基于分布式实时总线配置的消息调度系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及时间触发以太网领域，是一种保证消息无冲突、满足消息发送时间顺序约束的算法。为对消息进行分类，以满足高优先级消息的请求，进而满足航天航空业务要求，本发明专利技术采取的技术方案是，基于分布式实时总线配置的消息调度方法，步骤如下：1.虚链路初始化；2.流排序；其中，TT

【技术实现步骤摘要】
基于分布式实时总线配置的消息调度系统及方法


[0001]本专利技术属于时间触发以太网领域，是一种保证消息无冲突、满足消息发送时间顺序约束的算法。具体涉及到一种基于单调速率准则，完成消息调度的算法。

技术介绍

[0002]近些年来，以太网在航空航天、工业控制领域中得到了大量的应用，具有低成本、高带宽、灵活组网的特性。传统以太网使用多种排队缓存机制来处理端口竞争以防止丢包，但缓存机制势必会造成交换延迟和抖动，无法满足业务实时性需求。航天电子系统的数据通信对实时、确定、安全可靠的传输提出了严格的要求。
[0003]时间触发以太网(Time
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Triggered Ethernet，TTE)是在标准以太网基础上加以改造从而满足实时通信需求的一种新型的通信网络，它集成了标准以太网协议、速率约束性传输协议及时间触发协议，其物理层采用标准以太网IEEE802.3协议，充分利用以太网的带宽资源，支持时间触发和事件触发两种通信机制。时间触发以太网具有以下特性：(1)兼容性强：兼容传统以太网与实时确定性网络；(2)技术成熟度高：已被工业、汽车、轨道交通及新能源等领域广泛使用；(3)可靠性与实时性强：使用时间同步、冗余容错等多种机制保障安全关键性与时间关键性业务通信质量。
[0004]文献[1]提出了可满足模理论解析器用于生成时间调度表，文献[2]后来补充了用于速率受限(Rate
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Constrained，RC)流量的带宽预留方案，解决了时间触发(Time
‑
trigger，TT)消息背靠背调度的“饥饿问题”。文献[3]提出了基于禁忌搜索算法的静态调度表生成方法，减小了速率受限业务的时延，并保证速率受限业务在允许范围的时间窗内完整传输。文献[4]提出了时间触发单调速率调度(Time
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Triggered Rate Monotonic Scheduling，TT
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RMS)算法，该算法将网络最长帧传输时间作为基本周期进行静态调度，增加了时间调度算法的可扩展性，文献[5]将混合流量分区调度，介绍了离线与动态生成周期调度表的方法。当前的调度算法并未考虑具体应用场景下包括颗粒度约束、消息发送时间顺序约束等在内的约束条件。
[0005][1]Wilfried S.An evaluation of SMT
‑
based schedule synthesis for time
‑
triggered multi
‑
hop networks[C].Real
‑
Time Systems Symposium.San Diego:Institute of Electrical and Electronics Engineers,2010:375
‑
384.
[0006][2]Wilfried S.Synthesis of static communication schedules for mixed
‑
criticality systems[C].International Symposium on Object/Component/Service
‑
Oriented Real
‑
Time Distributed Computing Workshops.Newport Beach:Institute of Electrical and Electronics Engineers,2011:11
‑
18.
[0007][3]Domitian T,Paul P,Wilfried S.Synthesis of communication schedules for TTEthernet
‑
based mixed
‑
criticality systems[C].Proceedings of the eighth IEEE/ACM/IFIP international conference on Hardware/software codesign and system synthesis.New York:Association for Computing Machinery,2012:473
–
482.
[0008][4]徐晓飞，曹晨，郭骏等.TT
‑
RMS:时间触发网络通信表生成算法[J].北京航空航天大学学报，2015，41(8)：1403
‑
1408.
[0009][5]Hamadou S,Gherbi A,Mullins J,et al.A time
‑
triggered constraint
‑
based calculus for avionic systems[C].International Symposium on Object/Component/Service
‑
Oriented Real
‑
Time Distributed Computing Workshops.Auckland:Institute of Electrical and Electronics Engineers 2015:58
‑
65.

技术实现思路

[0010]为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种具有不同优先级的调度策略以满足不同类型业务可靠性的需要，对消息进行分类，以满足高优先级消息的请求，进而满足航天航空业务要求。为此，本专利技术采取的技术方案是，基于分布式实时总线配置的消息调度方法，满足以下条件：
[0011](1)要调度的时间触发TT消息全部为周期性消息，且TT消息集及消息的属性已知；
[0012](2)网络中所有的通信链路资源都可用，链路的带宽、延迟属性可配置；
[0013]则步骤如下：
[0014]1.虚链路初始化
[0015]将源目的节点相同和消息周期相同的消息赋予相同的虚链路号，同一虚链路号的不同消息按照发送时间顺序约束进行消息排序和组合，在后期调度中统一处理。
[0016]2.流排序
[0017]对发送时间顺序进行初始化配置，根据任务需要指定所有虚链路下消息的发送顺序约束，对于给定顺序的TT消息按照初始化组合成流，未指定顺序的消息采用RMS机制进行流排序；
[0018]其中，TT
‑
RMS流排序过程主要依据是消息周期和消息负载，首先按消息预先设置的优先级排序，相同优先级情况下消息周期按从小到大的顺序排序，相同消息周期的消息按照所在链路负载由大到小排序，确定消息的调度优先级；
[0019]3.流调度
[0020]完成虚链路排序后，需要进行流调度，需要满足链路流传输无冲突约束。
[0021]流排序具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式实时总线配置的消息调度方法，其特征是，满足以下条件：(1)要调度的时间触发TT消息全部为周期性消息，且TT消息集及消息的属性已知；(2)网络中所有的通信链路资源都可用，链路的带宽、延迟属性可配置；则步骤如下：1)虚链路初始化将源目的节点相同和消息周期相同的消息赋予相同的虚链路号，同一虚链路号的不同消息按照发送时间顺序约束进行消息排序和组合，在后期调度中统一处理。2)流排序对发送时间顺序进行初始化配置，根据任务需要指定所有虚链路下消息的发送顺序约束，对于给定顺序的TT消息按照初始化组合成流，未指定顺序的消息采用RMS机制进行流排序；其中，TT
‑
RMS流排序过程主要依据是消息周期和消息负载，首先按消息预先设置的优先级排序，相同优先级情况下消息周期按从小到大的顺序排序，相同消息周期的消息按照所在链路负载由大到小排序，确定消息的调度优先级；3)流调度完成虚链路排序后，需要进行流调度，需要满足链路流传输无冲突约束。2.如权利要求1所述的基于分布式实时总线配置的消息调度方法，其特征是，流排序具体过程如下：步骤1：获得初始虚链路参数表，包括虚链路号、源节点、目的节点、帧长、周期；步骤2：判断当前虚链路的发送时间顺序是否被指定；步骤3：对指定了发送时间顺序约束的虚链路按照发送时间顺序排列，将这类虚链路优先配置；步骤4：对于未指定发送时间顺序约束的虚链路，依据RMS机制，周期增序和帧长降序的方式完成剩余所有虚链路排序。3.如权利要求1所述的基于分布式实时总线配置的消息调度方法，其特征是，流调度流程如下：步骤1：按排序选择待调度的TT流，查找路由表，确定该流的路由；步骤2：将基本周期划分为若干相同大小的时隙，将整个集群周期上时隙总数作为虚链路上可供调度的时隙资源；步骤3：在待调度流一个周期范围内在始发链路上查询可用的时隙资源，可用的时隙资源长度大于等于流的帧长加保护带长度；步骤4：逐跳确认步骤(3)查询到的时隙资源是否全部可用，确认为可分配资源；步骤5：如果...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪清，郭瑞泽，周虎，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：