[發明專利]一種面向工業現場的時間敏感網絡流量分級調度方法

在審

• 申請號: 202210066595.5
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114301851A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 袁亞洲;蘇永;于明帥;劉志新;馬鍇;關新平
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H04L47/56
• 分類號: H04L47/56;H04L47/6275;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

1.一種面向工業現場的時間敏感網絡流量分級調度方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，定義網絡拓撲中各流量特征參數；

S2，建立目標函數；

S3，利用時間感知整型器TAS設計門控制列表GCL并在傳輸過程中通過各個約束條件規定流量的傳輸規則；

S4，在傳輸過程中利用設計的影子隊列方法對流量進行緩存調度；

S5，利用Z3求解器求解得出最終優化結果。

2.根據權利要求1所述一種面向工業現場的時間敏感網絡流量分級調度方法，其特征在于，S1中，定義網絡拓撲及各流量的物理符號，各個物理符號分別為：ε，S_i，v，r_i，T_i，d_i，q_a，b，δ，L_i，f_{i，q，(a，b)}，φ_{i，q，(a，b)}，λ_i，a，b，t_i，l_i，HP，d_i，re，t’_i，L_nw，n_i，re，w，t_u。

3.根據權利要求1所述一種面向工業現場的時間敏感網絡流量分級調度方法，其特征在于，S2中，建立最大化吞吐量的目標函數：其中，表示所有調度成功流量的大小總和；t_u表示所有流量端到端總延時，并通過S4中設計的影子隊列方法結合S3中的調度約束進行優化。

4.根據權利要求1所述一種面向工業現場的時間敏感網絡流量分級調度方法，其特征在于，S3中包括如下步驟：

S31，在調度的開始階段，為了確保第一個鏈路(t_i，t′_i)上發送的幀在發送端t_i的發送時間r_i之后開始傳輸；在調度結束階段，為了確保幀必須在截止時間d_i之前完成傳輸，因此建立了幀約束條件：

S32，為了防止鏈路上兩個不同幀傳輸的時域同時重疊，即對于同一鏈路(a，b)上的每一對不同的幀q和w，流i中第q幀的傳輸必須在流j中第w幀的傳輸開始之前完成，因此建立了鏈路約束條件：φ_{i，q，(a，b)}+αT_i≥φ_{j，w，(a，b)}+βT_j+L_j，(a，b)，反之亦然；

S33，為了保證在調度過程中組成流的每個幀的有序性，建立了順序關系模型，即只有當幀被完全傳遞到交換機x并被處理之后，下一交換機a才能開始傳輸該幀，因此建立流量傳輸約束條件：φ_{i，q，(a，b)}≥φ_{i，q，(x，a)}+L_i，(x，a)+δ；

S34，如果兩個流的緩沖隊列在同一節點a上，即流i從節點x流向節點a，流j從節點y流向節點a，為了確保確定性的傳輸，必須保證物理鏈路中的兩個幀在時域上不重疊，即流i中第q幀的傳輸必須在流j中第w幀的傳輸開始之前完成，因此建立幀隔離約束條件：φ_{i，q，(a，b)}+αT_i≥φ_{j，w，(y，a)}+βT_j+L_j，(y，a)，反之亦然；

S35，隨著時間敏感流量可用隊列的增加，非時間敏感流量的可用隊列數量相應減少，導致非時間敏感流量的延遲界限可能會變大；最小化TT流量使用的隊列數量可以提高非時間敏感流量的時效性和靈活性，進一步，確保在每個幀的出口端口上正確分配至少一個隊列，因此建立隊列使用約束條件：

5.根據權利要求1所述一種面向工業現場的時間敏感網絡流量分級調度方法，其特征在于，S4中，設計了影子隊列的緩存調度方法，該調度隊列在物理上對應2個緩存區域：一個是可以寫入或讀出的隊列，稱為預裝載隊列，另一個是使用者看不見的，但是在使用中起到緩存作用的隊列，稱為影子隊列；當發生高優先級TT流量丟包情況后，低優先級TT流量繼續在預裝載隊列中傳輸，當緊迫的高優先級TT流量到來后，預裝載隊列中的低優先級TT流量進入影子隊列中緩存，使緊迫的高優先級TT流量優先調度，高優先級TT流量調度完成后，影子隊列中緩存的低優先級TT流量回到預裝載隊列繼續調度；為了防止多個高優先級TT流量連續到來，低優先級TT流量在影子隊列中一直緩存，設計了優先級反轉的方法滿足影子隊列中緩存流量截止時間的要求，其數學模型可以表示為：其中L_nw表示從當前緩存節點開始到目的節點的剩余無等待傳輸時間；d_i，re表示從當前緩存節點開始剩余的截止時間；緊迫度w∈(0，1),緊迫度w代表：緩存在影子隊列中的流量滿足其截止時間的緊迫程度，通過設置一閾值，當w超過這一閾值后發生優先級反轉，在影子隊列基礎上結合S3中的調度約束優化S2中的目標函數。