基于优先级输入排队的调度算法的研究.pdf

【基于优先级输入排队的调度算法的研究】 在计算机网络领域，调度算法是核心路由器和交换机性能的关键因素，尤其在处理日益增长的数据交换需求时。本文主要探讨了一种基于输入排队的调度算法——极大匹配算法，并研究了如何通过引入优先级来改善其性能。 输入排队结构的调度算法在处理高速数据流时面临队头阻塞问题，即当一个输入端口的多个数据包在等待同一个输出端口时，可能导致其他输入端口的数据包无法及时处理。这种情况下，吞吐率受到严重影响，尤其是对于随机分布的伯努利业务，输入排队算法的吞吐率通常低于理想值。 极大匹配算法作为输入排队结构中的一种常见调度策略，因其低复杂度和易于实现而被广泛应用。例如，Cisco公司的高端路由器GSR 12000系列和斯坦福大学的TinyTera原型机都采用了类似SLIP（Simple Link Interleaving Protocol）的算法，如iSLIP（iterative SLIP）和E SLIP（Extended SLIP），它们是针对多播传输优化的极大匹配算法变体。 iSLIP算法是极大匹配算法的一种改进版本，它减少了同步现象，提高了调度效率。算法的基本流程包括三个步骤：请求、许可和响应。在请求阶段，每个输入端口向有队列信元的输出端口发送请求；在许可阶段，输出端口选择固定循环调度中的高优先级申请；在响应阶段，输入端口获知其请求是否被接受，只有在首次迭代时被接受的申请才会导致指针移动到最高优先级元素。 为了解决队列延迟和优先级问题，文章进一步分析了iSLIP算法在加入优先级后的性能变化。通过理论分析和仿真比较，发现引入优先级的算法，如prd SLIP（priority iSLIP），能够显著降低信元延迟，更好地满足服务质量（QoS）需求。 基于优先级的输入排队调度算法在保持高效性能的同时，兼顾了高优先级数据包的处理，从而在现代网络交换环境中展现出更强的适应性和实用性。此类算法对于设计高性能的网络交换设备和路由器具有重要的参考价值，有助于提高网络整体的吞吐量和降低延迟，以满足大数据时代的需求。