AVB流时延的路由调度方法和系统、存储介质、终端设备技术方案

本发明专利技术公开了一种AVB流时延的路由调度方法和系统、存储介质、终端设备，所述方法包括：将TSN网络拓扑抽象为网络有向图；建立门控CBS调度机制模型，并根据AVB数据流队列对门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化；在接收到路径选择需求时，基于KSP路径选择算法生成路径集，为AVB数据流选择合适的传输路径；根据路径选择结果和流量传输约束条件生成门控调度表。本发明专利技术的路由调度方法，能够降低AVB流的端到端延迟，提高AVB流的通信性能。提高AVB流的通信性能。提高AVB流的通信性能。

【技术实现步骤摘要】
AVB流时延的路由调度方法和系统、存储介质、终端设备


[0001]本专利技术涉及时间敏感网络
，尤其涉及一种AVB流时延的路由调度方法、一种AVB流时延的路由调度系统、一种计算机可读存储介质和一种终端设备。

技术介绍

[0002]在现代工业自动化网络中，随着通信对实时性，可靠性需求的增加，传统以太网由于其局限性无法满足网络性能需求，TSN(Time
‑
Sensitive Networking时间敏感网络)以传统以太网为网络基础，通过时钟同步、数据调度、网络配置等机制，提供确定性数据传输能力。
[0003]TSN工作组制定了一系列标准，用于在有界延迟和抖动的以太网网络上进行实时通信。其中IEEE 802.1Qbv协议定义了一个可编程的门控机制，即TAS(Time Awareness Shaper，时间感知的整形器)，它使用时间传输门和GCL(Gate Control List，门控制列表)来决定哪个队列被选择用于传输，TAS通过将网络中周期数据、非周期数据和实时数据等不同类型的数据进行归类划分，进行调度后来实现不同类型数据的高效传输。TSN网络中除了要传输时间触发流(TT流)还有音视频流(AVB流)以及尽力而为流(BE流)。
[0004]目前国内外已经有非常多优秀的研究人员提出TT流量的路由和调度方法，P.Pop等人解决了为TT和AVB流量确定静态路由的问题，E.Schweissguth等人解决了联合路由和调度问题，提出了基于ILP(Integer Linear Programming，整数线性规划)和基于列表调度的启发式的解决方案。但大部分研究都孤立地看待TT流量忽略了较低优先级的实时流量，如AVB流，导致TT流量配置可能会增加AVB流量的最坏情况延迟，使其无法调度。如何结合TSN技术在保证TT流的确定性实时通信前提下，尽可能提高AVB流的通信性能，是一个极具挑战性的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种AVB流时延的路由调度方法，根据AVB数据流队列对门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化，在接收到路径选择需求时，采用KSP路径选择算法生成路径集，为AVB数据流选择合适的传输路径，并根据路径选择结果和流量传输约束条件生成门控调度表，能够降低AVB流的端到端延迟，提高AVB流的通信性能。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提出一种AVB流时延的路由调度系统。
[0007]本专利技术的第三个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
[0008]本专利技术的第四个目的在于提出一种终端设备。
[0009]为达到上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种AVB流时延的路由调度方法，包括：将TSN网络拓扑抽象为网络有向图；建立门控CBS调度机制模型，并根据AVB数据流队列对门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化；在接收到路径选择需求时，基于KSP路径选择算法生成路径集，为AVB数据流选择合适的传输路径；根据路径选择结果和流量传输约
束条件生成门控调度表。
[0010]根据本专利技术实施例的AVB流时延的路由调度方法，首先将TSN网络拓扑抽象为网络有向图，然后建立门控CBS调度机制模型，并根据AVB数据流队列对门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化，接着在接收到路径选择需求时，基于KSP路径选择算法生成路径集，为AVB数据流选择合适的传输路径，最后根据路径选择结果和流量传输约束条件生成门控调度表。由此，该方法根据AVB数据流队列对门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化，在接收到路径选择需求时，采用KSP路径选择算法生成路径集，为AVB数据流选择合适的传输路径，并根据路径选择结果和流量传输约束条件生成门控调度表，能够降低AVB流的端到端延迟，提高AVB流的通信性能。
[0011]另外，根据本专利技术上述实施例的AVB流时延的路由调度方法还可以具有如下的附加技术特征：
[0012]根据本专利技术的一个实施例，根据AVB数据流队列对门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化，包括：在AVB数据流队列门打开时，若AVB数据流队列的信用值为负，则将AVB数据流队列的信用值置零。
[0013]根据本专利技术的一个实施例，根据AVB数据流队列对门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化，还包括：获取AVB数据流队列中当前待传输AVB帧的类型；若当前待传输AVB帧的类型为最高优先级，则在AVB数据流队列门打开且AVB数据流队列的信用值不为负时，传输当前待传输AVB帧。
[0014]根据本专利技术的一个实施例，根据AVB数据流队列对门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化，还包括：获取AVB数据流队列门的开启持续时间；若开启时间无法满足当前待传输AVB帧的传输时间，则不传输当前待传输AVB帧。
[0015]根据本专利技术的一个实施例，根据AVB数据流队列对门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化，还包括：在当前待传输AVB帧等待传输的过程中，AVB数据流队列的信用值以空闲斜率增加，直至AVB数据流队列的信用值增加至预设的最大阈值；在当前待传输AVB帧传输的过程中，AVB数据流队列的信用值以发送斜率减少，直至AVB数据流队列的信用值减少至预设的最小阈值。
[0016]根据本专利技术的一个实施例，基于KSP路径选择算法生成路径集，包括：采用KSP路径选择算法，基于网络有向图、所有发送端、所有接收端和路径的条数K，从最短路径开始生成K个长度递增的唯一路径，构成备选路径集；根据链路利用率和备选路径集确定路径集。
[0017]根据本专利技术的一个实施例，根据链路利用率和备选路径集确定路径集，包括：获取备选路径集中的每一条路径的链路利用率；将链路利用率最小的路径加入至路径集中。
[0018]根据本专利技术的一个实施例，通过下述公式确定链路利用率：
[0019][0020]其中，U(R,dl
i,j
)表示备选路径集中第dl
i,j
路径，T表示所有数据流的周期，P表示有效载荷，f
k
表示第k个数据流，F表示数据流集合。
[0021]根据本专利技术的一个实施例，为AVB数据流选择合适的传输路径，包括：根据路径集为每个TT数据流选择一条传输路径；在确定所有的TT数据流的传输路径分配完成后，从路径集中剩余的路径中选择端到端时延小于截止日期的传输路径分配给AVB数据流。
[0022]根据本专利技术的一个实施例，根据路径选择结果和流量传输约束条件生成门控调度表，包括：
[0023]门控调度表的循环周期GC表示为：
[0024]GC＝lcm(T)
[0025]T＝{f0.T0，f1.T1，
…
，f
k
.T
k
}
[0026]其中，lcm表示最小公倍数，T为所有数据流的周期，f
k
.T
k
表示数据流f
k...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AVB流时延的路由调度方法，其特征在于，包括：将TSN网络拓扑抽象为网络有向图；建立门控CBS调度机制模型，并根据AVB数据流队列对所述门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化；在接收到路径选择需求时，基于KSP路径选择算法生成路径集，为AVB数据流选择合适的传输路径；根据路径选择结果和流量传输约束条件生成门控调度表。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据AVB数据流队列对所述门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化，包括：在所述AVB数据流队列门打开时，若所述AVB数据流队列的信用值为负，则将所述AVB数据流队列的信用值置零。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据AVB数据流队列对所述门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化，还包括：获取所述AVB数据流队列中当前待传输AVB帧的类型；若当前待传输AVB帧的类型为最高优先级，则在所述AVB数据流队列门打开且所述AVB数据流队列的信用值不为负时，传输所述当前待传输AVB帧。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据AVB数据流队列对所述门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化，还包括：获取所述AVB数据流队列门的开启持续时间；若所述开启时间无法满足所述当前待传输AVB帧的传输时间，则不传输所述当前待传输AVB帧。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据AVB数据流队列对所述门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化，还包括：在所述当前待传输AVB帧等待传输的过程中，所述AVB数据流队列的信用值以空闲斜率增加，直至所述AVB数据流队列的信用值增加至预设的最大阈值；在所述当前待传输AVB帧传输的过程中，所述AVB数据流队列的信用值以发送斜率减少，直至所述AVB数据流队列的信用值减少至预设的最小阈值。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于KSP路径选择算法生成路径集，包括：采用KSP路径选择算法，基于所述网络有向图、所有发送端、所有接收端和路径的条数K，从最短路径开始生成K个长度递增的唯一路径，构成备选路径集；根据链路利用率和所述备选路径集确定所述路径集。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据链路利用率和所述备选路径集确定所述路径集，包括：获取所述备选路径集中的每一条路径的所述链路利用率；将所述链路利用率最小的路径加入至所述路径集中。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过下述公式确定所述链路利用率：
其中，U(R,dl
i,j
)表示所述备选路径集中第dl
i,j
路径，T表示所有数据流的周期，P表示有效载荷，f
k
表示第k个数据流，F表示数据流集合。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为AVB数据流选择合适的传输路径，包括：根据所述路径集为每个TT数据流选择一条传输路径；在确定所有的TT数据流的传输路径分配完成后，从所述路径集中剩余的路径中选择端到端时延小于截止日期的传输路径分配给所述AVB数据流。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据路径选择结果和流量传输约束条件生成门控调度表，包括：所述门控调度表的循环周期GC表示为：GC＝lcm(T)T＝{f0.T0，f1.T1，
…
，f
k
.T
k
}其中，lcm表示最小公倍数，T为所有数据流的周期，f
k
.T
k
表示数据流f
k
的周期T
k
；根据每一对终端设备中的TT数据流、AVB数据流的最优传输路径计算出所述TT数据流流量和所述AVB数据流流量传输路径上交换机的门控调度表。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将TSN网络拓扑抽象为网络有向图，包括：通过网络建模方法将所述TSN网络拓扑抽象为网络有向图，其中，所述网络有向图为：G＝(V，E)V表示TSN网络中的节点集合，V＝ES∪SW，ES表示终端设备的集合，SW表示交换机的集合，E表示链路集合E＝(Ri)，交换机与交换机之间的链路；将TSN网络中所有TT数据流及AVB数据流的集合记为F＝(TT,AVB)，其中，所述TT数据流和所述AVB数据流均包含数据流流的发送端vs、接收端vt、数据流的传输周期T、数据流的端到端截止日期D，有效负载P，F的五元组为(vs,vt,T,D,P)。12.一种AVB流时延的路由调度系统，其特征在于，包括：网络有向图生成模块，用于将TSN网络拓扑抽象为网络有向图；优化模块，用于建立门控CBS调度机制模型，并根据AVB数据流队列对所述门控CBS调度机制模型的传输规则进行优化；路径生成模块，用于在接收到路径选择需求时，基于KSP路径选择算法生成路径集，为AVB数据流选择合适的传输路径；门控调度表生成模块，用于根据路径选择结果和流量传输约束条件生成门控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张继光，池颖英，谢勇，贾晓光，周晓露，王浩，刘小群，孟坤，刘勇，李晓明，陈飞，李艳波，郑哲，刘瑞，崔文朋，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：