分布式交换系统队列结构及调度算法研究

论文摘要

随着信息通信量的增加,越来越多的、不同种类的数据需要通过路由器和交换机进行交换,因此构建高效、实用的交换结构成为解决这些问题的关键基础。目前出现的交换结构形式很多,从控制方式上分,有集中控制交换结构和分布式控制交换结构;从交换级数上分,有单级交换结构和多级交换结构;负载平衡调度算法也是层出不穷。目前就整个交换结构的发展趋势来看,由于分布式控制交换结构的灵活性、高效性,以及多级交换的路径多重选择与可重构性,使得现在的交换结构朝着多级、分布式控制交换的趋势发展。因此多级、分布式控制交换结构的队列结构及其相应的负载平衡调度算法成为发展高性能交换机和路由器的重点研究课题。构建简单、灵活、实用的队列结构以及提出高效、公平、易于实现的负载平衡调度算法将成为整个交换机和路由器性能的决定性因素。本文对多级交换结构的队列结构和负载平衡调度算法进行了研究。首先对现存、比较实用的几种多级交换结构进行了讨论,然后就集中控制交换结构和分布式控制交换结构进行了比较与分析,指出了集中控制交换结构的缺点,分析了分布式交换结构所具有的优点;并对交换结构中的排队形式进行了比较详细的讨论。在讨论的基础上提出了请求信息缓冲的分布式交换结构,并对其队列结构进行了详细的描述。接下来本文讨论了目前应用比较广泛的几种负载平衡调度算法,就各种算法的优缺点进行了有效的分析,并在讨论的基础上提出了使用流水线round robin算法作为端口匹配的负载平衡调度算法,然后对此负载平衡调度算法进行了详细的分析与讨论。在本文的最后部分,对提出的分布式交换结构的队列结构以及负载平衡调度算法进行了建模与仿真,并且通过构建硬件平台进行实验,得到了有效的实验结果,证明了队列结构及其负载平衡调度算法的可行性、高效性。当然,随着数据速率的不断提高,以及对交换带宽日益增长的需求,研究更加简洁高效的队列结构及其相应的负载平衡调度算法将成为未来交换机与路由器发展的重要研究课题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 论文技术背景综述
• 1.1 引言
• 1.2 多级光互连网络的发展
• 1.3 多级互连网络的各种结构
• 1.4 多级交换系统的队列结构及其负载平衡调度算法
• 1.5 本学位论文内容安排
• 2 多级互连交换结构
• 2.1 互连交换网络系统分类
• 2.2 路由器新技术
• 2.3 Clos 网络-Myrinet-2000
• 2.4 小结
• 3 多级交换结构中的队列结构
• 3.1 集中式控制结构
• 3.2 分布式控制结构
• 3.3 RBUFDSA 交换结构
• 3.4 小结
• 4 多级交换中的调度算法
• 4.1 调度算法分类
• 4.2 负载平衡调度算法
• 4.3 小结
• 5 性能仿真与分析
• 5.1 网络通信量模型简介
• 5.2 利用ON/OFF 模型叠加建立自相似业务流模型
• 5.3 队列结构及其负载平衡调度算法仿真
• 5.4 小结
• 6 硬件实现
• 6.1 硬件资源
• 6.2 开发板的配置
• 6.3 算法的 Verilog 实现
• 6.4 本章小结
• 7 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录
• 附录2 ON/OFF 进程源代码
• 附录3 负载平衡调度算法源代码