[发明专利]具有网络编码功能的代数交换系统及其VOQ调度算法

说明书

本发明属于通信技术领域，涉及到VOQ调度算法和代数交换等范围，具体涉及一种具有网络编码功能的代数交换系统及其VOQ调度算法。本发明在具有网络编码功能的代数交换系统上添加了VOQ模块，并设计了适合网络编码和代数交换系统的虚拟输出队列调度算法。本系统的主要特点是：为了更好的实现网络编码，本发明在代数交换系统的基础上设计了一套适合网络编码的代数交换的VOQ调度算法。该算法提供了一种更快、更简单的决策方法，在保证系统具有较高吞吐率、满足系统服务质量(QoS,Quality of Service)的条件下，能够最大程度利用网络编码的特性，从而大大提高了系统的交换效率。

技术领域

本发明属于通信技术领域，到代数交换和网络编码等范围，具体涉及一种具有网络编码功能的代数交换系统及其VOQ(Virtual Output Queue)调度算法。

背景技术

二十一世纪以来，互联网的发展突飞猛进，网络技术已经渗透到人类生活的各个方面，深刻影响着人们的工作和学习方式。随着互联网规模的不但扩大，用户数量飞速增加，网络复杂性也日益明显。现有网络的数据流量持续迅猛增长，这为给以IP为核心的互联网带来了越来越严重的技术挑战。现有的网络主要由交换设备和传输设备组成。事实上，目前以路由器为代表的交换设备的核心交换能力严重滞后于传输线卡带宽的发展，路由器已经成为制约网络技术进一步发展的瓶颈。同时，Internet以TCP/IP体系结构为基础，其网络层(IP层)只提供尽最大努力交付的服务并不提供服务质量QoS承诺。因此，研究出更高效且保证QoS的路由交换结构是充分利用现有传输能力和为下一代网络提供QoS保证的业务的关键。

为了提高路由器的性能并降低实现代价，国际国内提出了许多交换结构，其中又引人注目的有共享总线结构[1],共享存储(Shared Memory)[2],交叉矩阵(Crossbar)[3]等结构。

共享总线结构易于扩展也比较容易实现，但是其速率较低。共享存储结构虽然可以达到比较高的速度，但是其速率仍然受到内存速度的限制，其存储器带宽性能瓶颈使得当端口数量较多时，存储器带宽需求较大，不能满足大规模扩展应用的条件。交叉矩阵是最典型的使用最普遍的交换结构，它是一种简单的空分交换开关，将N个输入端口和N个输出端口任意的互连。当端口数N较小时，交叉矩阵是一种实现无阻塞、自路由的理想交换结构。但该结构需要的交换单元的数量是N²，硬件实现复杂度为O(N²)，当N较大时，其成本变得不可接受，不满足大规模扩展的要求。

为了构造一种适合大规模扩展的交换结构，何伟等人提出了一种多路径自路由交换结构[3]，这种结构将代数分配格理论应用于自路由模型，该结构具有完全分布式自路由、无内部缓存、无缓存时延及无抖动等优势[3]。在保证提供QoS的条件下，适合大规模扩展，很好的满足了用户的需求。

然而这种结构具有内部阻塞的缺点，这一缺点严重阻碍了该结构的发展与应用。要保证数据在传输中的吞吐率，一种有效的方法是将网络编码和代数交换结构结合，而这大大加大了系统设计的复杂度。为了更好的将二者进行结合，本发明创新性地提出了一种适用于具有网络编码功能的代数交换系统的VOQ调度算法。该算法提出了一种高效、简单的决策，提高系统的交换和传输效率。

引用文献：

[1]Cheng T D,Franaszek P A,Georgiou C J,et al.Dynamic switchprotocols on a shared medium network:U.S.Patent 5,235,592[P].1993-8-10.11s.

[2]Andrade P,Cooperman M,Sieber R W.ATM shared memory switch withcontent addressing:U.S.Patent 5,513,134[P].1996-4-30.