CN101686169A - 用于避免多环互连中的死锁的方案及对拥塞控制的额外应用 - Google Patents

Abstract

一种用于避免多环死锁的方法和***。该方法包括由与消息的目标关联的环连接器或由消息的源站来移除多环互连上的消息，以使得消息在移除之前围绕时隙环互连传送不超过一次。该方法还可以被应用到单个环的网络中以进行拥塞控制。

Description

用于避免多环互连中的死锁的方案及对拥塞控制的额外应用

技术领域

本发明的实施例涉及多环互连，并且根据一个实施例，涉及一种用于避免多环互连中的死锁的方案。其它实施例涉及拥塞控制和具有避免死锁的多环互连的网络。

背景技术

链路互连允许在设备和功能块之间进行通信。互连的一些实例是共享的总线和点对点链路。时隙环互连由在闭环中所布置的固定数量的时隙组成。环的每一个时隙为空或是被消息占用。环可以顺时针旋转或逆时针旋转。也就是说，时隙中的消息可以按顺时针方向或逆时针方向围绕环传播。旋转的方向并不重要。环的基本操作很简单：在每一个时钟处，每一个时隙的内容通常由它的上游相邻时隙(例如，如果环顺时针旋转，那么为逆时针方向的相邻时隙)的内容所替代。实际上，整个环可以被认为是循环移位寄存器。

典型地，环上的时隙的子集具有依附于它们的一个或更多个站。但是，环上的所有的时隙都可以具有依附的一个或更多个站。站可以通过其所依附的时隙来发送和接收消息。为了发送消息，站等待它所依附的时隙变为空，并且当变为空时，将它希望发送的消息放入时隙中。典型地，每一个消息携带其目的站的标识。

一般而言，站针对以其为目标的消息而监视其所依附的时隙。当消息到达时，如果站具有用于接收该消息所需要的资源，那么站从时隙中移除该消息。站是否能够在同一时钟内进行接收与发送取决于实现细节，而与本发明无关。

附图说明

通过参照用于说明本发明的实施例的以下描述和附图，可以最佳地理解本发明。

图1a是具有两个并排环的互连拓扑的示意图。

图1b是具有四个并排环的互连拓扑的示意图。

图1c具有分层环的互连拓扑的示意图。

具体实施方式

本发明的一个实施例涉及具有多个时隙环的网络。本发明的另一个实施例涉及一种用于解决这种网络中的环间死锁问题的方法。本发明的又一个实施例涉及拥塞控制，甚至是在单个环中的拥塞控制。

在以下说明中，某些术语被用于描述本发明的特征。例如，术语“设备”或“代理”是通用的，并且可以用于描述被耦合到链路上的任何电子部件。“链路或互连”通常被定义为携带信息的介质，其建立消息的通信路径，消息即以预定格式放置的信息。链路或互连可以是有线物理介质(例如，总线、一个或更多个电线、导轨(trace)、电缆等)或无线介质(例如，结合了无线信令技术的空气)。

术语“网络”可以指任何互连的组或***。也就是说，网络可以包括在相同机器中链接的设备，或链接起来共享信息的不同计算机中的设备。网络包括，但并不限于：局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线局域网(WLAN)和虚拟局域网(VLAN)。

如上所述，环上的时隙的子集通常具有依附于它们的一个或更多个站。站被广泛地定义为可以发送和接收消息的任何设备。站通常通过其所依附的时隙来发送和接收消息。为了发送消息，站等待它所依附的时隙变为空。当所依附的时隙为空时，站将其希望发送的消息放入该时隙中。典型地，每一个消息携带其目的站的标识。一般而言，站针对以其为目标的消息而监视其所依附的时隙。当以该站为目标的消息到达时，如果该站具有用于接收消息所需的资源，那么站从时隙中移除该消息。

时隙环互连本质上是具有受限的横截面带宽的一维通信介质。当希望彼此通信的站的数量很大时，期望在多个时隙环互连之中将站进行划分以增加聚合通信带宽。多个时隙环互连可以以各种拓扑被连接在一起，在图1a-1c中说明了一些这样的拓扑。

图1a说明了具有并排拓扑中的两个时隙环互连14的互连拓扑10。如图所示，每个时隙环互连14具有36个时隙12。但是，所说明的时隙12的数量是任意的，并不限于36。也就是说，时隙环互连14可以具有更多或更少的时隙12。此外，各种时隙环互连14不一定具有相同数量的时隙12。实际上，在一些实施例中，拓扑中的各种时隙环互连14具有不同数量的时隙12。

图1a-1c中的双箭头代表环连接器16，其在时隙环互连14之间移动消息。环连接器16典型地是桥，但也可以是任何设备，例如：中继器、路由器、集线器，或交换机，这些设备可以连接多个时隙环14。

图1b说明了具有并排拓扑中的四个时隙环互连14的互连拓扑20，而图1c说明了具有分层拓扑中的五个时隙环互连14的互连拓扑30。时隙12没有在图1b和1c中示出。在说明的分层拓扑中，图1c的左侧的、以拓扑的右侧的站为目的站的消息必须通过中心时隙环15。许多其它拓扑是可能的。在图1a-1c中说明的拓扑仅用于说明。

多环死锁

具有多环互连的***中的死锁问题可以使用在图1a中的2环拓扑来说明。如果***进入以下状态：其中，上(或下)时隙环互连14的所有时隙12由将下(上)时隙环中的站(没有示出)作为目标的消息所占用，并且环连接器16中的所有缓冲器为满，那么死锁跟着发生，这是因为在任一时隙环互连14中都没有时隙12可以为空。关于这种死锁有几点值得注意。

第一，即使在每一个消息的最终目的地(目标站)具有用于接收该消息的资源时，死锁仍然可能发生。这是因为最终的目的地(目标站)在一个时隙环互连14上，而消息被留在另一时隙环互连14上。第二，其中将多个时隙环互连14连接在一起的精确拓扑并不重要。可以针对上述拓扑20、30和其它多环拓扑中的任何一个容易地构造相似地死锁情况。第三，环连接器16的数量和位置以及其中的精确缓冲机制也不重要。一旦所有时隙12和环连接器缓冲器(没有示出)被填满，死锁跟着发生。第四，在网络中存在多于一个时隙环互连14的事实是引起死锁发生的基础。在单个环中，每个消息只要停留在时隙环互连14上，就会不断重访其目标站，所以目标站有无限次接收该消息的机会。相反，在具有两个或更多个时隙环互连14的情况下，每一个时隙环互连14都有可能被目的站在其他时隙环互连14上的消息填满。

用于避免多环死锁的方案

方案背后的基本思想如下。优选地，每一个消息由时隙环互连14上的目标(其可以是环连接器16，例如桥)或时隙环互连14上的消息的源站从环中将其移除。因此，消息占用的时隙12在至多一个循环内变为可用。如果消息的目标可以接收该消息，那么该目标从时隙环互连14中移除该消息。因此，例如，如果连接两个时隙环的环连接器16可以接收消息，那么它从第一时隙环互连14中移除该消息并且将其传递给第二时隙环互连14。一旦消息穿越到另一时隙环互连14，最终的目的地将最终接收该消息。因此，一旦消息前进到包含最终目的地的时隙环互连14的路径，死锁将不是问题。如果目标不能接收消息，那么目标(或更准确地说，连接两个时隙环互连的桥逻辑)用否定标志对消息做标记。也就是说，中间目标(例如，环连接器16或桥)负责设置这些标志。然后，消息循环回到源站，作为否定应答。

源站保持消息的副本，直到它得到否定应答或肯定应答。如上所述，否定应答是循环回到其源站的标记消息。然后，源站从时隙环互连14中移除标记消息以使得其时隙12可用。源站将在稍后使用它保留的副本来进行发送该消息的另一次尝试。因为环中的时隙12的总数量是固定并且已知的，所以源站可以进行计时并且准确地知道否定应答，如果有的话，应该何时到达。如果没有否定应答在这个时钟到达，那么源站认为是肯定应答。在肯定应答的情况下，源站可以丢弃消息的副本。

实例

以下是上述方案的示例性实现。在本实例中，每一个消息除了它的有效载荷之外还携带以下位：(1)有效位V；(2)否定应答位N；以及(3)对于时隙环互连14上的每一个站k，有一对应的目的地位D[k]。在下文中，设置这些位为0或1的选择是任意的。也就是说，可能已经选择了相反的约定或者一些其他约定。

在源站s与目标站t(其中s和t为不同的站并且它们中之一或两者可以是连接该环与另一个环的桥)之间的信令协议可以如下所述。第一，对于发送消息的源站s，它等待具有V＝0和N＝0的时隙12。通过设置V：＝1、D[s]：＝1和D[t]：＝1来发送消息。第二，对于接收消息的目标站，它等待具有V＝1、N＝0和D[t]＝1的时隙。通过设置V：＝0、D[s]：＝0和D[t]：＝0来接收消息。第三，如果目标站t不能接收消息，那么它通过设置V：＝0、N：＝1和D[t]：＝0来表明否定应答。第四，源站s进行计时并且在肯定应答或否定应答预定到达的时钟内执行以下的检查。

如果V＝0、N＝1并且D[s]＝1，那么源站s得知否定应答已经到达，它通过设置N：＝0、D[s]：＝0来从时隙环互连14移除该否定应答。在一些实施例中，如果实现约束允许的话，还可以选择使用同一时隙12来发送不同的消息。然而，如果D[s]＝0或(V＝1并且N＝0)，那么源站s得知肯定应答已经到达。在此情况下，有两种子情况要考虑。第一，如果D[s]＝0，那么这仅是肯定应答并且源站s除了丢弃被应答的消息的副本之外不需要进行任何其他操作。第二，如果D[s]＝1但是(V＝1并且N＝0)，那么这既是对源站s发送的旧消息的肯定应答，也是来自可以与t相同或不同的站u的、以源站s为目标的新消息的到达。如果源站s能够接收新消息，那么源站s通过设置V：＝0、D[s]：＝0和D[u]＝0来接收消息。如果源站s不能接收新消息，那么源站s通过设置V：＝0、N：＝1和D[s]：＝0对新消息作出否定应答。

这种协议具有数种有利的特征。第一，消息对时隙12的占用始终为至多围绕时隙环互连14一周。第二，一旦消息由它的目标成功接收，它的时隙12立即变为可被其他消息重用；仅否定应答需要循环回到消息的源站。第三，每一个站k通常仅需要监视位V、N和D[k]，而不需要监视j≠k的任何D[j]。第四，每一个站k需要驱动(设置位为0或1)至多三个输出：V、N和D[k]，和一个j≠k的D[j]。第五，在有效载荷部分不需要额外的位来标识消息的源站和目标站。然而，可选地，如果有用的话，具体实现可以选择包括额外的位来标识源站和目标站。

应用于单个时隙环互连上的拥塞控制

通过将消息对时隙12的占用限制为至多围绕时隙环互连14一周，上述方案还可以被应用到拥塞控制。当时隙旋转经过站时，站可以监视时隙环互连14的时隙12的占用率，并使用该信息来控制在时隙环互连14上应该过多长时间重新发送否定应答消息。如果占用率很高，那么站可以在重新发送否定应答消息之前等待更长的时间，因此降低了消息被注入时隙环互连14的速率。因此，消息对时隙环互连14上的时隙12的占用可以为至多围绕该环一周的事实，对减少单个时隙环互连14上的拥塞也是有益的。

单个时隙环互连不需要用于避免死锁的V位和N位，因为对于单个环来说死锁不是问题。但是，具有这些位使得能更好地响应拥塞。作为例子，每一个站可以监视快速经过的V位以监视环的活动。例如，如果在80％的时间观测到了V位，那么站可以以慢于正常速率的速率来注入业务量，或完全不注入业务量直到对环的利用下降。如果所有站遵循这种机制，那么拥塞会内在地自我调节并且环的业务量返回到期望的阈值(可以由***定义的任何数值)以下。在缺少拥塞控制机制的情况下，只要代理能够将业务量注入网络，它们就会进行这样的操作，这导致已经拥塞的网络进一步拥塞。在活跃度很高时，从这种拥塞恢复要花费很长的时间。拥塞的结果是使延迟(或发生通信所需的时间)非线性增加。因此，确保在没有拥塞的情况下进行操作通常来说会更好，即使这意味着站暂时放缓或中止将消息注入环中。

尽管已经根据本发明的数个实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到本发明并不限于描述的本发明的实施例，而是可以用落入所附的权利要求的精神和范围内的修改和变形来实践本发明。因此，本说明书被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (31)

1、一种网络，包括：

至少一个源站；

至少一个目标站；

至少一个源时隙环互连，其包括多个时隙，所述源站可操作地连接到源时隙环互连；

至少一个目标时隙环互连，其包括多个时隙，所述目标站可操作地连接到目的时隙环；

至少一个环连接器，其将所述源时隙环互连与所述目标时隙环互连进行连接，

其中，所述网络能够使得具有目标的消息由所述源站放入所述源时隙环互连上的时隙中，所述消息适合于围绕所述源时隙环互连传送，

其中，所述网络能够由目标站、环连接器，或由所述源站从所述源时隙环互连移除所述消息，以使得所述消息在移除之前围绕所述源时隙环互连传送不多于一次。

2、如权利要求1所述的网络，其中，所述目标是与目标站关联的环连接器，所述目标站可操作地连接到所述目的时隙环。

3、如权利要求1所述的网络，其中，所述源时隙环互连能够作为循环移位寄存器进行操作。

4、如权利要求1所述的网络，其中，所述消息携带目标站或环连接器的标识。

5、如权利要求1所述的网络，其中，所述源站和/或所述目标站针对以其为目标的消息而监视所依附的时隙。

6、如权利要求1所述的网络，其中，如果所述站具有足够的资源来接收所述消息，那么所述目标站从时隙中移除所述消息。

7、如权利要求1所述的网络，其中，所述环连接器是桥。

8、如权利要求1所述的网络，其中，所述环连接器包括能够保持所述消息的缓冲器。

9、如权利要求1所述的网络，其中，所述源站保留所述消息的副本，直到所述源站得到否定应答或肯定应答。

10、一种用于避免多环死锁的方法，包括：

将来自源站s的消息放入源时隙环互连的时隙中，所述消息具有在目标时隙环互连上的目标目的地t，其中，所述源时隙环互连和所述目标时隙环互连不相同；

允许所述消息围绕所述源时隙环互连传送；以及

由与所述目标关联的环连接器或由所述源站从所述源时隙环互连移除所述消息，以使得所述消息在移除之前围绕所述源时隙环互连的传送不多于一次。

11、如权利要求10所述的方法，其中，所述环连接器包括能够保持所述消息的缓冲器。

12、如权利要求10所述的方法，还包括：在所述源站上保留所述消息的副本，直到所述源站得到否定应答或肯定应答。

13、如权利要求10所述的方法，其中，所述消息包括有效位V、否定应答位N，和环上的每一个站或环连接器k的一个目的地位D[k]。

14、如权利要求13所述的方法，其中，所述消息包括多个目的地位D，所述多个目的地位D中的每一个对应于可操作地依附到所述源时隙环互连的站。

15、如权利要求13所述的方法，其中，发送所述消息的先决条件是：对于源时隙，V＝0并且N＝0。

16、如权利要求15所述的方法，还包括：当发送消息时，设置V：＝1、D[s]：＝1和D[t]：＝1，其中D[s]是所述源站的目的地位，而D[t]是所述目标目的地的目的地位。

17、如权利要求13所述的方法，其中，如果V＝1、N＝0并且D[t]：＝1，那么所述目标接收消息，其中D[t]是所述目标目的地的目的地位。

18、如权利要求17所述的方法，还包括：当接收消息时，设置V：＝0、D[s]：＝0和D[t]：＝0。

19、如权利要求13所述的方法，还包括：如果所述目标不能接收所述消息，那么通过设置V：＝0、N：＝1和D[s]：＝1来设置否定应答。

20、如权利要求13所述的方法，还包括：所述源站进行计时并且在肯定应答或否定应答预定到达的时钟内执行检查。

21、如权利要求20所述的方法，还包括：如果具有V＝0、N＝1和D[s]＝1的消息到达，那么通过设置N：＝0和D[s]：＝0从所述环中移除所述消息。

22、如权利要求21所述的方法，其中，所述源站识别出D[s]＝1表明否定应答，并且所述消息需要在之后的时间被重新发送。

23、如权利要求21所述的方法，还包括：如果所述源站具有另一个消息要发送，那么允许所述源站发送不同的消息。

24、如权利要求20所述的方法，还包括：如果具有D[s]＝0的消息到达，那么丢弃所述消息。

25、如权利要求24所述的方法，其中，所述源站识别出D[s]＝0表明肯定应答，并且已经成功传送了原始消息。

26、如权利要求20所述的方法，其中，如果D[s]＝1、V＝1且N＝0，并且所述源时隙可以接收新消息，那么在所述新消息被接收时设置V：＝0、D[s]：＝0和D[u]：＝0，其中，D[u]是可以与目标目的地t相同或不同的目标目的地u的目的地位。

27、如权利要求20所述的方法，其中，如果D[s]＝1、V＝1且N＝0，并且所述源时隙不能接收新消息，那么通过设置V：＝0、N：＝1和D[s]：＝0来设置否定应答。

28、一种用于对具有单个时隙环互连的网络上的拥塞进行控制的方法，包括：将消息对时隙的占用限制为至多围绕所述时隙环互连一周。

29、如权利要求28所述的方法，还包括：当时隙旋转经过所述网络中的源站时，所述网络中的源站监视包括所述时隙环互连的多个时隙的占用率，并且使用该信息来控制应该过多久重新发送否定应答消息。

30、如权利要求39所述的方法，包括：在重新发送否定应答消息之前增加等待时间。

31、如权利要求30所述的方法，其中，增加所述等待时间降低了所述时隙环互连上的拥塞。

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