三级Clos交换网络结构及其调度算法研究

摘要

考虑到星载交换机的特殊应用环境，故使用太空级FPGA芯片来实现交换方案设计，由于太空级芯片的资源有限(包括逻辑资源和存储资源)，要想实现更多端口的交换机，只能采用多片级联的多级交换网络结构。目前对多级交换网络的研究主要集中在Clos网络和Banyan网络及其变形上，其中，三级Clos网络由于其模块化性强和良好的可扩展性以及能够在交换网络内部实现严格无阻塞而受到了人们越来越多的青睐。
　　 本文结合实验室承担的科研项目——“多级交换方案及仿真”，以星载交换机为应用背景，对三级Clos 网络展开研究。首先，研究了现有三级Clos网络的交换结构及其调度算法，分析了将它们应用于星载交换机时的不足；其次，针对现有Clos网络结构和算法的不足给出了两种改进的交换结构和算法，通过仿真证明改进后的交换结构和算法在突发的和非突发的各种业务下都有很好的时延和吞吐率性能，且实现简单，可扩展性好，更适合于星载交换机；最后，为提高交换网络的吞吐率和降低短分组的平均时延及时延抖动，在Clos 网络的第三级交换单元中采用了以切片为单位进行调度的输出端口转发机制，并通过仿真证明采用切片形式的分组转发机制后，当网络中短分组较多时，网络性能得到明显提升。