CN102739516A - 用于数据网络的集中业务量整形 - Google Patents

Abstract

一种通信系统，包括多个节点和具有多个端口的交换机，每个端口与多个节点之一相耦合。多个节点的至少一个节点被配置为将与第一虚拟链路相关联的第一未调整的帧流传输至交换机的多个端口中的第一端口。该交换机被配置为通过以下来操作来调整第一未调整的帧流：将第一未调整的帧流缓存在与第一虚拟链路相关联的第一输入队列中，将与第一虚拟链路相关联的业务量整形参数应用于在与第一虚拟链路相关联的第一输入队列中的帧，并基于第一虚拟链路将第一已调整的帧流输出到与一个或多个输出端口相关联的一个或多个输出队列。

Description

用于数据网络的集中业务量整形

相关申请的交叉引用

本申请与以下共同未决的美国专利申请相关，其所有通过引用被合并于此：

与本申请同一日期申请的、序号为13/073,260(代理人案卷号H0028046-5409)、名为“VERSATILE SOURCE PORT ENFORCEMENT FORDATANETWORKS(用于数据网络的通用源端口实施)”的美国专利申请，其在此被称为“046申请”；和

与本申请同一日期申请的、序号为13/217,823(代理人案卷号H0028048-5409)、名为“EMBEDDED END-TO-END DELAY INFORMATIONFOR DATANETWORKS(用于数据网络的嵌入式端到端延迟信息)”的美国专利申请，其在此被称为“048申请”。

背景技术

在实现航空无线电公司(ARINC)标准664第7部分的传统系统中，端系统或端节点对输出业务量进行整形以确保相同虚拟链路的任意两个帧之间的最小距离被维持在整形功能的输出处。然后由调度器将在该节点处所有输出虚拟链路的整形的业务量流将融入在该端系统的以太网端口处的公共流。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种通信系统。该通信系统包括多个节点和具有多个端口的交换机，每个端口与多个节点之一相耦合。多个节点中的至少一个节点被配置为将与第一虚拟链路相关联的第一未调整的帧流传输到交换机多个端口中的第一端口。该交换机被配置为通过以下操作来调整第一未调整的帧流：将第一未调整的帧流缓存在与第一虚拟链路相关联的第一输入队列中，将与第一虚拟链路相关联的业务量整形参数应用于与第一虚拟链路相关联的第一输入队列中的帧，并基于第一虚拟链路将第一已调整的帧流输出至与一个或多个输出端口相关联的一个或多个输出队列。

附图说明

要理解的是，附图仅描绘示例性实施例，并因此不认为在范围上限制，将通过使用附图与附加特征和细节一起来描述示例性实施例，其中：

图1是通信系统的示例性实施例的框图。

图2是交换机的示例性实施例的框图。

图3是交换机的另一个示例性实施例的框图。

图4是集中业务量整形的方法的示例性实施例的流程图。

根据常规惯例，各种描述的特征不是按比例绘制，而是被绘制以强调与示例性实施例相关的特定特征。

具体实施方式

在以下详细描述中，对形成详细描述的一部分的附图进行的参考，并且其中以说明特定图示实施例的方式示出。然而，应当理解，可利用其他实施例，并且可作出逻辑、机械和电气的改变。此外，在附图和说明书中呈现的方法并不应当被理解为限制个别动作可被执行的顺序。因此，以下详细描述不以限制意义被采用。

图1是通信系统100的一个实施例的框图。通信系统100包括多个节点120-1...120-N(也称为端系统)和至少一个交换机104。通信系统100被配置为使用虚拟链路通过交换机104在节点102-1...102-N之间传送帧。如在此所使用的，虚拟链路是通过交换机104连接两个或更多个节点102的单向逻辑通路。例如，在一些实施例中，通信系统100是被配置为实现与航空无线电公司(ARINC)标准664第7部分相兼容的协议的全双工交换式以太网网络(也被称为航空电子全双工交换式以太网(AFDX))。在一些实施例中，如在ARINC标准664第7部分中所定义的，虚拟链路被限制为有且仅有一个源节点102。然而，在其他实施例中，交换机104被配置为接受多个节点102作为用于单个虚拟链路的有效源节点，如在“046申请”中所描述的。

每个节点102被配置为用于至少一个虚拟链路的源节点。仅出于解释的目的，在图1所示的示例性实施例中，每个节点102被配置为用于三个虚拟链路的源节点。每个虚拟链路被配置具有带宽分配间隔(BAG)。该BAG是从节点传输的相同虚拟链路的任意两个帧之间的最小距离。

节点102-2包括虚拟链路(VL)整形器112，该虚拟链路(VL)整形器112被配置为检验每个虚拟链路的帧，以用于遵从如在传统ARINC 664第7部分端系统中的对应的BAG。特别地，如果相比于对应的BAG，从主计算机(未示出)输出给定虚拟链路的帧更快，则VL整形器112缓存这些帧并调整输出流，使得这些帧遵从各自的BAG。如果相比于各自的BAG，对给定主计算机的帧输出得更慢，则VL整形器112允许用由该协议所指定的最大技术等待时间来立即输出这些帧。VL整形器112的VL整形功能可被实现在由处理单元所执行的软件中。

将已调整的帧流输入到串行器/解串器(SerDes)110。该SerDes 110将已调整的流调度和复用成单个已调整的帧流，该单个已调整的帧流经由端口108输出到交换机104的端口106-2。在交换机104中的VL业务量管理器114通过将已调整的帧流与符合端口106-2的所有虚拟链路的列表和所调整的帧的各自的定时参数相比较来检验已调整的帧流。如果已调整的帧流通过检验器功能，则它们被路由到与各自的虚拟链路相关联的输出端口的输出队列。

与节点102-2不同，节点102-1不调整用于多个虚拟链路的帧流。替代地，节点102-1将未调整的帧流复用成单一的未调整的帧流。例如，在一些实施例中，SerDes 110被配置为以先到先服务为基础来输出帧。在其他实施例中，SerDes 110基于诸如基于优先级的排队这样的不同策略来输出帧。然而，SerDes不调整帧流以便遵从各自的BAG。未调整的帧流通过节点102-1的端口108输出至交换机104的端口106-1。当在交换机处接收到未调整的帧流时，VL业务量管理器114被配置为调整帧流，如下更详细地描述的那样。

VL业务量管理器114还将在交换机中调整的流调度和输出至与各自的虚拟链路相关联的输出端口的输出队列。因此，典型地在节点102中执行的整形和调度功能从节点102-1卸载到交换机。在一些实施例中，存储或缓存在每个输出队列中的帧的数目以每队列为基础被配置。换句话说，缓存在每个队列中的帧的数目独立于其他队列被配置。另外，在一些实施例中，每个队列以每队列为基础被配置为，当队列满了时通过用新接收的帧替代在该队列中最旧的帧来管理在各自队列中的帧。在其他实施例中，每个队列以每队列为基础被配置为，如果队列满了，则通过丢弃新接收的帧来管理在各自队列中的帧。因此，每个队列可被配置为独立于其他队列来管理在各自队列中的帧。每个队列还以每队列为基础被配置为以先进先出为基础或以基于优先级的方案从各自的队列输出帧。在一些实施例中，基于从各自的帧流的帧中获得的诸如虚拟链路ID这样的信息来获得优先级信息。

另外，在一些实施例中，通过使用对本领域技术人员来说是已知的部件来在交换机104的硬件中实现整形和调度功能，比如但不限于，一个或多个逻辑门(即与、或、非等)和一个或多个缓存器。在其他实施例中，用通过软件程序、固件或其他计算机可读指令起作用的处理器单元来实现整形和调度功能，该软件程序、固件或其他计算机可读指令用于执行在调度和整形功能中使用的各种方法、过程任务、计算、和控制功能。

这些指令典型地存储在用于存储计算机可读指令或数据结构的适当的计算机可读介质上。该计算机可读介质可被实现为任意的可用介质，其可由通用或专用计算机或处理器，或任意可编程逻辑设备所访问。合适的处理器可读介质可包括诸如磁或光介质这样的储存器或存储器介质。例如，储存器和存储器介质可包括传统硬盘、光盘-只读存储器(CD-ROM)、诸如随机存取存储器(RAM)这样的易失性或非易失性介质(包括但不限于，同步动态随机存取存储器(SDRAM)、双数据速率(DDR)RAM、RAMBUS动态RAM(RDRAM)、静态RAM(SRAM)等)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)和闪存等。合适的处理器可读介质还可包括诸如电的、电磁的或数字的信号这样的传输介质，这些传输介质通过比如网络和/或无线链路之类的通信介质输送。

节点102-N还包括类似于节点102-2的VL整形器112。节点102-N的VL整形器112操作成类似于节点102-2的VL整形器112来调整虚拟链路的流。然而，节点102-N被配置为仅调整用于多个虚拟链路的未调整的帧流的子集。因此，至少一个未调整的帧流在节点102-2的SerDes 110中与已调整的帧流相复用。混合的帧流通过节点102-2的端口108被输出至交换机104的端口106-N。VL业务量管理器114从未调整流中分离已调整流。VL业务量管理器114仅对已调整的帧流执行上述的检验器功能。然而，VL业务量管理器114调整和调度未调整的帧流。接着，已调整流和未调整流被输出至与虚拟链路相关联的各自输出端口的输出队列。

因此，图1中的交换机104以每虚拟链路为基础被配置成，对通过端口106-1...106-N接收的帧流应用整形(调整)和调度功能。换句话说，业务量整形被应用于在交换机端口的子集上接收的帧，而不是应用于在所有端口106-1...106-N上接收的帧。另外，对于特定的端口106，整形和调度可选择性地应用于通过各自端口106接收的流的子集。

图2是交换机204的一个实施例的框图。交换机204包括端口206-1...206-N(也标识为端口1-N)。交换机204还包括虚拟链路(VL)业务量管理器214。VL业务量管理器214包括串行器/解串器(SerDes)216、业务量整形模块218、策略检验器模块220和路由器222。仅出于解释的目的，VL业务量管理器214被描绘为仅与端口206-1相耦合。然而，要理解的是，端口206-2...206-N也与VL业务量管理器214相耦合。另外，在一些实施例中，VL业务量管理器214的功能针对多个端口206的每一个端口而被复制，而不是将每个端口206耦合至单个VL业务量管理器214。

SerDes 216接收从耦合于端口206-1的节点传输的复用的帧流。SerDes 216将这些流分离成各个帧流。如果复用的帧流包括已调整流，则该已调整流从SerDes 216被传递至策略检验器模块220。例如，在一些实施例中，交换机204被配置具有在源节点处被调整的虚拟链路的列表和在交换机104处要求流调整的虚拟链路的列表。通过比较包含在帧中的虚拟链路ID，交换机104识别已调整流和未调整流。策略检验器模块220确定调整流的虚拟链路是否是用于端口的有效虚拟链路，通过该端口接收了帧流。另外，在一些实施例中，策略检验器模块220实施业务量策略。例如，在一些实施例中，策略检验器模块220被配置为防止给定虚拟链路的帧超过用于该虚拟链路的各自的BAG。如果已调整流通过了检验器功能，则策略检验器模块220将已调整流输出至路由器222。

每个虚拟链路的未调整流从SerDes 216输出至业务量整形模块218。业务量整形模块218包括用于每个虚拟链路的对应未调整流的输入队列219。因此，虽然出于解释的目的在该示例中仅示出了一个输入队列219，但要理解的是，多于一个输入队列219可用于其他实施例中。

业务量整形模块218确保每个虚拟链路的帧遵从对应的BAG。特别地，如果给定虚拟链路的帧比对应的BAG所许可的更靠近，则业务量整形模块218将这些帧缓存在对应的输入队列219中并调整输出流使得这些帧遵从各自的BAG。例如，在一些实施例中，输入队列219被配置为当队列满了时，通过用新接收的帧替代在该队列中最旧的帧来管理在输入队列219中的帧。在其他实施例中，输入队列被配置为如果该队列满了，则通过丢弃新接收的帧来管理在各自队列中的帧。另外，要在对应输入队列219中缓存的帧的数目以每队列为基础被确定。

如果给定虚拟链路的帧被充分地分离，并且因此遵从用于该虚拟链路的各自的BAG，则业务量整形模块218用由该协议指定的最大技术等待时间来立即输出这些帧。业务量整形模块218将用于每个虚拟链路的已调整的帧流输出至路由器222。

路由器222被配置为将已调整的帧流路由至用于各自虚拟链路的对应输出端口206。例如，如图2中所示，虚拟链路的帧可被路由至包括相同端口的一个或多个输出端口206，通过该相同端口接收了帧。具体地，用于每个虚拟链路的帧被放置在用于各自虚拟链路的对应输出端口的输出队列224中。虽然出于解释的目的仅示出了用于端口206-4的输出队列224，但要理解的是，每个端口206都与端口队列相关联。

图3是交换机304的另一个示例性实施例的框图。类似于交换机204，交换机304包括虚拟链路(VL)业务量管理器314。VL业务量管理器314包括串行器/解串器(SerDes)316、业务量整形模块318、策略检验器模块320和路由器322。VL业务量管理器314的每个部件相对于图2中的VL业务量管理器214如以上所描述的那样起作用。然而，在图3中所示的实施例中，业务量整形模块318被配置将用于每个虚拟链路的已调整的帧流输出至策略检验器模块320，而不是直接输出至路由器322。因此，在该示例性实施例中，策略检验器模块320检验来自业务量整形模块318的已调整流以用于遵从业务量策略，并验证每个虚拟链路是端口的有效虚拟链路，通过该端口接收了该调整流。如果调整流通过业务量策略检验，则该流被传递至路由器322以便按如上所述被路由。

图4是描绘了集中的业务量整形的方法400的一个实施例的流程图。方法400可在诸如上述的交换机104、204或304之类的交换机中被实现。在402，在交换机处接收多个帧流，每个帧流与各自的虚拟链路相对应。如在此使用的，定义“未调整的帧流”或“未调整流”被定义来表示在没有对帧应用业务量整形的情况下从节点传输的帧流。换句话说，节点没有调整或控制与各自的虚拟链路相对应的各种帧的定时、间距、带宽等。因此，“已调整的帧流”是已对其应用了业务量整形策略的流。

在一些实施例中，单个未调整的帧流在交换机中的每个端口处被接收。然而，在其他实施例中，多个未调整流的组合在交换机中的单个端口处被接收。在又一个其他实施例中，已调整流与未调整的帧流一起的组合在一个或多个端口处被接收。

在404，如果在单个端口处接收到多于一个的帧流，则如上所述将这些流分离成各个流。在406，基于至少一个未调整的帧流的各自虚拟链路从多个帧流中识别至少一个未调整的帧流。

在408，根据各自虚拟链路的参数在交换机中对识别的未调整的帧流进行缓存和整形。例如，每个虚拟链路可被分配不同的BAG。因此，各个未调整流中的每个流被整形以遵从各自的BAG。另外，在一些实施例中，交换机被配置为在硬件中整形各个流。此外，在一些实施例中，要被缓存在一个或多个输入队列中的已整形的帧流的帧的数目如上所述以每队列为基础被确定。

在410，在交换机中检验各个已调整的帧流以遵从与对应的虚拟链路相关联的各自的业务量策略。例如，如果已调整的帧流与未调整流一起在端口处被接收，则如上所述检验调整流以遵从各自的业务量策略。另外，在一些实施例中，还可检验在交换机中被整形的各个流以遵从各自的业务量策略。附加地，对遵从业务量策略的检验还包括确定帧流是否在用于与各个帧流相关联的虚拟链路的有效端口处被接收。

在412，基于各自的虚拟链路，将所整形流调度和路由至对应的输出端口的一个或多个输出队列。例如，已调整流可被输出至相同的输入端口、输出至不同的输出端口或输出至多个输出端口，通过该相同的输入端口接收了该已调整流。要理解的是，每个接收的帧流可根据与每个喷流相关联的虚拟链路来被输出至不同的输出端口。

在414，从一个或多个输出队列输出所整形流的帧。在一些实施例中，基于先进先出策略来输出来自一个或多个输出队列的所整形帧流的帧。在其他实施例中，基于优先级等级来输出这些帧。在一些实施例中，优先级等级可从在所整形流的帧中的数据获得。

示例实施例

示例1包括一种通信系统，包括：多个节点；以及具有多个端口的交换机，每个端口耦合于多个节点之一；其中多个节点的至少一个节点被配置为将与第一虚拟链路相关联的第一未调整的帧流传输至交换机的多个端口中的第一端口；以及其中交换机被配置为通过以下操作来调整第一未调整的帧流：将第一未调整的帧流缓存在与第一虚拟链路相关联的第一输入队列中，将与第一虚拟链路相关联的业务量整形参数应用于与第一虚拟链路相关联的第一输入队列中的帧，以及基于第一虚拟链路将第一已调整的帧流输出至与一个或多个输出端口相关联的一个或多个输出队列。

示例2包括示例1的通信系统，其中至少一个节点被进一步配置为将与第二虚拟链路相关联的第二已调整的帧流传输至交换机的第一端口，其中交换机被配置为检验第一端口是用于第二虚拟链路的有效源端口，并且如果第一端口是用于第二虚拟链路的有效源端口，则将第二已调整的帧流传递至一个或多个输出队列。

示例3包括示例1-2的任一个的通信系统，其中交换机和多个节点被配置为实现与ARINC 664第7部分相兼容的协议。

示例4包括示例1-3的任一个的通信系统，其中一个或多个输出队列被配置为将与第一虚拟链路相关联的第一已调整的帧流的一个或多个帧进行缓存。

示例5包括示例1-4的任一个的通信系统，其中第一输入队列被配置为当第一输入队列满了时通过用新接收的帧替换在第一输入队列中的最旧的帧或通过丢弃新接收的帧来管理第一输入队列中的帧。

示例6包括示例1-5的任一个的通信系统，其中交换机被配置为基于先进先出基础或优先级基础之一来从一个或多个输出队列中的每个输出队列输出帧。

示例7包括示例6的通信系统，其中交换机被配置为从在第一已调整的帧流的帧中的信息得到优先级信息。

示例8包括一种通信系统中的交换机，该交换机包括：多个端口，每个端口与各自的节点相耦合，并被配置为从各自的节点接收与各自的虚拟链路相关联的至少一个帧流，其中来自节点之一的至少一个帧流是未调整的帧流；业务量整形模块，与多个端口相耦合，其中业务量整形模块具有至少一个输入队列，每个输入队列与各自的虚拟链路相关联；其中业务量整形模块被配置为将每个虚拟链路的帧缓存在各自的输入队列中，并基于各自的虚拟链路将业务量整形参数应用于在各自输入队列中的帧；多个输出队列，至少一个输出队列与每个虚拟链路相关联；以及路由器，被配置为基于由业务量整形模块所整形的帧流的各自虚拟链路，将由业务量整形模块所整形的帧流提供至多个输出队列中的一个或多个输出队列。

示例9包括示例8的交换机，其中该交换机被配置为实现与ARINC664第7部分相兼容的协议。

示例10包括示例8-9的任一个的交换机，其中该交换机以每队列为基础配置要被缓存在各自输入队列中的、由业务量整形模块所整形的帧流的帧的数目。

示例11包括示例8-10的任一个的交换机，其中该交换机被配置为基于先进先出基础或优先级基础之一来从一个或多个输出队列中的每一个队列输出帧。

示例12包括示例8-11的任一个的交换机，其中该交换机被配置为基于从各自的帧流获得的信息，确定从一个或多个输出队列中的每一个队列输出帧的顺序。

示例13包括示例8-12的任一个的交换机，进一步包括解串器，被配置为分离通过相同端口接收的各个帧流；以及策略检验器模块，被配置为检验每个接收的帧流是否在用于与每个帧流相关联的各自虚拟链路的有效端口上被接收。

示例14包括一种集中业务量整形的方法，该方法包括在交换机处接收多个帧流，每个帧流与各自的虚拟链路相对应；基于至少一个未调整的帧流的各自虚拟链路来从多个帧流中识别至少一个未调整的帧流；基于与未调整的帧流的各自虚拟链路相关联的业务量整形参数来在交换机中对至少一个识别的未调整的帧流进行整形；以及基于各自的虚拟链路来将整形的帧流路由至一个或多个输出队列。

示例15包括示例14的方法，其中在交换机中对至少一个识别的未调整的帧流进行整形包括在交换机的硬件中对至少一个识别的未调整的帧流进行整形。

示例16包括示例14-15的方法，其中接收多个帧流包括在单个端口处将多个帧流接收为组合的帧流，该方法进一步包括将来自组合的帧流的多个帧流分离成各个帧流。

示例17包括示例14-16的方法，进一步包括基于至少一个已调整的帧流的各自虚拟链路来从多个帧流中识别至少一个已调整的帧流；以及检验该至少一个识别的已调整的帧流以确定该至少一个识别的已调整的帧流是否在用于各自的虚拟链路的有效端口上被接收。

示例18包括示例14-17的任一个的方法，进一步包括以每队列为基础来确定要被缓存在一个或多个输入队列中的每一个输入队列中的所整形帧流的帧的数目。

示例19包括示例14-18的任一个的方法，进一步包括基于先进先出基础或优先级基础之一来从一个或多个输出队列输出所整形帧流的帧。

示例20包括示例19的方法，进一步包括基于从在所整形帧流中的帧获得的信息，确定从一个或多个输出队列输出帧的顺序。

虽然已经在此说明和描述了特定实施例，本领域普通技术人员将理解，考虑实现相同目的的任意布置可替代所示的特定实施例。因此，显然地旨在的是，本发明仅由权利要求及其等同物所限制。

Claims (3)

1.一种通信系统中的交换机(204)，该交换机包括：

多个端口(206)，每个端口与各自的节点相耦合，并且被配置为从各自的节点接收与各自的虚拟链路相关联的至少一个帧流，其中来自节点之一的至少一个帧流是未调整的帧流；

业务量整形模块(218)，与多个端口相耦合，其中该业务量整形模块具有至少一个输入队列(219)，每个输入队列与各自的虚拟链路相关联；

其中该业务量整形模块被配置为将每个虚拟链路的帧缓存在各自的输入队列中，并且基于各自的虚拟链路将业务量整形参数应用于在各自的输入队列中的帧；

多个输出队列(224)，至少一个输出队列与每个虚拟链路相关联；以及

路由器(222)，被配置为基于由业务量整形模块所整形的帧流的各自的虚拟链路，将由业务量整形模块所整形的帧流提供至多个输出队列中的一个或多个输出队列。

2.权利要求1的交换机，其中该交换机以每队列为基础配置要在各自的输入队列中缓存的、由业务量整形模块所整形的帧流的帧的数目。

3.权利要求1的交换机，其中该交换机被配置为基于从各自的帧流获得的信息，来确定从一个或多个输出队列中的每个输出队列输出帧的顺序。

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