代數(shù)交換系統(tǒng)及其組裝和解碼算法、數(shù)據(jù)包的解碼算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，到代數(shù)交換和網(wǎng)絡(luò)編碼等范圍，具體涉及一種代數(shù)交換系統(tǒng)及其組裝和解碼算法、數(shù)據(jù)包的解碼算法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量飛速增加，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴大，豐富的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用尤其是網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)的流行普及，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量持續(xù)迅猛增長，這對作為網(wǎng)絡(luò)互連重要樞紐的路由器提出了巨大的挑戰(zhàn)。Internet規(guī)模的擴展、網(wǎng)絡(luò)流量的激增，以及新型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷出現(xiàn)，對路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提出了新的要求。高性能的路由器要具有強大的能力和良好的擴展性，具有較高的穩(wěn)定性、可靠性、安全性。
[0003]就目前而言，高性能路由器一般具有以下特征:
[0004].系統(tǒng)具有足夠高的數(shù)據(jù)包處理能力以達到每秒數(shù)百萬包(Mp/s)的轉(zhuǎn)發(fā)能力；
[0005].分布式大容量矩陣式交換結(jié)構(gòu)；
[0006].高密度、多端口及其擴展性；
[0007].硬件查找路由表；
[0008].全面的冗余設(shè)計、高可靠性；
[0009].有效的QoS手段來滿足客戶在不同場合對不同服務(wù)質(zhì)量的要求。
[0010]研究出高性能的路由器來滿足人們的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需求已經(jīng)迫在眉睫。為了提高路由器的性能并降低實現(xiàn)代價，國際上提出了許多交換結(jié)構(gòu)，其中又引人注目的有共享總線結(jié)構(gòu)[I],共享存儲(Shared Memory) [2],交叉矩陣(Crossbar) [4]等結(jié)構(gòu)。共享總線結(jié)構(gòu)易于擴展也比較容易實現(xiàn)，但是其速率較低。共享存儲結(jié)構(gòu)雖然可以達到比較高的速度，但是其速率仍然受到內(nèi)存速度的限制，其存儲器帶寬性能瓶頸使得當端口數(shù)量較多時，存儲器帶寬需求較大，不能滿足大規(guī)模擴展應(yīng)用的條件。交叉矩陣是最典型的使用最普遍的交換結(jié)構(gòu)，它是一種簡單的空分交換開關(guān)，將N個輸入端口和N個輸出端口任意的互連。當端口數(shù)N較小時，交叉矩陣是一種實現(xiàn)無阻塞、自路由的理想交換結(jié)構(gòu)。但該結(jié)構(gòu)需要的交換單元的數(shù)量是N2，硬件實現(xiàn)復(fù)雜度為O (N2)，當N較大時，其成本變得不可接受，不滿足大規(guī)模擴展的要求。
[0011]為了構(gòu)造一種適合大規(guī)模擴展的交換結(jié)構(gòu)，何偉等人提出了一種多路徑自路由交換結(jié)構(gòu)[3]，這種結(jié)構(gòu)將代數(shù)分配格理論應(yīng)用于自路由模型，該結(jié)構(gòu)具有完全分布式自路由、無內(nèi)部緩存、無緩存時延及無抖動等優(yōu)勢[3]。在保證提供QoS的條件下，適合大規(guī)模擴展，很好的滿足了用戶的需求。
[0012]然而這種結(jié)構(gòu)具有一定的由內(nèi)部阻塞造成的丟包，這一缺陷嚴重阻礙了該結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用。本發(fā)明提出了在多路徑路由交換系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，添加網(wǎng)絡(luò)編碼模塊，并設(shè)計了一套數(shù)據(jù)交換和編碼算法來更好的實現(xiàn)多路徑路由交換系統(tǒng)的各項功能。該方法的核心是通過對數(shù)據(jù)包進行編碼，添加有效的冗余信息，解碼恢復(fù)丟失的信息，來減小數(shù)據(jù)包在傳輸過程中的丟失率，從而達到增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量，提高通信質(zhì)量等目標，減小了數(shù)據(jù)重傳的代價。
[0013]引用文獻:
[0014][I]Cheng T D, Franaszek P A, Georg1u C J, et al.Dynamic switch protocolson a shared medium network:U.S.Patent 5, 235, 592[P].1993-8-10.11s.
[0015][2]Andrade P, Cooperman M, Sieber R ff.ATM shared memory switch withcontent addressing:!! S.Patent 5,513,134[P].1996-4-30.
[0016][3] Hui Li, Wei He, Xi CHEN, Peng Yi, Binqiang Wang, “Mult1-pathSelf-routing Switching Structure by Interconnect1n of Multistage SortingConcentrators”，IEEE CHINAC0M2007，Aug.2007, Shangha1.
[0017][4] B.Prabhakar, N.McKeown, R.Ahu ja ; “Multicast scheduling forinput-queued switches，，，IEEE J.Selected Areas Commun，vol.15，n0.5，p855_866，1997.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]—種具有網(wǎng)絡(luò)編碼功能的代數(shù)交換系統(tǒng)，主要包含以下模塊:N個輸入端口(1-1-1，, 1-1-N)、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(1-2)、編碼模塊(1-3)、N個VOQ調(diào)度模塊(1-4-1，1-4-2，1-4-N)、代數(shù)交換模塊(1-5)、組裝模塊(1-6-1，1-6-N)、解碼模塊(1-7-1，1-7-N)、N個輸出端口(1-8-1，1-8-N);上述各個模塊相互配合完成數(shù)據(jù)包在系統(tǒng)中的切割、編碼、交換、組裝、解碼等操作。
[0019]—種具有網(wǎng)絡(luò)編碼功能的代數(shù)交換系統(tǒng)的組裝和解碼算法，包括:數(shù)據(jù)信元以并行的形式經(jīng)過代數(shù)交換模塊，組裝模塊先將并行數(shù)據(jù)信元寫入并轉(zhuǎn)串緩存中，后將串行的數(shù)據(jù)信元從并轉(zhuǎn)串緩存讀出，然后組裝模塊中的輸入狀態(tài)機分別進行信元頭提取、信元頭識別、存取地址確定、存儲到組裝緩存、數(shù)據(jù)包完整判斷等操作；其中數(shù)據(jù)包完整判斷將判斷結(jié)果發(fā)送到輸出狀態(tài)機；組裝這一功能主要是靠輸出狀態(tài)機實現(xiàn)的，分別進行數(shù)據(jù)包完整判斷結(jié)構(gòu)接收查詢、取完整包或丟棄或解碼、數(shù)據(jù)包輸出；若數(shù)據(jù)包完整則不用解碼，直接發(fā)送數(shù)據(jù)包至輸出緩存；若數(shù)據(jù)包中丟了一個數(shù)據(jù)信元，可以結(jié)合剩下的數(shù)據(jù)信元和編碼信元解碼出丟失的數(shù)據(jù)信元；若丟了兩個及兩個以上則直接丟棄此包。
[0020]一種具有網(wǎng)絡(luò)編碼功能的代數(shù)交換系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包的解碼算法，包括:信元在經(jīng)過交換后，可能產(chǎn)生丟失，通過在數(shù)據(jù)編碼模塊中，對切割好的信元按照一定的規(guī)則進行編碼，將新產(chǎn)生的編碼信元同其他原有信元一起送入VOQ模塊和交換結(jié)構(gòu)，在交換結(jié)束后，若信元有丟失，則由通過特定的解碼算法，在解碼模塊和組裝模塊中恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)信息，整個處理過程如圖2和圖3所示。
[0021]本發(fā)明的這種解碼功能能夠減小數(shù)據(jù)包在交換過程中的丟失率，從而達到增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量，提尚通?目效率等目標。
【附圖說明】
[0022]圖1為具有網(wǎng)絡(luò)編碼功能的代數(shù)交換系統(tǒng)。
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