一种基于时延误差时间触发以太网调度表生成方法技术

本发明专利技术涉及一种基于时延误差时间触发以太网调度表生成方法，属于时间触发以太网通信系统领域，包括以下步骤：S1：时间触发以太网设备在网络内进行时间同步，稳定后周期性向控制器报告当前设备时间；S2：控制器采集并记录网络内各个设备的时间，并将压缩主机CM的设备时间作为基准时间，计算各个设备时间与差值、时间误差的平均值和方差；S3：对TT消息、链路进行建模；S4：根据建立的模型确定约束条件；S5：根据时间触发消息任务确定消息基本周期，并根据链路同步误差抖动确定每个消息的时间长度；S6：根据约束条件判定基本周期内所有任务的可调度性，为每个TT消息划分调度表，下发调度表配置到时间触发以太网设备。配置到时间触发以太网设备。配置到时间触发以太网设备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时延误差时间触发以太网调度表生成方法


[0001]本专利技术属于时间触发以太网通信系统领域，涉及一种基于时延误差时间触发以太网调度表生成方法。

技术介绍

[0002]近年来，时间触发以太网的提出将传统以太网应用到了航空航天工业领域，其不但具有传统以太网高速率性和高灵活度性，而且针对传统以太网的“尽力而为”的流量模式提出了改进方法。时间触发以太网将网络内流量分为时间触发消息(TT消息)、速率限制消息(RC消息)和尽力而为消息(BE消息)。对于时间触发消息，其具有最高优先级的时序保证，该消息依靠调度表完成消息的周期性回报。对于速率限制消息，其具有较高优先级的时序，适用于不定期的数据传输模式。当链路上没有TT消息和RC消息时，才会使能BE消息的传输。时间触发以太网依靠调度表的方式实现对三种流量的管理与配置，在使用传统以太网的高速率高灵活性的特点的同时，满足TT消息的高可靠性和RC消息的优先可靠性，改善了传统以太网尽力而为的问题。
[0003]因此，国内外提出了许多对于确定性调度表的生成方法，包括基于SMT算法的调度表生成算法，其将调度表问题利用SMT解算器进行求解，关键在于调度表的时间触发消息建模和约束条件构建；基于时隙分区的调度表生成，其通过获取网络拓扑结构中的交换机信息，对各端系统的时刻调度表进行分区，并根据TT流量路由配置信息将其发送时刻配置在相应分区中，从而保证了TT流量在物理链路中的无冲突传输；基于链路负载均衡的调度表生成则考虑到链路负载和路由负载的均衡因素，利用物理拓扑、虚拟链路拓扑等多种设计约束属性转化定义为代价函数进行求解，以及应用启发式算法的遗传算法生成调度表、模拟退火算法生成调度表的方式等。这些调度表生成方法普遍在理想的网络环境中进行验证实现，并没考虑到实际网络应用中各个设备的时间同步误差和同步抖动情况，以及在数据传输过程中存在传输延迟的情况。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于时延误差时间触发以太网调度表生成方法，通过对时间触发以太网内设备的时间同步的误差估算，完成对网络内TT消息的建模，然后对TT消息创建约束条件，最后根据TT消息和链路误差确定调度基本周期和消息时间长度，根据约束条件完成基本周期内TT消息的调度表配置划分，并将调度表配置下发到时间触发以太网设备完成调度。本调度表生成方法在考虑时间同步误差和误差抖动的因素下，完成时间触发以太网调度表的生成，降低TT消息的端到端时延，保证时间触发以太网的可靠性。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于时延误差时间触发以太网调度表生成方法，包括以下步骤：
[0007]S1：时间触发以太网设备启用AS6802时间同步协议，尝试在网络内进行时间同步，
等待网络内时间同步稳定后，周期性向控制器报告当前设备时间x
vq，j
，其中v
q
表示设备标识，j表示设备上传设备时间的序列号；
[0008]S2：控制器采集并记录网络内各个设备的时间，并将压缩主机CM(Compression Master，时间触发网络时间基准设备)的设备时间作为基准时间x
CM，j
，计算各个设备时间x
vq，j
与x
CM，j
差值，并对各个设备计算时间误差的平均值u
vq
和方差σ
vq
，对于压缩主机CM，平均值与方差均为0；
[0009]S3：对TT消息、链路进行建模；
[0010]S4：根据建立的模型确定约束条件；
[0011]S5：根据时间触发消息任务确定消息基本周期，并根据链路同步误差抖动确定每个消息的时间长度；
[0012]S6：根据约束条件判定基本周期内所有任务的可调度性，为每个TT消息划分调度表，下发调度表配置到时间触发以太网设备。
[0013]进一步，步骤S3中所述对TT消息建模包括：
[0014]使用下式表示网络内存在n条TT流量：
[0015]M
TT
＝{m1，m2，
…
，m
n
}
[0016]其中对于任意TT消息m
i
，存在以下表现形式：
[0017]m
i
＝{s
i
，p
i
，e
i
，P
i
，o
i
}
[0018]其中s
i
表示TT消息的大小；p
i
表示TT消息的周期时间；e
i
表示TT消息的发送端到接收端的最大截止时间；P
i
为一个链路集合，表示该TT消息在传输过程中经过的链路：
[0019]P
i
＝{l
i，1
，l
i，2
，l
i，3
，...，l
i，h
}
[0020]每个TT流量都有且仅有一个源节点和一个目的节点，即对于任意消息i在链路k上表示为l
i，k
，其后续链路为l
i，k+1
，o
i
表示链路起始时间的集合，即：
[0021][0022]表示TT消息m
i
在其经过P
i
中每条链路{l
i，1
，l
i，2
，l
i，3
，...，l
i，h
}的起始传输时间；
[0023]TT消息m
i
在链路l
i，k
上的第n个帧的起始传输时间为通过求得得到该链路上TT消息m
i
的所有发送时刻，故令
[0024]进一步，步骤S3中所述对于链路建模包括：使用有向图G＝(V，E)来表示网络内设备间的通信关系，V是网络设备的集合V＝(v1，v2，
…
，v
N
)，N为网络设备的数量，E是物理链路的集合，物理链路表示设备v
q
与设备v
r
存在物理连接，每条物理链路都是全双工的工作模式，因此对于物理链路(v
q
，v
r
)和物理链路(v
r
，v
q
)分别使用l
i，k
和l
i，h
表示TT消息i会经过这两条链路，其中k，h为任意整数；对于链路，l
i，k
存在链路带宽、时间同步误差均值、时间同步误差方差和传输延迟参数，即
[0025]l
i，k
＝{b
i，k
，u
i，k
，σ
i，k
，d
i，k
}
[0026]其中b
i，k
表示链路l
i，k
带宽；u
i，k
表示链路l<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时延误差时间触发以太网调度表生成方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：时间触发以太网设备启用AS6802时间同步协议，尝试在网络内进行时间同步，等待网络内时间同步稳定后，周期性向控制器报告当前设备时间x
vq，j
，其中v
q
表示设备标识，j表示设备上传设备时间的序列号；S2：控制器采集并记录网络内各个设备的时间，并将压缩主机CM的设备时间作为基准时间x
CM，j
，计算各个设备时间x
vq，j
与x
CM，j
差值，并对各个设备计算时间误差的平均值u
vq
和方差σ
vq
，对于压缩主机CM，平均值与方差均为0；S3：对TT消息、链路进行建模；S4：根据建立的模型确定约束条件；S5：根据时间触发消息任务确定消息基本周期，并根据链路同步误差抖动确定每个消息的时间长度；S6：根据约束条件判定基本周期内所有任务的可调度性，为每个TT消息划分调度表，下发调度表配置到时间触发以太网设备。2.根据权利要求1所述的基于时延误差时间触发以太网调度表生成方法，其特征在于：步骤S3中所述对TT消息建模包括：使用下式表示网络内存在n条TT流量：M
TT
＝{m1，m2，
…
，m
n
}其中对于任意TT消息m
i
，存在以下表现形式：m
i
＝{s
i
，p
i
，e
i
，P
i
，o
i
}其中s
i
表示TT消息的大小；p
i
表示TT消息的周期时间；e
i
表示TT消息的发送端到接收端的最大截止时间；P
i
为一个链路集合，表示该TT消息在传输过程中经过的链路：P
i
＝{l
i，1
，l
i,2
，l
i,3
，...，l
i,h
}每个TT流量都有且仅有一个源节点和一个目的节点，即对于任意消息i在链路k上表示为l
i,k
，其后续链路为l
i,k+1
，o
i
表示链路起始时间的集合，即：表示链路起始时间的集合，即：表示TT消息m
i
在其经过P
i
中每条链路{l
i，1
，l
i，2
，l
i，3
，...，l
i,h
}的起始传输时间；TT消息m
i
在链路l
i,k
上的第n个帧的起始传输时间为通过求得得到该链路上TT消息m
i
的所有发送时刻，故令3.根据权利要求1所述的基于时延误差时间触发以太网调度表生成方法，其特征在于：步骤S3中所述对于链路建模包括：使用有向图G＝(V，E)来表示网络内设备间的通信关系，V是网络设备的集合V＝(v1，v2，
…
，v
N
)，N为网络设备的数量，E是物理链路的集合，物理链路表示设备v
q
与设备v
r
存在物理连接，每条物理链路都是全双工的工作模式，因此对于物理链路(v
q
，v
r
)和物理链路(v
r
，v
q
)分别使用l
i,k
和l
i,h
表示TT消息i会经过这两条链路，其中k，h为任意整数；对于链路，l
i,k
存在链路带宽、时间同步误差均值、时间同步误差方差和传输延
迟参数，即l
i,k
＝{b
i，k
，u
i,k
，σ
i,k
，d
i,k
}其中b
i,k
表示链路l
i,k
带宽；u
i，k
表示链路l
i,k
时间同...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢昊飞，刘代雄，吴禹霜，高铭，段如兵，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：