一种面向工业回程网的端到端时延保障传输调度方法技术

本发明专利技术公开了一种面向工业回程网的端到端时延保障传输调度方法，包括集中时延分配过程和分段的时延保障转发过程两个过程。方法由网络管理器根据业务流的时延要求和其传输路径的负载情况，计算每段链路的时延分配值并将时延要求和业务头信息发送至网络交换机。网络交换机根据具体业务的时延要求实现数据业务的转发：首先，将业务数据放置到相应的延迟优先级缓存队列中，之后网络交换机通过实验优先级调度机制将时延优先级队列中数据送至crossbar交换矩阵，最后采用有时延保障的Crossbar调度机制保证缓存队列中业务的按时发送。本发明专利技术采用细粒度的时延控制机制，提高了业务端到端时延的保障性和确定性。

【技术实现步骤摘要】
一种面向工业回程网的端到端时延保障传输调度方法
本专利技术属于数据通信
，具体涉及一种支持端到端时延保障的传输调度方法。
技术介绍
工业回程网是回程网络的概念向工业领域延伸的产物，它是指工业现场网络(如传感网)和广域网之间的传输网络，主要用于工业现场数据向广域网接入的问题。由于工业环境中，不同数据的时延敏感性较差别较大，而一些数据对时延的敏感性较高。因此工业回程网需要为其业务数据提供不同的端到端时延保障。区分服务一定程度上改变了网络“公平”、“竭力”的服务策略，提供了一种对不同业务区分对待的服务方式。而且具有简单、高效、可扩展性高，被现有网络广泛采用。但是区分服务仍然存在如QoS保证粒度较大、对不同业务流只能提供相对优先级QoS保证等缺点。针对以上问题，现有技术提出了若干新的服务策略，其中不乏针对具体业务流的QoS保证机制。但是多以大量资源预留的方式实现，网络资源开销大；而且存在端到端时延保证针对性不强等问题，不能满足工业领域的应用需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种面向工业回程网的端到端时延保障传输调度方法：以时间为出发点，动态分配网络资源，实现业务数据端到端时延确定性传输。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种支持端到端时延保障的传输调度方法，应用于集中控制的交换网络，包括以下步骤：所述的时延分配过程，网络管理器根据具体业务的总体时延要求，结合链路的负载信息，对业务路径上的每段链路做出分段时延要求，并将分段时延要求发送至相应的网络交换机；所述的时延保障转发过程，由路径上的各个网络交换机根据业务报文的分段时延要求和自身流控制策略，通过使用时延优先级队列控制不同业务报文在网络交换机内的队列时延，满足分段时延要求。所述时延分配过程包括以下步骤：(1)网络交换机每隔一段时间计算每条链路的负载度：其中，Ci为单位时间内进入链路Li的数据包数量，CiMAX为单位时间内可以进入链路Li的数据包数量的最大值，取决于交换机的交换能力；(2)网络交换机将负载度逐级发送到网络管理器中，更新网络管理器中的负载信息；(3)网络管理器针对业务的接入请求，计算其采用路径的最小时延：其中，n代表路径经过的网络交换机的个数，2Ti为报文进入链路Li的队列时延，Ti为链路Li入口交换机的缓存轮换周期，对于任一网络交换机：T＝l×τ其中l为该交换机一个交换周期时隙个数，为固定值，τ表示交换时隙时长；(4)判断所需最小时延是否能够满足业务时延需求，若不能满足则反馈失败消息；(5)若能满足业务时延要求，则根据传输路径的负载度分配时延；(6)将时延分配结果发送至业务路径上的各个网络交换机中。所述根据传输路径的负载度分配时延，包括以下步骤：A1.计算每条链路的负载度比重：其中，L为路径上所有链路的集合，ri为链路i的负载度；A2.计算每条链路的预分配时延：D'i＝Dd×si,i∈L其中，Dd为业务总时延要求，si为链路i的负载度比重；A3.初始化t0＝0，待分配时延的链路集合为L'；A4.取L'中预分配时延最小的链路Li，为其分配时延：其中，Ti为链路Li入口交换机的缓存轮换周期，max()表示取最大值，[A]T表示不大于A的T的最大整数倍数，即：表向下取整；A5.计算t0：t0＝t0+D'i-DiA6.将Li从L'中删除，若L'为空，则完成时延分配；若L'不为空，则执行步骤A4。所述时延保障转发过程在网络交换机中实现并包括以下步骤：网络交换机将经过的业务数据暂存至时延优先级队列；时延优先级队列轮换：Crossbar输入队列为空时，取优先级最高的时延优先级队列作为新输入队列，其他时延优先级队列优先级提高1级，原Crossbar输入队列作为优先级最低的时延优先级队列；在一个交换周期T内采用时延保障的Crossbar调度机制转发数据。所述网络交换机将经过的业务数据暂存至时延优先级队列，包括以下步骤：B1.对于一个M输入N输出的网络交换机，其维护k个优先级队列，对应1,…,k个优先级，每个优先级队列为每个输入维护一个子队列形成M个输入队列，其中，1为优先级最高，k为优先级最低；B2.对于每个时延优先级队列Qp，交换机统计优先级队列Qp中由端口i输入数据包数量，记为同时统计Qp中发送到端口j的数据包数量，记为B3.对于进入交换机的具体业务数据，判断其输入接口i和输出接口j，并根据其分段时延要求，计算优先级：其中，Dd为该业务分段时延要求，T为交换周期，等于缓存轮换周期；B4.对于优先级pij，若满足并且则将该业务报文放到pij对应的时延优先级队列中，和的值加1；否则执行B5，其中，l为一个交换周期时隙个数；B5.pij值减1，执行B4。所述在一个交换周期T内采用时延保障的Crossbar调度机制转发数据，包括以下步骤：C1.初始化l'为所有队列长度最大值，初始化输入节点集Ni和输出节点集No为空；C2.找出输入节点中初始队列长度为l'的节点加入Ni；C3.Ni中的节点依次找一个队列长度最长的未匹配输出节点进行匹配；C4.找出输出节点中初始队列长度为l'的节点加入No；C5.未匹配的No中的节点依次找一个队列长度最长的未匹配输入节点进行匹配；C6.在匹配的输入和输出节点间进行数据传输，并将数据从输出端口输出；C7.将l'减去1，若l'值为0，则完成了该交换周期内的所有交换任务；若不为0，执行C3。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：(1)本专利技术由网络资源管理器根据具体业务的时延要求和网络的负载情况，计算业务在端到端链路上的分段时延要求。实现了细粒度的端到端时延保障。(2)本专利技术使用两级结构的网络交换机，实现了队列时延和转发时延的分离，有助于业务总体时延的控制。(3)本专利技术在网络交换机中采用时延优先级队列，是一种分级的最早截止时间优先(EDF)算法的简单实现方式，可以满足不同传输业务的时延要求。(4)本专利技术在网络交换机中使用crossbar调度策略，结合延迟优先级队列中准入的控制策略，实现了数据业务的转发的实时性。附图说明图1是本专利技术应用部署的示意图；图2是本专利技术时延分配过程过的流程图；图3是本专利技术时延保障转发过程结构图；图4是本专利技术实验优先级队列结构图；图5是本专利技术时延保障的Crossbar调度机制流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。下面结合附图和实施例，对本
技术实现思路
作详细叙述：参照图1，本专利技术的支持端到端时延保证的传输调度方法包含两个部分：时延分配过程和时延保障转发过程。其中时延分配过程在网络管理器1中实现，时延保障转发过程由传输路径上的网络交换机2实现。参照图2，所述时延分配过程，包括以下步骤：步骤1：网络交换每隔一段时间计算每条链路的负载度：其中，Ci为单位时间内进入链路Li的数据包实际数量，CiMAX为单位时间内可以进入链路Li的数据包数量最大值，它取决于交换机的交换能力；步骤2：网络交换机将负载度逐级发送到网络管理器中，更新网络管理器中的负载信息；步骤3：网络管理器针对业务的接入请求，计算其采用路径的最小时延：其中，n代表路径经过的网络交换机的个数，2Ti为报文进入链路Li的队列时延，Ti为链路Li入口交换机的缓存轮换周期；步骤4：判断所需最小时延是否能够满足业务时延需求，若本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向工业回程网的端到端时延保障传输调度方法，应用于集中控制的工业回程交换网络，即网络中具有网络管理器负责回程网接入业务的整体调度，其特征在于，包括集中的时延分配过程和分段的时延保障转发过程； 所述的时延分配过程，网络管理器根据具体业务的总体时延要求，结合链路的负载信息，对业务路径上的每段链路做出分段时延要求，并将分段时延要求发送至相应的网络交换机； 所述的时延保障转发过程，由路径上的各个网络交换机根据业务报文的分段时延要求和自身流控制策略，通过使用延迟优先级队列控制不同业务报文在网络交换机内的队列时延，满足分端时延要求。

【技术特征摘要】
1.一种面向工业回程网的端到端时延保障传输调度方法，应用于集中控制的工业回程交换网络，即网络中具有网络管理器负责回程网接入业务的整体调度，其特征在于，包括集中的时延分配过程和分段的时延保障转发过程；所述的时延分配过程，网络管理器根据具体业务的总体时延要求，结合链路的负载信息，对业务路径上的每段链路做出分段时延要求，并将分段时延要求发送至相应的网络交换机；所述的时延保障转发过程，由路径上的各个网络交换机根据业务报文的分段时延要求和自身流控制策略，通过使用时延优先级队列控制不同业务报文在网络交换机内的队列时延，满足分段时延要求；所述时延保障转发过程在网络交换机中实现并包括以下步骤：网络交换机将经过的业务数据暂存至时延优先级队列；时延优先级队列轮换：Crossbar输入队列为空时，取优先级最高的时延优先级队列作为新输入队列，其他时延优先级队列优先级提高1级，原Crossbar输入队列作为优先级最低的时延优先级队列；在一个交换周期T内采用时延保障的Crossbar调度机制转发数据。2.根据权利要求1中的所述的一种面向工业回程网的端到端时延保障传输调度方法，其特征在于，所述时延分配过程包括以下步骤：(1)网络交换机每隔一段时间计算每条链路的负载度：其中，Ci为单位时间内进入链路Li的数据包数量，CiMAX为单位时间内可以进入链路Li的数据包数量的最大值，取决于交换机的交换能力；(2)网络交换机将负载度逐级发送到网络管理器中，更新网络管理器中的负载信息；(3)网络管理器针对业务的接入请求，计算其采用路径的最小时延：其中，n代表路径经过的网络交换机的个数，2Ti为报文进入链路Li的队列时延，Ti为链路Li入口交换机的缓存轮换周期，对于任一网络交换机：T＝l×τ其中l为该交换机一个交换周期时隙个数，为固定值，τ表示交换时隙时长；(4)判断所需最小时延是否能够满足业务时延需求，若不能满足则反馈失败消息；(5)若能满足业务时延要求，则根据传输路径的负载度分配时延；(6)将时延分配结果发送至业务路径上的各个网络交换机中。3.根据权利要求2中的所述的一种面向工业回程网的端到端时延保障传输调度方法，其特征在于，所述根据传输路径的负载度分配时延，包括以下步骤：A1.计算每条链路的负载度比重：1其中，L为路径上...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾鹏，于海斌，李栋，李志博，王金涛，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21