一种基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法技术

本发明专利技术属于以太网通信技术领域，公开了一种基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法；首先在调度开始之前需要根据装箱算法对时间触发消息和传输周期进行转换；然后对时间触发消息进行预处理，根据其周期、帧长和传输链路路径进行分组和拼合；最后对经过预处理的消息块进行装箱，再根据装箱结果生成对应的调度表。本发明专利技术将时间资源分成多段用于调度，在最终的调度表中加入了孔隙性，有效的分散时间触发消息的调度，保证后续事件触发消息可用时间分布均匀，提升网络的稳定性，降低了通信的时延和抖动；对信息进行预处理时，考虑到网络结构特点而存在同时传输的消息，并对消息进行同步传输操作，节约了时间资源，提升了网络的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法
本专利技术属于以太网通信
，尤其涉及一种基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：以太网具有组网便捷灵活、网络结构简单、构建成本低且带宽高等优点，因此得到了广泛的应用，并有大量的相关研究。以太网在1990年正式成为IEEE802.3国际标准，之后开始逐渐取代传统总线通信，开始应用于工业控制领域。以太网相较于传统的总线通信系统拥有众多优势，其设施体积更小、成本更低且功能更丰富。以太网的核心机制是事件触发机制，这种通信机制无法保证消息的时效性和可靠性。在工业控制通信系统中，存在一些对时效性和可靠性具有高要求的通信业务，例如航空电子通信网络中的自检测信息。因此将以太网应用于工业控制领域时遇到了挑战。时间触发以太网(Time-TriggeredEthernet，TTE)则可以解决这一问题，TTE在同一系统中同时支持事件触发消息和时间触发消息，兼容传统以太网的同时可以为时间敏感类业务提供可靠的服务。时间触发以太网基于系统功能模块隔离机制，在同一平台上实现了实时封闭系统和非实时开放系统，实现了低成本和高效率的资源利用。SAEAS6802标准中对TTE有着准确的定义。TTE同时支持三种业务的传输，他们分别是时间触发(Time-Triggered,TT)业务、速率限制(RateConstrained,RC)业务和尽力传输(BestEffort,BE)业务。时间触发业务的发传输受到预先设计好的调度表的严格控制。速率限制和尽力传输业务属于事件触发业务，他们的优先级低于时间触发业务，只能在时间触发业务的工作空闲时间段进行传输，不会对时间触发业务造成任何影响。时间触发消息在传输之前就是已知的，它们拥有严格的周期要求，因此需要提前对其进行编排。因此，调度表的生成策略对于时间触发以太网的通信性能具有非常重要的意义。传统的方法使用SMT解决器来生成调度表，SMT解决器通过对调度命题相关的布尔变量进行搜索，生成可行的调度表。这种方法的优化程度很低且算法复杂度高。当时间触发消息数量较大时，SMT解决器的计算耗时将会呈指数增长。后来出现了一种将装箱问题与调度问题相结合的调度策略，这种方法可以有效的降低算法复杂度，并且减少时间触发消息对时间片的占用，为后续的事件触发消息提供更多时间片用于传输。但是使得时间触发消息在调度过程中过度的堆积，严重影响后续可用时间片分布情况，对时间触发以太网的时延性能和抖动性能都会产生严重影响。不仅如此，该方法还需要利用启发式算法进行搜索优化，因此复杂度仍然比较大。综上所述，现有技术存在的问题是：传统使用SMT解决器来生成调度表优化程度很低且算法复杂度高；时间触发消息在调度过程中过度的堆积，严重影响后续可用时间片分布情况，对时间触发以太网的时延性能和抖动性能都会产生严重影响。解决上述技术问题的难度和意义：因为时间触发消息的调度是一个NP难问题，因此解决这类问题的方法在优化上比较复杂困难，因此将消息调度问题转换为装箱问题，降低优化解决方案的难度；降低调度算法的复杂度可以有效的提升时间触发以太网的运行效率，使得在线调度成为可能，不仅如此优化调度表的性能可以有效的提升通信系统时间资源的分布情况，降低事件触发消息的传输性能，不仅提升了整体通信系统的效率，还保证了系统的稳定性。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法。本专利技术是这样实现的，一种基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法，所述基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法首先在调度开始之前需要根据装箱算法对时间触发消息和传输周期进行转换；然后对时间触发消息进行预处理，根据其周期、帧长和传输链路路径进行分组和拼合；最后对经过预处理的消息块进行装箱，再根据装箱结果生成对应的调度表。进一步，所述基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法具体包括：第一步，设定时间触发消息：tt.frame＝{id,period,length,source,sink}，根据所有时间触发消息计算调度表的集群周期CP，并根据单位周期对集群周期进行分段，将时间转换成二维的空箱子；第二步，根据时间触发消息判断是否可以和其他消息同时传输分组；第三步，根据时间触发消息的帧长进行分组，计算消息的标识第四步，完成分组后，对AA组和BB组中的块进行进一步操作，将两组中的块按照大小进行排序，从两组中分别选出一个块进行重合拼合；新块的高度为hblock＝max(h(ttid))，边长为wblock＝max(w(ttid))，直到其中一组的块用尽；第五步，对完成预处理的消息进行整理，将所有拼合好的块按照标识符group(ttid)进行分组排列；第六步，分别从各个组中选出块进行装箱，每组被选中的概率和其组中的块的数量成正比，被选中的块排放在空箱子底边的最左侧，同时记录位置信息；操作直到所有块均完成装箱；第七步，根据记录的位置信息生成调度时间表，完成调度。进一步，所述第二步根据时间触发消息判断是否可以和其他消息同时传输分组，操作方法包括：(1)根据网络拓扑结构和时间触发消息的信源信宿节点，根据拓扑得出消息传输的链路路径；(2)如果消息链路路径中只存在一个交换机A或B，那么将消息分入AA组或BB组，表示消息和BB组或AA组的消息进行同时传输；(3)如果消息链路路径中存在两个交换机A和B，那么将消息分入AB组，表示该时间触发消息不可以与其他消息同时传输。进一步，所述第三步根据时间触发消息的帧长进行分组，计算消息的标识然后操作如下：(1)如果消息的标识group(ttid)＝0，表示消息帧长度大于平均长度，为过长消息帧，那么这组的时间出发消息将不能在同一层内和其他消息在纵向进行堆叠，不进行拼合操作，独自成为块，大小不变；(2)如果消息的标识group(ttid)＝1，表示消息帧长度稍稍小于平均长度，为过长消息帧，那么这组的时间出发消息将不能在同一层内和其他消息在纵向进行堆叠，不进行拼合操作，独自成为块，大小不变；(3)如果消息的标识group(ttid)＝n，且n∈Zn＞1，表示这组的TT消息帧为平均长度的将这组的时间出发消息按照周期进行排序，按照顺序n个TT帧绑定为一个块，块作为一个整体参与装箱，块的高为n个TT的高度之和hblock＝∑h(ttid)，宽为n个TT帧中最大的宽wblock＝max(w(ttid))。本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法的时间触发以太网网络拓扑架构，所述时间触发以太网网络拓扑架构包括两台交换机A和B、22个终端节点和多条链路；交换机A和B，是链接终端节点并转发数据帧，同时支持时间触发消息和事件触发消息的转发；终端节点，其是发送和接收数据帧，集成时钟同步模块和时间触发消息调度模块，同时支持时间触发消息和事件触发消息的收发处理。进一步，所述交换机A和B集成时钟同步模块、消息调度模块和数据容错控制机制；所述时钟同步模块，进行集中计算，完成全网系统时钟的同步；所述消息调度模块，完成时间触发消息的无冲突交换发送；所述数据容错控制机制，对消息转发行为进行容错控制操作。本专利技术的另一目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法，其特征在于，所述基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法首先在调度开始之前需要根据装箱算法对时间触发消息和传输周期进行转换；然后对时间触发消息进行预处理，根据其周期、帧长和传输链路路径进行分组和拼合；最后对经过预处理的消息块进行装箱，再根据装箱结果生成对应的调度表。

【技术特征摘要】
1.一种基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法，其特征在于，所述基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法首先在调度开始之前需要根据装箱算法对时间触发消息和传输周期进行转换；然后对时间触发消息进行预处理，根据其周期、帧长和传输链路路径进行分组和拼合；最后对经过预处理的消息块进行装箱，再根据装箱结果生成对应的调度表。2.如权利要求1所述的基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法，其特征在于，所述基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法具体包括：第一步，设定时间触发消息：tt.frame＝{id,period,length,source,sink}，根据所有时间触发消息计算调度表的集群周期CP，并根据单位周期对集群周期进行分段，将时间转换成二维的空箱子；第二步，根据时间触发消息判断是否可以和其他消息同时传输分组；第三步，根据时间触发消息的帧长进行分组，计算消息的标识第四步，完成分组后，对AA组和BB组中的块进行进一步操作，将两组中的块按照大小进行排序，从两组中分别选出一个块进行重合拼合；新块的高度为hblock＝max(h(ttid))，边长为wblock＝max(w(ttid))，直到其中一组的块用尽；第五步，对完成预处理的消息进行整理，将所有拼合好的块按照标识符group(ttid)进行分组排列；第六步，分别从各个组中选出块进行装箱，每组被选中的概率和其组中的块的数量成正比，被选中的块排放在空箱子底边的最左侧，同时记录位置信息；操作直到所有块均完成装箱；第七步，根据记录的位置信息生成调度时间表，完成调度。3.如权利要求2所述的基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法，其特征在于，所述第二步根据时间触发消息判断是否可以和其他消息同时传输分组，操作方法包括：(1)根据网络拓扑结构和时间触发消息的信源信宿节点，根据拓扑得出消息传输的链路路径；(2)如果消息链路路径中只存在一个交换机A或B，那么将消息分入AA组或BB组，表示消息和BB组或AA组的消息进行同时传输；(3)如果消息链路路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪芳，栾不群，屈静，杨清海，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61