[发明专利]一种考虑信道状态的GEO卫星星载CICQ结构交换机分组调度方法

摘要

本发明公布了一种考虑信道状态的GEO卫星星载CICQ结构交换机分组调度算法。本发明算法以实现或最大程度逼近交换机工作于work‑conserving状态为核心，以提高信道利用率为目标，在保证最大匹配数不变的情况下，使得信道状态正常的输出端口得到的匹配数最多，在提高通过率的同时降低分组的平均时延。仿真结果对比显示，对于交叉缓存容量为一个分组的GEO卫星星载CICQ交换机而言，在各种常见的卫星信道状态下，本发明算法在通过率和分组平均时延方面优于已有的主流算法，在GEO高性能星载CICQ交换机中具有良好实用价值。

主权项

1.一种考虑信道状态的GEO卫星星载CICQ结构交换机分组输入调度方法，其特征是：第1步初始化基本变量：(1.1)令V_ij为输入端口i和输出端口j对应的虚拟输出队列VOQ，N为交换机端口数，X_ij为输入端口i和输出端口j对应的交叉缓存；初始化x_ij，若X_ij为空，置x_ij＝0；否则x_ij＝1，则交叉缓存的状态矩阵X_N×N＝{x_ij}_N×N；令l_ij表示V_ij的队长，则VOQ队长矩阵L_N×N＝{l_ij}_N×N；令所有去往输出端口j的交叉缓存中排队分组的队长之和定义输出端口j相应的集合Y＝{1≤j≤N|B_j＝0且}；初始化e_ij，若x_ij＝0且l_ij>0则令e_ij＝1；否则e_ij＝0，输入调度的可调度状态矩阵E_N×N＝{e_ij}_N×N；定义矩阵E^Y为矩阵E_N×N中取集合Y中输出端口对应的列组成的矩阵；定义I为未匹配的输入端口i的集合；定义矩阵S_N×N＝{s_ij}_N×N为输入调度裁决中得到的输入调度矩阵，s_ij＝1表示本时隙将V_ij中的分组调度至X_ij中，否则s_ij＝0；(1.2)对于矩阵Pa×b，若其最大匹配数可以达到m，而去掉P中的某一列后得到新矩阵P’a×(b‑1)，其最大匹配数也可达到m，则称这样的列为矩阵P的最大匹配“可去除列”；在本算法的匹配中，若某一输出端口对应的列为EY的最大匹配可去除列，则称该输出端口为本算法匹配中的“可去除输出端口”；(1.3)对于集合Y，其大小为M，将其按照输出端口对应的信道状态好坏分成两个互补的子集Yg和Yb，其中子集Yg大小为Mg，子集Yb大小为Mb，令Z表示得到匹配的端口数，初始化Z＝0，并令集合YS为集合Y的一个复制；第2步work‑conserving匹配(2.1)若YS为空，第2步结束，进到第3步；(2.2)令为输出端口j剩余的可调度队列数，即从Y^S中选择最小的输出端口j，若转到(2.5)；(2.3)令r_i为输入端口i的空交叉缓存队列输出端口可调度队列数，即若I中不存在满足e_ij＝1的输入端口i，则转到(2.5)；否则从I中所有满足e_ij＝1的输入端口中选择r_i最小的输入端口i，置s_ij＝1并令Z加1；(2.4)从I中剔除输入端口i，并对所有的输出端口j^*∈Y^S，更新(2.5)从Y^S中剔除输出端口j，并对所有的输入端口i^*∈I，更新回到(2.1)；第3步可去除输出端口的剔除(3.1)令G＝M‑Z；(3.2)若G＝0，第3步结束，进至第4步；(3.3)若集合Y_b中存在可去除输出端口，则在集合Y_b中寻找VOQ队长和最小的可去除输出端口j；若集合Y_b中不存在可去除输出端口，则在集合Y_g中寻找l_j最小的可去除输出端口j；(3.4)从Y中和Yb或Yg中剔除输出端口j，从矩阵EY中删除输出端口j对应的列，将G减1，回到(3.2)；第4步令S恢复为零阵，对于经过第3步剔除可去除输出端口后的集合Y，更新所有与其有关的集合、变量，令YS为恢复为集合Y的复制，重新进行与第2步方法相同的work‑conserving匹配，结束后进至第5步；第5步冗余匹配(5.1)若I为空，第5步结束，进到第6步；(5.2)令为输出端口j的非空VOQ队列数，即从I中任选一输入端口i，如果不存在满足e_ij＝1的输出端口j，则转到(5.4)；否则在所有满足e_ij＝1的输出端口中选择最小的输出端口j；(5.3)令sij＝1；(5.4)从I中剔除输入端口i，回到(5.1)；第6步按照输入调度矩阵S进行输入调度。