1999
DOI: 10.1109/49.772430
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Matching output queueing with a combined input/output-queued switch

Abstract: -The Internet is facing two problems simultaneously: there is a need for a faster switching/routing infrastructure, and a need to introduce guaranteed qualities of service (QoS

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“…交叉开关由于具有无阻塞特性,实现简单,并且有成熟的商用芯片可直接应用,因而在目前商用路由器交换 结构设计中广为应用 [1,2] .然而随着网络技术的发展,路由交换设备必须能够支持更高的端口速率和更密集的端 口数量,基于交叉开关构建的交换结构因此面临着越来越多的挑战.输出排队(output queued,简称 OQ)交换结构 虽然在提供服务质量(QoS)保障方面极具优势,通过简单的调度机制即可获得高吞吐量和良好的时延性能,然而 交换单元和存储单元的 N 倍加速问题使其在高速环境下应用受限 [3] .输入排队(IQ)交换结构虽然无须硬件加速, 并且通过采用虚拟输出排队(virtual output queued,简称 VOQ)机制也可以获得高吞吐量 [4] ,但是其调度过程必须 从全局的角度协调交换结构所有输入端口和输出端口的带宽使用,因而算法复杂度较高,在高速环境下不易于 硬件实现 [5] .比较而言,联合输入输出排队(CIOQ)交换结构对输出排队机制和输入排队机制进行了较好的折 衷,Chuang 等人证明了该交换结构在 2 倍加速时能够完全模拟 OQ 交换结构 [6,7] ,然而 CIOQ 交换结构模拟 OQ 交换结构同样需要集中式的匹配算法,依然具有极高的算法复杂度,因此仅具有理论意义. 一种新的思路是,在交叉开关内部的交叉节点增设小容量的缓存单元,而且近年来随着芯片设计技术的进 步和工艺水平的提高,在交叉开关内部实现小容量的节点缓存并不困难 [8] .目前,带缓存交叉开关已经成为交换 结构领域新的研究热点,基于带缓存交叉开关构建的联合输入交叉节点排队(CICQ)交换结构因其性能优势更 是备受关注 [9] .Magill 等人证明了 CICQ 交换结构在 2 倍加速条件下可以通过分布式调度算法模拟支持 k 个优 先级的先入先出输出排队交换结构(first come first served output queued,简称 FCFS-OQ) [10] ;Chuang 等人证明了 在 3 倍加速条件下,CICQ 交换结构可以通过分布式调度算法实现模拟采用任意调度算法的 OQ 交换结构 [11] ; 我们证明了当空分复用扩展因子为 2 时,CICQ 交换结构无须加速即可模拟采用任意调度算法的 OQ 交换结 构 [12] .CICQ 交换结构模型如图 1 所示,它采用带缓存交叉开关作为核心交换单元,在交换结构的每个输入端口 分别设置一个输入缓存单元.为了避免发生队头阻塞,输入缓存单元通常采用虚拟输出排队机制,即每个输入缓 存单元在逻辑上被划分为 N 个虚拟输出队列,分别用于缓存到达 N 个输出端口的分组.…”
Section: Cicq交换结构unclassified
“…交叉开关由于具有无阻塞特性,实现简单,并且有成熟的商用芯片可直接应用,因而在目前商用路由器交换 结构设计中广为应用 [1,2] .然而随着网络技术的发展,路由交换设备必须能够支持更高的端口速率和更密集的端 口数量,基于交叉开关构建的交换结构因此面临着越来越多的挑战.输出排队(output queued,简称 OQ)交换结构 虽然在提供服务质量(QoS)保障方面极具优势,通过简单的调度机制即可获得高吞吐量和良好的时延性能,然而 交换单元和存储单元的 N 倍加速问题使其在高速环境下应用受限 [3] .输入排队(IQ)交换结构虽然无须硬件加速, 并且通过采用虚拟输出排队(virtual output queued,简称 VOQ)机制也可以获得高吞吐量 [4] ,但是其调度过程必须 从全局的角度协调交换结构所有输入端口和输出端口的带宽使用,因而算法复杂度较高,在高速环境下不易于 硬件实现 [5] .比较而言,联合输入输出排队(CIOQ)交换结构对输出排队机制和输入排队机制进行了较好的折 衷,Chuang 等人证明了该交换结构在 2 倍加速时能够完全模拟 OQ 交换结构 [6,7] ,然而 CIOQ 交换结构模拟 OQ 交换结构同样需要集中式的匹配算法,依然具有极高的算法复杂度,因此仅具有理论意义. 一种新的思路是,在交叉开关内部的交叉节点增设小容量的缓存单元,而且近年来随着芯片设计技术的进 步和工艺水平的提高,在交叉开关内部实现小容量的节点缓存并不困难 [8] .目前,带缓存交叉开关已经成为交换 结构领域新的研究热点,基于带缓存交叉开关构建的联合输入交叉节点排队(CICQ)交换结构因其性能优势更 是备受关注 [9] .Magill 等人证明了 CICQ 交换结构在 2 倍加速条件下可以通过分布式调度算法模拟支持 k 个优 先级的先入先出输出排队交换结构(first come first served output queued,简称 FCFS-OQ) [10] ;Chuang 等人证明了 在 3 倍加速条件下,CICQ 交换结构可以通过分布式调度算法实现模拟采用任意调度算法的 OQ 交换结构 [11] ; 我们证明了当空分复用扩展因子为 2 时,CICQ 交换结构无须加速即可模拟采用任意调度算法的 OQ 交换结 构 [12] .CICQ 交换结构模型如图 1 所示,它采用带缓存交叉开关作为核心交换单元,在交换结构的每个输入端口 分别设置一个输入缓存单元.为了避免发生队头阻塞,输入缓存单元通常采用虚拟输出排队机制,即每个输入缓 存单元在逻辑上被划分为 N 个虚拟输出队列,分别用于缓存到达 N 个输出端口的分组.…”
Section: Cicq交换结构unclassified
“…Let L be the number of bits arrived at a single input port during a slot time. At the output ports, the OQ buffers (output queues [5]) need to store packets arrived over 2δN S slots. Thus 2δN S L bits are enough for each output port.…”
Section: Buffer Sizementioning
confidence: 99%
“…Assume time on each input/output line is slotted such that each time slot can accommodate a single packet. When the incoming packets arrive, they are first buffered in the VOQs (virtual output queues [5]) at each input port. For every pre-defined T time slots, the buffered packets form an N×N traffic matrix C(T) where N is the switch size.…”
mentioning
confidence: 99%
“…A moderate speedup of only two together with a stable matching algorithm in a nonblocking crossbar is sufficient to mimic an OQ switch for a large variety of scheduling disciplines [2]. This paper analyses the initial conditions of a stable matching in a CIOQ network switch and to what extent advanced algorithms can improve performance.…”
Section: Introductionmentioning
confidence: 99%