一种基于动态二级反馈调度的以太网设计方案制造技术

技术编号:21899107 阅读:14 留言:0更新日期:2019-08-17 18:29
本发明专利技术涉及一种以太网总线网络实时性的设计方案,特别是一种基于动态二级反馈调度的以太网实时性设计方案。主要包括动态调度策略和自适应二级反馈调度策略两部分,以太网网络系统反应模式采用动态调度,它不仅包含了堆栈现有实时数据的实时状态,还包含了新的实时数据到达后的状态,确保以太网网络系统能够对变化的环境做出迅速的反应,使得以太网网络能够实时监控实时数据的动态要求,增加其总体实时性;自适应二级反馈调度策略结合了双循环队列优先级策略和堆栈分级策略,确保了实时数据的优先级能够得到满足。该方案可用于解决以太网网络实时数据由于碰撞、衰减、损耗等引起的以太网网络系统实时性问题,保障实时数据的传输。

A Design Scheme of Ethernet Based on Dynamic Two-Level Feedback Scheduling

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态二级反馈调度的以太网设计方案
本专利技术涉及一种以太网总线网络实时性的设计方案,特别是一种基于动态二级反馈调度的以太网实时性设计方案。此方案可用于解决以太网网络实时数据由于碰撞、衰减、损耗等引起的以太网网络系统实时性问题,为以太网总线网络应用及其研究提供节能方案。
技术介绍
以太网(Ethernet)是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准,其传输速率有10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s、10Gbit/s四种,能满足以太网快速、实时、可靠的控制要求,在动车组、地铁列车及城轨车辆等实时性要求较高的工业控制领域中得到了广泛的运用。然而以太网采用传统的CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)介质访问控制方式,这决定了普通的以太网在实时性上具有不确定性。为了提高以太网网络数据传输的实时性,保证其可靠性,进而达到提高以太网网络系统的实时性,需要对数据传输策略及理论进行分析,同时对实时性的影响因素以及性能指标进行分析。现有关键技术例如冗余技术、可靠性技术、总线供电、工业以太网实时性保障机制、功能安全等的研究都是基于此研究背景。以太网网络实时性对网络性能的优化及系统设计具有十分重要影响。目前对以太网实时性的研究常见的有以下几种方法:1)基于拓扑结构来提高其实时性,例如改变以太网网络拓扑结构或增加节点数以及交换机个数来提高以太网网络的实时性;2)基于实时调度策略以改善其实时性,例如分组调度策略以及混合睡眠模式等;3)基于纯逻辑电路来保证其实时性等。然而现有的方法存在着各自的局限性,例如无法支持千兆以太网、抖动较大、不支持交叉通信等,这些都降低了数据传输的实时性。因此,如何提高以太网网络的实时性成为以太网领域所要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有以太网网络存在的实时性问题,提供一种基于动态二级反馈调度的以太网设计方案,其由两个部分组成:动态调度策略和自适应二级反馈调度策略。以太网网络系统反应模式采用动态调度,它不仅包含了堆栈现有实时数据的实时状态,还包含了新的实时数据到达后的状态,从而确保以太网网络系统能够对变化的环境做出迅速的反应,使得以太网网络能够实时监控实时数据的动态要求,增加其总体实时性;自适应二级反馈调度策略结合了双循环队列优先级策略和堆栈分级策略,确保了实时数据的优先级能够得到满足。针对传统以太网着重于监控现有数据的实时状态,忽略了对新来数据的监控,从而导致新来数据与原有数据产生冲突,发生抢占行为,使得本应实时传输的数据无法优先传输,只能等待抢占成功的非实时数据传输完毕。本专利技术提出了一种以太网动态调度策略模式,使以太网网络系统能够在调度环境和数据实时性存在不可预测扰动情况下对变化的环境做出迅速的反应。这种方法能够针对以太网网络所接收以及传输数据的不同产生更具有可靠性和操作性的决策方案,并且能够实时监控新数据和原有数据的现有情况,即当新数据到达、数据传输、数据传输成功、数据传输失败等状态发生时,系统可以通过动态调度得知各类数据现有状态,从而减少数据碰撞的几率,保证实时数据的传输,提高系统的实时性。同时为了保证以太网网络的稳定,网络中的数据必须进行快速可靠的传输。因此本专利技术提出了一种自适应二级反馈调度策略以保证数据的快速可靠传输。所有的数据类型可分为实时周期数据、实时非周期数据及非实时数据三种类型,在先来先服务(First-Come-First-Service)队列中,这三种数据类型都会被视为相同优先级依次等待转发。然而若长数据帧一直在发送,实时数据长时间的得不到转发,就会对系统时延产生极大的影响。本专利技术将FCFS中单循环队列改成了具有不同优先级别的双循环队列,将高优先级队列和低优先级队列两者相结合,采用双循环队列调度策略,提出不同数据分级占有两个堆栈的堆栈分级策略和双循环队列优先级策略相结合的自适应二级反馈调度策略。双循环队列优先级策略解决了非实时数据抢占信道从而导致实时数据不能得到实时传输的问题。堆栈分级策略对实时数据和非实时数据包采取了不同的策略,解决了优先级队列中数据转发顺序的问题。在本专利技术中,我们考虑了以太网的底层协议,包括物理层和数据链路层,其中数据链路层又包括了逻辑链路控制(LLC)子层和介质访问控制(MAC)子层。我们首先提出了一种动态调度策略,当数据终端设备(DTE)输入数据至物理层时,动态调度先检测出新数据的来到,并开始实时监测数据动态,以确保数据状态以及是否传输成功。然后,我们提出了另一种调度策略和规则,该策略和规则考虑了数据堆栈分类以及数据优先级的模式。为了实现这一策略和规则,本专利技术设计了堆栈分级策略和双循环队列优先级策略,其中堆栈分级策略用于实现数据进入时对其实时与非实时的分类,双循环队列优先级策略则采用了优先级以确保最早到达的实时数据也可以先发送,所有实时数据都可以在非实时数据之前发送。相比于现有技术,本专利技术基于动态调度策略,在自适应二级反馈调度策略和规则的基础下,提出了一种以太网网络底层的实时性方案,即基于动态调度策略,实时监控现有数据以及新数据的实时状态,以确保数据成功传输,若传输失败,则采用重发机制再次传输,直至成功。在此基础之上,采用堆栈分级策略和双循环队列优先级策略,在数据从数据终端设备(DTE)传入后先对数据进行分级,实时性数据占一个堆栈,非实时性数据占一个堆栈,设置实时性数据堆栈进入循环一中,而非实时性数据进入循环二中,这解决了信道竞争时的分配问题,从而了保证实时性要求,解决了信道使用权问题。附图说明图1为本专利技术的网络底层示意图。图2为本专利技术的网络堆栈分级策略过程示意图。图3为本专利技术的网络双循环队列优先级策略过程示意图。图4为本专利技术的双循环队列优先级策略中FCFS调度流程图。图5为本专利技术的仿真结果比较图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作出进一步的详细说明。图1为以太网网络的底层结构,也是本专利技术所优化的结构,分别为物理层和数据链路层,其中物理层为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除,而提供具有机械的、电子的、功能的和规范的特性。简单的说,物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。而数据链路层又分为逻辑链路控制(LLC)子层和介质访问控制(MAC)子层,动态调度策略从MAC开始运行,实时监测数据的状态从而保证数据能够准确成功发送,而自适应二级反馈调度则在LLC中对实时数据和非实时数据进行分类,保证实时数据以高优先级传输。在动态调度策略中,数据实时状态可以用数据空闲时间---数据剩余时间这一空间模型来表示,而数据在此空间中的位置变化具有不同含义:(动态调度策略是不是太单薄)介绍的太少。1)数据开始传输:数据向下移动,剩余时间变小;2)数据不进行传输:数据向左移动,空闲时间变小;3)数据未到达:数据不动。有些数据未到达时已经确认,那么这些数据在空间图上预留位置,当其到达时被激活;4)新数据到达:根据数据的计算时间和空闲时间,设置其在空间的位置;5)数据传输完毕:数据传输成功,此时剩余时间为0;6)数据传输失败:数据落在剩余时间轴左边,此时空闲时间<0。如图2所示,当数据终端设备(DTE)传入数据时,在网络底层将实时数据与非实时数据分类,采用双堆栈分类策略,将原来先来先服务(First-Come-本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种基于动态二级反馈调度的以太网设计方案,由两个部分组成:动态调度策略和自适应二级反馈调度策略;以太网网络系统反应模式采用动态调度,它不仅包含了堆栈现有实时数据的实时状态,还包含了新的实时数据到达后的状态,从而确保以太网网络系统能够对变化的环境做出迅速的反应,使得以太网网络能够实时监控实时数据的动态要求,增加其总体实时性;自适应二级反馈调度策略结合了双循环队列优先级策略和堆栈分级策略,对实时数据和非实时数据进行分类,确保了实时数据的优先级能够得到满足。

【技术特征摘要】
1.一种基于动态二级反馈调度的以太网设计方案,由两个部分组成:动态调度策略和自适应二级反馈调度策略;以太网网络系统反应模式采用动态调度,它不仅包含了堆栈现有实时数据的实时状态,还包含了新的实时数据到达后的状态,从而确保以太网网络系统能够对变化的环境做出迅速的反应,使得以太网网络能够实时监控实时数据的动态要求,增加其总体实时性;自适应二级反馈调度策略结合了双循环队列优先级策略和堆栈分级策略,对实时数据和非实时数据进行分类,确保了实时数据的优先级能够得到满足。2.根据权利要求1所述的一种基于动态二级反馈调度的以太网设计方案,其特征在于:所述的动态调度策略从MAC开始运行,实时监测数据的状态从而保证数据能够准确成功发送,数据实时状态用数据空闲时间---数据剩余时间这一空间模型来表示,同时根据数据位置的变化,将数据分为6种:1)数据开始传输;2)数据不进行传输;3)数据未到达;4)新数据到达;5)数据传输完毕;6)数据传输失败;当数据终端设备(DTE)传入数据时,在网络底层将实时数据与非实时数据分类,采用双堆栈分类策略,将原来先来先服务(First-Come-First-Service)策略中的所有数据共占一个堆栈改为实时数据与非实时数据各占一个堆栈,当数据开始传输时对应其所在堆栈空间,数据传输成功后清空其对应的堆栈空间,并将它重新分配给新到达的数据。3.根据权利要求1所述的一种基于动态二级反馈调度的以太网设计方案,其特征在于:所述的自适应二级反馈调度是双堆栈分类策略和双循环队列策略的结合,当数据被成功分类...

【专利技术属性】
技术研发人员:王宏志戚小莎王晓宇胡黄水
申请(专利权)人:长春工业大学
类型:发明
国别省市:吉林,22

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1