CN102726009B - 一种数据流交换控制方法及相关设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种数据流交换控制方法及相关设备，其中，一种数据流交换控制方法包括：获取数据流的带宽需求信息，根据带宽需求信息，带宽需求信息对应的数据流的至少一个入端口的入端口物理带宽和至少一个出端口的出端口物理带宽，以及TDM业务带宽信息计算BWM，根据预置的排序准则，对计算得到的BWM的表项进行排序处理，获得带宽排序信息表，根据所述带宽排序信息表对所述数据流进行信元均匀排序处理，获得信元表，交换设备的输入级按照所述信元表控制数据流的信元发送。本发明实施例提供的技术方案可有效降低交换设备的交换级的处理复杂度，解决了无缓存交换结构规模限制问题，同时也降低了交换处理中的延时抖动。

Description

一种数据流交换控制方法及相关设备
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种数据流交换控制方法及相关设备。
背景技术
移动通信网络正朝着全IP(ALL-IP)的方向发展，网际互联协议(IP，InternetProtocol技术将应用到移动网络的每一个层面，因此，目前IP网络(即分组交换网)上的业务种类越来越多，如移动、语音、视频、网络游戏、网络浏览等，带宽要求也越来越大。为了保证很多原本运行在时分复用(TDM，TimeDivision Multiplexing)网络上的实时业务能够很好的运行在IP网络上，IP网络必须进行复杂的业务分类，并且尽量简化IP交换设备的处理流程，提高IP交换设备的处理效率和质量。
在大型交换机或者路由器等通信设备***中，交换网是连接各个不同线卡和简化设备架构的的必要技术和手段。交换网和线卡构成了一个完整的包交换***，完成数据包的交换。数据交换的指标有：吞吐率，平均信元(包)时延，信元(包)时延抖动，信元(包)丢失率，阻塞概率等。好的交换设备当然是尽量做到吞吐率接近100％，平均信元(包)时延、信元(包)时延抖动、信元(包)丢失率和阻塞概率尽量小。
目前的网络交换设备(如交换机、或具备交换功能的路由器等)一般采用虚拟输出排队(VOQ，Virtual Outport Queue)进行数据交换，VOQ主要用来根据目的地址和优先级对接收到的报文进行分类排队，每个输入端口为每个输出端口设置一个VOQ队列，图1为现有一种交换设备的交换架构，输入级(即ingress级)包含多个VOQ队列，对应于多条入端口-＞出端口的交换路径，其中，上述入端口是指输入级与交换级的连接端口，上述出端口是指交换级与输出级的连接端口。交换级(SF，Switch Fabric)包含数据交换矩阵和控制交换矩阵，数据交换矩阵用于为接收到的数据流搭建一条交换通道，控制交换矩阵用于为控制信息(如交换请求、授权、队列状态等信息)建立一条交换通道，其交换流程如下：ingress级根据接收到的数据流的头部信息查找出输入端口-＞输出端口的交换路径后，将该数据流传递到与该交换路径对应的VOQ队列中，当轮到该数据流进行交换时，ingress级要求SF的控制交换矩阵为该数据流的交换搭建一条物理链路，ingress级通过该物理链路向输出级(即egress级)发送携带目的地址的交换请求消息，egress级根据接收到的交换请求消息搜索本地与该交换请求消息中的目的地址对应的出队列(OQ，Out Queue)的队列信息，在该OQ队列还可容纳数据时，egress级通过SF向ingress级返回令牌信息，允许ingress级向egress级发送该数据流，其中，当该令牌信息到达SF时，SF的数据交换矩阵将为接下来的交换搭建一条物理通道，ingress级接收到该令牌信息后，将上述数据流通过SF建立的物理通道发送至egress级，egress级将接收到的数据存储在OQ中，当调度到该数据流时，egress级根据上述目的地址对OQ中的数据进行封装后发送给相应的下游设备。
然而，由于无法预知上游设备过来的信元(或报文)数量和到达下游设备的某个端口的报文数量，上述交换结构在ingress级和egress级中需要使用大量缓存来存取VOQ和OQ，另外，SF需要为数据交换和控制信息交换准备两个交换矩阵，ingress级和egress级通过SF来交互消息以确定是否允许数据的交换，整个交换流程过于复杂，容易造成ingress级的丢包，并且，上述交换架构中容易出现多个入端口同时向同一出端口发送数据的情况，造成该出端口的阻塞。
发明内容
本发明实施例提供了一种数据流交换控制方法及相关设备，用于解决无缓存交换结构规模限制问题，降低交换处理中的延时抖动。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
一种数据流交换控制方法，包括：
交换设备的输入级获取数据流的带宽需求信息，将上述带宽需求信息，以及上述带宽需求信息与上述数据流的对应关系信息封装为第一控制信元发送给上述交换设备的交换级；
上述交换级根据上述带宽需求信息和上述带宽需求信息对应的数据流的至少一个入端口的入端口物理带宽和至少一个出端口的出端口物理带宽，以及时分复用TDM业务带宽信息，计算带宽信息表BWM，其中，上述入端口为上述输入级与上述交换级的连接端口，上述出端口为上述交换级与输出级的连接端口，上述TDM业务带宽信息用于指示TDM业务在上述出端口上占用的带宽；
上述交换级根据预置的排序准则，对上述BWM的表项进行排序处理，获得带宽排序信息表，将上述带宽排序信息表封装为第二控制信元发送给上述输入级，其中，上述排序准则为在同一时隙内至多存在两个上述入端口向同一个上述出端口发送信元；
上述输入级根据上述带宽排序信息表对上述数据流进行信元均匀排序处理，获得信元表，其中，上述信元表包含上述数据流中各信元的时序位置，且同一数据流的各信元在时序位置上间隔分布；
上述输入级根据上述信元表控制数据流的信元发送。
一种交换设备，其特征在于，包括：
输入装置，交换装置和输出装置；
其中，上述输入装置包括：获取单元，第一发送单元，信元排序单元和第二发送单元；
上述交换装置包括：第一计算单元，带宽排序单元和第三发送单元；
其中，上述获取单元用于获取数据流的带宽需求信息；
上述第一发送单元用于将获取单元获取的上述带宽需求信息，以及上述带宽需求信息与上述数据流的对应关系信息封装为第一控制信元发送给上述第一计算单元；
上述第一计算单元用于根据上述带宽需求信息和上述带宽需求信息对应的数据流的至少一个入端口的入端口物理带宽和至少一个出端口的出端口物理带宽，以及时分复用TDM业务带宽信息，计算带宽信息表BWM，其中，上述入端口为上述输入装置与上述交换装置的连接端口，上述出端口为上述交换装置与上述输出装置的连接端口，上述TDM业务带宽信息用于指示TDM业务在上述出端口上占用的带宽；
上述带宽排序单元用于根据预置的排序准则，对上述BWM的表项进行排序处理，获得带宽排序信息表，其中，上述排序准则为在同一时隙内至多存在两个上述入端口向同一个上述出端口发送信元；
上述第三发送单元用于将上述带宽排序信息表封装为第二控制信元发送给上述信元排序单元；
上述信元排序单元用于根据上述带宽排序信息表对上述数据流进行信元均匀排序处理，获得信元表，其中，上述信元表包含上述数据流中各信元的时序位置，且同一数据流的各信元的时序位置间隔分布；
上述第二发送单元用于根据上述信元表控制数据流的信元发送。
由上可见，本发明实施例中将动态带宽仲裁处理引入交换级，即通过获取带宽需求信息，入端口物理带宽信息和出端口物理带宽信息计算BWM来调整交换级的调度策略，无需在交换级中构建数据交换矩阵和控制交换矩阵，降低了交换级的处理复杂度，同时无需在输入级和输出级使用大量缓存存取VOQ和OQ，解决了无缓存交换结构规模限制问题，另外，通过对BWM的表项进行排序和对排序信息表进行信元均匀排序处理，避免入端口和出端口之间“多打一”的冲突问题，保证各端到端交换资源的公平性和信元的均匀发送，从而降低了交换处理中的延时抖动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种交换设备的交换架构示意图；
图2为本发明实施例提供的数据流交换控制方法一个实施例流程示意图；
图3-a为本发明实施例提供的一种应用场景下的BWM示意图；
图3-b为本发明实施例提供的一种应用场景下获得的带宽排序信息表示意图；
图3-c为本发明实施例提供的另一种应用场景下获得的带宽排序信息表示意图；
图4-a为本发明实施例提供的一种应用场景下获得的数组序列表示意图；
图4-b为本发明实施例提供的一种应用场景下获得的信元表示意图；
图5为本发明实施例提供的一种交换设备结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种数据流交换控制方法及相关设备。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面对本发明实施例中一种数据流交换控制方法进行描述，请参阅图2，本发明实施例中一种数据流交换控制方法包括：
201、交换设备的输入级获取数据流的带宽需求信息；
在本发明实施例中，交换设备的输入级(即ingress级)接收其上游设备发送过来的数据流，输入级通过该数据流的头部信息和本地存储的转发表可获知该数据流的交换路径，即该数据流的入端口和出端口，其中，入端口是指交换设备的输入级和交换级的连接端口，出端口是指交换设备的交换级与输出级(即egress级)的连接端口。
在本发明实施例中，输入级实时获取接收到的数据流的带宽需求信息，当接收到多条数据流时，则获取每条数据流的带宽需求信息。其中，获取数据流的带宽需求信息的步骤可以包括：
A1、获取数据流的流速率；
A2、获取该数据流的缓存信息长度；
A3、将该数据流的缓存信息长度除以单位时间后加上该数据流的流速率，获得该数据流的带宽需求信息。
202、输入级将带宽需求信息，以及带宽需求信息与数据流的对应关系信息封装为第一控制信元发送给上述交换设备的交换级；
在本发明实施例中，每条数据流的带宽需求信息可能不同，输入级需将带宽需求信息，以及带宽需求信息与数据流的对应关系信息(如可以为标识符)一同封装为第一控制信元后发送给上述交换设备的交换级。
203、交换级根据带宽需求信息，带宽需求信息对应的数据流的至少一个入端口的入端口物理带宽和至少一个出端口的出端口物理带宽，以及时分复用(TDM，Time Division Multiplexing)业务带宽信息计算带宽信息表(BWM，Bandwidth Map)；
交换级在接收到来自输入级的第一控制信元时，提取第一控制信元中的带宽需求信息，并由该第一控制信元中的带宽需求信息与数据流的对应关系信息获知该带宽需求信息属于哪条数据流，交换级由接收到的带宽需求信息获知相应数据流的带宽需求，因此，交换机可根据接收到的带宽需求信息，带宽需求信息对应的数据流的入端口物理带宽和出端口物理带宽，以及TDM业务带宽信息计算输出BWM，其中，TDM业务带宽信息可从TDM业务带宽信息中获取。
在本发明实施例中，通过预置一定的时间长度作为交换周期，交换级根据该交换周期内接收到的所有带宽需求信息，带宽需求信息对应的数据流的至少一个入端口的入端口物理带宽和至少一个出端口的出端口物理带宽，以及TDM业务带宽信息计算BWM，当然，不同交换周期的时长也可不固定，此处不作限定。
在本发明实施例中，上述BWM满足如下条件：入端口相同的所有数据流的带宽需求总和小于或等于该入端口的入端口物理带宽；出端口相同的所有数据流的带宽需求总和小于或等于该出端口的可分配物理带宽，其中，上述出端口的可分配物理带宽等于该出端口的出端口物理带宽减去TDM业务带宽信息指示的TDM业务在该出端口上占用的带宽。在实际应用中，若入端口相同的所有数据流的带宽需求总和小于或等于该入端口的入端口物理带宽，并且，出端口相同的所有数据流的带宽需求总和小于或等于该出端口的可分配物理带宽，则可依据各条数据流的带宽需求信息进行带宽分配，获得BWM；若入端口相同的所有数据流的带宽需求总和大于该入端口的入端口物理带宽，和/或出端口相同的所有数据流的带宽需求总和大于该出端口的可分配物理带宽，则可按照各条数据流的带宽需求占所有数据流的带宽需求和的比例进行带宽分配，获得BWM，或者，也可将各条数据流的带宽需求同时减去一个预置值后进行带宽分配，获得BWM，此处不作限定。
204、交换级根据预置的排序准则对BWM的表项进行排序，获得带宽排序信息表；
在本发明实施例中，BWM的表项包含各条数据流的带宽信息，同入端口的多条数据流被排列在交换周期的不同时隙位置上，不同入端口但出端口相同的多条数据流所在的时隙位置可能重叠，因此，交换级按照预置的排序准则对BWM的表项进行排序，上述排序准则为在同一时隙内至多存在两个入端口向同一个出端口发送信元。
在实际应用中，每个出端口设置有一级端口和二级端口，其中，一级端口为交换级到输出级的总线端口，二级端口为交换级到输出级的缓存端口。
在一种应用场景下，交换级接收到输入级的BWM表后，可从交换周期的首个时隙开始，按照BWM中各数据流对应的入端口和出端口的编号顺序依次检测数据流的入端口和出端口状态，根据预置的排序准则对BWM的表项进行排序处理。举例说明，假设当前的交换周期为6个时隙，输入的BWM如图3-a所示，包含11条数据流和各数据流的带宽信息，分别为入端口1到出端口1的数据流，占用交换周期的2个时隙；入端口1到出端口2的数据流，占用交换周期的2个时隙；入端口1到出端口3的数据流，占用交换周期的2个时隙；入端口2到出端口1的数据流，占用交换周期的4个时隙；入端口2到出端口3的数据流，占用交换周期的2个时隙；入端口3到出端口2的数据流，占用交换周期的2个时隙；入端口3到出端口3的数据流，占用交换周期的1个时隙；入端口3到出端口4数据流，占用交换周期的3时隙；入端口4到出端口2的数据流，占用交换周期的2时隙；入端口4到出端口4的数据流，占用交换周期的4个时隙；入端口4到出端口3的数据流，占用当前的交换周期的1个时隙。从交换周期的首个时隙开始，按入端口的编号顺序，将对应不同入端口的数据流进行排序处理，其排序处理过程可如下：
第1个时隙：
检测到出端口1的一级端口和二级端口空闲，将入端口1-＞出端口1的数据流的起始发送点排在第1个时隙，标识该数据流占用到第2个时隙，且占用出端口1的一级端口；
检测到出端口1的二级端口空闲，将入端口2-＞出端口1的数据流的起始发送点排在第1个时隙，标识该数据流占用到第4个时隙，且占用出端口1的二级端口；
检测到出端口1的一级端口和二级端口忙，出端口2的一级端口和二级端口空闲，将入端口3-＞出端口2的数据流的起始发送点排在第1个时隙，标识该数据流占用到第2个时隙，且占用出端口2的一级端口；
检测到出端口1的一级端口和二级端口忙，出端口2的二级端口空闲，将入端口4-＞出端口2的数据流的起始发送点排在第1个时隙，标识该数据流占用到第2个时隙，且占用出端口2的二级端口；
检测到所有数据流的入端口忙，进入下一个时隙。
第2个时隙：
检测到所有数据流的入端口忙，进入下一个时隙。
第3个时隙：
检测到入端口1，出端口2的一级端口和二级端口空闲，将入端口1-＞出端口2的数据流的起始发送点排在第3个时隙，标识该数据流占用到第4个时隙，且占用出端口2的一级端口；
检测到入端口3，出端口3的一级端口和二级端口空闲，将入端口3-＞出端口3的数据流的起始发送点排在第3个时隙，标识该数据流占用到第3个时隙，且占用出端口3的一级端口；
检测到入端口4，出端口3的二级端口空闲，将入端口4-＞出端口3的数据流的起始发送点排在第3个时隙，标识该数据流占用到第3个时隙，且占用出端口3的二级端口；
检测到所有数据流的入端口忙，进入下一个时隙。
第4个时隙：
检测到入端口3，出端口4的一级端口和二级端口空闲，将入端口3-＞出端口2的数据流的起始发送点排在第4个时隙，标识该数据流占用到第6个时隙，且占用出端口4的一级端口；
检测到入端口4，出端口4的二级端口空闲，将入端口4-＞出端口4的数据流的起始发送点排在第4个时隙，标识该数据流占用到第6个时隙，且占用出端口4的二级端口；
检测到所有数据流的入端口忙，进入下一个时隙。
第5个时隙：
检测到入端口1，出端口3的一级端口和二级端口空闲，将入端口1-＞出端口3的数据流的起始发送点排在第5个时隙，标识该数据流占用到第6个时隙，且占用出端口3的一级端口；
检测到入端口2，出端口3的二级端口空闲，将入端口2-＞出端口3的数据流的起始发送点排在第5个时隙，标识该数据流占用到第6个时隙，且占用出端口3的二级端口；
检测到所有数据流的入端口忙，进入下一个时隙。
第6个时隙：
检测到所有数据流的入端口忙且交换周期完成，结束排序处理过程，得到如图3-b的带宽排序信息表。
在另一种应用场景下，也可以先将全部出端口的一级端口占用，假设交换级接收到BWM如表3-a所示，则排序处理过程如下：
第1个时隙：
检测到出端口1的一级端口空闲，将入端口1-＞出端口1的数据流的起始发送点排在第1个时隙，标识该数据流占用到第2个时隙，且占用出端口1的一级端口；
检测到出端口3的一级端口空闲，将入端口2-＞出端口3的数据流的起始发送点排在第1个时隙，标识该数据流占用到第2个时隙，且占用出端口3的一级端口；
检测到出端口2的一级端口空闲，将入端口3-＞出端口2的数据流的起始发送点排在第1个时隙，标识该数据流占用到第2个时隙，且占用出端口2的一级端口；
检测到出端口4的一级端口空闲，将入端口4-＞出端口4的数据流的起始发送点排在第1个时隙，标识该数据流占用到第3个时隙，且占用出端口4的一级端口；
检测到所有数据流的入端口忙，进入下一个时隙。
第2个时隙：
检测到所有数据流的入端口忙，进入下一个时隙。
第3个时隙：
检测到入端口1，出端口2的一级端口空闲，将入端口1-＞出端口2的数据流的起始发送点排在第3个时隙，标识该数据流占用到第4个时隙，且占用出端口2的一级端口；
检测到入端口2，出端口1的一级端口空闲，将入端口2-＞出端口1的数据流的起始发送点排在第3个时隙，标识该数据流占用到第6个时隙，且占用出端口1的一级端口；
检测到入端口3，出端口3的一级端口空闲，将入端口3-＞出端口3的数据流的起始发送点排在第3个时隙，标识该数据流占用到第3个时隙，且占用出端口3的一级端口；
检测到所有数据流的入端口忙，进入下一个时隙。
第4个时隙：
检测到入端口3，出端口4的一级端口空闲，将入端口3-＞出端口4的数据流的起始发送点排在第4个时隙，标识该数据流占用到第6个时隙，且占用出端口4的一级端口；
检测到入端口4，出端口3的一级端口空闲，将入端口4-＞出端口3的数据流的起始发送点排在第4个时隙，标识该数据流占用到第4个时隙，且占用出端口3的一级端口；
检测到所有数据流的入端口忙，进入下一个时隙。
第5个时隙：
检测到入端口1，出端口3的一级端口空闲，将入端口1-＞出端口3的数据流的起始发送点排在第5个时隙，标识该数据流占用到第6个时隙，且占用出端口3的一级端口；
检测到入端口4，出端口2的一级端口空闲，将入端口4-＞出端口2的数据流的起始发送点排在第5个时隙，标识该数据流占用到第6个时隙，且占用出端口2的一级端口；
检测到所有数据流的入端口忙，进入下一个时隙。
第6个时隙：
检测到所有数据流的入端口忙且交换周期完成，结束排序处理过程，得到如图3-c的带宽排序信息表。
当然，在控制同一时隙内至多存在两个入端口向同一个出端口发送信元的前提下，也可通过其它排序方式对BWM进行排序处理，此处不作限定。
205、交换级将带宽排序信息表封装为第二控制信元发送给输入级。
206、输入级根据带宽排序信息表对数据流进行信元均匀排序处理，获得信元表；
输入级在接收到来自交换级的第二控制信元时，提取第二控制信元中的带宽排序信息表对带宽排序信息表中的数据流进行信元均匀排序处理，获得信元表。其中，上述信元表包含各数据流的各信元的时序位置，且同一数据流的各信元的时序位置间隔分布。
在本发明实施例中，可将当前的交换周期内预计发送的信元总数划分为多个数组，则每个数组包含的时隙数等于信元总数/数组个数，按既定方法对各数组进行排序，使同一数组的相邻时隙间隔(M-1)个时序位置，其中，M等于数组个数。从第一个数组开始，根据上述排序得到的数组序列表依次将各数据流的信元填充到各数组时隙所处的时序位置上。
在本发明实施例的一种应用场景中，可采用逆向进位划分数组的方式对数据流进行信元均匀排序处理，其排序处理过程如下：
将交换周期内预计发送的信元总数N切分为2L个数组，则每个数组包含N/2L个时隙，其中，L为大于1的整数；从L位二进制数全为0开始，采用逆向进位方式依次从高位向低位进位，并将顺序得到的2L个L位二进制数的十进制值依次作为各数组首个时隙的时序位置进行排序，按照各数组首个时隙的时序位置的顺序关系对各数组的剩余时隙进行排序，得到数组序列表；从第一个数组的首个时隙开始，按照先填充完单条数组的所有时隙为准则，依次将带宽排序信息表中的各数据流的所有信元填充到相应数组的各时隙所在的时序位置上，直至带宽排序信息表中所有数据流的所有信元完成填充，其中，信元与上述时隙一一对应。
举例说明，假设当前的交换周期预计发送的信元总数为16，将16个信元单元切分为8个数组(即L等于3)，带宽排序信息表中指示数据流1包含8个信元，数据流2包含4个信元。用3位二进制数(b2 b1 b0)对数组的时序位置进行描述，采用逆向进位方式可得到如表1的二进制逆向进位表：
表1
  b2 b1 b0   数组   时序位置
  0 0 0   第1个数组   0
  1 0 0   第2个数组   4
  0 1 0   第3个数组   2
  1 1 0   第4个数组   6
  0 0 1   第5个数组   1
  1 0 1   第6个数组   5
  0 1 1   第7个数组   3
  1 1 1   第8个数组   7
根据表1的二进制逆向进位表可对上述8个数组进行排序，得到如图4-a所示的数组序列表，各数组的第一个时隙的时序位置如表1指示分布，各数组的第二个时隙按照各数组第一个时隙的时序位置的顺序关系分布。
根据得到的数组序列表对数组流1和数据流2的信元进行排序，其流程可如下：输入数据流1、2带宽信息(数据流1＝8，数据流2＝4)；判断带宽排序信息表中的数据流是否已全部分配时隙，如果是，则结束排序流程，如果否，则按照带宽排序信息表依次提取未分配时隙的数据流进行排序处理；从第1个数组的首个时隙开始，按照先填充完单条数组的所有时隙为准则，将数据流1和数据流2的所有信元填充到相应数组的各时隙所在的时序位置上，得到如图4-b的信元表，其中，数据流1的各信元依次占用第1号数组的两个时隙(时序位置为0和8)、第2号数组的两个时隙(时序位置为4和12)、第3号数组的两个时隙(时序位置为2和10)、第4号数组的两个时隙(时序位置为6和14)，由此数据流1占用的时序位置为(0、2、4、6、8、10、12、14)，数据流2依次占用了第5号数组的两个时隙(时序位置为1和9)、第6号数组的两个时隙(时序位置为5和13)，由此数据流2占用的时序位置为(1、5、9、13)。
可以理解的是，若交换周期为固定值，则输入级只需在首个交换周期中通过上述方式获取数组序列表，在后续交换周期中可直接利用该数组序列表进行排序处理获取信元表。
207、输入级根据上述信元表控制数据流的信元发送；
输入级根据上述信元表各信元的时序位置向交换级502发送信元，以便交换级将接收到的信元下发给输出级503。
由上可见，本发明实施例中将动态带宽仲裁处理引入交换级，即通过获取带宽需求信息，入端口物理带宽信息和出端口物理带宽信息计算BWM来调整交换级的调度策略，无需在交换级中构建数据交换矩阵和控制交换矩阵，降低了交换级的处理复杂度，同时无需在输入级和输出级使用大量缓存存取VOQ和OQ，解决了无缓存交换结构规模限制问题，另外，通过对BWM的表项进行排序和对排序信息表进行信元均匀排序处理，避免入端口和出端口之间“多打一”的冲突问题，保证各端到端交换资源的公平性和信元的均匀发送，从而降低了交换处理中的延时抖动。
下面对本发明实施例中的一种交换设备进行描述，如图5所示，本发明实施例中的交换设备500包括：
输入装置501，交换装置502和输出装置503；
其中，输入装置501包括：获取单元5011，第一发送单元5012，信元排序单元5013和第二发送单元5014；
交换装置502包括：第一计算单元5021，带宽排序单元5022和第三发送单元5023；
其中，获取单元5011用于获取数据流的带宽需求信息。
在本发明实施例中，获取单元5011具体包括：
第一获取子单元，用于获取数据流的流速率；
第二获取子单元，用于获取数据流的缓存信息长度；
计算获取子单元，用于将数据流的缓存信息长度除以单位时间后加上该数据流的流速率，获得该数据流的带宽需求信息。
第一发送单元5012用于将获取单元5011获取的带宽需求信息，以及上述带宽需求信息与数据流的对应关系信息封装为第一控制信元发送给第一计算单元5021；
在本发明实施例中，每条数据流的带宽需求信息可能不同，第一发送单元5012需将带宽需求信息，以及带宽需求信息与数据流的对应关系信息(如可以为标识符)一同封装为第一控制信元后发送给上述交换设备的交换装置。
第一计算单元5021用于根据上述带宽需求信息，上述带宽需求信息对应的数据流的入端口物理带宽和出端口物理带宽，以及TDM业务带宽信息计算BWM，其中，上述入端口为输入装置501与交换装置502的连接端口，上述出端口为交换装置502与输出装置503的连接端口，上述TDM业务带宽信息用于指示TDM业务在各出端口上占用的带宽；
在本发明实施例中，通过预置一定的时间长度作为交换周期，第一计算单元5021根据该交换周期内接收到的所有带宽需求信息，带宽需求信息对应的数据流的入端口物理带宽和出端口物理带宽，以及TDM业务带宽信息计算BWM，当然，不同交换周期的时长也可不固定，此处不作限定。
在本发明实施例中，上述BWM满足如下条件：入端口相同的所有数据流的带宽需求总和小于或等于该入端口的入端口物理带宽；出端口相同的所有数据流的带宽需求总和小于或等于该出端口的可分配物理带宽，其中，上述出端口的可分配物理带宽等于该出端口的出端口物理带宽减去上述TDM业务带宽信息指示的TDM业务在该出端口上占用的带宽。
带宽排序单元5022用于根据预置的排序准则对上述BWM的表项进行排序处理，获得带宽排序信息表，其中，上述排序准则为在同一时隙内至多存在两个入端口向同一个出端口发送信元；
第三发送单元5023用于将上述带宽排序信息表封装为第二控制信元发送给上述信元排序单元5013；
信元排序单元5013用于根据上述带宽排序信息表对上述数据流进行信元均匀排序处理，获得信元表，其中，上述信元表包含上述数据流中各信元的时序位置，且同一数据流的各信元的时序位置间隔分布；
在本发明实施例中，信元排序单元5013可将当前的交换周期内预计发送的信元总数划分为多个数组，则每个数组包含的时隙数等于信元总数/数组个数，按既定方法对各数组进行排序，使同一数组的相邻时隙间隔(M-1)个时序位置，其中，M等于数组个数。从第一个数组开始，根据上述排序得到的数组序列表依次将各数据流的信元填充到各数组时隙所处的时序位置上。
在本发明一种应用场景中，信元排序单元5013可包括：
切分单元，用于将交换周期内预计发送的信元总数N切分为2L个数组，其中，每个数组包含N/2L个时隙；
数组排序单元，用于从L位二进制数全为0开始，采用逆向进位方式依次从高位向低位进位，并将顺序得到的2L个L位二进制数的十进制值依次作为各数组首个时隙的时序位置进行排序，依据各数组首个时隙的时序位置的顺序关系对各数组的剩余时隙进行排序，得到数组序列表；
信元填充单元，用于从第一个数组的首个时隙开始，按照先填充完单条数组的所有时隙为准则，依次将带宽排序信息表中的各数据流的所有信元填充到相应数组的各时隙所在的时序位置上，直至带宽排序信息表中所有数据流的所有信元完成填充，其中，信元与上述时隙一一对应。
第二发送单元5014用于根据上述信元表控制数据流的信元发送；
第二发送单元5014根据上述信元表各信元的时序位置向交换装置502发送信元，以便交换装置将接收到的信元下发给输出装置503。
需要说明的是，本实施例的输入装置501、交换装置502和输出装置503可以如上述方法实施例中的输入级、交换级和输出级，可以用于实现上述方法实施例中的全部技术方案，其各个功能模块的功能可以根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可参照上述实施例中的相关描述，此处不再赘述。
由上可见，本发明实施例中将动态带宽仲裁处理引入交换设备的交换装置，即通过获取带宽需求信息，入端口物理带宽信息和出端口物理带宽信息计算BWM来调整交换装置的调度策略，无需在交换装置中构建数据交换矩阵和控制交换矩阵，降低了交换装置的处理复杂度，同时无需在输入装置和输出装置使用大量缓存存取VOQ和OQ，解决了无缓存交换结构规模限制问题，另外，通过对BWM的表项进行排序和对排序信息表进行信元均匀排序处理，避免入端口和出端口之间“多打一”的冲突问题，保证各端到端交换资源的公平性和信元的均匀发送，从而降低了交换处理中的延时抖动。
以上对本发明所提供的一种数据流交换控制方法及相关设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种数据流交换控制方法，其特征在于，包括：
交换设备的输入级获取数据流的带宽需求信息，将所述带宽需求信息，以及所述带宽需求信息与所述数据流的对应关系信息封装为第一控制信元发送给所述交换设备的交换级；
所述交换级根据所述带宽需求信息和所述带宽需求信息对应的数据流的至少一个入端口的入端口物理带宽和至少一个出端口的出端口物理带宽，以及时分复用TDM业务带宽信息，计算带宽信息表BWM，其中，所述入端口为所述输入级与所述交换级的连接端口，所述出端口为所述交换级与输出级的连接端口，所述TDM业务带宽信息用于指示TDM业务在所述出端口上占用的带宽；
所述交换级根据预置的排序准则，对所述BWM的表项进行排序处理，获得带宽排序信息表，将所述带宽排序信息表封装为第二控制信元发送给所述输入级，其中，所述排序准则为在同一时隙内至多存在两个所述入端口向同一个所述出端口发送信元；
所述输入级根据所述带宽排序信息表对所述数据流进行信元均匀排序处理，获得信元表，其中，所述信元表包含所述数据流中各信元的时序位置，且同一数据流的各信元在时序位置上间隔分布；
所述输入级根据所述信元表控制数据流的信元发送。
2.根据权利要求1所述的数据流交换控制方法，其特征在于，
所述获取数据流的带宽需求信息包括：
获取数据流的流速率；
获取所述数据流的缓存信息长度；
将所述数据流的缓存信息长度除以单位时间，然后加上所述数据流的流速率，获得所述数据流的带宽需求信息。
3.根据权利要求1所述的数据流交换控制方法，其特征在于，
所述BWM满足如下条件：
入端口相同的所有数据流的带宽需求总和小于或等于该入端口的入端口物理带宽；
出端口相同的所有数据流的带宽需求总和，小于或等于该出端口的可分配物理带宽，其中，所述出端口的可分配物理带宽等于该出端口的出端口物理带宽减去所述TDM业务带宽信息指示的TDM业务在该出端口上占用的带宽。
4.根据权利要求1至3任一项所述的数据流交换控制方法，其特征在于，
所述根据所述带宽需求信息和所述带宽需求信息对应的数据流的至少一个入端口的入端口物理带宽和至少一个出端口的出端口物理带宽，以及时分复用TDM业务带宽信息，计算带宽信息表BWM的步骤具体为：
以预置的时间长度作为交换周期，根据所述交换周期内接收到的所有带宽需求信息，所述带宽需求信息对应的数据流的至少一个入端口的入端口物理带宽和至少一个出端口的出端口物理带宽，以及时分复用TDM业务带宽信息，计算BWM。
5.根据权利要求4所述的数据流交换控制方法，其特征在于，
所述根据所述带宽排序信息表对所述数据流进行信元均匀排序处理的步骤包括：
将所述交换周期内预计发送的信元总数N切分为2L个数组，其中，每个数组包含N/2L个时隙，其中，L为大于1的整数；
从L位二进制数全为0开始，采用逆向进位方式依次从高位向低位进位，并将顺序得到的2L个L位二进制数的十进制值，依次作为各数组首个时隙的时序位置进行排序，按照各数组首个时隙的时序位置的顺序关系对各数组的剩余时隙进行排序，得到数组序列表；
从第一个数组的首个时隙开始，按照先填充完单条数组的所有时隙为准则，依次将所述带宽排序信息表中各数据流的所有信元填充到所述数组的各时隙所在的时序位置上，直至所有数据流的所有信元完成所述填充，其中，所述信元与所述时隙一一对应。
6.一种交换设备，其特征在于，包括：
输入装置，交换装置和输出装置；
其中，所述输入装置包括：获取单元，第一发送单元，信元排序单元和第二发送单元；
所述交换装置包括：第一计算单元，带宽排序单元和第三发送单元；
其中，所述获取单元用于获取数据流的带宽需求信息；
所述第一发送单元用于将获取单元获取的所述带宽需求信息，以及所述带宽需求信息与所述数据流的对应关系信息封装为第一控制信元发送给所述第一计算单元；
所述第一计算单元用于根据所述带宽需求信息和所述带宽需求信息对应的数据流的至少一个入端口的入端口物理带宽和至少一个出端口的出端口物理带宽，以及时分复用TDM业务带宽信息，计算带宽信息表BWM，其中，所述入端口为所述输入装置与所述交换装置的连接端口，所述出端口为所述交换装置与所述输出装置的连接端口，所述TDM业务带宽信息用于指示TDM业务在所述出端口上占用的带宽；
所述带宽排序单元用于根据预置的排序准则，对所述BWM的表项进行排序处理，获得带宽排序信息表，其中，所述排序准则为在同一时隙内至多存在两个所述入端口向同一个所述出端口发送信元；
所述第三发送单元用于将所述带宽排序信息表封装为第二控制信元发送给所述信元排序单元；
所述信元排序单元用于根据所述带宽排序信息表对所述数据流进行信元均匀排序处理，获得信元表，其中，所述信元表包含所述数据流中各信元的时序位置，且同一数据流的各信元的时序位置间隔分布；
所述第二发送单元用于根据所述信元表控制数据流的信元发送。
7.根据权利要求6所述的交换设备，其特征在于，
所述获取单元具体包括：
第一获取子单元，用于获取数据流的流速率；
第二获取子单元，用于获取所述数据流的缓存信息长度；
计算获取子单元，用于将所述数据流的缓存信息长度除以单位时间，然后加上所述数据流的流速率，获得所述数据流的带宽需求信息。
8.根据权利要求6所述的交换设备，其特征在于，
所述第一计算单元计算的BWM满足如下条件：
入端口相同的所有数据流的带宽需求总和小于或等于该入端口的入端口物理带宽；
出端口相同的所有数据流的带宽需求总和，小于或等于该出端口的可分配物理带宽，其中，所述出端口的可分配物理带宽等于该出端口的出端口物理带宽减去所述TDM业务带宽信息指示的TDM业务在该出端口上占用的带宽。
9.根据权利要求6至8任一项所述的交换设备，其特征在于，
所述第一计算单元具体用于以预置的时间长度作为交换周期，根据所述交换周期内接收到的所有带宽需求信息，所述带宽需求信息对应的数据流的至少一个入端口的入端口物理带宽和至少一个出端口的出端口物理带宽，以及时分复用TDM业务带宽信息，计算BWM。
10.根据权利要求9所述的交换设备，其特征在于，
所述信元排序单元具体包括：
切分单元，用于将所述交换周期内预计发送的信元总数N切分为2L个数组，其中，每个数组包含N/2L个时隙，其中，L为大于1的整数；
数组排序单元，用于从L位二进制数全为0开始，采用逆向进位方式依次从高位向低位进位，并将顺序得到的2L个L位二进制数的十进制值依次作为各数组首个时隙的时序位置进行排序，依据各数组首个时隙的时序位置的顺序关系对各数组的剩余时隙进行排序，得到数组序列表；
信元填充单元，用于从第一个数组的首个时隙开始，按照先填充完单条数组的所有时隙为准则，依次将所述带宽排序信息表中各数据流的所有信元填充到所述数组的各时隙所在的时序位置上，直至所有数据流的所有信元完成所述填充，其中，所述信元与所述时隙一一对应。
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