流量管理系統(tǒng)中隊列調(diào)度方法研究

1、流量管理系統(tǒng)中隊列調(diào)度方法研究摘 要：文章介紹了一種流量管理系統(tǒng)中的隊列調(diào)度實現(xiàn)方法，該方法適用于通信領(lǐng)域。采用此方案可以減少系統(tǒng)中緩存資源的使用量，一定程度上解決緩存資源需求過大導(dǎo)致流量管理系統(tǒng)難以實現(xiàn)的問題。關(guān)鍵詞：流量管理；隊列調(diào)度；緩存?zhèn)鹘y(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)中，轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備對所有的報文均采用先入先出的策略（First-in and First-out，F(xiàn)IFO）的策略進(jìn)行處理，盡最大的努力將報文送到目的地，這種方式中所有的報文無區(qū)別對待，對報文傳送的可靠性、傳送延遲等性能不能提供任何保證；但在實際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)上存在各種各樣的問題，比如丟包現(xiàn)象、網(wǎng)絡(luò)抖動、網(wǎng)絡(luò)延遲和網(wǎng)絡(luò)帶寬受限等等。隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和新

2、興業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，這些問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，比如VoIP，IPTV等實時業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)對傳輸延遲提出了更高的要求，如果延時過長，用戶將不能接受，但相比這些業(yè)務(wù)，E-Mail等業(yè)務(wù)對時間延遲卻并不敏感；因此傳統(tǒng)的對報文無區(qū)分的處理方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量問題。服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）技術(shù)的出現(xiàn)便致力于解決這個問題。在現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，對數(shù)據(jù)產(chǎn)品的QoS要求越來越高，由此對包處理速率、支持的隊列數(shù)、帶寬、步進(jìn)粒度等流量管理技術(shù)指標(biāo)提出了更高的要求。由于當(dāng)前流量管理的技術(shù)指標(biāo)越來越高，特別是隊列數(shù)越來越多的情況下，實現(xiàn)流量管理所使用的緩存資源越來越多。在具

3、體設(shè)計實現(xiàn)中，無論是在現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）中實現(xiàn)流量管理功能，還是在集成電路（Application Specific IntegratedCircuit，ASIC）中實現(xiàn)流量管理功能，緩存資源的使用量都是一個衡量可實現(xiàn)性的重要標(biāo)準(zhǔn)。本文提供一種隊列調(diào)度的改進(jìn)方法，采用此方案后隊列鏈表信息的緩存資源可以大幅度減少，提高流量管理系統(tǒng)的可實現(xiàn)性。1 設(shè)計思路1.1 傳統(tǒng)隊列調(diào)度組件設(shè)計方法如圖1所示，流量管理系統(tǒng)中最重要的組件為隊列調(diào)度組件。隊列調(diào)度組件通過隊列調(diào)度算法，協(xié)同其他組件進(jìn)行出隊調(diào)度，共同完成流量管理功能。隊列調(diào)度組件

4、由授權(quán)控制隊列出隊，當(dāng)獲得授權(quán)時隊列才可以出隊，授權(quán)的分配由隊列調(diào)度算法來控制；各個隊列在隊列調(diào)度算法的控制下組成鏈表；傳統(tǒng)的設(shè)計中，該鏈表根據(jù)當(dāng)前是否有效分為活動隊列鏈表和非活動隊列鏈表。1.2 改進(jìn)后的隊列調(diào)度實現(xiàn)方法為了解決上述問題，本文提出了將傳統(tǒng)設(shè)計中的活動隊列鏈表和非活動隊列鏈表合成為一個鏈表的方法，在該方法下調(diào)度隊列鏈表的入隊和出隊步驟如下。1.2.1 入隊步驟（見圖2）當(dāng)隊列入隊時，加入到整個鏈表的尾部。1.2.2 出隊步驟（見圖3）出隊步驟：當(dāng)隊列首次出隊執(zhí)行時，記下當(dāng)前隊列的尾部，標(biāo)記記為活動隊列隊尾；隊列出隊操作執(zhí)行時，將首指針對應(yīng)隊列出隊處理；隊列出隊操作結(jié)束，執(zhí)行隊列轉(zhuǎn)移操作，根據(jù)算法的不同，決定將隊列插入到活動隊列隊尾還是直接加入到整個鏈表尾部。如插入到活動隊列隊尾，則將之前標(biāo)記的活動隊列隊尾改寫為當(dāng)前隊列，否則直接加入到整個鏈表尾部。2 結(jié)語如圖4所示，傳統(tǒng)方法下，需要存儲活動隊列首指針、活動隊列尾指針、非活動隊列首指針和非活動隊列尾指針，如采用改進(jìn)后的方法，可以只存儲鏈表首指針、尾指針和活動隊列隊尾。本文提供的隊列調(diào)度方法，在當(dāng)前通信系統(tǒng)中隊列數(shù)大大增加的情況下，有效地降低流量管理系統(tǒng)實現(xiàn)時的緩存資源使用量，在保證高性能流量管理的前提下，使流量管理系統(tǒng)更加容易實現(xiàn)，大大提高了高性能流量管理系統(tǒng)的可實現(xiàn)性。