預(yù)測成功即可。因此在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合本領(lǐng)域的公知常識，對本申請所做的改動，均應(yīng)當認為所屬本申請的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種應(yīng)用于輸入隊列交換機分布式調(diào)度算法的預(yù)測方法，其特征在于:在輸入隊列交換機調(diào)度算法中，為每個輸出端維持一個活躍隊列A(j)來跟蹤活躍的輸入端，其長度設(shè)為N，每當輸出端j收到來自輸入端i的請求或數(shù)據(jù)包時，將i加入A(j)隊首，若A(j)的長度超過了N，從隊尾移除元素，當輸出端沒有收到任何請求或數(shù)據(jù)包計數(shù)器全為O，進入預(yù)測模式，，向A(j)隊首的輸入端發(fā)送預(yù)測授權(quán)，發(fā)送完后將其移至A(j)隊尾，A(j)的復(fù)雜度只有O(I )，當輸出端有請求或數(shù)據(jù)包計算器不全為O時，按原有調(diào)度算法發(fā)送授權(quán)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，其特征在于所述的輸入隊列交換機調(diào)度算法為分布式調(diào)度算法或集中式調(diào)度算法擴展到分布式系統(tǒng)中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，其特征在于針對輸出端無法根據(jù)請求以維持活躍隊列的調(diào)度算法，所有輸出端不維持活躍隊列，在輸出端進入預(yù)測模式時，選擇其調(diào)度最高優(yōu)先級的輸入端發(fā)送預(yù)測授權(quán)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，其特征在于當輸出端授權(quán)采用兩個以上不同優(yōu)先級時，忽略最低優(yōu)先級提前進入預(yù)測模式，以增大匹配成功概率。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，其特征在于所述的輸入隊列交換機調(diào)度算法為分布式調(diào)度算法SRR時，輸出端若收到請求，按照原有算法發(fā)送授權(quán);輸出端若未收到任何請求，進入預(yù)測模式，向當前時隙的優(yōu)先輸入端發(fā)送預(yù)測授權(quán)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測方法，其特征在于所述的輸入隊列交換機調(diào)度算法為集中式調(diào)度算法HRF/RC時，輸出端根據(jù)請求將輸入端解碼成四個不同的優(yōu)先級，若存在前兩個優(yōu)先級的輸入端，則選擇優(yōu)先級最高的輸入端發(fā)送授權(quán)，否則，輸出端忽略第三優(yōu)先級的輸入端，直接進入預(yù)測模式，根據(jù)活躍隊列發(fā)送預(yù)測授權(quán)。
【文檔編號】H04L12/841GK105847181SQ201610135932
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月10日
【發(fā)明人】周倩, 胡冰
【申請人】浙江大學(xué)