一种可提供QoS保障的新型交换结构

本文采用带缓存交叉开关作为核心交换单元,构建了一种空分复用扩展的联合输入/交叉节点/输出排队(SDM-CICOQ)交换结构,从理论上证明了当扩展因子为2时,SDM-CICOQ交换结构可以获得100%的吞吐量,并且能够完全模拟输出排队(OQ)交换结构,从而能够提供服务质量(QoS)保障.本文还给出了一种层次化优先级调度(HPS)方案作为SDM-CICOQ交换结构调度机制的工程设计参考,仿真结果表明采用HPS调度方案SDM-CICOQ交换结构可获得良好的性能.     

高性能新型交换结构综述

 目前基于单级交换结构(single-stage switch)集中式调度的路由器已经不能满足Internet网络流量、网络规模和上层应用的快速发展.近年来,旨在提高路由器可扩展性、吞吐率、QoS能力的高性能交换技术,成为路由器技术研究中的一大热点.文章从体系结构、调度策略、QoS特性三个方面对高性能交换结构研究进展进行了综述,以可扩展性、实现复杂度、延迟和吞吐率保证、负载均衡及报文乱序为主要衡量指标分析比较了每一类交换结构调度算法的性能,最后提出下一步的研究课题和思路.     

基于Crossbar Switch结构的多层AMBA高速总线的设计及其应用

为了解决片上系统总线有限带宽的瓶颈,提出了一种快速的将标准AMBA总线升级为交叉开关式(Crossbar Switch)的多层AMBA总线的互联架构,该总线架构已经使用Synosys工具0.18μmCMOS技术工艺进行设计,并且采用电子系统级(ESL)测试方法搭建系统环境对总线进行验证.此总线架构已经成功应用于Corestar3400DSP的SoC平台设计,极大地提高了AMBA总线的频率和传输带宽,部分解决了片上总线的资源共享问题,为高性能片上系统设计提供了更加灵活的总线架构.     

多核CPU中交叉开关总线的设计

在多核CPU中,当多个处理器核心需要和存储器及输入输出口进行数据存取时就会导致竞争问题,此时传统的总线将会降低系统的性能。而采用CPU-Cache交叉开关无阻塞网络实现点对点的传输则在很大程度上解决了这一问题。本文对交叉开关与传统的共享总线做出比较,并对交叉开关进行全定制电路设计。     

一种基于输入队列的新型交换机结构的研究

日前广泛使用的交换机采用输出队列结构，系统可扩展性差、通信速度有限等缺点。文章提出一种基于输入队列的新型交换机结构，通过采用双口存储器来实现交换机的输入缓冲区，通过多数据包查询技术来提高交换机的通信性能。分析结果表明：文章设计的交换机系统吞吐量可达到理论吞吐量的95．748％．接近于输出队列交换机，但需要的存储器带宽只有输出队列交换机的1/N为交换机的端口数），大大提高了系统的可扩展性。     

Crossbar光交换网络

Crossbar网络是实现高速并行光学处理的一种最重要而有效的光交换网络结构。作为一种无阻塞网络,Crossbar网络具有简单性,易于实现控制,适合于构成光开关矩阵。总结和分析了近20多年来发展的Crossbar光交换网络,介绍了不同Crossbar光交换网络的原理、结构和性能,分析了Crossbar光交换网络的关键技术。目前光学互连网络的发展方向是实现集成大规模光互连。可以预见光学互连网络会朝着更加实用化的方向发展,并在其应用领域发挥越来越重要的作用。     

具有多优先级的输入／输出排队ATM交换机性能分析

本文分析了Ｎ×Ｎ内部无阻塞的输入／输出排队ＡＴＭ交换机在多优先级负载输入下，交换机平均延时、吞吐量与加速因子Ｓ的关系。交换机按时隙（ＳＬＯＴ）同步工作，输入端口的到达过程为贝努利（Ｂｅｒｎｏｕｌｉ）过程，各优先级业务在每个输入端口拥有各自不同的队列，其服务规则都是先来先服务（ＦＣＦＳ）。输入缓冲容量很大，分析时假定为∞；输出缓冲容量为Ｂ（Ｂ≥Ｓ），并有反压（Ｂａｃｋｐｒｅｓｓｕｒｅ）机制保证输出缓冲器不溢出。本文研究了多优先级交换机性能与加速因子Ｓ（１≤Ｓ≤Ｎ）的关系。计算机仿真结果表明理论分析是正确的     

点对多点服务的输入/输出排队ATM交换机性能分析

本文分析了一种具有点对多点服务能力的内部无阻塞输入／输出排队ATM交换机在反压控制下的性能指标。在每个输入端口信元的到达具有相同的强度，每个排头信元以一种相同的概率分布函数被复制成多个输往不同的输出端口的排头信元，复制后的排头柜元到达输出端口的概串相同为1/N，且输入、物出缓冲容量均为有限。为保证交换机内部不发生信元丢失，引入了反压机制（Backpressure）。本文利用矩阵几何分析法绘出了数值解，计算机仿真结果表明理论分析是正确的。     

一种新型负载均衡交叉缓冲交换矩阵(英文)

The fast growth of Internet has created the need for high-speed switches. Recently, the crosspoint-queue switch has attracted attention because of its scalability and high performance. However, the Crosspoint-Queue switch does not perform well under non-uniform traffic. To overcome this limitation, the Load-Balanced Crosspoint-Queued switch architecture has been proposed. In this architecture, a load-balance stage is placed ahead of the Crosspoint-Queued stage. The load-balance stage transforms the incoming non-uniform traffic into nearly uniform traffic at the input port of the second stage. To avoid out-of-order cells, this stage employs flow-based queues in each crosspoint buffer. Analysis and simulation results reveal that under non-uniform traffic, this new switch architecture achieves a delay performance similar to that of the Output-Queued switch without the need for internal acceleration. In addition, its throughput is much better than that of the pure crosspoint-queued switch. Finally, it can achieve the same packet loss rate as the crosspoint-queue switch, while using a buffer size that is only 65% of that used by the crosspoint-queue switch.     

非均匀业务下反压型输入/输出排队ATM交换机的性能分析

本文分析了一种内部无阻塞反压型输入／输出排队ＡＴＭ交换机，在非均匀负载输入下的信元丢失、信元延时指标，文中采用一一种Ｇｅｏｍ／ＰＨ／Ｉ／Ｋ排队模型分析输入排队系统仲裁系统的分析采用了一种二维Ｍａｒｋｏｖ过程，结论对设计一种反压型输入／输出排队ＡＴＭ交换机有参考意义。     

APON系统中交叉连接的研究与实现

介绍了一种用于通信网络的APON无源光网络系统,该系统通过ATM交换模块实现信号的转换与传输,主要讨论了ATM交换的原理、交换单元的结构以及APON系统中交叉连接的实现。     

具有丢失优先级策略的输入／输出排队ATM交换机的性能分析

本文分析了一种输入排队缓冲器有丢失优先级的内部无阻塞输入／输出排队ＡＴＭ交换机在反压控制下的信元丢失指标。在每个输入端口高、低优先级信元的到达具有相同的强度，到达输出端口的概率相同为１Ｎ，且输入、输出缓冲容量均为有限。为保证交换机内部不发生信元丢失，引入了反压机制（Ｂａｃｋｐｒｅｓｓｕｒｅ）。文中表明，使用丢失优先级策略的交换机比纯输入／输出排队交换机更能满足不同业务服务等级ＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）的丢失要求，而且所需缓冲容量减少。     

MUMF-支持单多播公平服务的调度策略

基于联合输入交叉点排队(CICQ,combined input and cross-point queuing)交换结构探讨了单多播混合调度的公平性问题,提出了能够为单多播业务提供混合公平性的CICQ理想调度模型。基于理想调度模型,提出了逼近理想调度模型的MUMF(mixed uni-and multicast fair)调度算法,MUMF调度算法采用了分级和层次化的公平调度机制,通过输入调度和交叉点调度确保单多播业务混合调度的公平性。MUMF交换机制的每个输入、输出端口可独立地进行分组交换,具有良好可扩展特性。最后,基于SPES(switching performance evaluation system)的性能仿真结果表明MUMF调度算法具有良好的时延、公平性和吞吐量性能。     

输入排队 Crossbar 架构下的矩阵模型及 MM-LQF 调度策略

输入排队Crossbar交换是高性能交换设备最为常用而关键的技术之一.本文建立了IQ-Crossbar架构下的矩阵模型,给出了IQ-Crossbar的状态矩阵、队长矩阵、到达矩阵和匹配矩阵的数学定义,并通过分析IQ-Crossbar的信元排队机理,提出和证明了队长矩阵迭代定理和状态矩阵迭代定理.该矩阵模型为分析IQ-Crossbar架构下的调度算法提供了理论依据.基于所建立的矩阵模型,在分析现有LQF调度算法优缺点的基础上,本文提出了一种新的调度策略MM-LQF,该策略的运算效率是LQF的3.72倍,支持的端口门限速率是LQF的2.35倍,在贝努利均匀流量重载条件下平均时延是LQF的1/2;在贝努利Diagonal流量条件下吞吐率为100%.     

一种基于交叉开关的宏SIMD短向量管理部件设计

宏SIMD短向量管理部件是高性能通用微处理器和媒体处理器的重要部件。文章提出一种基于交叉开关的宏SIMD短向量管理部件设计，用于音频、视频和网络通信等多媒体数据处理，克服了传统SIMD体系结构中的数据结构与系统硬件不匹配的问题，满足了下一代高性能计算的要求。     

Resource allocation for statistical quality of service provision in buffered crossbar switches

The buffered crossbar switch is a promising switching architecture that plays a crucial role for providing quality of service (QoS) in computer networks. Sufficient amount of resources—bandwidth and buffer space—must be allocated in buffered crossbar switches for QoS provision. Resource allocation based on deterministic QoS objectives might be too conservative in practical network operations. To improve resource utilization in buffered crossbar switches, we study the problem of resource allocation for statistical QoS provision in this paper. First, we develop a model and techniques for analyzing the probabilistic delay performance of buffered crossbar switches, which is described by the delay upper bound with a prescribed violation probability. Then, we determine the required amounts of bandwidth and buffer space to achieve the probabilistic delay objectives for different traffic classes in buffered crossbar switches. In our analysis, we apply the effective arrival envelope to specify traffic load in a statistical manner and characterize switch service capacity by using the service curve technique. Instead of just focusing on one specific type of scheduler, the model and techniques developed in this paper are very flexible and can be used for analyzing buffered crossbar switches with a wide variety of scheduling algorithms. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

具有线群结构的输入缓冲ATM交换网络在双优先级业务下的性能分析

本文对具有线群结构的输入缓冲ＡＴＭ交换网络在双优先级业务下的时延和吞吐率性能进行了分析。借助概率母函数的方法，给出了高低优先级信元在缓冲器中的队长分布，时延分布平均队长和平均时延以及交换网络最大吞吐率的封闭表达式，并通过计算机仿真验证了分析结果的精确性。由于所采用的分析方法克服了传统的数值叠代计算方法的复杂性，因此，在ＡＴＭ交换网络的工程设计中具有重要的实际意义。     

LHFS-支持公平服务的CICQ混合调度策略

针对现有联合输入交叉点排队交换结构(CICQ,Combined Input and Cross-point Queuing)调度策略无法提供基于“流”的服务质量保障,探讨了在CICQ交换结构实施基于流调度的可能性,提出一种能够为到达流提供公平服务的分层混合公平服务调度策略——LHFS(Layered and Hybrid Fair Scheduling).LHFS对每个输入、输出端口可独立地进行变长分组交换,其算法复杂度为0(1),具有良好可扩展特性.理论分析结果表明,LHFS能够为业务流提供时延上限和公平性保障.最后,基于SPES(Switching Performance Evaluation System)仿真系统对LHFS的性能进行了评估.     

Performance of ATM Switch Based on Bifurcated Output Queuing

1　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｂａｓｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｓｗｉｔｃｈｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎＡＴＭｓｗｉｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｂｕｆｆｅｒｉｎｇｃｅｌｌｓｃｏｍｉｎｇｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｌｅｔｓｄｅｓｔｉｎｅｄｔｏｔｈｅｓａｍｅｏ     

具有窗口接入和线群输出结构的输入缓冲ATM交换网络的性能分析

本文提出了具有组合的窗口接入和线群输出结构的输入缓冲ＡＴＭ交换网络并对其性能进行了研究通过概率生成函数方法得到了计算该交换网络最大吞吐率,平均信元时延和信元丢失率的封闭表达式,并通过计算机模拟实验验证了理论分析的精确性,研究结果表明,在随机均匀业务下,当窗口尺寸和输出群尺寸分别为４和１６时,最大吞吐率可达到９９％。