一种支持业务报文时序逻辑的算法制造技术

本发明专利技术是一种支持业务报文时序逻辑的算法专利，主要适用于物联网领域，如智能电网。在物联网实际应用场景中信息化主站与业务终端设备之间有大量的工业控制业务的采集和下发，并且业务终端设备之间对业务报文的时序逻辑有要求。在实际情况中由于受某些应用环境或设备自身的限制，网络没有做到全网时间同步，网络中有许多设备不具备对时功能。本专利提出了VRQ(Virtual Reach Queueing，虚拟到达队列)算法。经过分析VRQ算法结合专利中提出的VTC(Virtual Time Channel,虚拟时间信道)技术、SDN(Software Defined Networking，软件定义网络)技术解决了在设备没有时间同步的情况下，保证业务报文到达终端时的时序逻辑要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是专利，主要适用于物联网领域，如智 能电网。
技术介绍
在物联网实际应用场景中信息化主站与业务终端设备之间有大量的工业控制业 务的采集和下发，并且业务终端设备之间对业务报文的时序逻辑有要求。在实际情况中由 于受某些应用环境或设备自身的限制，网络没有做到全网时间同步，网络中有许多设备不 具备对时功能。在运种情况下，许多设备发送的业务报文不能满足时间同步和时序逻辑要 求。现阶段解决运类问题主要采取的措施包括： 1)在设备上单独添加硬件模块，如GI^模块。GPS带来了很高的对时精度，但运样做 的成本很好，并且应用也受到了很大的限制。比如GI^外基准时钟硬件受天气影响较大且在 某些区域无法实现覆盖，如地下的设备就无法采用GI^时钟对时。 2)不采取专口的措施保障业务的时间同步和时序逻辑要求，只是在建设网络时考 虑设备节点之间距离，尽可能的避免远距离的传输。但运种方法没有可靠保障，不能从根本 解决问题。
技术实现思路
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技术介绍
分析，并结合物联网中有大量终端设备对到达的业务报文 有时序逻辑要求，本专利提出了VRQ(Vbtual Reach Queueing,虚拟到达队列）算法。算法 解决了在设备没有时间同步的情况下，保证业务报文到达终端时的时序逻辑要求，解决了 现有技术的弊端。 虚拟到达队列是指业务报文按照"入口等待时间"在信息主站入口缓存中按顺序 排列的缓存队列，入口等待时间是指业务报文要求到达终端的时刻减去传播路径时延。在 图1中描述了 一个信息主站往多个终端发送业务报文时，在发送端入口缓存处按照各个报 文要求到达时间顺序的不同排列形成的VRQ队列。在图中要求信息主站产生的业务报文在 同一时刻到达终端1、2、3,各个报文的要求到达时间、传播路径时间W及入口等待时间如图 1(a)表格所示。由于每个报文所经过的路径不一致，对应的传播时延不一致，所得到的报文 在发送端入口缓存中形成的VRQ队列如图1(b)所示。业务报文的传播路径时延确定、VRQ队 列的形成及其VRQ之间的保护间隔确定在算法【具体实施方式】中介绍。 在网络中由于:a)业务报文的自由选择路由使得业务报文每次经过的路径不固 定;b)网络拥塞使得业务报文在网络节点的发送等待时间不确定;C)业务报文在网络节点 处被高优先级的业务报文抢先调度。运S种情况都会影响VRQ算法的准确性，针对运S种情 况分别在【具体实施方式】中讨论。【附图说明】[000引图I VRQ建立示意图 图2 SDN方式下实现VRQ算法及其时间补偿策略示意图【具体实施方式】 为了方便描述，下文中使用表示业务报文p(#)在信息主站侧的入口等待时 间；表示业务报文p(#)的要求到达时刻；TpW表示业务报文p(#)的传播路径时延；用 少jr-gW表示VrqQ)的入口等待时间，其值等于在VrqQ)中任意业务报文的入口等待时间. 表示vrq(i)与vrq(i+l)的保护间隔，根据入口等待时间的定义可知：巧(#)=巧(巧-7，p(#, (1)[001引1)传播路径时延Tp(#)的确定： 确定业务报文的传播路径时延有两种方法： a)利用SDN(Software Defined Networking,软件定义网络）技术实现，其具体是 指在发送业务报文之前，通过SDN Control Ier指定业务报文的发送路径，由于SDN Controller知道信息主站到达各个网络节点的时延信息，也就可W计算出业务报文的传播 路径时延。 b)利用VTC(Vbtual Time化annel，虚拟时间信道)技术，虚拟时间信道包括了确 定的路由和转发处理时间固定的路径，具体是指，信息主站在发送业务报文之前为其指定 一个时间固定的传播路径，业务报文在每个网络节点都等待一个确定的"发送等待时间"， 在每个节点发送等待时间都确定的情况下，保证了整个传播路径时间的确定。其中"发送等 待时间"是指业务报文插入到网络节点交换队列头部至交换发送成功所经历的时间。为了 方便描述，下文中使用符号TiPW表示同步测距报文p(#)在网络节点i的发送等待时间，根据 虚拟时间信道的定义可知： 7，p(巧二 SLiTf (肖）+ & , i e (1，2, 斌 式(2)中，T。表示一个固定的传播时延。根据发送等待时间的定义，同时考虑到每 个网络节点不能丢弃正在发送的数据报文，给出每个业务报文在节点i处的发送等待时间 应满足式： Tf 种 > Tf 匪 + 如華 巧） 在(3)式中，表示网络节点冲队头发送最长数据报文时间；Lp_max，Lp(*)分 别表示最长业务报文和本次业务报文长度;C表示网络节点转发速率。 2)入口缓存VRQ建立的原则：若业务报文的入口等待时间相同，贝巧巧〇在同一VRQ中，同时入口缓存中，入口等 待时间越小的VRQ队列越靠近缓存的首部。 3)VRQ之间的保护间隔确立： 在网络没有发生拥塞时，保护间隔应满足公式(4): 广"W'!' + n > 了，。?.9巧 (4) 4)针对业务报文自由选择路由问题，具体的实施方式： 根据
技术实现思路
里面的分析，VRQ算法的准确性受到业务报文的自由选择路由的影 响。针对自由选择路由问题若物联网的传输采用的是EPON技术或类似的树状拓扑则无需考 虑此问题;若采用的不是运类技术可W使用SDN(Software Defined Networking,软件定义 网络)技术，通过流表指定业务报文的转发路径，避免了业务报文每次重新选择路由。 5)针对网络拥塞问题，具体的实施方式： 根据
技术实现思路
里面的分析，VRQ算法的准确性受到网络拥塞的影响。针对网络拥塞 问题采取的措施包括： a)动态调整VRQ之间的保护间隔：动态调整虚拟到达队列之间的保护间隔，网络发 生拥塞时，VRQ之间的保护间隔应满足修正的公式(5) /〔-的.'山）> 巧，，'9的 + Sf二 1 TfW闲 巧） 在式(5)中，完巧示vrqQ)中的业务报文在每个网络节点处的排队阻塞 时间的累加和。通过网络的拥塞程度动态的调整VRQ的保护间隔可W在保证业务报文时序 要求的基础上尽量保证时间同步。 b)在SDN实现方式下，采用SDN时间补偿算法：SDN补偿算法是指SDN Controller全 局控制每个业务报文在网络节点处的发送等待时间，若某个网络节点的发送等待时间超出 了规定的时间，贝化ontroller记录下超出的时间。在业务报文到达下一跳网络节点时， Controller尝试减小业务报文在该节点处的发送等到时间。SDN时间补偿算法具体执行步 骤，分为W下4步： ①在网络节点> 1处若业务报文在规定的发送等待时间内没有得到调度， 则在发送等待时间减小为0时刻起，控制器启动定时器，记录此刻起到业务报文完成调度的 时间，运个时间记作Ta; ②在式(4)前提下，控制器减小该业务报文在阻塞节点后序的网络节点上的发送 等待时间，假设在i节点减小的时间为,同时节点指当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持业务报文时序逻辑的算法，其特征在于：虚拟到达队列(VRQ)是指业务报文按照“入口等待时间”在信息主站入口缓存中按顺序排列的缓存队列，“入口等待时间”是指业务报文要求到达终端的时刻减去传播路径时延；虚拟到达队列算法包括：a、传播路径时延的确定；b、入口缓存VRQ建立的原则；c、VRQ之间确立保护间隔；d、针对网络拥塞的处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖磊，徐涛，张文哲，李晓娣，唐军，周瑞芳，徐鑫，胡致远，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85