时隙间迭代的输入队列交换机Round-Robin调度算法

输入队列因具有良好的可扩展性而广泛应用于高速交换机和路由器中,但输入队列需要精心设计调度算法以获取较好的性能.Round-Robin算法因其简单性和并行性而得到广泛的研究,但现有的Round-Robin算法在突发流量和非均匀流量下的负荷-延迟性能较差.提出了调度决策在时隙间进行迭代的思想,并利用队列长度具有随机性的特点设计了能近似最大匹配的Round-Robin算法--iSLOT.仿真结果表明,iSLOT不仅在均匀流量下是稳定的,在非均匀流量和突发流量下的吞吐率及延迟性能均远好于现有的Round-Robin算法.     

基于输入队列的调度算法及其稳定性证明

当前高速交换机和路由器广泛采用iSLIP算法作为其输入队列的调度算法,但是该算法在处理非均匀和突发业务时性能严重恶化。该文在iSLIP算法的基础上提出了一种流量自适应的时隙间迭代算法TA-iSLIP。该算法根据队列长度智能判断当前流量情况,采取不同的发送策略,充分利用已经匹配的资源,使系统的匹配开销尽可能减小。仿真结果表明,TA-iSLIP在各种流量下都达到了较好的性能。文章给出了TA-iSLIP的算法描述和性能评价,并与iSLIP算法、FIRM算法以及EDDR算法进行了比较,证明了该算法在可接受的流量时的稳定性。     

一种高速crossbar调度算法及其性能分析

分析了高速crossbar调度算法iSLIP在处理突发业务时性能严重恶化的原因。结合LQF/iLQF算法的思想,提出了又一种输入排队crossbar调度算法iPGQM。仿真结果表明:该调度算法在均匀业务流量下和iSLIP算法的性能基本相同;在突发业务的条件下,iPGQM算法具有更好的抗突发特性;特别在重负载的条件下,与iSLIP算法相比,不仅具有更高的吞吐量,而且平均延迟降低了10%左右。     

一种优化指针策略的输入排队调度算法

针对FIRM（fcfs in round-robin matching）算法在处理非均匀业务时,延时和丢包性能出现缺陷的问题,在FIRM算法的基础上设计并实现了一种优化指针策略的low—FIRM（longest oldest weighted FIRM）算法。该算法根据队列长度和队首信元等待时间的权值修改输入端口的轮询指针。使得权值大的队列趋于优先服务,从而优化了在非均匀业务下的调度性能。接着给出了low—FIRM算法的性能分析和仿真,与iSLIP（iterative round—robin matching with slip）算法、FIRM算法进行了比较。仿真结果表明,low—FIRM与经典算法相比,在均匀业务下的性能近似,而在非均匀业务下性能有了较大的提升。     

基于双轮转指针的输入与交叉点联合排队型(CICQ)交换结构调度算法

CICQ交换结构因具有良好的分布式调度特性而成为构建太比特（Tb／s）级以上交换机的一种理想选择．轮转型调度算法因硬件实现的简单性而得到广泛的研究,尽管此类型的调度算法在均匀流量下具有较高的吞吐率,然而在非均匀的流量下其性能则明显下降．指出了已有轮转型算法在非均匀流量下性能下降的原因,提出了一类基于双指针的轮转型调度算法,即每个输入调度器均有两个轮转指针（主指针和辅助指针）．主指针对应的队列具有最高的调度优先级,算法可以根据各个队列的状态动态决定何时更新主指针。当主指针对应的队列被流控机制阻塞时,将根据辅助指针依次公平服务其他队列．实验结果表明,基于双指针的调度算法可以显著提高CICQ交换机在非均匀流量下的性能．     

Crossbar输入排队调度算法的研究

研究高效易于硬件实现的队列调度算法的目的是为了提高交换系统吞吐率和降低延迟。在阐述输入排队、HOL阻塞、虚拟输出队列等概念的基础上,对MSM、PIM、RRM、iSLIP等调度算法进行了系统的比较,研究表明iSLIP算法是一种性能良好、实现简单的算法。     

队列长度加权服务的输入排队交换结构匹配算法

针对输入排队交换结构调度问题,提出了队列长度加权服务匹配的思想.基本思路是匹配求解基于实现极大匹配的并行迭代算法,但对于每一个输入输出匹配,一次可以保持超过一个时隙的一段时间,其长度为对应的虚拟输入队列长度的加权函数.依据这一思想,设计了一种基于轮转仲裁器的队列长度加权服务匹配算法.通过实现复杂性的分析与性能评估,给出了优选的权重函数.所提方案以极大尺寸匹配算法近似的复杂性,取得与极大权重匹配算法近似的性能,在非均匀流量模式下也能达到接近100%的吞吐效率,明显优于iSLIP和EiSLIP算法,适合于高性能输入排队路由器的应用.     

一种交叉点小缓存CICQ交换机高性能调度算法

CICQ（combined input crosspoint queued/queuing）结构具有内部无需提速及输入和输出的分组调度可以分布并行执行的优点,使用RR（round robin）算法在高性能交换机设计中具有独特优势.然而,CICQ交换机使用RR算法在非均匀流量下不能达到100%的吞吐率. RR-RR算法在非均匀流量下性能有两个关键因素组成：中央缓存容量大小和输入端长队列未能及时服务导致的服务损失.基于理论分析,提出了一种小缓存高性能调度算法,仿真结果表明,即使在1个信元缓存的情况下新算法在均匀与非均匀流量下均能达到100%吞吐率.新算法仅具有O（1）的复杂度,保持了RR-RR算法简单有效特性,同时克服了RR-RR算法在非均匀流量下的不稳定性.     

一种高性能CICQ交换结构调度算法

在CICQ的两类调度算法中,无队列状态信息调度算法相对简单,但在非均匀的业务流环境下性能无法令人满意;基于队列状态信息的调度算法在非均匀的业务流环境下性能良好,但算法复杂度高。针对以上不足,提出一种低复杂度的高效调度算法CRR-FRR。新算法无需比较和排序,硬件实现简单,具有良好的可扩展性。仿真结果表明,无论是在均匀分布还是在突发业务源的情况下,均具有良好的时延性能。     

iSLIP调度算法研究及其实现

目前，为提高交换系统吞吐率，设计开发高性能网络交换机或路由器内部交换结构的技术已趋成熟．但易于在硬件中实现的、高效的队列调度算法仍然是一项值得研究的重要技术．文章首先讨论了对于输入缓冲采用FIF0队列交换系统，其吞吐率主要受HOL队首阻塞的影响．然后研究了iSLIP调度算法的基本原理、迭代仲裁步骤及它在硬件中的实现．针对硬件交换转发判决这一关键问题，给出了在输入队列交换机中采用虚拟输出队列的交换结构和多优先级调度算法的硬件实现方案．最后，对isLIP算法的性能进行了分析比较，证明isLIP算法的实现方案不仅实现简单，而且具有良好的特性．     

高效的Crossbar仲裁算法--ISP

交换开关是高性能路由器的核心,目前高性能骨干路由器一般采用基于输入队列的ｃｒｏｓｓｂａｒ交换开关。高效的ｃｒｏｓｓｂａｒ仲裁算法对路由器设计十分重要,文中提出一种轮询与Ｒｏｕｎｄ Ｒｏｂｉｎ相结合的仲裁算法－ＩＳＰ（Ｉｎｐｕｔ Ｓｅｒｉａｌ Ｐｏｌｌｉｎｇ）。轻负载时ＩＳＰ算法与ｉＳＬＩＰ算法性能相当,重负载时ＩＳＰ算法在宽带利用率、信元平均延时和公平性等方面优于ｉＳＬＩＰ算法,ＩＳＰ算法实现简单     

支持多优先级分组交换调度算法研究及其调度器设计

输入缓存交换结构的特点是缓存器和交换结构的运行速率与端口速率相等、实现容易,但存在队头阻塞。如果采用虚拟输出排队方法和适当的分组调度算法可予以消除,使吞吐率达到100%。文章首先研究讨论了并行迭代匹配算法,滑动迭代匹配调度算法的基本原理、迭代仲裁步骤及其硬件实现;对高速分组交换调度算法的性能进行了分析比较。然后给出了在高速输入队列交换机中实现多优先级调度算法的调度器设计与实现方案。经设计实现证明高速分组交换调度算法不仅硬件实现简单,而且具有良好的特性。     

缓冲交叉开关交换结构多播调度算法研究

高性能核心交换设备多播调度受到越来越多的关注·交叉开关结构下的多播调度方案或者性能较差,或者过于复杂,难于应用在高速交换场合·为此,提出一种面向多播的多输入队列缓冲交叉开关体系结构·将多播调度分解为信元分派、输入调度、输出调度3个可分布式并行执行的子问题,并设计了相应的调度算法,降低了算法复杂性·实验结果表明,交叉点缓冲区容量与输入队列数量对多播性能都具有很大的影响·在突发流量到达下,与单多播输入队列的体系结构相比,无论是采用O(1)复杂度的HA-RR-RR还是复杂度更高的调度算法,均能显著提高系统吞吐性能·     

一种面向MSM型Clos交换结构的启发式并发调度算法

调度算法一直是交换系统中不可或缺的研究内容.为满足新型高速路由及交换系统的研究需求,提出一种主动授权并发轮询调度算法——CRRD-AG算法.多级交换结构Clos交换网络以其良好的可扩展性作为高速交换结构倍受关注,但与之相适应的调度算法却并不多.目前主流算法,如并发分派算法(CD)和基于轮询的并发分派算法(CRRD),不是吞吐率较低就是所处理的业务流单一.CRRD-AG算法以CRRD为基础,将经典的"请求-授权-接受"的匹配计算模式改进为"主动授权-接受"的匹配模式,不仅能够降低CRRD算法在第1阶段的仲裁信息量,而且充分利用了中间级链路带宽,从而降低了整个系统的平均延迟,提高了吞吐率.进行充分的实验后,其结果表明,无论是在均匀业务,还是在突发业务环境中,CRRD-AG算法都能保证100%的吞吐率,更为重要的是,在不降低吞吐率的情况下能够显著改善分组的平均延迟.     

一种支持QoS的多级交换网络调度算法

现有MSM多级交换结构在非均匀业务源下性能不高.在深入分析多级交换网络内部拥塞控制理论的基础上,提出了一种中间级带缓存的多级交换结构-CB-3Clos结构及信用分发模式下基于背压的流控策略.通过理论分析了中间级负载分配算法应该满足的条件,给出了一种能够有效支持QoS的简单的类iSLIP调度算法-RGA算法.仿真结果表明:与现有的CRRD算法相比,RGA算法具有与业务源模型无关的高吞吐量特性,并在不均衡业务源模型下具有较好的时延性能.     

iSLIP算法的指针更新方式

iSLIP算法要求仅在第1次迭代后更新指针,以避免连接饿死,但该指针更新方式在某些流量下会造成网络阻塞。通过理论分析和ESL建模仿真,评估在实际网络流量随机的情况下,每次迭代更新指针时的算法性能,结果表明每次迭代更新指针不会导致链接饿死,其性能在伯努利流量和on-off流量下与仅在第1次迭代时更新指针的性能相当。