Способ диспетчеризации очередей в коммутаторах с поддержкой качества обслуживания

Изобретение относится к области телекоммуникаций и может быть использовано в коммутаторах с поддержкой качества обслуживания для регулирования доступа очередей коммутатора к физическому каналу. Технический результат - повышение качества обслуживания для регулирования доступа очередей коммутатора к физическому каналу за счет уменьшения вариаций значений джиттера трафика различных классов, распределения полосы пропускания выходного канала между трафиком различных классов и уменьшения пачечности в передаче трафика каждого класса. Диспетчер определяет номер обслуживаемой очереди по циклическому приоритету, при этом объем данных, передаваемых в канал из каждой очереди за один сеанс обслуживания, определяется установленным кредитом, пропорциональным выделяемой для соответствующего класса трафика полосе пропускания канала. Сеанс обслуживания каждой очереди разбивается на отдельные подсеансы заданной длительности, причем по окончании каждого подсеанса выполняется передача одного разделительного кадра, выбранного из всех непустых очередей по критерию наибольшей длительности нахождения в очереди. При условии необходимости дальнейшего обслуживания очереди в соответствии с установленным кредитом, после передачи разделительного кадра запускается следующий подсеанс ранее начатого сеанса обслуживания очереди. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область применения

Изобретение относится к области телекоммуникаций и может быть использовано в коммутаторах с поддержкой качества обслуживания для регулирования доступа очередей коммутатора к физическому каналу.

Уровень техники

В сетевых коммутаторах с поддержкой качества обслуживания важным механизмом обеспечения требуемых параметров продвижения трафика является диспетчеризация очередей кадров, направляемых в каждый выходной порт, определяющим задержку передачи кадров и ее вариацию (джиттер), значения которых важны при передаче трафика реального времени через сети с пакетной коммутацией. Кадры, продвигаемые коммутатором, помечаются метками класса трафика, базируясь на которые он помещает кадры в очереди, соответствующие указанному в метке классу.

Механизм диспетчеризации заключается в правиле выбора обслуживаемой очереди, а так же регулировании выделяемой каждому классу полосы пропускания выходного канала.

Известны циклические алгоритмы диспетчеризации решающие эту задачу: взвешенный циклический (WRR- Weighted Round Robin), взвешенный дефицитный циклический (WDRR- Weighted Deficit Round Robin) (Кучерявый E.A. Управление трафиком и качество обслуживания в сети Интернет - СПб.: Наука и Техника, 2004). Особенностью данных алгоритмов является использование циклического приоритета при выборе обслуживаемой очереди, а длительность непрерывного обслуживания очереди определяется кредитом (допустимым количеством данных, считываемых их каждой очереди за сеанс ее обслуживания), значение которого пропорционально выделяемой для данного класса трафика полосы пропускания выходного канала. Недостатком алгоритма WRR является невысокая точность регулировки значения полосы пропускания из-за задания кредита в кадрах. Алгоритм WDRR в отличие от WRR обеспечивает высокую точность задания полосы пропускания, т.к. кредит задается в байтах, его значение должно быть не меньше максимальному размеру кадра. При этом величина кредита на новый цикл обслуживания по завершению очередного цикла корректируется (уменьшается) на величину дефицита - превышения кредита в завершенном цикле обслуживания из-за передачи последнего кадра (размер кадра не может быть уменьшен).

Для обоих алгоритмов свойственен общий недостаток - неконтролируемая величина джиттера (разброса задержки) коммутируемых кадров из-за разницы во времени ожидания кадров в различных очередях. Кроме того, задержка кадров определенного класса качества обслуживания, а также размеры соответствующих очередей, зависят от выделенной полосы пропускания для конкретного класса. Это приводит к увеличению задержки кадров и перегрузки очередей в каналах с малой назначенной полосой пропускания при пульсирующем характере трафика, так как алгоритмы циклического обслуживания не позволяют эффективно перераспределять неиспользуемую полосу пропускания недогруженных каналов для расширения полосы пропускания перегруженных.

Кроме того, непрерывная передача в одном сеансе больших порций данных трафика одного класса приводит к «пачечности» трафика, что в свою очередь увеличивает нагрузку на буфера последующих телекоммуникационных устройств.

Существующий алгоритм справедливого взвешенного обслуживания WFQ (Вегешна Ш. Качество обслуживания в сетях IP - СПБ: Изд-во "Вильямс", 2003), которому в меньшей мере свойственны указанные выше недостатки циклических алгоритмов. Однако данный алгоритм обладает высокой сложностью и требует значительных вычислительных ресурсов, что ограничивает его применение в коммутаторах. Наиболее близким техническим решением является патент US 2005/0141424 А1 «TIME-INDEPENDENT DEFICIT ROUND ROBIN METHOD AND SYSTEM», в котором описан метод диспетчеризации блоков протокольных данных (PDU) из множества очередей, каждый из которых характеризуется соответствующим кредитным требованием, причем способ содержит этапы: выделение кредита для каждой из множества очередей; извлечение из очереди по меньшей мере одного PDU из одной или более очередей, имеющих доступный кредит; вычитание требования к кредиту каждого PDU, извлеченного из очереди из доступного кредита, связанного с очередью, из которой он был извлечен; а также пополнение кредита, доступного для каждой из множества очередей, когда доступного кредита, связанного с одной из множества очередей, недостаточно для вывода из очереди PDU, при этом кредит определяет размер полосы пропускания, связанной с выходом диспетчера.

Технический результат

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении качества обслуживания для регулирования доступа очередей коммутатора к физическому каналу за счет уменьшения вариаций значений джиттера трафика различных классов, распределения полосы пропускания выходного канала между трафиком различных классов и уменьшения пачечности в передаче трафика каждого класса.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана схема алгоритма функционирования диспетчера выходного порта коммутатора, реализующего предлагаемый алгоритм управления очередями.

На фиг. 2 показан предпочтительный вариант аппаратной реализации диспетчера, где 1 - память типа FIFO, разделенная между очередями и содержащая для каждой очереди: очередь кадров - 2, очередь служебных меток - 3; 4 - процессор диспетчеризации; 5 - классификатор поступающих кадров и канал прямой записи в память; 6 - таймер; 7 - канал прямого чтения кадров из очередей; 8 - физический интерфейс выходного порта: 9, 10 - шины записи и чтения из памяти; 11 - шина выходного канала; 12 - шина приема кадров из аппаратуры продвижения кадров в порт назначения коммутатора; 13 - сигнал «очереди свободны»; 14 - сигнал «выходной порт свободен».

Подробное описание изобретения

Реализации предлагаемого алгоритма диспетчеризации заключается в выполнении следующих действий:

1. При запуске коммутатора должна быть выполнено его конфигурирование, заключающееся в задании параметров: значение кредита для каждой очереди в байтах, начальные значения циклического приоритета и квота (в байтах) на допустимое количество денных, непрерывно передающихся при обслуживании очередей, и тем самым задающая длительность подсеанса.

2. Кадры, передаваемые в порт назначения коммутатора, классифицируются по классу трафика и записываются в соответствующие очереди, при этом снабжаются метками, указывающими на размер кадра и время его поступления в очередь.

3. Диспетчер запускается при освобождении выходного канала и наличии непустых очередей.

4. Выбирается очередь для обслуживания с учетом текущего значения циклического приоритета.

5. Запускается передача первого кадра из выбранной очереди в выходной канал.

6. Увеличивается счетчик переданных данных и уменьшается значение кредита на величину размера кадра.

7. По окончании передачи кадра выполняется последовательность проверок:

1) наличие в обслуживаемой очереди информации;

2) закончилась ли квота непрерывного обслуживания;

3) наличие дефицита, т.е. превышение выделенного кредита;

8. Если в обслуживаемой очереди больше нет информации, то:

1) изменяется значение циклического приоритета;

2) значения кредита и квоты непрерывного обслуживания устанавливаются в начальные значения;

3) выполняется переход к п. 3 для начала цикла обслуживания следующей очереди;

9. Если в обслуживаемой очереди закончилась квота непрерывного обслуживания, то:

1) значение квоты устанавливается в начальное;

2) при освобождении выходного порта, диспетчер выбирает, анализируя временные метки, очередь, содержащую кадр дольше всех ожидающий обработку;

3) для выбранной очереди выполняется передача одного кадра с корректировкой кредита на размер переданного кадра;

4) выполняется переход к п. 5;

10. При наличии дефицита выполняются следующие действия:

1) значение кредита для нового цикла обслуживания данной очереди устанавливается как разница между начальным значением и дефицитом;

2) значение квоты устанавливается в начальное значение;

3) изменяется значение циклического приоритета;

4) выполняется переход к п. 3 для начала цикла обслуживания следующей очереди;

11. При передаче каждого кадра через выходной порт вычисляется текущее среднее значение размера кадров в байтах, по текущему значению которого периодически корректируется значение квоты, ограничивающей время непрерывного обслуживания очередей (длительность подсеанса).

Пример обслуживания очереди 1, показанный на фиг.1 и 2, иллюстрирует последовательность передачи кадров в выходной канал. За первый подсеас передаются кадры 1-3 из очереди 1, затем диспетчер ищет самый «старый» кадр во всех заполненных очередях, пусть это кадр 1 очереди 3, он передается в качестве разделительного. После чего выполняется второй подсеанс, за время которого передаются кадры 4 и 5 очереди 1. На этом сеанс заканчивается (с дефицитом), т.к. исчерпан кредит, выделенный для очереди 1.

Функционирование предпочтительного устройства, реализующего предложенный способ диспетчеризации, заключается в следующем.

По шине 12 поступают кадры из аппаратуры продвижения кадров в порт назначения коммутатора, направленные в данный выходной порт. Они классифицируются устройством 5 по метке, содержащейся в кадре, и записываются по шине 9 в соответствующие классу трафика очереди 2. Одновременно в очередь 3 записываются метки длины кадра и времени его поступления в очередь, формируемую таймером 6.

Работа процессора запускается сигналами 13 и 14, в случае если канал свободен, и имеются не свободные очереди. Процессор, опрашивая метки длины кадра, выбирает согласно алгоритму, представленному на фиг.1 очередь для обслуживания и запускает процедуру чтения очередного кадра из этой очереди и его передачу в канал. После чтения каждого кадра процессор проверяет условия окончания цикла обслуживания, и достижения квоты непрерывной передачи согласно фиг.1. В случае если цикл закончен, то выполняется корректировка кредита и выбор следующей очереди согласно циклическому приоритету. Если цикл не закончен, то выполняется анализ временных меток и выбор очереди с наименьшим значением, из которой организуется передача разделительного кадра с соответствующей коррекцией ее кредита, после чего возобновляется прерванный цикл обслуживания до его окончания. Одновременно с этим процессор диспетчеризации периодически ведет подсчет средней длины кадров за определенное количество переданных кадров, например 1024. Вычисленное текущее значение средней длины используется для корректировки значений квот непрерывной передачи.

1. Способ диспетчеризации очередей в коммутаторах с поддержкой качества обслуживания, заключающийся в том, что диспетчер осуществляет регулирование доступа очередей коммутатора к физическому каналу по циклическому приоритету, объем данных, передаваемых с каждой очереди за один сеанс ее обслуживания, определяется кредитом, пропорциональным выделяемой для класса трафика, буферизируемого в соответствующей очереди, полосе пропускания канала, кредит может корректироваться дефицитным алгоритмом, отличающийся тем, что сеанс обслуживания каждой из очередей разбивается на отдельные подсеансы заданной длительности, причем по окончании каждого подсеанса, при условии необходимости дальнейшего обслуживания очереди в соответствии с установленным кредитом, выполняется передача одного разделительного кадра, выбранного из всех непустых в данный момент очередей по критерию наибольшей длительности нахождения в очереди, после чего возобновляется следующий подсеанс ранее начатого сеанса обслуживания очереди.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кадр, помещаемый в очередь, снабжается дополнительной меткой, отмечающей время его постановки в очередь.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размер переданного разделительного кадра учитывается в корректировке размеров кредита для последующего обслуживания очереди, из которой был взят разделительный кадр.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что квота, определяющая длительность подсеансов, устанавливается равной среднему размеру передаваемых кадров, периодически вычисляемому по текущему трафику канала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат заключается в уменьшении потери услуги и устранении несовместимости обслуживания.

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат заключается в уменьшении потери услуги и устранении несовместимости обслуживания.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в эффективном увеличении вычислительных ресурсов.

Изобретение относится к компьютерным и сетевым. Технический результат - снижение рисков, возникающих при несоответствии поведения программно-конфигурируемых сетей (ПКС) предъявляемым к ним требованиям.

Изобретение относится к области электросвязи и может быть использовано для поиска и оперативной идентификации информации в сетях передачи данных с коммутацией пакетов и в информационно-справочных (поисковых) системах.

Изобретение относится к области связи и может быть использовано для построения цифровых сетей связи (ЦСС) с коммутацией пакетов, в системах коммутации для построения коммутационных полей АТС, сетей ЭВМ, микропроцессорных систем, суперкомпьютеров.

Изобретение относится к области систем связи. Технический результат изобретения заключается в оптимизации выбора узлов многоточечной ретрансляции (MPR).

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных системах различного назначения для передачи информации между различными частями распределенных вычислительных систем.

Изобретение относится к широковещанию, а именно к сигналу и устройству широковещательного канала для управления передачей и приемом информации широковещательного канала.

Изобретение относится к системам связи. .

Изобретение относится к средствам беспроводной связи. Технический результат заключается в уменьшении времени задержки и повышении эффективности беспроводной сети.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в уменьшении времени передачи потока передачи.

Изобретение относится к средствам проверки неразрывности передачи данных между главным входным блоком и главным выходным блоком. Технический результат заключается в повышении надежности передачи данных.

Изобретение относится к устройству отображения, устройству захвата речи и способу распознавания речи. Технический результат заключается в обеспечении способа управления устройством отображения.

Изобретение относится к области управления потоком или управления перегрузкой каналов связи и может быть использовано для обеспечения требований качества обслуживания (QoS) при передаче фрактального телекоммуникационного IP трафика.

Изобретение относится к области вычислительных технологий. Технический результат заключается в повышении эффективности обмена сообщениями.

Изобретение относится к контроллеру и способу управления передачей данных. Технический результат заключается в обеспечении управления передачей данных.

Изобретение относится к области передачи данных. Технический результат заключается в расширении арсенала средств того же назначения.

Изобретение относится к средствам управления потоками ресурсов в сетях. Технический результат заключается в минимизации количества multicast трафика по различным критериям.

Изобретение относится к связи в инфраструктурной сети устройств в домашней среде. Технический результат - эффективное управление связью, чтобы сбалансировать факторы мощности и надежности, и эффективная передача сообщения к некоторым предпочтительным сетям на основе анализа заголовков пакетов Интернет-протокола версии 6 (IPv6).

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении надежности функционирования систем хранения данных (СХД). Способ виртуализации СХД для центров обработки данных и облачных вычислений, в котором запускают основной и резервный кластеры контроллеров с приложением поддержки виртуализации СХД и указанием IP и/или MAC адреса узла управления СХД; подключают узел управления СХД к программно-конфигурируемой сети (ПКС); проверяют, что приложение контроллера корректно определило коммутатор ПКС сети, к которому подключен узел управления СХД; при подключении нового узла СХД приложение контроллера для поддержки виртуализации СХД с помощью алгоритма Дейкстры вычисляет кратчайший путь в графе, описывающей топологию сети, формирует и устанавливает правила на коммутаторы; в случае обнаружения резервным контроллером отказа основного контроллера приложение на резервном контроллере восстанавливает свое последнее состояние и продолжает поддерживать управление виртуальной сетью управления СХД и виртуальной сетью передачи данных между узлами СХД; в случае обнаружения контроллером отказов коммутаторов или каналов связи приложение автоматически перестраивает маршруты между узлами СХД и проводит реконфигурацию сети за счет обновления правил на коммутаторах. 2 ил.

Изобретение относится к области телекоммуникаций и может быть использовано в коммутаторах с поддержкой качества обслуживания для регулирования доступа очередей коммутатора к физическому каналу. Технический результат - повышение качества обслуживания для регулирования доступа очередей коммутатора к физическому каналу за счет уменьшения вариаций значений джиттера трафика различных классов, распределения полосы пропускания выходного канала между трафиком различных классов и уменьшения пачечности в передаче трафика каждого класса. Диспетчер определяет номер обслуживаемой очереди по циклическому приоритету, при этом объем данных, передаваемых в канал из каждой очереди за один сеанс обслуживания, определяется установленным кредитом, пропорциональным выделяемой для соответствующего класса трафика полосе пропускания канала. Сеанс обслуживания каждой очереди разбивается на отдельные подсеансы заданной длительности, причем по окончании каждого подсеанса выполняется передача одного разделительного кадра, выбранного из всех непустых очередей по критерию наибольшей длительности нахождения в очереди. При условии необходимости дальнейшего обслуживания очереди в соответствии с установленным кредитом, после передачи разделительного кадра запускается следующий подсеанс ранее начатого сеанса обслуживания очереди. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх