[发明专利]基于单多播区分处理的低时延抖动交换方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，涉及数字交换，尤其涉及一种分组交换方法及设备， 用于数字交换网络。

背景技术

在分组数据交换机中，交换时延和时延抖动通常都需要被控制到一定的数值之 下，以满足用户业务的较高要求。在一些特殊应用中，分组经由交换机转发所引入的 时延抖动不但要求尽可能小，而且还必须具有确定性。例如，随着航空航天技术的发 展，飞机、航天器等飞行器中会使用数据交换机来逐步取代目前使用的专线连接，其 典型代表为航空全双工以太网交换机AFDX。由于所处的环境和应用领域的特殊， AFDX对数据通过交换机后引入的时延抖动有严格限制。

一般地，分组交换机通过轮询调度的方式来保证对各个端口服务的公平性。但是， 这种方法在数据帧或数据分组长度变化范围较大时，会在端口轮询过程中存在这样的 问题，例如AFDX中的变长以太网帧长度从64字节到1548字节均有，某等待轮询的 端口中的数据帧为短数据帧，而其他端口的数据帧为长数据帧，则调度器按照公平原 则轮询各个端口，短数据帧要等其它端口的长数据帧传输完才能传输。在这种情况下， 短数据帧就会因长数据帧占用总线时间较长而被迟滞发送，带来较大的交换时延抖 动。对此，大容量骨干分组交换常采用分组切片的方式实现快速交换。由于切片后交 换调度和存储管理等变得复杂，在中小容量的交换机中较少使用。

同时，在AFDX这种机载交换机中多播业务占的比例较大。因此，在尽量避免时 延抖动增大的同时，应该采用高效的多播传输机制。通常，存储转发的交换结构中多 播方法分为多重拷贝和多重读出两种：多重拷贝是指将数据帧复制成多个，然后存放 在相应的输出队列，按照单播的方式处理。这种方法的特点是控制简单但增加了存储 器的开销；多重读出是指多播帧只占用一个存储空间，在控制下读出多次发往各个输 出端口。这种方法的特点是占用存储器资源少，但队列管理复杂度高。在共享总线交 换结构中，采用这两种方法都会导致同一数据帧在总线上多次传输，使总线有效利用 率和整体交换效率下降。

发明内容

本发明目的是针对上述存在的问题，提出一种单多播区分处理的低时延抖动分 组交换方法及设备，以在变长分组情况下减小数据帧传输时延抖动，保证多播数据帧 在总线上一次性发往各个输出端口，提高总线有效利用率和整体交换效率。

本发明的目的是这样实现的：

一、术语说明

切片：数据帧被分成若干份，每一份称为切片。

片长：一个切片的数据长度。

输出端口队列：发往同一个输出端口的数据帧信息组成的队列。

入队：将具有相同输出端口号的数据帧信息存入对应输出端口队列的过程。

出队：数据帧入队信息从输出端口队列中删除的过程。

二、本发明的技术方案

1.本发明的单多播区分处理的低时延抖动交换过程如下：

(1)接收数据帧并将其缓存在输入缓存中，该输入缓存的大小和数目根据网络 中实际交换的分组大小和实际需求设定；

(2)根据输入缓存中的数据帧提取并缓存数据帧的输入调度信息；

(3)根据数据帧的输入调度信息对数据帧进行输入端切片调度，将数据帧调度 至共享缓存中；

(4)依次从输出端口队列提取数据帧的输出调度信息；

(5)根据输出调度信息对多播数据帧在输出端采用整帧调度方式将多播数据帧 在总线上一次性传输到所有目的输出端口，对单播数据帧采用和输入端类同的切片调 度方式将单播数据帧传输到目的输出端口。

2.本发明的单多播区分处理的低时延抖动分组交换设备，包括：

输入缓存模块，用于缓存输入端的数据帧，同时生成数据帧信息和数据帧切片控 制信息，该数据帧信息和数据帧切片控制信息传输到切片调度模块中；

切片调度模块，用于向队列管理申请存储空间并生成输入切片调度信息，该输入 切片调度信息传输到输入总线控制模块中；

输入总线控制模块，用于接收输入切片调度信息并根据输入切片调度信息将切片 存储到共享缓存中；

共享缓存模块，用于缓存数据帧；

队列管理模块，用于在数据帧输入时分配存储空间并将数据帧信息入队，在数据 帧输出时回收存储空间，并将数据帧信息出队，该生成的数据帧信息传输到单多播区 分调度模块中；