一種具有網(wǎng)絡(luò)編碼功能的代數(shù)交換系統(tǒng)及其預(yù)處理算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及到代數(shù)交換和網(wǎng)絡(luò)編碼等范圍，具體涉及一種具有網(wǎng)絡(luò)編碼功能的代數(shù)交換系統(tǒng)及其預(yù)處理算法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)滲透到人類生活的各個方面，深刻影響著人們的工作和學(xué)習(xí)方式?；ヂ?lián)網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和用戶數(shù)量急劇增加，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性日益明顯?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量持續(xù)迅猛增長，這給以IP為核心的互聯(lián)網(wǎng)帶來了越來越嚴(yán)重的技術(shù)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)主要由交換設(shè)備和傳輸設(shè)備組成。目前以路由器為代表的交換設(shè)備的核心交換能力嚴(yán)重滯后于傳輸線卡帶寬的發(fā)展，路由器已經(jīng)成為制約網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。同時，Internet以TCP/IP體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，其網(wǎng)絡(luò)層只提供盡最大努力交付的服務(wù)并不提供服務(wù)質(zhì)量(QoS)承諾。因此，研宄出更高效且保證QoS的交換結(jié)構(gòu)是充分利用現(xiàn)有傳輸能力和為下一代網(wǎng)絡(luò)提供QoS保證的業(yè)務(wù)的關(guān)鍵。
[0003]為了提高路由器的性能并降低實現(xiàn)代價，國際國內(nèi)提出了許多交換結(jié)構(gòu)，其中又引人注目的有共享總線結(jié)構(gòu)[I],共享存儲(Shared Memory) [2],交叉矩陣(Crossbar) [4]等結(jié)構(gòu)。
[0004]共享總線結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展也比較容易實現(xiàn)，但是其速率較低。共享存儲結(jié)構(gòu)雖然可以達(dá)到比較高的速度，但是其速率仍然受到內(nèi)存速度的限制，其存儲器帶寬性能瓶頸使得當(dāng)端口數(shù)量較多時，存儲器帶寬需求較大，不能滿足大規(guī)模擴(kuò)展應(yīng)用的條件。交叉矩陣是最典型的使用最普遍的交換結(jié)構(gòu)，它是一種簡單的空分交換開關(guān)，將N個輸入端口和N個輸出端口任意的互連。當(dāng)端口數(shù)N較小時，交叉矩陣是一種實現(xiàn)無阻塞、自路由的理想交換結(jié)構(gòu)。但該結(jié)構(gòu)需要的交換單元的數(shù)量是N2，硬件實現(xiàn)復(fù)雜度為O (N2)，當(dāng)N較大時，其成本變得不可接受，難以滿足大規(guī)模擴(kuò)展的要求。
[0005]代數(shù)交換是一種多路徑自路由交換結(jié)構(gòu)[3]，這種結(jié)構(gòu)將代數(shù)分配格理論應(yīng)用于自路由模型，該結(jié)構(gòu)具有完全分布式自路由、無內(nèi)部緩存、線速及無抖動等優(yōu)勢[3]。在保證提供QoS的條件下，適合大規(guī)模擴(kuò)展。然而這種結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生內(nèi)部爭用和外部阻塞，從而導(dǎo)致了一定的丟包率。為了降低丟包率和提高數(shù)據(jù)在傳輸中的吞吐率，一種有效的方法是將網(wǎng)絡(luò)編碼和代數(shù)交換結(jié)構(gòu)融合，利用網(wǎng)絡(luò)編碼來恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)包，從而有效降低系統(tǒng)的丟包率。本發(fā)明就是針對基于網(wǎng)絡(luò)編碼的代數(shù)交換系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)預(yù)處理算法。
[0006]引用文獻(xiàn):
[0007][I]Cheng T D, Franaszek P A, Georg1u C J, et al.Dynamic switch protocolson a shared medium network:U.S.Patent 5,235,592 [P].1993-8-10.11s.
[0008][2]Andrade P, Cooperman M, Sieber R ff.ATM shared memory switch withcontent addressing:!! S.Patent 5,513,134[P].1996-4-30.
[0009][3] Hui Li, Wei He, Xi CHEN, Peng Yi, Binqiang Wang, “Mult1-pathSelf-routing Switching Structure by Interconnect1n of Multistage SortingConcentrators”，IEEE CHINAC0M2007，Aug.2007，Shangha1.
[0010][4] B.Prabhakar ? N.McKeown ? R.Ahu ja ; “Mult icast scheduling forinput-queued switches”，IEEE J.Selected Areas Commun，vol.15，n0.5，p855_866，1997.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]一種具有網(wǎng)絡(luò)編碼功能的代數(shù)交換系統(tǒng)，主要包含以下模塊:N個輸入端口(1-1-1，...，1-1-N)、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(1-2)、編碼模塊(1-3)、N個VOQ調(diào)度模塊(1-4-1，1-4-2，1-4-N)、代數(shù)交換模塊(1-5)、組裝模塊(1-6-1，1-6-N)，解碼模塊(1-7-1，...，1-7-N)、N 個輸出端口(1-8-1，...，1-8-N)；
[0012]上述各個模塊相互配合完成數(shù)據(jù)包在系統(tǒng)中的切割、編碼、交換、組裝、解碼等操作。
[0013]一種具有網(wǎng)絡(luò)編碼功能的代數(shù)交換系統(tǒng)的預(yù)處理算法，包括:從原始數(shù)據(jù)包中提取目的地址和數(shù)據(jù)進(jìn)入的端口號，然后根據(jù)數(shù)據(jù)包的長度和信元長度，判斷該數(shù)據(jù)包是否需要切割，若需要切割的話，計算出將要切割成的信元的數(shù)目以及需要填充的字節(jié)數(shù)，然后再把所有這些信息儲存在一個信元包頭(圖2)中并對數(shù)據(jù)包根據(jù)前面的判斷和計算結(jié)果切割成多個信元，最后把包頭附加在每個切割而成的信元上發(fā)送給后面編碼模塊；
[0014]預(yù)處理模塊產(chǎn)生的信元包頭中包含了各種控制信息，后面的編碼模塊，交換結(jié)構(gòu)以及解碼模塊都要依據(jù)此包頭所包含的信息完成一系列指定的功能。
[0015]本發(fā)明在數(shù)據(jù)進(jìn)入編碼模塊之前進(jìn)行預(yù)處理，對進(jìn)入的數(shù)據(jù)包添加了一個包頭，并把數(shù)據(jù)包進(jìn)行切割為長度固定的信元，然后再送入到調(diào)度器和編碼器中，極大地加速了編碼和解碼的處理過程，從而提高了系統(tǒng)的吞吐量和通信效率。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例一的具有網(wǎng)絡(luò)編碼功能的代數(shù)交換系統(tǒng)示意圖。
[0017]圖2(a)為實施例一的數(shù)據(jù)總線和控制總線格式。
[0018]圖2(b)為實施例一的包頭信息定義。
【具體實施方式】
[0019]下面通過【具體實施方式】結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020]本實施例提出了一種在具有網(wǎng)絡(luò)編碼功能的代數(shù)交換系統(tǒng)中的適合代數(shù)交換的編碼算法。該算法以信元為單位進(jìn)行編碼，把編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送到VOQ調(diào)度模塊器和代數(shù)交換結(jié)構(gòu)中，最后在解碼和組裝模塊中恢復(fù)出原來的數(shù)據(jù)包。
[0021]本實施例中所涉及的整個基于網(wǎng)絡(luò)編碼的代數(shù)交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。標(biāo)準(zhǔn)的IP數(shù)據(jù)包從N個輸入端口 11(1-1-1，...，