一种时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法技术

本发明专利技术涉及一种时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法，属于时间敏感网络技术领域，包括以下步骤：S1：CNC发现TSN网络拓扑，并抽象为网络有向图；S2：终端设备向CUC发送TSN连接请求，CUC将连接请求发送到CNC；S3：CNC选出K条最短路径作为备选路径；S4：CNC选择出m条优选路径；S5：CNC为TT流找到一条最优的传输路径，为非TT流找到合适的传输路径；S6：CNC遍历完成；S7：为每一对终端设备的TT流最优传输路径配置门控列表；S8：CNC将计算的结果封装为门控调度表，并配置到TSN交换机，再将流量传输计算结果通过CUC发送到TSN终端设备。传输计算结果通过CUC发送到TSN终端设备。传输计算结果通过CUC发送到TSN终端设备。

【技术实现步骤摘要】
一种时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法


[0001]本专利技术属于时间敏感网络
，涉及一种时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法。

技术介绍

[0002]随着工业互联网技术的不断发展，确定性实时通信被引入到航天和工业自动化领域，以保证时间关键流的性能和系统的安全性。时间敏感网络(TSN)是由IEEE 802.1工作组的时间敏感网络任务组(TSN TG)开发的一套标准，用于在有界延迟和抖动的以太网网络上进行实时通信。TSN为以太网带来了工业级的健壮性，以促进实时、安全关键的应用(例如，工业4.0和网络物理系统)，并支持在一个公共通信基础设施上对时间关键流量和最努力流量进行传输。值得注意的是，IEEE 802.1Qbv定义了一个可编程的门控机制，即时间感知的整形器，它使用时间传输门和门控制列表(GCL)来决定哪个队列被选择用于传输。同时，所有设备的时间都应基于IEEE 802.1AS
‑
Rev同步，以保证时间感知整形器(TAS)部署成功。然而，IEEE 802.1Qbv虽然明确了门控机制的行为，但实现确定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：集中式网络配置模块CNC发现TSN网络拓扑，并将TSN网络拓扑抽象为网络有向图；S2：终端设备通过用户配置协议向集中式用户配置模块CUC发送TSN连接请求，CUC将所述连接请求通过用户网络接口UNI发送到CNC；S3：CNC收到路径选择的需求时，执行融合路径选择与门控调度算法选出K条最短路径作为备选路径；S4：CNC将步骤S3中选出的K条备选路径利用路径关键度η
k
来选择出m条优选路径；S5：CNC将步骤S4中选出的m条优选路径作为路径选择阶段的输入，根据TSN流量类型的特征，基于链路传输的代价和信息素更新的方式为一对发送端到接收端的TT流找到一条最优的传输路径，并将该条路径存入路径信息表ω中，同时为非TT流找到合适的传输路径；S6：CNC遍历是否存在还没有被计算发送端和接收端的路径，如果有则返回执行步骤S3
‑
S6，并将计算的每对发送端到接收端TT流的最优路径存到路径信息表ω中，如果没有则执行步骤S7；S7：将步骤S6中计算出的TT流量的最优传输路径信息表ω作为输入，设置流量传输约束条件，为每一对终端设备的TT流最优传输路径配置门控列表；S8：CNC将计算的结果封装为门控调度表，并配置到TSN交换机，再将流量传输计算结果通过CUC发送到TSN终端设备。2.根据权利要求1所述的时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法，其特征在于：步骤S1具体包括：CNC根据链路发现协议LLDP来发现TSN网络拓扑，并通过网络建模方法将TSN网络拓扑抽象为网络有向图；TSN的网络拓扑表示为有向图G＝(V，E)，其中V是TSN网络中的节点集合，TSN的网络拓扑表示为有向图G＝(V，E)，其中V是TSN网络中的节点集合，其中S是TSN交换机的集合，H是终端设备的集合；E是边集合，是一组二元组，表示TSN网络中的所有链接，使得E≡{(BR
i
，BR
j
)|BR
i
，BR
j
∈V，BR
i
≠BR
j
并且BR
i
和BR
j
之间存在联系}，其中(BR
i
，BR
j
)表示交换机BR
i
和交换机BR
j
之间的链路；与每个链路(BR
i
，BR
j
)∈E相关联的是由元组(b，ld)表示的测量值列表，其中是链路(BR
i
，BR
j
)的剩余带宽；是链路延迟，由和组成；是有界的；把从发送端开始，按照一定要求传输到接收端的有序数据序列称为流，将所有的TSN流的集合记为F；对于不同类型的流，其中的主要参数包括TSN流的传输路径R
i
、TSN流的端到端时延D
i
、TSN流的传输周期T
i
和TSN流的大小S
i
；每个TSN流F
i
表示为四元组F
i
≡(R
i
，D
i
，T
i
，S
i
)；对于发送端ES
i
和接收端ES
′
i
，中间经过的交换机BR1，BR2，...，BR
n
共有n个节点，将其第i对发送端到接收端的路径表示为R
i
＝{EB
i
，BR1，BR2，...，BR
n
，ES
′
i
}，每个帧的最大长度为以太网的最大传输单元MTU。3.根据权利要求1所述的时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法，其特征在于：步骤S2具体包括：终端设备通过用户配置协议将备选路径数K、路径关键度η
k
选出的优选路径数量m、算法最大循环次数N
cyc
、蚂蚁的最大数量N
ant
、信息素总量Q、TSN流的周期
T
i
、大小S
i
和时延D
i
发送给CUC，CUC将连接请求通过用户网络接口UNI发送到CNC。4.根据权利要求1所述的时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法，其特征在于：步骤S3中所述选出K条最短路径作为备选路径，具体为：采用K最短路径算法KSP，对于所有ES
i
，ES
′
i
∈H，基于它们的最短路径递增排序，通过输入网络有向图G、发送端ES
i
、接收端ES
′
i
和路径的条数K，输出K条路径集p
K
，然后将路径集p
K
作为步骤S4的输入；具体执行步骤如下：S31：输入网络有向图G、发送端ES
i
、接收端ES
′
i
和备选路径数K；S32：CNC使用融合路径选择与门控调度算法求出ES
i
到ES
′
i
的最短路径，并记为p
n
(n＝1)：p
n
＝ES
i
→
BR
a
→
BR
b
→
...
→
BR
n
→
ES
′
i
S33：判断n是否小于等于K，且仍有候选路径存在，如果存在执行S34，否则表示找到K条备选路径；S34：在求出p
n
的基础上，根据偏离点和Dijkstra算法求出p
n+1
，把位于p
n
上除去接收端ES
′
i
的每个节点分别看作偏离点，共有x个；将每个偏离点记为BR
i
(i＝1，2，...，x)；S35：开始遍历偏离点，从BR
i
(i＝0)开始遍历每一个偏离点，并对每一个偏离点求BR
i
到接收端ES
′
i
的最短路径；S36：将p
n
上从起点到BR
i
的路径加上求得的BR
i
到接收端ES
′
i
的最短路径作为求p
n+1
的候选路径，放到候选路径列表U中；S37：偏离点遍历结束；S38：判断此时候选路径列表U是否为空；S39：如果此时候选路径列表U不为空，则遍历完偏离点后，找出B中权值最小的路径即为所求的p
n+1
，将该路径从U中移除，并放入备选路径列表L中，在求得p
n+1
的基础之上，当n+1≤K时，继续执行步骤S33
‑
S38，否则表示找到K条备选路径；S310：若候选路径列表U为空，则表示已经找到了K条备选路径，最后确定路径集合为P
k
＝{p1，p2，...，p
n
，p
k
}∈P
sd
，P
sd
表示从ES
i
到ES
′
i
的路径集合。5.根据权利要求1所述的时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法，其特征在于：步骤S4具体包括：路径p
k
的跳数HC为除发送端和接收端之外的路径p
k
的TSN交换机数量(用p
k
.HC表示)，定义如下：p
k
.HC＝len(p
k
)
‑2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)路径p
k
的剩余带宽SBW为其所有组成链路中的剩余带宽的最小值，假设p
k
＝{ES
i
，BR1，BR2，...，BR
n
，ES
′
i
}，令S＝len(p
k
)
‑
2，路径p
k
的剩余带宽SBW由如下公式表示：路径p
k
的端到端时延DL为其链路时延之和，表示为；
函数Δ(H...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏旻，方兴斌，尤梦飞，霍承杰，王平，徐威，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：