[發明專利]針對周期性數據流的規劃調度方法、系統、設備和介質

有效

• 申請號: 202110397830.2
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN112804760B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 張華宇;朱海龍;白鈺;趙榮渟;蘇建忠;陳松
• 申請（專利權）人: 網絡通信與安全紫金山實驗室
• 主分類號: H04W72/12
• 分類號: H04W72/12
• 代理公司: 南京睿之博知識產權代理有限公司 32296
• 代理人: 楊曉玲

本發明公開了一種針對周期性數據流的規劃調度方法、系統、設備和介質，方法包括：劃分獲取的周期性數據流集合中的數據流得到調度子集；判斷所有調度子集是否可調度：若存在不可調度，重新劃分數據流或者剔除不可調度的調度子集中的數據流；若均可調度，將每個數據流切分成若干子流，則每個調度子集中所有數據流的子流構成一個調度規劃集合，再對每個調度規劃集合進行約束建模和求解，根據求解結果求出時間規劃調度參數，對數據流進行調度。本發明適配流量特征，解決周期性大流量和小流量通過網絡時無法保證確定性傳輸的問題；最大化端口帶寬利用率，同時適應更多流量數目和更大規模節點的網絡，為其確定性傳輸規劃提供保障。

技術領域

本發明屬于實時調度網絡技術領域，具體涉及一種針對周期性數據流的規劃調度方法、系統、設備和介質。

背景技術

一般按照業務性質，將通信數據流分為周期性（Periodic）數據流和非周期性（Aperiodic）數據流，其中非周期性數據流又分為有截止時間（deadline）的數據流，簡稱DA流，和盡力而為（Best effort，BE）的數據流，簡稱BE流。周期性數據流是指傳感器周期性的產生數據，并通過由交換機互聯的網絡進行傳輸至數據處理端的數據流；或者指在網絡中存在對等節點，二者間進行通信的周期性數據流。使用四元組表示周期性數據流的參數，其中：表示周期內數據流起始位置偏置，C表示周期內數據流持續時間，D表示周期內數據流的最晚截止時間，T表示周期。DA流也可以用四元組表示，其中周期T可以設定為無窮大。一般系統優先滿足周期性數據流和DA流，剩余帶寬分配給BE流，并且如果產生碰撞或緩存不足，會優先考慮丟棄BE流數據。

在工業網絡中，數據實時傳輸是保證工業網絡正常運轉的基礎保障之一。傳統的工業網絡由于發送的數據量很小，數據包大約500字節左右，并且所有數據包完整語義，通過如Modbus、Profinet、EtherCAT、FlexRay、Can等工業總線協議進行數據傳輸，這些傳輸協議涉及的場景帶寬需求都較低。而隨著AI和大數據的發展，工業網絡逐漸朝著高帶寬大流量的方向發展，如來自高清攝像頭的視頻流，雷達探測的流量。因此如何保障在大流量沖擊的情況下，維持工業網絡的實時性和確定性是個難題。最原始的方式主要是采用物理隔離、獨立組網的方式接入大流量業務，但是這種方式融合困難、成本高昂。隨著工業網絡的以太化，網絡帶寬大大提升，因此尋求傳統工業網絡數據通信和高帶寬數據流融合是一種重要的趨勢。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明公開了一種針對周期性數據流的規劃調度方法、系統、設備和介質，考慮在以太網基礎上基于規劃方法保持實時性和確定性，通過合理的規劃，適配流量特征，解決周期性大流量和小流量通過網絡時如何保證確定性傳輸的問題。

技術方案：本發明采用如下技術方案：一種針對周期性數據流的規劃調度方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：獲取周期性數據流集合，對其中的數據流進行劃分得到若干調度子集；

S2：判斷所有調度子集是否可調度，若是，執行步驟S3；否則，重新對數據流集合中的數據流進行劃分或者剔除不可調度的調度子集中的數據流，并重新執行步驟S2；

S3：根據調度子集中的每個數據流的周期以及周期內的可分配時隙數將其切分成若干個子流，則每個調度子集中所有數據流的子流構成一個調度規劃集合；

S4：對步驟S3中的每個調度規劃集合進行約束建模和約束求解，求解得到每個子流在周期內的起始時間偏置，對數據流進行調度。

優選地，步驟S1中對周期性數據流集合中的數據流進行劃分得到若干調度子集，包括如下步驟：

S11：將源地址、目的地址以及路徑相同的數據流歸為初始類；

S12：如果初始類之間存在路徑重疊，將存在路徑重疊的初始類合并成一個調度子集，其他的不存在路徑重疊的初始類各自作為一個調度子集；