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基于交叉开关的可扩展交换结构及其调度算法研究

贺玮娜  
【摘要】: 因特网的迅速发展要求路由器必须不断地提高内部交换能力。交换结构和调度算法作为高性能交换机和路由器的核心技术,其性能直接影响甚至决定了路由交换设备的性能。 三级交换结构由于可以将多个小型的交换单元互连在一起,具有良好的模块化及非阻塞特性,比起传统的交换结构能够提供更大的交换能力。这类交换结构已经广泛应用于商用核心路由器中,基于该结构的输入排队调度算法也成为研究热点。但是,由于工程应用千差万别,标准三级交换结构的Clos连接及相应的调度算法不能直接应用于具体工程中,必须对其进行扩展改进才能得到较好的交换性能。 传统的调度算法是针对交换结构的输入输出端口进行匹配,从而建立各输入模块和输出模块之间的连接,但这是以输出模块个数与交换结构的输出端口个数相等为基础的。当输出模块的个数与交换结构的端口个数不相等时,如果还用传统调度算法的话,就会造成资源浪费,并且无法满足系统容量要求。本文在研究交叉开关结构和输入排队调度算法的基础上,针对上述应用问题,提出了两种解决方案:捆绑解决方案和拆分平面解决方案。通过理论分析和数学公式推导,提出了改进的三级交换结构的组网方式,并且在单级Crossbar网络调度的研究成果基础上,通过算法改进提出了适用于三级交换结构的调度算法实现方案。最后通过在交换性能仿真平台中进行仿真,得出两种解决方案的性能曲线,经分析,两种方案完全解决了该工程应用面临的问题,实现了很高的系统吞吐率。


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