[發明專利]基于自適應雙冗余的TTE調度通信方法

在審

• 申請號: 202011071822.0
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112565107A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 汪清;張佳;滕立平;王闊;王嫻
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04L12/851
• 分類號: H04L12/851;H04L12/853;H04L12/865;H04L12/869;H04L12/873;H04L29/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明屬于航天通信領域，為提高網絡可用資源利用率，降低網絡延遲，進一步保證時間觸發以太網的實時性。本發明，基于自適應雙冗余的TTE調度通信方法，采用冗余至節點的雙以太網結構，每個節點配備了兩個完全獨立的網絡接口，傳輸混合流量TT(time?triggered)流，RC(rate?constrained)流，BE(best?effort)流，具體如下：TT流按照周期調度、左端緊縮原則生成TT流的周期調度表，RC、BE流按照混合調度原則；采用雙冗余分散傳輸，在發送端對分類好的的報文按照混合調度的原則進行周期調度表設計，各節點通道按照各自的周期調度表進行發送。本發明主要應用于TTE調度通信場合。

技術領域

本發明屬于航天通信領域，時間觸發以太網領域，具體涉及基于自適應雙冗余的TTE調度通信方法。

背景技術

時間觸發以太網(Time-triggered Ethernet，TTE)是一種高實時性業務與傳統盡力業務相結合的高速、實時、容錯以太網網絡通信新技術，在航天領域的傳輸技術應用方面具有很高的價值。時間觸發以太網利用同步控制器SM(synchronization master)，同步客戶端SC (synchronization client)，壓縮控制器CM(compression master)三種基礎設施保障整個網絡的時間同步。合理的時間規劃以及時刻調度表的設計，使TTE網絡中的不同信息流合理傳輸，減少延遲，避免鏈路爭搶以及沖突下重要信息在時間窗的碰撞丟失。目前國內外的研究集中在 TTE(time-triggered Ethernet)網絡的調度設計。

時間觸發以太網對混合流量進行合理調度，實現不同任務流的無沖突復合，避免數據幀對鏈路的爭搶，保證通信任務的實時性與準確性。該網絡廣泛應用于航天領域，提高航天以太網的信息準確性與實時性

當網絡發生故障時，傳統的冗余鏈路切換時間較長，開銷大，難以滿足航天領域應用要求。基于PRP協議，兩個節點同時在兩個鏈路上傳輸數據，雖然無鏈路切換時間和故障恢復時間，但是這種方法協議復雜，增加了網絡報文數量，丟棄算法丟棄冗余報文，使用丟棄窗口也會帶來網絡延遲。

發明內容

為克服現有技術的不足，針對TTE(time-triggered Ethernet，TTE)網絡對業務安全性與對業務實時性要求高的問題，本發明旨在提出新的調度規劃方法，提高網絡可用資源利用率，降低網絡延遲，進一步保證時間觸發以太網的實時性。為此，本發明采取的技術方案是，基于自適應雙冗余的TTE調度通信方法，采用冗余至節點的雙以太網結構，每個節點配備了兩個完全獨立的網絡接口，傳輸混合流量TT(time-triggered)流，RC(rate-constrained) 流，BE(best-effort)流，具體如下：

TT流按照周期調度、左端緊縮原則生成TT流的周期調度表，RC、BE流按照混合調度原則，在每個基本周期TT流發送完的空閑區域發送，同時RC流具有比BE流更高的優先級，優先在空閑區域發送RC流，隨后發送BE流；

終端對網絡中的報文根據實時性、可靠性和響應時間需求的不同，將報文分成重要報文和次要報文，對于重要報文TT雙冗余備份傳輸，次要報文RC、BE經過終端分類，采用雙冗余分散傳輸，在發送端對分類好的的報文按照混合調度的原則進行周期調度表設計，各節點通道按照各自的周期調度表進行發送。

具體步驟如下：

(1)TTE流量混合調度原則

混合調度模式的TTE周期調度表設計：若干個基本周期BC(Basic Cycle)組成一個TT 的矩陣周期MC(Matrix Cycle)，基本周期是所有TT流周期的最大公約數，矩陣周期是所有 TT流周期的最小公倍數，周期調度表從縱向來看，是并列的n個基本周期，依次首尾相連， n個基本周期的總時間是矩陣周期的時間長度，從橫向上看，每個基本周期都是由前半部分的TT幀與后半部分的RC+BE幀組成的；