高性能并行分组交换结构的研究

随着高速宽带通信网络的发展,网络设备的交换能力正成为制约现代网络发展的主要瓶颈之一。并行交换结构能够极大提升网络设备的交换能力,使网络设备拥有更高的交换容量和交换速率,以支持更多的网络业务。本文从交换结构模型的角度较深入的研究了高速路由器调度算法,并在基于参考交换结构和库存论原理对并行分组交换(PPS)结构稳定工作进行定义的基础上,分别分析了无输入缓存PPS和带输入缓存PPS稳定工作的充要条件。     

并行分组交换研究综述

随着链路速率和存储器速率发展差距的日益增大,并行分组交换逐渐成为构建高速交换系统的一种流行方案.在给出了并行分组交换的基本结构和相关定义的基础上,对近年来国内外并行分组交换的研究方法和技术进行了阐述,包括高速率大容量并行分组交换研究、支持服务质量保证的并行分组交换研究和支持组播的并行分组交换研究.通过分析对比各种已有研究的优缺点,对并行分组交换的下一步研究方向进行了展望.     

并行分组交换中基于分路的分布式负载平衡技术

负载平衡是并行分组交换的一项关键技术,目前已知在高速率查表后应用负载平衡技术可取得良好效果,但在OC768(40Gbps)甚至OC3072(160Gps)下进行包处理工作是很困难的.基于分路包处理和分路负载平衡的思想,提出一种基于分路的分布式负载平衡控制结构和DDPA算法,依据工程设计考虑,还提出基于丢包策略的DDPA算法,对它们的有效性做出证明并定量地计算出其关键参数.     

一种支持变长分组的CIOQ交换结构

在分析了组合输入输出排队结构的基础上,对传统CIOQ(Combined Input—Output Queued)的输出队列进行扩展和在内部交换结构中采用并行传送的方式,实现了交换调度的分布式操作和内部无加速的CIOQ交换;又通过将输出队列的状态信息反压到输入端和在输出端采取基于整包调度的算法,实现了对变长分组的交换,减小了定长信元交换中分组切割和重组的开销。     

PPS的集中和分布式并行分组交换算法分析

集中式并行分组交换算法（Centratized Parallel Packet Switch Algorithm,CPA)和分布式并行分组交换算法（Distribntd Parallel Packet Switch Algoritlun,DPA)是目前并分行分组交换（Parallel Packet Switch,PPS研究中的典型算法,该文对两种算法进行了描述及理论分析和性能比较,作出了两种算法的应用性分析,探讨了DPA算法实现需要继续研究和解决的几个关键问题。     

一种支持单组播集成调度的并行分组交换结构*

针对已有基于单芯片交换结构的单组播集成调度算法在高速链路环境下无法在一个时隙内完成一次调度的问题,提出了一种支持单组播集成调度的并行分组交换结构UMSPPS（Uni-and multicast supported parallel packet switch）。通过动态地调整单播平面数和组播平面数,UMSPPS可以支持任意比例的单组播混合业务。仿真结果表明,在各种比例的单组播业务情况下,UMSPPS的时延总是低于FILM和f SCIA,并且具有最优的总体吞吐率。     

分组交换网络中的调度算法研究分析

该文讨论了分组交换网络中的调度算法,从交换结构模型的角度对现有的调度算法进行了分类和比较,对该领域的成果进行了较全面的总结,对当前研究的新热点进行了重点分析,为进一步的研究提出了新的课题和思路。     

支持QoS的异构并行交换结构研究

不同类型的交换结构具有不同的交换性能。为此,提出一种支持QoS的异构并行交换结构(HPSA),该结构支持3种类型的业务：保障带宽(GB)业务,保障时延(GD)业务和保障丢包(GL)业务。各业务通过HPSA的不同类型平面被交换,从而实现对各类业务的QoS支持。仿真结果表明,HPSA中的GB业务带宽性能、GD业务时延性能及GL业务丢包率性能,均优于它们在基于iSLIP算法的IQ交换结构和基本PPS结构中的性能。     

并行分组交换结构的分析与设计

论文在应用负载平衡条件对并行分组交换(PPS-parallelpacketswitch)结构稳定性进行定义的基础上,分析PPS结构业务分配算法的约束条件以及PPS分层和内部加速比的选取范围,根据分析结果给出一种PPS结构的设计步骤,为PPS结构的实现提供了理论基础。     

高性能交换结构综述

简述交换结构分类,从交换体系结构、调度算法和QoS保证等方面分别介绍了当前研究较多的单级、多级和多平面多级等多种交换网络,并简述这些交换网络的关键要素和研究结果,对比它们的实现复杂度、可扩展性、吞吐率、QoS保证等,指出高速交换结构发展中值得研究的若干问题,为进一步研究高速交换结构提供参考.     

并行分组交换中负载平衡充要条件的分析

负载平衡是并行分组交换(PPS-parallelpacketswitch)结构的一项关键技术,该文对带缓存PPS结构中负载平衡的充要条件进行了研究。首先基于守恒原理建立流体并行交换的流量守恒方程,并分析流体并行交换中负载平衡的充要条件,在此基础上建立PPS的流量守恒方程,并定义PPS负载平衡,分析PPS负载平衡算法应该满足的充要条件。     

一种新的PPS流量分配算法及分析

该文提出并分析一种新的并行分组交换(PPS)流量分配算法NF-UA,首先证明NF-UA算法是均匀流量分配算法,在计算出输入端口高速缓存写入Cell的速度的基础上确定了高速缓存的最小值和PPS结构的相对时延,与已有的算法相比,NF-UA算法性能良好。     

一种基于输入排队的并行交换结构

并行交换结构能够将多个G比特级的交换结构组建成T比特级(甚至更高级)的交换系统,从而极大提升网络设备的交换能力.本文基于输入排队提出一种只需要低速率缓存和支持包保序的新型并行交换结构VOIQ-PSA,对该交换结构的稳定性进行了理论分析,并通过仿真实验将VOIQ-PSA与目前已提出的其它并行交换结构在时延性能方面进行比较.实验结果表明,VOIQ-PSA交换结构的时延性能优于其它并行交换结构,并且非常适合高速网络环境.     

一种维序的基于组合输入输出排队的并行交换结构

提出一种按序排队(in-order queuing,简称IOQ)PPS体系结构,通过在分流控制器引入固定尺寸的缓冲区,实现负载在每个交换平面的均匀分配;中间层组合输入输出排队(combined input-and-output queuing,简称CIOQ)交换平面受控于中央调度器,在每个时间槽(timeslot),中央调度器将同一种匹配实施到每一个交换平面,称之为同步调度策略.可以证明,在该体系结构下,轮询(round robin)分派算法配合同步调度策略可以保证同一条流的信元按序从交换平面读出.进一步提出了严格最长队列优先同步调度算法,极大地减少了中央调度器需要维护的状态信息和信元重定序开销.与目前主流的PPS设计相比,IOQPPS(in-order queuing parallel packet switch)实现机制简单,易于硬件实现.模拟结果表明,IOQPPS具有最优的延迟性能.     

非阻塞分组交换网络的系统模型与性能分析

本文建立了具有输入与输出缓冲器非阻塞分组交换网络的排队模型,得出了平均排队长度、平均等待时间和饱和吞吐量的结果,指出可通过增加交换容量和降低先进先出的排队规则的限制来提高分组交换的吞吐量,最后提出了一种限制交换容量具有重复竞争机制的改进方案,对分组丢失概率进行了定量分析。从而确定了该结构的指标体系。     

基于包簇映射架构的包漂移策略研究

数据中心资源分配问题一直以来都是国内外研究的热点问题。鉴于此,在包簇框架下提出一种包漂移策略。该策略首先利用“包簇”模型的分层思想降解虚拟机与服务器之间的映射复杂度,根据簇上资源负载,采用模糊C均值聚类方法(FCM)对其进行分区;然后根据最大相关性算法选择包加入待漂移队列,并设置该队列中包的处理优先级;最后依据漂移成本和资源匹配度构建概率模型为待漂移包挑选最佳的目标簇。在CloudSim仿真平台对文中包漂移策略进行实验仿真,结果表明该方案能有效提高数据中心服务质量和资源利用率,同时在降低能耗方面也有不错的表现。