[發明專利]時間敏感網絡中時間觸發流量的路由與調度方法、裝置及可讀存儲介質

在審

• 申請號: 202211435804.5
• 申請日: 2022-11-16
• 公開（公告）號: CN115883438A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 霍承杰;王晉;魏旻;劉暢;徐江珮;周亮;王捷;黃旭煒
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學;國網湖北省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: H04L45/00
• 分類號: H04L45/00;H04L45/02;H04L45/12
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種時間敏感網絡中時間觸發流量的路由與調度方法、裝置及可讀存儲介質，屬于時間敏感網絡領域，本發明針對時間敏感網絡中的TT流和非TT流的傳輸特征，考慮因傳輸鏈路重疊造成的流量沖突問題和流量低時延、低抖動和高可靠的傳輸要求，優先為不同周期的TT流計算端到端傳輸路徑，最后為網絡中的TT流計算調度方案，增加網絡中能夠容納TT流的數量，提升網絡的調度能力。

技術領域

本發明屬于時間敏感網絡領域，涉及一種時間敏感網絡中時間觸發流量的路由與調度方法、裝置及可讀存儲介質。

背景技術

現代工業系統當中，對于工業設備的實時數據與運營管理等網絡應用信息的傳輸具有了更高的實時性要求，基于對端到端確定性時延的需求，發展出了基于標準以太網的實時通信技術。實時通信技術能夠滿足高實時性和確定性時延的需求，然而不同的技術之間互相不兼容，這就大大增加了集成和部署設備的成本，嚴重限制了行業的發展。當前的工廠網絡中，工業設備數據一般通過現場總線或工業以太網傳輸，而應用信息數據則依賴于傳統以太網。為了解決工業設備數據與應用信息數據的互聯互通問題，IEEE 802.1小組提出了時間敏感網絡(Time-sensitive Networking，TSN)的概念，以建立一個統一的數據鏈路層協議，實現多源異構數據的統一化，并能夠通過以太網提供確定性服務，包括：低時延、低抖動和高可靠的數據傳輸。

時間敏感網絡中兼容時間觸發(Time-triggered，TT)流和非TT流如音視頻橋接(Audio Video Bridging，AVB)流、盡力而為(Best effort，BE)流，其中TT流是時間敏感網絡中負責傳輸實時數據的關鍵流量。在路徑控制方面，TSN相關協議支持顯式的路徑控制，即獲取全局的網絡信息后對每個TT流的進行路徑選擇，利用網絡資源對全局進行優化。TSN實現低時延、低抖動數據傳輸的關鍵是對數據流的嚴格管理與網絡資源合理配置，即傳輸調度機制與路徑控制機制。在IEEE 802.1Qbv標準中規定了一種基于門控調度表的調度機制，時間觸發流的傳輸嚴格遵循門控調度表，避免了其他流量的干擾，從而實現及時而可靠的傳輸。

路由問題在傳統的網絡解決方案中占據重要的地位，其目的是找到一條從源地址至目標地址的最優路徑。路由算法的結果根據不同度量標準而異，通常包括可調度性、路徑長度、流時延、傳輸可靠性等，通常會在可接受的時間內找到一個近似解，而不是一個精確解。在TSN的標準協議中，推薦使用帶約束的最短路徑路由方法，該算法能夠對路徑長度進行優化，從而縮短端對端傳輸時延，卻會導致過多的流量在相同的鏈路上傳輸，產生流量擁塞的情況。為了減少擁塞，可以使用負載平衡的路由算法盡可能讓各個流的負載均勻地分配到網絡的各條鏈路。當前的負載平衡算法均只考慮了負載的平均分配，沒有考慮TSN網絡中周期性發送的TT流在傳輸過程中產生沖突的可能性。

針對時間敏感網絡中TT流的確定性實時傳輸調度問題，目前在復雜的網絡拓撲中，若采用傳統的最短路徑算法容易造成某條鏈路中的負載過高，網絡中能容納時間觸發流的數量相當有限。現有的研究大多現有路由方法只關注每條鏈路上的總負載，而未考慮不同周期時間觸發流共享帶寬時，發生沖突的可能性是有差別的。

綜上所述，在多路徑多輸入輸出的時間敏感網絡中，關于如何提升時間觸發流在網絡中的可調度性的問題，在TSN標準的調度機制中還沒有得到解決，且國內外對該方面的研究也相對較少。

隨著工業互聯網的深入發展，工廠中智能設備的類型和數量呈現高速增長的態勢，意味著時間敏感網絡中TT流的種類和數量也越來越多，這對時間敏感網絡容納時間觸發流的能力提出了新的挑戰。

在現有的時間敏感網絡的傳輸結構體系中，一般只考慮網絡的發送端到接收端的最短路徑，當該路徑一旦確定，大量的TSN流量都將通過該路徑進行傳輸，很有可能會造成不同周期的TT流之間或者TT流與非TT流之間在通信鏈路中產生沖突和擁塞，導致網絡的時延和丟包率增大。因此，單路徑的傳輸模型不能夠充分利用網絡資源，如鏈路資源和隊列資源。

發明內容