[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

本發明涉及工業物聯網時間敏感網絡技術領域，尤其是一種面向工業現場的時間敏感網絡流量分級調度方法，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，在傳輸過程中利用本發明設計的影子隊列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；通過本發明設計的影子隊列降低高優先級TT流量發生丟包情況的排隊延時；設計了優先級反轉的方法使得TSN網絡更加靈活地應對緊急流量的傳輸；提升了整體系統的吞吐量。

技術領域

本發明涉及工業物聯網時間敏感網絡技術領域，尤其是一種面向工業現場的時間敏感網絡流量分級調度方法。

背景技術

近年來，工業物聯網(IIoT)逐漸改變著傳統現場的生產制造方式，允許相互隔離的工業設備之間進行數據交換，實現生產的信息化、智能化。為了滿足工業現場應用嚴格的高確定性低延時傳輸要求，IEEE 802.1工作組提出了一系列鏈路層增強機制與流量策略的標準和規范，主要包括時鐘同步、流量調度、可靠傳輸和集中式網絡配置，將標準以太網擴展為時間敏感網絡(TSN)，提供確定性的以太網功能，可以對相互隔離的工業控制網絡進行互連。

目前，TSN相關研究工作聚焦于時間敏感流量(TT流量)，為了減少TT流量在調度過程中發生擁塞的情況，TSN相關研究者一般采用流量截止時間越小，優先級越高的方式進行調度。但是TT流量為周期性流量且調度過程中存在不確定性，可能會發生以下問題：(1)高優先級流量丟包引起低優先級流量等待高優先級流量排隊；(2)當前周期和下一周期流量發生調度紊亂。因此就上述問題，目前相關研究提出了以下方法來解決：(1)較低優先級TT流量等待高優先級TT流量傳輸；(2)較低優先級TT流量通過幀在隊列中逐次傳輸的方法等待高優先級TT流量，當高優先級TT流量到達優先級過濾器后，高優先級TT流量的排隊延遲是該低優先級TT流量的當前正在傳輸幀的傳輸時間，即可以直接在當前發送幀之后傳輸。這兩種方法雖然在一定程度上解決了上述問題。但是這兩種解決方法存在以下幾點不足：(1)犧牲了較多低優先級流量的時延；(2)應對緊急流量缺少靈活性；(3)拉低了整體系統的吞吐量。為了解決上述問題，本發明設計出影子隊列，提出了一種流量緩存調度新方法，完成高質量的端到端傳輸。

發明內容

針對現有技術缺陷，本發明提供了一種面向工業現場的時間敏感網絡流量分級調度方法，解決了丟包引起低優先級流量等待高優先級流量排隊的問題；當前周期和下一周期流量發生調度紊亂的問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種面向工業現場的時間敏感網絡流量分級調度方法，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，在傳輸過程中利用本發明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。

本發明技術方案的進一步改進在于：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。