对多优先级业务进行调度的方法及装置 【技术领域】
本发明涉及多业务传输设备，尤其涉及多业务传输设备中多优先级业务的调度。
背景技术
对于基于TDM传输的以太网业务的应用，多业务传输设备(或者其板卡)通常被设计为包含一个以太网交换机和多个映射器(mapper)，每个映射器与交换机的每个输出端口对应，如图1所示，图中的多业务传输设备10包括一个以太网交换机11，以太网交换机具有多个输入端口111和多个输出端口112；以及多个分别与以太网交换机的输出端口112一一对应的映射器12。以太网交换机11对输入的以太网帧(或者以太网数据包)进行交换，将各个帧放入到相应的输出端口112。对于多业务传输设备而言，该输出端口为虚拟端口(或者称之为内部端口)。如图1所示，每个映射器12将以太网业务映射到TDM(Time Division Multiplexing，时分复用)线路容器(虚拟容器)中，例如SDH中的VC-3、VC-4。在大多数情况下，TDM线路的带宽是以太网帧的传输瓶颈。当QoS业务使能时，用户能够传输高优先级和低优先级的业务，以太网交换机11对这些业务进行区分，并放入到输出端口112的不同的输出队列中。但映射器12不区分以太网帧的优先级高低，在封装之前仍然用一个FIFO来存储各个以太网帧，当总的业务速率(包括低优先级和高优先级业务)超过TDM线路的带宽时，传输性能(吞吐量、丢包率，传输延时和传输抖动)将会受到影响，对于高优先级的业务，可能会产生丢包和高的传输抖动。
为了解决这个问题，在以太网交换机10的每个输出端口设置了一个业务调度器(Traffic shaper)202，如图2所示。图2中所示的结构是图1中的以太网交换机10的一个输出端口以及与之对应的映射器的详细功能框图，即图1中的虚线框所示部分的详细功能框图。输出端口112包括多个优先级不同的输出队列以及业务调度器202。业务调度器对不同优先级的业务进行调度，以减少高优先级业务的丢包率。业务调度器202以基于信用的方式工作：业务调度器202以与TDM线路带宽匹配的恒定速率产生信用(credits)，并根据已有的信用发送数据包；每发送一个数据包，消耗掉一定数量的信用。当所有业务速率低于信用产生速率时(例如，在某段时间内没有低优先级的业务)，存储信用直到其达到业务调度器202允许的突发长度设置，例如最大允许的以太网帧长或映射器12中的FIFO的长度；在此之后，如果有低优先级业务进入，这些低优先级业务就会获得信用并被发送到FIFO中。这会增加FIFO的填满速率，导致其后的高优先级业务的传送发生延时。从外部的角度来看，即在低优先级突发业务的情形下，高优先级业务的传输抖动会比较大。
【发明内容】
本发明为了解决现有技术中的上述缺点，提出了一种新的调度方案：为多业务传输设备的输出端口创建一个低优先级业务类型的待传输的虚拟业务队列，其优先级低于所有的实际业务队列的优先级，在输出端口没有足够的业务数据时，用来消耗掉业务调度器中的信用，以减小高优先级业务的传输抖动。
根据本发明的第一方面，提供了一种在通信网络的多业务传送设备中用于对输出端口中待传输地多个优先级不同的业务队列中的业务数据包进行调度的方法，其中，该方法包括以下步骤：a.为所述输出端口创建一个待传输的虚拟业务队列，该虚拟业务队列中包含一个或多个填充数据包，该虚拟业务队列的优先级低于所有所述业务队列的优先级；其中，还包括以下步骤：-判断所述所有业务队列中是否还有待传输的业务数据包；-如果没有待传输的业务数据包，则从所述虚拟业务队列中读取填充数据包进行发送。
根据本发明的第二方面，提供了一种在通信网络的多业务传送设备中用于对输出端口中待传输的多个优先级不同的业务队列中的业务数据包进行调度的调度装置，其中，该调度装置包括创建装置、判断装置和发送装置；其中创建装置用于为所述输出端口创建一个待传输的虚拟业务队列，该虚拟业务队列中包含一个或多个填充数据包，该虚拟业务队列的优先级低于所有所述业务队列的优先级；判断装置用于判断所述所有业务队列中是否还有待传输的业务数据包；发送装置用于如果没有待传输的业务数据包，则从所述虚拟业务队列中读取填充数据包进行发送。
通过使用本发明提供的方法和装置，有效地降低了多业务传输设备中的高优先级业务的传输抖动，保证了QoS的有效实现。
【附图说明】
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为多业务传输设备部分(板卡)的架构示意图；
图2为多业务传输设备部分(板卡)的一个内部输出端口的示意图；
图3为根据本发明的一个具体实施方式的多业务传输设备部分(板卡)的一个内部输出端口示意图；
图4为根据本发明的一个具体实施方式的在多业务传输设备中10用于对内部输出端口中待传输的多个优先级不同的业务队列中的业务数据包进行调度的方法流程图；
图5为根据本发明的一个具体实施方式在多业务传输设备中用于对内部输出端口中待传输的多个优先级不同的业务队列中的业务数据包进行调度的调度装置500的结构框图；
图6为根据本发明的一个具体实施方式的多业务传输设备部分(板卡)的一个内部输出端口示意图。
在附图中，相同和相似的附图标记代表相同或相似的装置或方法步骤。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
图3示出了根据本发明的一个具体实施方式的多业务传输设备部分(板卡)的一个内部输出端口的示意图。图3中的结构是在图2中所示的多传输业务设备的内部输出端口的基础上增加了一个低优先级的虚拟业务队列301，其它功能结构与图2类似，仍然在交换机的输出端口112使用一个基于信用的业务调度器202。与输出端口112对应的映射器12将输出端口112的优先级不同的业务数据包和/或填充数据包封装成一个数据流。映射器12中包含一个队列，用于存放待封装的不同优先级的业务数据包和/或填充数据包，优选地，映射器12中的队列可用FIFO来实现。
将业务调度器202的信用速率设置成与虚容器(组)，例如图3中所示的VC信道的带宽匹配。当所有输出队列(包括实际业务和/或虚拟业务)的业务速率高于或等于信用速率时，这将会导致可用的信用保持在一个较低的水平，同时映射器12中FIFO的使用也会保持在一个较低的水平，这将导致高优先级业务的较低的传输抖动。
图4示出了根据本发明的一个具体实施方式的在多业务传输设备中10用于对内部输出端口中待传输的多个优先级不同的业务队列中的业务数据包进行调度的方法流程图。以下参照图3对图4中所示的流程进行详细的说明。
首先，在步骤S401中，多业务传输设备10为输出端口112创建一个待传输的虚拟业务队列301，该虚拟业务队列301以预定速率产生填充数据包，该虚拟业务队列301的优先级低于所有所述业务队列201的优先级。
接着，在步骤S402中，多业务传输设备10判断所述所有业务队列中是否还有待传输的业务数据包。
如果没有待传输的业务数据包，则在步骤S403中，多业务传输设备10从所述虚拟业务队列中读取填充数据包并根据获得的信用进行发送。多业务传输设备10每次读取多少个填充数据包进行发送可根据实际设计中的调度策略的实现来确定。例如，每次发送一个填充数据包。
如果还有待传输的业务数据包，则在步骤S404中，多业务传输设备10根据预定策略和获得的信用发送所述待传输的业务数据包。
需要说明的是，在多业务传输设备10以基于信用的方式进行数据包的发送时，多业务传输设备10启动完成初始化后，即以恒定的速率产生信用，同时，填充数据包的发送也消耗掉相应的信用。多业务传输设备10在发送填充或业务数据包之前还需要判断是否有足够的信用进行填充或业务数据包的发送，如果没有足够的信用进行数据包的发送，则进行等待，直到获取足够的信用。
预定策略可包括多种策略，例如，图2中所示的四个输出队列，设其优先级分为4，3，3，1；数值越大，优先级越高。预定策略可以是：
1)高优先级的传完，再传低优先级的，也即优先级为4的输出队列中的数据包传完，才传优先级为3的输出队列中的数据包，以此类推。
2)高优先级和低优先级按照一定的比例进行传输；例如传4个优先级为4的数据包，再传3个优先级为3的数据包，再传2个优先级为2的数据包，再传优先级为1的数据包；或者按其它的比例进行传输。
3)1)和2)中两种方式的混合，例如，优先级为4的输出队列中的数据包传完，才按比例传输优先级为3、2、1的队列中的数据包。
上面只是列举了部分预定策略，现有技术已经有很多关于多个优先级队列调度的预定策略，在此不再赘述。另外，每轮发送多少业务数据包也可以根据已有的策略来执行。例如下文将提到的根据令牌数来进行业务数据包的发送，如果有令牌就一直发送，没有令牌就等待，等待新的令牌的产生。
多业务传输设备10执行完步骤S403或者步骤S404后，重新回到步骤S402，进行下一轮的传输。
需要说明的是，图4中的步骤S401一般在多业务传输设备10启动之后初始化时完成，执行一次就可以，而步骤S402至步骤S404需反复执行。
为了更好地理解图4所示的流程，下面举例说明各个参数的选取。
不失一般性地，以图3中所示的VC信道为SDH信道中的VC-4信道、映射器12采用GFP映射器为例，则映射器12封装后的VC-4数据流的速率是150.3Mbits/s，据此可以得到对不超过1518字节的以太网数据帧最大传输速率Vff为18.6MBytes/s。详细的计算过程如下：VC-4payload带宽149,760Kbit/s，GFP封装占用开销每帧8字节。对长度为64字节的数据帧，最大传输速率149.760/8*(64)/(64+8)＝16.64Mbytes/s(在通信领域中K代表1000，M代表1000000)；对长度为1518字节数据帧，最大传输速率149.760/8*(1518)/(1518+8)＝18.62MBytes/s。信用产生速率Vc等于或小于Vff。虚拟业务队列301中的填充数据包产生的预定速率Vvt应大于或等于Vff。
不失一般性，设信用产生速率Vc为16.64MBytes/s，设信用值以字节计，设填充数据包的长度为64字节，则每发送一个填充数据包消耗掉64字节的信用值，每发送一个业务数据包消耗掉与该数据包长度相同的信用值；同时每秒钟信用值增加16.64M字节。当然，信用值可以毫秒或者微秒为单位进行增加。
业务调度器202根据已有的信用值进行数据包的发送，如果信用值为零或者小于发送一个数据包所消耗的信用值，则停止发送，等待新的信用值产生再进行数据包的发送。
可选地，业务调度器202在以基于信用的方式工作时，信用值还可以用令牌(Token)的方式进行，即业务调度器202根据已有的令牌数进行数据包的发送，如果令牌数为零，则停止发送，等待新的令牌产生再进行数据包的发送。例如，以以太网数据包的最大长度为1518字节为例，以1518字节则为一个令牌，这样，业务调度器一秒之内可以有12267((149760000/8/(1518+8)))个令牌，可以发送12267个以太网数据包。
优选地，填充数据包中还可以包含一个标识，用于标识该数据包为填充数据包，这样，接收端设备可以根据该标识，丢弃该数据包。标识可以是MAC地址、VLAN ID、MPLS标签等以太网数据包中的可自定义内容的选项，或者是其它约定的标记。
需要说明的是，以上虽以图2和图3中所示的输出的TDM线路速率有限的多业务传输设备10为例，对本发明的方法进行了说明，本领域的技术人员应能理解，本发明的方法不限于此，虽然本发明优选地适用于将多路数据包合并为一路数据包时，对多路数据包的调度，其中，多路数据包的速率之和大于合并后的一路数据包的速率；本发明的方法同样也适用于对合并后的一路数据包的速率无限制的情形，此情形下，输出端口112可以是物理端口。另外，映射器12封装后的数据流包括PDH或SDH或SONET或OTN等数据流，交换机输入端口的输入的数据包也不限于是以太网数据帧，也可以是IP数据包、MPLS数据包等其它数据包。
图5示出了根据本发明的一个具体实施方式在多业务传输设备中用于对内部输出端口中待传输的多个优先级不同的业务队列中的业务数据包进行调度的调度装置500的结构框图。该调度装置500包括创建装置501、判断装置502和发送装置503。下面结合图3对位于图3中的多业务传输设备10中的调度装置500对输出端口112中待传输的多个优先级不同的业务队列201中的业务数据包进行调度的过程进行详细说明。
结合图3所示的多业务传输设备10的一个内部输出端口的示意图，调度装置500应位于图3中的业务调度器202中，如图6所示。
与上文相同，仍以基于TDM传输的以太网业务的应用为例，将业务调度器202的信用速率设置成与虚容器(组)，例如图3中所示的VC信道的带宽匹配。当所有输出队列(包括实际业务和/或虚拟业务)的业务速率高于或等于信用速率时，这将会导致可用的信用保持在一个较低的水平，同时映射器12中FIFO的使用也会保持在一个较低的水平，这将导致高优先级业务的较低的传输抖动。
首先，创建装置501为输出端口112创建一个待传输的虚拟业务队列301，该虚拟业务队列301以预定速率产生填充数据包，该虚拟业务队列301的优先级低于所有所述业务队列201的优先级。
接着，判断装置502判断所述所有业务队列中是否还有待传输的业务数据包。
如果判断装置502判断没有待传输的业务数据包，则发送装置503从虚拟业务队列中读取填充数据包并根据获得的信用进行发送。发送装置503每次读取多少个填充数据包进行发送可根据实际设计中的调度策略的实现来确定。例如，每次发送一个填充数据包。
如果还有待传输的业务数据包，则发送装置503根据预定策略和获得的信用发送所述待传输的业务数据包。
需要说明的是，在调度装置500以基于信用的方式进行数据包的发送时，多业务传输设备10启动完成初始化后，即以恒定的速率产生信用，同时，填充数据包的发送也消耗掉相应的信用。发送装置503在发送填充或业务数据包之前还需要判断是否有足够的信用进行填充或业务数据包的发送，如果没有足够的信用进行数据包的发送，则进行等待，直到获取足够的信用。
预定策略可包括多种策略，例如，图2中所示的四个输出队列，设其优先级分为4，3，3，1；数值越大，优先级越高。预定策略可以是：
1)高优先级的传完，再传低优先级的，也即优先级为4的输出队列中的数据包传完，才传优先级为3的输出队列中的数据包，以此类推。
2)高优先级和低优先级按照一定的比例进行传输；例如传4个优先级为4的数据包，再传3个优先级为3的数据包，再传2个优先级为2的数据包，再传优先级为1的数据包；或者按其它的比例进行传输。
3)1)和2)中两种方式的混合，例如，优先级为4的输出队列中的数据包传完，才按比例传输优先级为3、2、1的队列中的数据包。
上面只是列举了部分预定策略，现有技术已经有很多关于多个优先级队列调度的预定策略，在此不再赘述。另外，每轮发送多少业务数据包也可以根据已有的策略来执行。例如下文将提到的根据令牌数来进行业务数据包的发送，如果有令牌就一直发送，没有令牌就等待，等待新的令牌的产生。
在发送装置503执行发送完一轮业务数据包或者虚拟数据包后，然后由判断装置502重新执行新的判断过程，由发送装置503进行下一轮的传输。
需要说明的是，创建装置501的上述执行步骤一般在多业务传输设备10启动之后初始化时完成，执行一次就可以，而判断装置502和发送装置503需反复执行上述工作步骤。
为了更好地理解调度装置500的工作过程，下面举例说明各个参数的选取。
不失一般性地，以图3中所示的VC信道为SDH信道中的VC-4信道、映射器12采用GFP映射器为例，则映射器12封装后的VC-4数据流的速率是150.3Mbits/s，据此可以得到对不超过1518字节的以太网数据帧最大传输速率Vff为18.6MBytes/s。详细的计算过程如下：VC-4payload带宽149,760Kbit/s，GFP封装占用开销每帧8字节。对长度为64字节的数据帧，最大传输速率149.760/8*(64)/(64+8)＝16.64Mbytes/s；对长度为1518字节数据帧，最大传输速率149.760/8*(1518)/(1518+8)＝18.62MBytes/s。信用产生速率Vc应等于或小于Vff。虚拟业务队列301中的填充数据包的产生速率Vvt应大于或等于Vff。
不失一般性，设信用产生速率Vc为16.64MBytes/s，设信用值以字节计，设填充数据包的长度为64字节，则每发送一个填充数据包消耗掉64字节的信用值，每发送一个业务数据包消耗掉与该数据包长度相同的信用值；同时每秒钟信用值增加16.64M字节。当然，信用值可以毫秒或者微秒为单位进行增加。
调度装置500根据已有的信用值进行数据包的发送，如果信用值为零或者小于发送一个数据包所消耗的信用值，则停止发送，等待新的信用值产生再进行数据包的发送。
可选地，调度装置202在以基于信用的方式工作时，信用值还可以用令牌(Token)的方式进行，即调度装置202根据已有的令牌数进行数据包的发送，如果令牌数为零，则停止发送，等待新的令牌产生再进行数据包的发送。例如，以以太网数据包的最大长度为1518字节为例，以1518字节则为一个令牌，这样，业务调度器一秒之内可以有12267个令牌，可以发送12267个以太网数据包。
优选地，填充数据包中还可以包含一个标识，用于标识该数据包为填充数据包，这样，接收端设备可以根据该标识，丢弃该数据包。标识可以是MAC地址、VLAN ID、MPLS标签等以太网数据包中的可自定义内容的选项，或者是其它约定的标记。
需要说明的是，以上虽以图2、图3以及图6中所示的多业务传输设备10输出的TDM线路速率有限为例，对调度装置500的工作过程进行了说明，本领域的技术人员应能理解，本发明不限于此，虽然本发明的调度装置500优选地适用于将多路数据包合并为一路数据包时，对多路数据包的调度，其中，多路数据包的速率之和大于合并后的一路数据包的速率；本发明的调度装置500同样也适用于对合并后的一路数据包的速率无限制的情形，此情形下，输出端口112可以是物理端口。另外，映射器12封装后的数据流包括PDH或SDH或SONET或OTN等数据流，交换机输入端口的输入的数据包也不限于是以太网数据帧，也可以是IP数据包、MPLS数据包等其它数据包。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。本发明的技术方案用软件或硬件皆可实现。