纵横式交换机的高速交换算法研究

摘要

随着信息数字化进程的加快，出现了大量多样化的对带宽、服务质量及实时性有很高要求的网络应用，而交换机是网络通信中的核心设备。于是，交换机高速交换结构及算法成为学术与业界研究的热点。针对现有交换机典型算法存在的问题，面向纵横式交叉的交换结构，设计了一种基于优先级的高速交换算法。 现有的几种基于纵横式交叉的交换结构和匹配算法，在匹配效率、服务质量、稳定性还有实现难易程度上各有不同优点和局限性。组合输入交叉缓存交换机以结构上存储的相对独立性而占有优势，能获得更高的并行性。 在分析组合输入交叉缓存模型性质的基础上，引入了瞬时加速比和有效加速比的概念，将瞬时加速比也视为一种可分配资源。分析了输入队列和输出队列对组合输入交叉缓存系统性能的影响，将瞬时加速比分配给即将为空的输出队列，设计了基于组合输入交叉缓存的输入仲裁算法-TCBF(达到阈值优先算法)，在理论上分析了其稳定性。对组合输入交叉缓存结构进行了仿真实验，包括交叉缓冲大小和加速比对性能产生的影响，TCBF在不同阈值下的性能。针对非均匀业务模式的情况作了两种改进，分别采用时间片和双指针计数器进行优化。仿真结果表明，这种时间复杂度为O(1)的算法有很高的吞吐率，不需要太大的交叉缓存和加速比，阈值取0时有最佳延时性能，TCBF有和输出队列模型近似的输出延迟，对TCBF的两种改进都在非均匀模式下有一定的性能提高，并且算法易于硬件实现。