流量管理系統(tǒng)中隊列調度方法研究

楊敏華

（中興通訊股份有限公司，江蘇 南京 210012）

流量管理系統(tǒng)中隊列調度方法研究

楊敏華

（中興通訊股份有限公司，江蘇 南京 210012）

文章介紹了一種流量管理系統(tǒng)中的隊列調度實現(xiàn)方法，該方法適用于通信領域。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致流量管理系統(tǒng)難以實現(xiàn)的問題。

流量管理；隊列調度；緩存

傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡中，轉發(fā)設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；但在實際應用中，網(wǎng)絡上存在各種各樣的問題，比如丟包現(xiàn)象、網(wǎng)絡抖動、網(wǎng)絡延遲和網(wǎng)絡帶寬受限等等。隨著網(wǎng)絡發(fā)展和新興業(yè)務的出現(xiàn)，這些問題已經(jīng)嚴重影響了網(wǎng)絡業(yè)務，比如VoIP，IPTV等實時業(yè)務，這些業(yè)務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，E-Mail等業(yè)務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)絡的服務質量問題。服務質量（Quality of Service，QoS）技術的出現(xiàn)便致力于解決這個問題。

在現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信領域，對數(shù)據(jù)產品的QoS要求越來越高，由此對包處理速率、支持的隊列數(shù)、帶寬、步進粒度等流量管理技術指標提出了更高的要求。

由于當前流量管理的技術指標越來越高，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。在具體設計實現(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 Integrated Circuit，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)性的重要標準。

本文提供一種隊列調度的改進方法，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　設計思路

1.1傳統(tǒng)隊列調度組件設計方法

如圖1所示，流量管理系統(tǒng)中最重要的組件為隊列調度組件。隊列調度組件通過隊列調度算法，協(xié)同其他組件進行出隊調度，共同完成流量管理功能。

隊列調度組件由授權控制隊列出隊，當獲得授權時隊列才可以出隊，授權的分配由隊列調度算法來控制；各個隊列在隊列調度算法的控制下組成鏈表；傳統(tǒng)的設計中，該鏈表根據(jù)當前是否有效分為活動隊列鏈表和非活動隊列鏈表。

1.2改進后的隊列調度實現(xiàn)方法

為了解決上述問題，本文提出了將傳統(tǒng)設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）

當隊列入隊時，加入到整個鏈表的尾部。

圖2　入隊流程圖

1.2.2出隊步驟（見圖3）

出隊步驟：當隊列首次出隊執(zhí)行時，記下當前隊列的尾部，標記記為活動隊列隊尾；隊列出隊操作執(zhí)行時，將首指針對應隊列出隊處理；隊列出隊操作結束，執(zhí)行隊列轉移操作，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，則將之前標記的活動隊列隊尾改寫為當前隊列，否則直接加入到整個鏈表尾部。

圖3　出隊流程圖

2　結語

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，如采用改進后的方法，可以只存儲鏈表首指針、尾指針和活動隊列隊尾。

圖4　傳統(tǒng)實現(xiàn)方法和改進后的實現(xiàn)方法

本文提供的隊列調度方法，在當前通信系統(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。

[1]周炯槃，龐沁華.通信原理[M].北京：北京郵電大學出版社，2005.

[2]王金明.VerilogHDL程序設計教程[M].北京：人民郵電出版社，2004.

Research on queue scheduling method in traffic management system

Yang Minhua
（ZTE Communications Share Co., Ltd., Nanjing 210012, China）

In this paper, a method of queue scheduling in traffic management system is introduced. The method is suitable for the communication field. Using this scheme can reduce the amount of cache resources, and solve the problem that the demand of the cache resources is too large to realize the traffic management system.

traffic management; queue scheduling; cache

楊敏華（1980— ），女，江蘇常州，碩士，工程師；研究方向：數(shù)據(jù)通信。