一種基於信譽的流量控制系統、裝置和方法
2023-05-16 02:24:16
專利名稱：一種基於信譽的流量控制系統、裝置和方法
技術領域：
本發明涉及數據通信網絡領域，特別是涉及一種基於信譽的流量控制系 統、裝置和方法，適用於高速數據通信網絡端到端鏈路的流量控制。
背景技術：
基於交換機互聯的網絡中，交換機裝置和處理節點或者交換機裝置之間採 用點到點的方式進行連接，組成數據通信的網絡鏈路。交換機裝置包括多個通 信埠，每個通信埠內部包括發送、接收和流控三個模塊，多個交換機的通 信埠兩端分別連接，組成數據通信的網絡鏈路。
發送模塊用於發送數據包和流控包。
接收模塊用於從接收數據流中提取數據包和流控包。典型高性能網絡交換 機在其接收模塊採用多隊列結構對數據進行緩衝，每個隊列對應一個虛通道
(Virtual Channel)，虛通道中包括數據緩存區，該緩存區用於緩衝其目的端 口暫不可用的數據包。
除埠中的各個模塊外，交換機裝置內還包括路由模塊、仲裁模塊和它們 間的交叉互聯。
路由模塊根據數據包提供的目的埠，申請相應的埠進行數據傳輸；仲 裁模塊則對申請同一個目的埠的路由模塊進行仲裁，仲裁成功的能夠傳送數 據到其目的埠；失敗的繼續等待下次仲裁結果。
流量控制，也叫流控，是接收端為了防止接收緩存區溢出，控制發送端的 數據發送的機制。流量控制是基於每個虛通道進行的。
高性能交換機通常採用兩種流量控制方法Xon/Xoff的流量控制方法或 者基於信譽(Credit-based)的流量控制方法。其中，Xon/Xoff的流量控制方 法一般適用於蟲洞(Wormhole)交換方式，而對於採用虛切入(Virtual Cut Through, VCT)交換方式的交換機， 一般採用基於信譽的流量控制方法。
在基於信譽的流量控制方法中，發送模塊被提前告知能夠發送的最大數據
量一信譽值，該值以信譽塊(Credit Block)為單位。所述信譽塊就是流量控 制的基本單位，它在大小上等於一定數量的字節單元，如64位元組、128位元組 等，發送模塊不能發送超過該數量的數據。
在發送模塊發送數據的過程中，隨著數據包的發送，信譽值逐漸減少，當 發送數據包長度大於剩餘的信譽值時，發送模塊停止發送數據，直到通信的對 方補充新的信譽值，發送模塊判斷有足夠的信譽值時才能發送數據。
在基於信譽的流量控制方法中，數據包的發送時機對數據通信網絡的性能 有著重要影響。 一方面當發送模塊信譽值不足時，如果通信另一方有足夠的空 閒空間卻沒有及時補充新的信譽值時，則發送模塊就不能發送新的數據包，造 成物理鏈路的浪費，導致交換機吞吐率下降；另一方面，如果通信的另一方頻 繁發送信譽信息，就會佔用大量物理通道，導致正常的數據包無法發送，也會 影響交換機性能。因此，如何判斷數據包的發送時機，是基於信譽的流量控制 方法中，需要迫切解決的問題。
此外，現有技術中的基於信譽的流量控制方法中，新信譽值的生成是基於 緩存區中現有空閒空間進行計算得到的。對於採用輸入隊列的交換機，仲裁成 功的數據包也可認為釋放了緩存區資源。因此在計算新信譽值時，當前資源剩 餘包括沒有存放任何數據的空間和已仲裁成功的數據包但還剩餘在緩衝區的 空間。採用該預先分配資源的方法，可以進一步提高緩衝區資源利用率。
發明內容
本發明的目的在於提供一種基於信譽的流量控制系統、裝置和方法。其提 高了數據通信網絡的流量控制方法的效率，並提高了交換網絡中鏈路和緩存區 資源的利用率。
為實現本發明目的而提供的一種基於信譽的流量控制系統，包括多個發送
端和接收端的交換機裝置，所述交換機裝置包括多個埠模塊，仲裁模塊和路 由模塊；所述埠模塊包括發送模塊，接收模塊，流控模塊；
所述仲裁模塊，還包括記錄子模塊，用於根據傳輸請求記錄仲裁失敗FPL
值；
所述的基於信譽的流量控制系統中，所述發送模塊還可以包括FPL寄存 器，用於接收仲裁模塊中的記錄子模塊記錄的仲裁失敗FPL值，並由發送模
塊在發送數據包時，發送給接收端的接收模塊；
所述接收模塊包括多個虛通道接收緩存區；
所述接收模塊還包括提取子模塊，用於從接收到的數據包中提取仲裁失敗
FPL值，把該仲裁失敗FPL值傳送給接收端的流控模塊進行判斷；
所述接收模塊還用於接收數據包的過程中，不停檢測是否有流控包插入到
數據包中；如果有，需要把嵌入到數據包的流控包提取出來。 所述接收模塊向流控模塊四個提供參數
第一個參數用於流控模塊進行流控包發送時機判斷和生成的緩存空閒空
間；
第二個參數用於接收模塊從對方發送流控包中提取的新信譽值； 第三個參數用於通知流控模塊本地信譽值自減1; 第四個參數為將要發送的數據包長度值。
所述流控模塊，還包括判斷子模塊，用於當接收端的發送模塊有數據包發 送給發送端的接收模塊時，接收端的流控模塊根據仲裁失敗FPL值，與當前 接收端的流控模塊的剩餘本地信譽值和當前緩存區資源剩餘相比較，判斷是否 發送流控包給發送端的接收模塊。
所述的基於信譽的流量控制系統，所述流控模塊的判斷子模塊判斷是否發 送流控包給發送端的接收模塊，是指
如果當前剩餘本地信譽值足以滿足將要發送數據包的長度需求，則不發送 流控包；
否則，如果不滿足，則觀察並讀取當前接收端的接收模塊中緩存區的資源 剩餘情況，判斷資源剩餘情況；
如果緩存區的資源剩餘能夠滿足將要發送數據包長度，就立即發送流控包 給發送端的接收模塊；
否則就不發送流控包，並繼續讀取並判斷當前接收端的接收模塊中緩存區 的資源剩餘情況，直至能夠滿足將要發送數據包長度，發送流控包給發送端的 接收模塊為止。
所述的基於信譽的流量控制系統，所述路由模塊還用於給流控模塊提供已 仲裁成功，但還在緩存區中有剩餘數據的，未傳送完的預分配空間，進行資源 預分配計算。
所述資源剩餘包括緩存區當前空閒資源情況和預分配空間資源情況；
所述緩存區當前空閒資源是指沒有存放任何數據的緩存區空間；
所述緩存區預分配空間資源是指已仲裁成功，但還在緩存區中有剩餘數據 的，未傳送完的緩存區空間。
所述流控模塊包括兩個計數器，一個是遠端信譽值計數器表示從上次接收 到對方流控包後，還剩餘的信譽值，發送模塊用該信譽值來判斷能否發送數據 包；另一個是本地信譽值計數器，該計數器表示從上次發送流控包給對方後， 本地還剩餘的信譽值。
所述記錄子模塊記錄仲裁失敗FPL值時，如果仲裁過程中沒有失敗的數 據包，則該仲裁失敗FPL值被賦值為系統默認值。
所述默認值是根據網絡流量統計分析出的數據包的平均包長，作為對包長 的一般估計。
為實現本發明目的還提供一種基於信譽的流量控制的交換機裝置，包括多 個埠模塊，仲裁模塊和路由模塊；所述埠模塊包括發送模塊，接收模塊， 流控模塊；
所述仲裁模塊，還包括記錄子模塊，用於根據傳輸請求向發送模塊提供仲 裁失敗FPL值；
所述的默認值是根據網絡流量統計分析出的數據包的平均包長，作為對包 長的一般估計；
所述的基於信譽的流量控制的交換機裝置，所述發送模塊還可以包括FPL 寄存器，用於接收仲裁模塊中的記錄子模塊記錄的仲裁失敗FPL值，並由發 送模塊在發送數據包時，發送給接收端的接收模塊；
所述接收模塊包括多個虛通道接收緩存區；
所述接收模塊還可以包括提取子模塊，用於從接收到的數據包中提取仲裁 失敗FPL值，把該仲裁失敗FPL值傳送給接收端的流控模塊進行判斷。
所述流控模塊，還包括判斷子模塊，用於當接收端的發送模塊有數據包發 送給發送端的接收模塊時，接收端的流控模塊根據仲裁失敗FPL值，與當前 接收端的流控模塊的剩餘本地信譽值和當前緩存區資源剩餘相比較，判斷是否 發送流控包給發送端的接收模塊。
所述的基於信譽的流量控制的交換機裝置，所述路由模塊還用於給流控模
塊提供已仲裁成功，但還在緩存區中有剩餘數據的，未傳送完的預分配空間， 進行資源預分配計算。
所述接收模塊還用於接收數據包的過程中，不停檢測是否有流控包插入到 數據包中；
如果有，需要把嵌入到數據包的流控包提取出來，並根據流控包的信譽值 向流控模塊提供參數。
所述仲裁失敗FPL值或者為仲裁失敗最小FPL值；或者為仲裁失敗平均 FPL值；或者為仲裁失敗最大FPL值。
為實現本發明目的還提供一種基於信譽的流量控制方法，包括下列歩驟
歩驟A，發送端有數據包請求發送時，發送端的流控模塊把當前的遠端信 譽值傳送給發送端的仲裁模塊，發送端仲裁模塊根據傳輸請求和該信譽值進行
仲裁，同時，根據傳輸請求向發送模塊提供仲裁失敗FPL值；
步驟B，該仲裁失敗FPL值作為通知對方未來將要發送的數據包長度傳 送給接收端的接收模塊，再由接收模塊提取出後傳送給接收端的流控模塊；
步驟c，接收端的接收模塊接收發送端發送的數據包，把發送端發送的仲 裁失敗FPL值發送給接收端的流控模塊，並提供當前緩存區中空閒空間給接 收端的流控模塊；
步驟D，接收端根據接收端和發送端數據包發送的情況，以及接收到發送 端的發送模塊的發送來的仲裁失敗FPL值與當前接收端的剩餘本地信譽值和 當前資源剩餘相比較，判斷是否發送流控包給發送端的接收模塊。 所述的基於信譽的流量控制方法，還可以包括下列步驟 步驟E，接收端的發送模塊發送流控包的同時，將接收端的流控模塊中本 地信譽值更新為新的信譽值；
步驟F，發送端的接收模塊接收到該流控包後，傳送給發送端的流控模塊， 流控模塊則把的遠端信譽值更新為新的信譽值。
所述的基於信譽的流量控制方法，所述步驟A之前還可以包括下列步驟 步驟A'，發送端的流控模塊把當前的信譽值初始化為接收緩存區大小的 信譽值。
所述的基於信譽的流量控制方法，所述步驟D包括下列步驟
步驟D1，當接收端沒有數據包發送到發送端時，不存在流控包和數據包
之間的鏈路競爭關係，此時接收端將不斷發送流控包給發送端的接收模塊；
步驟D2，當接收端的發送模塊有數據包發送給發送端的接收模塊時，數
據包和流控包存在競爭關係，則根據接收到的仲裁失敗FPL值與當前接收端
的剩餘本地信譽值和當前資源剩餘相比較，判斷是否發送流控包給發送端。
所述步驟D2中，根據接收到的仲裁失敗FPL值與當前接收端的剩餘本地 信譽值和當前資源剩餘相比較，判斷是否發送流控包給發送端，包括下列步驟:
步驟D21，接收端的流控模塊接收到仲裁失敗FPL值後，與當前的剩餘 本地信譽值進行比較；
步驟D22,如果當前剩餘值足以滿足最小數據包的長度需求，則不發送流 控包；
步驟D23，否則，如果不滿足，則讀取當前接收端的接收模塊中緩存區的 資源剩餘情況，判斷資源剩餘情況
步驟D24，如果緩存區的資源剩餘能夠滿足數據包長度，就通過接收端的 發送模塊發送流控包給發送端的接收模塊；
步驟D25，否則就不發送流控包，並繼續讀取並判斷當前接收端的接收模 塊中緩存區的資源剩餘情況，直至能夠滿足數據包的長度的發送需求，從而發 送流控包給發送端的接收模塊為止。
所述步驟A還可以包括下列步驟
如果沒有仲裁失敗的數據包，則把默認值賦予FPL。
所述仲裁失敗FPL值或者為仲裁失敗最小FPL值；或者為仲裁失敗平均 FPL值；或者為仲裁失敗最大FPL值。
本發明的有益效果是本發明的基於信譽的流量控制系統、裝置和方法， 一方面通過資源預分配增加了緩存區資源剩餘，另一方面通過準確的預測和計 算流控包的發送時機，這兩方面因素，使得在流量控制過程中，不會盲目發送 流控制信息，只會根據當前數據流的情況，在需要發送的情況下，立即發送流 量控制數據包，來保證鏈路高效的利用率，從而提高數據通信網絡的流量控制 方法和效率，並提高交換網絡中鏈路和緩存區資源的利用率。
圖1為本發明數據包格式示意圖2為本發明流控包格式示意圖3為本發明基於信譽的流量控制系統示意圖4為本發明基於信譽的流量控制方法中發送模塊發送數據包或者流控 包過程流程圖5為本發明基於信譽的流量控制方法中接收模塊接收數據包或者流控 包過程流程圖6A為本發明基於信譽的流量控制方法中流控模塊遠端信譽值計數器工 作過程流程圖6B為本發明基於信譽的流量控制方法中流控模塊本地信譽值計數器工 作過程流程圖6C為本發明基於信譽的流量控制方法中流控模塊發送流控包過程流程圖。
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實 施例，對本發明的一種基於信譽的流量控制系統、裝置和方法進行進一步詳細 說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限 定本發明。
本發明的基於信譽的流量控制系統，鏈路通信由對等的兩個通信實體一 兩端都為交換機裝置31或一端為交換機另一端為處理節點一組成，互聯的兩 個通信埠，在本發明實施例中，把其中的一個埠稱為上遊埠，另外一個 稱為下遊埠。
每個通信埠包括發送模塊33，接收模塊35和流控模塊34。上遊的發送 模塊33和下遊的接收模塊35相連，數據流向是由上遊流向下遊；下遊的發送 模塊33和上遊的接收模塊35相連，數據流向是下遊流向上遊。流量控制(也 叫流控)在兩個流向上相互獨立且功能相同。為了方便描述，本發明實施例採 用由上遊發送端(發送端)到下遊接收端(接收端)，數據流由上遊流向下遊 為例而進行描述，但其不是對本發明的限制。
當數據包從上遊發送端到下遊接收端的方向傳送時，則流量控制的流控包 的方向為下遊接收端到上遊發送端。
流量控制(流控)是接收端為了防止接收緩存區溢出，控制發送端的數據
發送的方法。其中流量控制大小單元為信譽塊(Credit Block)。特別需要說
明的是，流量控制是釷對每個虛通道而進行的，因此，在本發明實施例中，所 述方法也都是針對虛通道而進行的描述。
同時，為了說明本發明的基於信譽的流量控制系統，首先說明本發明基於 信譽的流量控制系統的鏈路中所傳輸的包格式。
鏈路中傳輸的包格式包含有兩種數據包格式和流控包格式。
數據包格式如圖1所示，其包括數據包包頭開始標誌符(Start of Data Packet, SDP)，包頭信息(Packet Information, PI)，路由信息(Route Information), 數據包有效載荷(Payload)，包尾校驗欄位(CRC)和數據包包結束符(End of Data Packet, EDP)。
其中，包頭信息包括虛通道號(VCID)、該數據包長度和將要發送數據 包長度(Future Packet Length, FPL)欄位，以及對該欄位進行錯誤檢査和糾 正校驗(Error Checking and Correcting, ECC)值。
路由信息包括每級所要申請的目的埠號。當完成一級路由後，本級路由 信息被交換機扔掉，路由隊頭是下一級交換機的路由地址。
數據包的包尾採用CRC校驗方法，校驗從包頭到有效載荷的最後一個字 節的信息。
流控包格式如圖2所示，包括流控包包頭開始標誌符(Start of Flow Control Packet, SFP)，信譽欄位包和流控包包結束符(End of Flow Control Packet, EFP)。信譽欄位包括虛通道號(VC ID)，信譽值，以及錯誤檢査和糾正校 驗(Error Checking and Correcting, ECC)位。ECC能夠糾正錯誤，從而保證 流控包的正確性。
如圖3所示，本發明的基於信譽的流量控制系統，包括多個發送端和接收 端的交換機裝置31，所述交換機裝置31包括多個埠模塊32，虛通道0、虛 通道l、……、虛通道m的路由模塊36，仲裁模塊37，交叉互聯(未示出)， 所述埠模塊包括發送模塊33，接收模塊35和流控模塊34。
所述路由模塊36用於根據數據包提供的目的埠，申請相應的埠進行 數據傳輸。
在本發明中，為了支持資源預分配，路由模塊36還給流控模塊34提供已
仲裁成功，但還在緩存區中有剩餘數據的，未傳送完的數據空間，進行資源預 分配計算。
預分配空間(PreAllocSpace: Pre-allocated Space)是指已仲裁成功，但還 在緩存區中有剩餘數據的，未傳送完的數據空間值。
仲裁模塊37用於根據優先級和信譽值對有輸入請求的數據包進行仲裁判斷。
仲裁模塊37將把發送模塊33授權給優先級最高且數據包長度小於流控模 塊34提供的當前遠端信譽值的輸入請求。
如果裁決成功，數據包將通過交叉互聯到達目的埠；如果裁決不成功， 則該數據包還保存在接收緩存區中等待下次仲裁的結果。
本發明中的仲裁模塊37，還包括記錄子模塊38，用於根據輸入請求記錄 仲裁失敗的數據包長度(FPL)值。
該仲裁失敗的數據包長度值，即仲裁失敗FPL值，可以是所有仲裁失敗 數據包中長度最小的數據包長度值，即仲裁失敗最小FPL值；也可以是所有 仲裁失敗的數據包長度值的平均值，即仲裁失敗平均FPL值；也可以是所有 仲裁失敗的最長數據包長度值，即仲裁失敗最大FPL值。還可以是其它的確 定的仲裁失敗的數據包長度(FPL)值等。
仲裁失敗FPL值表示上遊發送端的發送模塊33將要發送到下遊接收端的 接收模塊35的數據包的長度值，也可以稱為未來FPL值。
在本發明中，以該仲裁失敗FPL值為仲裁失敗最小FPL值為例而對本發 明進行說明，但本實施例同樣適用於仲裁失敗平均FPL值、仲裁失敗最大FPL 值或者其它確定的仲裁失敗的數據包FPL值的實施方式。
記錄子模塊38根據輸入請求提供仲裁失敗FPL值給發送模塊33，該值是 仲裁失敗的數據包長度值。
較佳地，如果仲裁過程中沒有失敗的數據包，則該仲裁失敗FPL值被賦 值為默認值，所述的默認值是根據網絡流量統計分析出的數據包的平均包長， 作為對包長的一般估計。
發送模塊33用於發送數據包和流控包。
當發送模塊33完成鏈路初始化過程後，進入等待發送的狀態；如果有數 據包發送請求，發送模塊33將根據數據包格式把數據包發送出去；同時，發 送模塊33時時檢測有無流控包請求發送，即使在發送數據包過程中，如果有
流控包請求，發送模塊33也能夠把流控包插入到數據包中，以保證流控信息
的及時性(即及時發送流控包)。
發送模塊33發送流控包中的新信譽值(New—Credit)由流控模塊34提供。
發送模塊33同時檢測發送的數據是否已經達到1個信譽塊，如果達到， 則通知本地的流控模塊34對當前遠端信譽值進行自減1操作。
為了支持本發明的基於信譽的流量控制系統，發送模塊33還把仲裁模塊 37提供的仲裁失敗FPL值(未來FPL值)嵌入到數據包中發送出去。
該仲裁失敗FPL值作為通知對方接收端的接收模塊35未來將要發送的數 據包長度，由發送模塊33傳送給對方接收端的接收模塊35，再由接收端的接 收模塊35提取出後傳送給接收端的流控模塊34。
較佳地，所述發送模塊33還包括FPL寄存器39，用於接收仲裁模塊37 中的記錄子模塊38記錄的仲裁失敗FPL值，並由發送模塊33在發送數據包 時，發送給接收端的接收模塊35。
接收模塊35用於從接收數據流中提取數據包和流控包。 當接收模塊35完成鏈路初始化過程後，就進入等待接收狀態。 接收模塊35中包含虛通道0、虛通道l、……、虛通道m接收緩存區，
用來暫存網絡上的數據包。
在接收數據包的過程中，接收模塊35還不停地檢測是否有流控包插入到
數據包中；如果有，則把嵌入到數據包的流控包提取出來。
本發明中，接收模塊35根據接收到的流控包，在接收數據包的過程中，
接收模塊還在不停檢測是否有流控包插入到數據包中。如果有，需要把嵌入到
數據包的流控包提取出來。
接收模塊35向流控模塊34提供四個參數
第一個參數為Creditof (FreeSpace)，其中，FreeSpace表示當前緩存區 中空閒空間，Creditof (FreeSpace)是對FreeSpace按信譽塊大小進行規整化 操作，該參數用於流控模塊34進行流控包發送時機判斷和生成新的本地信譽
值；
第二個參數為New—Credit, New—Credit表示接收模塊35從對方發送流控 包中提取的新信譽值。接收模塊35將通知流控模塊34進行遠端信譽值更新操 作，該值含義是本地發送模塊33能夠發送的最大數據量。
第三個參數為通知流控模塊34本地信譽值自減1 。接收模塊35每當接收 到一個信譽塊數據量時，通知流控模塊34把本地信譽值進行自減1操作。
第四個參數為仲裁失敗FPL值(即將要發送數據包長度值，未來FPL值)， 接收模塊35要從接收到的數據包中抽取提前通知的仲裁失敗FPL值，把該值 發送給流控模塊34。
較佳地，所述接收模塊35，還包括提取子模塊310，用於從接收到的包數 據中提取仲裁失敗FPL值，把該仲裁失敗FPL值傳送給接收端的流控模塊34 進行判斷。
流控模塊34用於在發送過程中，向仲裁模塊37提供當前遠端信譽值，並 把流控參數提供給發送模塊33，請求發送模塊33發送該值給接收端；在接收 過程中，把接收端的接收流控參數一新信譽值(New—Credit)—賦值到流控模 塊中的遠端信譽值。
流控模塊34中包括兩個計數器。 一個是遠端信譽值計數器312 (RemoteCreditCnt)，該計數器312表示從上次接收到對方流控包後，還剩餘 的信譽值。發送模塊33用該信譽值來判斷能否發送數據包；另一個是本地信 譽值計數器313 (LocalCreditCnt)，該計數器313表示從上次發送流控包給對 方後，本地還剩餘的信譽值，該計數器313在大小上，約等於對方的遠端信譽 計數器312的值，是對該值的一個估計，有了該計數器313後，本地流控模塊 34就可以估計對方發送模塊33能夠發送的數據量大小。
流控模塊34根據發送模塊33的指示對遠端信譽值計數器312 (RemoteCreditCnt)進行自減l操作，根據接收模塊35的指示對本地信譽值 計數器313 (LocalCreditCnt)進行自減l操作。
在本發明中，流控模塊34還要根據當前緩存區空閒空間和預分配的空閒 空間，判斷一個合適的時機發送流控包。該時機一方面能夠保證數據包不斷流， 另一方面還能夠儘量減少流量控制信息對物理帶寬的開銷，減少對正常數據通
信的影響，提高數據吞吐率，減少數據包平均等待時間，同時能夠適應不同數 據流對流量控制的影響。
較佳地，所述流控模塊34，還包括判斷子模塊311，用於當接收端的發送
模塊33有數據包發送給發送端的接收模塊35時，根據接收到發送端的發送模 塊33發送來的仲裁失敗FPL值，與當前接收端的剩餘本地信譽值和當前資源 剩餘相比較，判斷是否發送流控包給上遊埠模塊。
接收端的流控模塊34接收到仲裁失敗FPL值後，與當前的剩餘信譽值進 行比較
如果當前剩餘值足以滿足數據包的長度需求，則不發送流控包； 否則，如果不滿足，則讀取當前接收端的接收模塊35中緩存區的資源剩 餘情況，包括當前空閒資源情況和預分配空間資源情況，判斷資源剩餘情況 如果緩存區的資源剩餘能夠滿足數據包長度，就立即發送流控包給發送端
的接收模塊35;
否則就不發送流控包，並繼續讀取並判斷當前接收端的接收模塊35中緩 存區的資源剩餘情況，直至能夠滿足數據包長度，發送流控包給發送端的接收 模塊35為止。
下遊接收端的發送模塊33發送流控包的同時，將下遊接收端的流控模塊 34中本地信譽值計數器313 (LocalCreditCnt)更新為新信譽值；
上遊發送端的接收模塊35接收到該流控包後，傳送給發送端的流控模塊 34，流控模塊34則把的遠端信譽值計數器312 (RemoteCreditCnt)更新為新 信譽值。
這樣，本發明基於信譽的流量控制系統和裝置，通過流控模塊34中的判 斷子模塊311進行判斷，選擇流控包發送的時機，並選取一個適合的時機發送， 就能達到及時而準確的流量控制效果。
下面結合本發明的基於信譽的流量控制系統和裝置，如圖4，圖5，圖6A， 圖6B和圖6C所示，進一步詳細說明本發明的基於信譽的流量控制方法
其中，圖4為發送模塊33發送數據包或者流控包過程流程圖；圖5為接 收模塊35接收數據包或者流控包過程流程圖；圖6A為流控模塊34遠端信譽 值計數器312工作過程流程圖；圖6B為流控模塊34本地信譽值計數器313
工作過程流程圖；圖6C為流控模塊34發送流控包過程流程圖。
步驟S100,如圖4，圖5所示，在初始化階段，上遊發送端的流控模塊
34把遠端信譽計數器312 (RemoteCreditCnt)初始化為接收緩存區大小的信譽
值，用creditof (RxBuf)表示。
其中，creditof (X)表示對X變量按照信譽值進行規整化操作。 RxBuf表示接收端接收模塊35中緩存區大小，初始化階段接收模塊35中
接收緩存區空閒空間的大小就是接收緩存區大小本身。
同時，下遊接收端流控模塊34的本地信譽值計數器313 (LocalCreditCnt) 也分別被初始化為creditof (RxBuf)。
步驟S200，如圖4，圖5，圖6A，圖6B，圖6C所示，為正常工作階段。
步驟S210，發送端的發送模塊33請求向接收端的接收端塊傳送數據包時， 發送端的流控模塊34把當前遠端信譽計數器(RemoteCreditCnt)中的信譽值 傳送給發送端的仲裁模塊37，發送端仲裁模塊37根據傳輸請求和該信譽值進 行仲裁，同時，根據傳輸請求向發送模塊33提供仲裁失敗FPL值。
仲裁模塊37為保證公平性，採用最近一次得到服務的優先級最低的方法 保證公平性，同時仲裁模塊37還要考慮數據包長度，把申請傳輸的數據長度 和當前的遠端信譽值進行比較。
仲裁模塊37將授權給優先級最高且包長小於信譽值的數據包，使該數據 包能夠到達目的埠。
仲裁模塊37還將把仲裁失敗中FPL值記錄下來，發送給發送端的發送模 塊33中的FPL寄存器39。如果沒有仲裁失敗的數據包，該仲裁失敗FPL值 被賦值為默認值。
上遊發送端的發送模塊33將把仲裁成功的數據包根據數據包格式進行發 送，同時仲裁失敗FPL值也將隨數據包發送。
同時，每發送一個信譽塊的數據量，則發送端的發送模塊33通知發送端 的流控模塊34把當前遠端信譽值自減1 (RemoteCreditCnt = RemoteCreditCnt -1)，當該信譽值被減到沒有一個發送請求能夠滿足後，發送模塊33不能夠發 送該虛通道數據，該虛通道處於停止等待狀態。
步驟S220,該仲裁失敗FPL值作為通知對方未來將要發送的數據包長度 傳送給接收端的接收模塊35，再由接收模塊35提取出後傳送給接收端的流控 模塊34。
發送端的發送模塊33接收仲裁模塊37記錄的仲裁失敗FPL值，並由發 送模塊33在發送數據包時，嵌入該仲裁失敗FPL值到數據包，發送給接收端 的接收模塊35。
步驟S230，接收端的接收模塊35接收發送端發送的數據包，把發送端發 送的仲裁失敗FPL值發送給接收端的流控模塊34，並提供當前緩存區中空閒 空間(FreeSpace)給接收端的流控模塊34。
接收端的路由模塊36還給流控模塊34提供已仲裁成功，但還在緩存區中 有剩餘數據的，未傳送完的數據空間的預分配空間，進行資源預分配計算。
同時，下遊接收端的接收模塊35接收到一個信譽塊大小的數據流量時， 通知下遊接收端的流控模塊34的當前本地信譽值自減1 (LocalCreditCnt = LocalCreditCnt - 1)。
步驟S240，接收端根據下遊接收端和上遊發送端數據包發送的情況，以 及接收到發送端的發送模塊33的發送來的仲裁失敗FPL值與當前接收端的剩 餘本地信譽值和當前資源剩餘相比較，判斷是否發送流控包給發送端的接收模 塊35。
步驟S241，當下遊接收端沒有數據包發送到上遊發送端時，不存在流控 包和數據包之間的鏈路競爭關係，此時下遊接收端將不斷發送流控包給上遊發 送端的接收模塊35，保證流控信息的及時性。
作為一種可實施的方式，該流控包中包含的信譽值為 New—Credit=FreeCreditdW=creditof(FreeSpace)+creditof(PreAllocSpace) 其中，FreeCrediW表示下遊空閒信譽值； FreeSpace表示沒有存放任何數據的空閒空間； PreAllocSpace表示已調度成功的數據包中剩餘在緩存區的空間； 步驟S242，當下遊接收端的發送模塊33有數據包發送給上遊發送端的接 收模塊35時，接收端的數據包和流控包存在競爭關係，則根據接收到的仲裁 失敗FPL值與當前接收端的剩餘信譽值相比較，判斷是否發送流控包給發送 端。
在步驟S242中，根據接收到的仲裁失敗FPL值與當前接收端的剩餘信譽 值相比較，判斷是否發送流控包給發送端，具體包括下列步驟
步驟S2421，接收端的流控模塊34接收到仲裁失敗FPL值後，與當前的
剩餘信譽值進行比較；
步驟S2422，如果當前剩餘值足以滿足數據包的長度需求，即剩餘值大於 仲裁失敗FPL值，則不發送流控包；
步驟S2423，否則，如果不滿足，則讀取當前接收端的接收模塊35中緩 存區的資源剩餘情況，包括當前空閒資源情況和預分配空間資源情況，判斷資 源剩餘情況
預分配空間，是指已仲裁成功，但還在緩存區中有剩餘數據的，未傳送完 的數據空間值。
空閒資源，是指接收模塊35中緩存區中沒有使用的或者已經釋放所緩存 數據的緩存空間大小。
步驟S2424，如果緩存區的資源剩餘能夠滿足將要發送數據包長度，就立 即通過接收端的發送模塊33發送流控包給發送端的接收模塊35;
步驟S2425，否則就不發送流控包，並繼續讀取並判斷當前接收端的接收 模塊35中緩存區的資源剩餘情況，直至能夠滿足數據包的長度的發送需求， 從而發送流控包給發送端的接收模塊35為止。
作為本發明可實施的一種方式，如圖6C所示，為了防止上遊發送端由於 沒有信譽值出現斷流，同時也避免發送多餘流控包造成鏈路帶寬浪費，根據如 式(1)和式(2)的條件判斷是否發送流控包到上遊發送端。
如果下遊接收端的剩餘信譽值為
RemainCreditdw =LocalCreditCnt;下遊接收端的接收緩存區中空閒空間為 FreeCreditdw=creditof(FreeSpace)+creditof(PreAllocSpace)
則當
RemainCreditdw < creditof(FPL) + creditof(RTT X B W) (1)
FreeCreditdw >= creditof(FPL)十creditof(RTT X B W) ( 2)
成立時，接收端的流控模塊34通過發送模塊33發送流控包。
Creditof (FPL)是對FPL進行按信譽塊大小進行規整化操作。
即當式(1)和式(2)同時滿足時，接收端的流控模塊34通過接收端的 發送模塊33發送流控包到發送端的接收模塊35，其中包含新的流控信譽值
FreeCreditdw ，該值將更新上遊發送端的流控模塊34的遠端信譽值 RemoteCreditCnt=FreeCreditdw ; 同時下遊也更新本地信譽值 LocalCreditCnt=FreeCreditdw 。
也就是說，如果當前下遊接收端仍然具備足夠的空間能夠容納FPL長度 的數據包，則上遊發送端的發送模塊33將會繼續發送，鏈路將不會斷流。
較佳地，由於上遊發送端和下遊接收端鏈路延遲，還考慮creditof(RTTX BW)，來排除該差異。
其中，RTT (Round Trip Time)表示物理鏈路迴環時間；
BW表示物理鏈路帶寬；
RTT X B W表示在該迴環時間內所包含的流控信息。
Creditof (RTTXBW)表示對RTTXBW進行按信譽塊大小進行規整化操作。
步驟S250，下遊接收端的發送模塊33發送流控包的同時，將下遊接收端 的流控模塊34中本地信譽值計數器313 (LocalCreditCnt)中的信譽值更新為 新的信譽值FreeCreditdw，艮卩LocalCreditCnt= FreeCreditdw;
步驟S260，上遊發送端的接收模塊35接收到該流控包後，傳送給發送端 的流控模塊34，流控模塊34則把的當前遠端信譽值計數器312 (RemoteCreditCnt )中的信譽值更新為新的信譽值FreeCreditdw ，即 RemoteCreditCnt=FreeCreditdw 。
本發明的基於信譽的流量控制方法，通過下遊接收端的流控模塊34採用 仲裁失敗FPL值比較當前剩餘信譽值。如果當前剩餘值足以滿足長度需求， 就不發送流控包；相反如果不能滿足，就觀察當前緩存區資源剩餘情況，包括 當前空閒和預分配空間的資源剩餘情況；如果資源能夠滿足將要發送數據包長 度，就立即發送數據包，否則不發送流控包。其不會盲目發送流控信息，只會 根據當前數據流情況，在需要發送的情況下，立即發送流控包，來保證鏈路高 效的利用率。
以上對本發明的具體實施例進行了描述和說明，這些實施例應被認為其只 是示例性的，並不用於對本發明進行限制，本發明應根據所附的權利要求進行 解釋。
權利要求
1、一種基於信譽的流量控制系統，包括多個發送端和接收端的交換機裝置，所述交換機裝置包括多個埠模塊，仲裁模塊和路由模塊；所述埠模塊包括發送模塊，接收模塊，流控模塊；所述接收模塊包括多個虛通道接收緩存區；其特徵在於所述仲裁模塊，還包括記錄子模塊，用於根據傳輸請求記錄仲裁失敗FPL值；所述流控模塊，還包括判斷子模塊，用於當接收端的發送模塊有數據包發送給發送端的接收模塊時，根據接收到發送端的發送模塊發送來的仲裁失敗FPL值，與當前接收端的剩餘本地信譽值和當前資源剩餘相比較，判斷是否發送流控包給發送端的接收模塊。
2、 根據權利要求1所述的基於信譽的流量控制系統，其特徵在於 所述發送模塊還包括FPL寄存器，用於接收仲裁模塊中的記錄子模塊記錄的仲裁失敗FPL值，並由發送模塊在發送數據包時，發送給接收端的接收 模塊；所述接收模塊，還包括提取子模塊，用於從接收到的包數據中提取仲裁失 敗FPL值，把該仲裁失敗FPL值傳送給接收端的流控模塊進行判斷。
3、 根據權利要求1或2所述的基於信譽的流量控制系統，其特徵在於， 所述判斷子模塊判斷是否發送流控包給發送端的接收模塊，是指如果當前剩餘值足以滿足將要發送數據包的長度需求，則不發送流控包；否則，如果不滿足，則觀察並讀取當前接收端的接收模塊中緩存區的資源 剩餘情況，判斷資源剩餘情況；如果緩存區的資源剩餘能夠滿足將要發送數據包長度，就立即發送流控包 給發送端的接收模塊；否則就不發送流控包，並繼續讀取並判斷當前接收端的接收模塊中緩存區 的資源剩餘情況，直至能夠滿足將要發送數據包長度，發送流控包給發送端的 接收模塊為止。
4、 根據權利要求3所述的基於信譽的流量控制系統，其特徵在於所述路由模塊還用於給流控模塊提供已仲裁成功，但還在緩存區中有剩餘 數據的，未傳送完的預分配空間，進行資源預分配計算。
5、 根據權利要求4所述的基於信譽的流量控制系統，其特徵在於，所述 資源剩餘包括當前空閒資源情況和預分配空間資源情況。
6、 根據權利要求4所述的基於信譽的流量控制系統，其特徵在於，所述 接收模塊還用於接收數據包的過程中，不停檢測是否有流控包插入到數據包 中；如果有，需要把嵌入到數據包的流控包提取出來，並向流控模塊提供參數。
7、 根據權利要求6所述的基於信譽的流量控制系統，其特徵在於，所述參數包括以下四個參數第一個參數用於流控模塊進行流控包發送時機判斷和生成新的本地信譽 值的當前空閒緩存空間；第二個參數用於接收模塊從對方發送流控包中提取的新信譽值；第三個參數用於通知流控模塊本地信譽值自減1;第四個參數為仲裁失敗FPL值。
8、 根據權利要求1或2所述的基於信譽的流量控制系統，其特徵在於， 所述流控模塊包括兩個計數器，一個是遠端信譽值計數器表示從上次接收到對 方流控包後，還剩餘的信譽值，發送模塊用該信譽值來判斷能否發送數據包； 另一個是本地信譽值計數器，該計數器表示從上次發送流控包給對方後，本地 還剩餘的信譽值。
9、 根據權利要求1或2所述的基於信譽的流量控制系統，其特徵在於， 所述記錄子模塊記錄仲裁失敗FPL值時，如果仲裁過程中沒有失敗的數據包， 則該仲裁失敗FPL值被賦值為系統默認值。
10、 根據權利要求9所述的基於信譽的流量控制系統，其特徵在於，所述 默認值是根據網絡流量統計分析出的數據包的平均包長，作為對包長的一般估 計。
11、 根據權利要求1或2所述的基於信譽的流量控制系統，其特徵在於， 所述仲裁失敗FPL值，或者為仲裁失敗最小FPL值；或者為仲裁失敗平均FPL 值；或者為仲裁失敗最大FPL值。
12、 一種基於信譽的流量控制的交換機裝置，包括多個埠模塊，仲裁模塊和路由模塊；所述埠模塊包括發送模塊，接收模塊，流控模塊； 所述接收模塊包括多個虛通道接收緩存區； 其特徵在於所述仲裁模塊，還包括記錄子模塊，用於根據傳輸請求向發送模塊提供仲 裁失敗FPL值；所述流控模塊，還包括判斷子模塊，用於當接收端的發送模塊有數據包發 送給發送端的接收模塊時，根據接收到發送端的發送模塊發送來的仲裁失敗 FPL值，與當前接收端的剩餘信譽值和當前資源剩餘相比較，判斷是否發送流 控包給發送端的接收模塊。
13、 根據權利要求12所述的基於信譽的流量控制的交換機裝置，其特徵 在於-所述發送模塊還包括FPL寄存器，用於接收仲裁模塊中的記錄子模塊記 錄的仲裁失敗FPL值，並由發送模塊在發送數據包時，發送給接收端的接收 模塊；所述接收模塊，還包括提取子模塊，用於從接收到的包數據中提取仲裁失 敗FPL值，把該仲裁失敗FPL值傳送給接收端的流控模塊進行判斷。
14、 根據權利要求12或13所述的基於信譽的流量控制的交換機裝置，其 特徵在於，所述路由模塊還用於給流控模塊提供己仲裁成功，但還在緩存區中 有剩餘數據的，未傳送完的預分配空間，進行資源預分配計算。
15、 根據權利要求14所述的基於信譽的流量控制的交換機裝置，其特徵 在於，所述接收模塊還用於接收數據包的過程中，不停檢測是否有流控包插入 到數據包中；如果有，需要把嵌入到數據包的流控包提取出來，並根據流控包的信譽值 向流控模塊提供參數。
16、 根據權利要求12或13所述的基於信譽的流量控制的交換機裝置，其 特徵在於，所述仲裁失敗FPL值，或者為仲裁失敗最小FPL值；或者為仲裁 失敗平均FPL值；或者為仲裁失敗最大FPL值。
17、 一種基於信譽的流量控制方法，其特徵在於，包括下列步驟 步驟A，發送端的發送模塊請求向接收端的接收模塊傳送數據包時，發送端的流控模塊把當前遠端信譽值傳送給發送端的仲裁模塊，發送端仲裁模塊根 據傳輸請求和該信譽值進行仲裁，同時，根據傳輸請求向發送模塊提供仲裁失敗FPL值；步驟B，該仲裁失敗FPL值傳送給接收端的接收模塊，再由接收模塊提 取出後傳送給接收端的流控模塊；步驟C，接收端的接收模塊接收發送端發送的數據包，把發送端發送的仲 裁失敗FPL值發送給接收端的流控模塊，並提供當前緩存區中空閒空間給接 收端的流控模塊；步驟D，接收端根據接收端和發送端數據包發送的情況，以及接收到發送 端的發送模塊的發送來的仲裁失敗FPL值與當前接收端的剩餘信譽值相比較， 判斷是否發送流控包給發送端的接收模塊。
18、 根據權利要求17所述的基於信譽的流量控制方法，其特徵在於，還 包括下列步驟-步驟E，接收端的發送模塊發送流控包的同時，將接收端的流控模塊中當 前的本地信譽值更新為新的信譽值；步驟F，發送端的接收模塊接收到該流控包後，傳送給發送端的流控模塊， 流控模塊則把的當前遠端信譽值更新為新的信譽值。
19、 根據權利要求18所述的基於信譽的流量控制方法，其特徵在於，所 述步驟A之前還包括下列步驟步驟A'，發送端的流控模塊把當前的信譽值初始化為接收緩存區大小的 信譽值。
20、 根據權利要求17至19任一項所述的基於信譽的流量控制方法，其特 徵在於，所述步驟D包括下列步驟步驟D1，當接收端沒有數據包發送到發送端時，不存在流控包和數據包 之間的鏈路競爭關係，此時接收端將不斷發送流控包給發送端的接收模塊；步驟D2，當接收端的發送模塊有數據包發送給發送端的接收模塊時，數 據包和流控包存在競爭關係，則根據接收到的仲裁失敗FPL值與當前接收端 的剩餘信譽值相比較，判斷是否發送流控包給發送端。
21、 根據權利要求20所述的基於信譽的流量控制方法，其特徵在於，所 述步驟D2中，根據接收到的仲裁失敗FPL值與當前接收端的剩餘信譽值相比 較，判斷是否發送流控包給發送端，包括下列步驟 步驟D21，接收端的流控模塊接收到仲裁失敗FPL值後，與當前的剩餘 信譽值進行比較；步驟D22，如果當前剩餘值足以滿足數據包的長度需求，則不發送流控包;步驟D23，否則，如果不滿足，則讀取當前接收端的接收模塊中緩存區的 資源剩餘情況，判斷資源剩餘情況步驟D24，如果緩存區的資源剩餘能夠滿足數據包長度，就通過接收端的 發送模塊發送流控包給發送端的接收模塊；步驟D25，否則就不發送流控包，並繼續讀取並判斷當前接收端的接收模 塊中緩存區的資源剩餘情況，直至能夠滿足數據包的長度的發送需求，從而發 送流控包給發送端的接收模塊為止。
22、 根據權利要求17至19任一項所述的基於信譽的流量控制方法，其特 徵在於，所述步驟A還包括下列歩驟如果沒有仲裁失敗的數據包，則該仲裁失敗FPL值被賦值為系統默認值。
23、 根據權利要求17至19任一項所述的基於信譽的流量控制方法，其特 徵在於，所述仲裁失敗FPL值或者為仲裁失敗最小FPL值或者為仲裁失敗 平均FPL值；或者為仲裁失敗最大FPL值。
全文摘要
本發明公開了一種基於信譽的流量控制系統、裝置和方法。該系統包括多埠交換機裝置。交換機裝置包括多個埠模塊，仲裁模塊和路由模塊；埠模塊包括發送模塊，接收模塊和流控模塊；接收模塊包括多個虛通道接收緩存區。仲裁模塊還包括記錄子模塊，用於根據傳輸請求記錄仲裁失敗FPL值；流控模塊還包括判斷子模塊，用於當接收端的發送模塊有數據包發送給發送端的接收模塊時，接收端的流控模塊根據接收到發送端的發送模塊發送來的仲裁失敗FPL值，與當前接收端的剩餘本地信譽值和當前資源剩餘相比較，判斷是否發送流控包給發送端的接收模塊。其提高了數據通信網絡的流量控制方法的效率，並提高了交換網絡中鏈路和緩存區資源的利用率。
文檔編號H04L12/56GK101115008SQ20071012075
公開日2008年1月30日 申請日期2007年8月24日 優先權日2007年8月24日
發明者劉新春, 安學軍, 政 曹, 王達偉 申請人:中國科學院計算技術研究所