一种结合路由和门控规划的电力通信网传输时延控制方法技术

本发明专利技术公开了一种结合路由和门控规划的电力通信网传输时延控制方法，包括以下步骤：S100、将网络抽象为有向图G(V，E)：S200、基于全双工以太网建立TSN网络路由调度算法；S300、TSN中的流量分为TT流与AVB流，TT流量用于具有严格时间约束的实时应用，需要确定性低时延保证，AVB流量用于软实时应用，提供有界的最坏情况端到端时延；S400、TT流基于时延进行划分，其中时延较低的为HTS流，时延较大的为LTS流；S500、为提高TSN网络中所有类型流量的可调度程度，整体成本函数进行定义；首先，该算法将流量类型简化为三种：高时间敏感、低时间敏感和周期性流；针对三种流采用禁忌搜索算法对调度模型进行求解，进而显著减少求解时间，解决大规模网络拓扑中的调度问题。规模网络拓扑中的调度问题。

【技术实现步骤摘要】
VideoBridging，音视频桥接技术)流进行调度，更加真实的还原了以太网中的流量环境；
[0009]3)提出了基于禁忌搜索的路由和GCL协同调度算法(Tabu
‑
RG)，通过禁忌列表减少搜索范围，以10％的最优解性能代价，降低了约75％的时间成本；
[0010]为了解现有流量调度方法，对已有的论文和专利进行了检索、比较和分析，筛选出如下与本专利技术相关度比较高的论文信息：
[0011]文献方案1：《No
‑
wait packet scheduling for IEEE time
‑
sensitive networks》中，作者以最小化所有TT流的总传输时长为目标，将问题分解为流排序和GCL制定，采用TS与启发式算法联合求解。TS搜索TT流的顺序空间：根据每条TT流在通过所有节点上的总处理时间和最大处理时间分别升序和降序排列，结合随机排序算法共生成5个初始序列；分别从每个初始序列开始，将最后完成的流作为关键流，将其插入前驱流之前或与前驱流交换位置生成临近序列，并将关键流写入禁忌表；每次生成新序列后采用贪心算法按序为每条流分配与前流无冲突的最早传输开始时间，形成该序列下的调度方案，计算整体传输时长作为该序列的评价指标，选择传输时长最小且关键流不在禁忌表中的临近序列进行迁移；当多次迭代未能更新最优序列时停止搜索，返回当前最优序列的调度方案。文中提出的元启发式算法可以用于计算大规模的网络拓扑的调度问题。
[0012]文献方案2：《Design optimisation of cyber
‑
physical distributed systems using IEEE time
‑
sensitive networks》中，作者提出最小化时间触发(time
‑
triggered,TT)流量占用队列数为调度目标来为AVB流和尽力而为流(best
‑
effort,BE)留出尽可能多的队列，将TT流调度问题形式化为ILP问题，并采用ILP求解器求解调度方案，在此基础上以AVB流可调度、最小化AVB流端到端延时及最大化网络带宽利用率为目标，采用GRASP为AVB流选择路径。
[0013]文献方案3：《AVB
‑
aware routing and scheduling of time
‑
triggered traffic for TSN》中，作者关注AVB流的可调度性，采用网络演算理论将TT流对AVB流的阻塞反映到AVB流的最坏情况端到端延时上界中，并以所有AVB流的端到端延时上界与截止时间的差值作为目标函数，提出了联合路由与调度策略JRS决策TT流的路径和GCL。JRS迭代执行K
‑
最短路径算法选择路径以及GRASP算法搜索该路由方案下的最优GCL，计算目标函数值并在迭代过程中不断更新最优路由与GCL联合方案。
[0014]文献方案1以最小化所有TT流的总传输时长为目标，将问题分解为流排序和GCL制定，采用TS与启发式算法联合求解。但这种算法关注了时间触发流量，而没有对实际TSN网络中存在的多种数据流进行分析和调度；
[0015]文献方案2和文献方案3分别采用ILP和GRASP方法进行调度求解，受限于算法复杂度，无法对较大规模的网络的调度问题进行求解。
[0016]因此，设计实用性强的一种结合路由和门控规划的电力通信网传输时延控制方法是很有必要的。

技术实现思路

[0017]本专利技术的目的在于提供一种结合路由和门控规划的电力通信网传输时延控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0018]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0019]一种结合路由和门控规划的电力通信网传输时延控制方法，包括以下步骤：
[0020]S100、将网络抽象为有向图G(V，E)：
[0021]V为点集，包括网络中的交换机和端系统，所述交换机含有多个入端口与多个出端口，所述入端口的帧根据目的地址转发至对应的出端口；
[0022]为边集，其中每个元素代表一条单向链路，节点V
a
与V
b
间的物理链路对应两条单向链路[V
a
，V
b
]和[V
b
，V
a
]，每条单向链路[V
a
，V
b
]由三元组<c
ab
，d
ab
，n
ab
>定义，分别表示该链路的带宽容量、传播时延以及相连的出端口队列数；
[0023]S200、基于全双工以太网建立TSN网络路由调度算法，基于TSN标准，端系统出口链路n
ab
＝1，而交换机出口链路n
ab
＝8；
[0024]S300、TSN中的流量分为TT流与AVB流，TT流量用于具有严格时间约束的实时应用，需要确定性低时延保证，AVB流量用于软实时应用，提供有界的最坏情况端到端时延；
[0025]S400、TT流基于时延进行划分，其中时延较低的为HTS流，时延较大的为LTS流；
[0026]S500、为提高TSN网络中所有类型流量的可调度程度，整体成本函数进行定义。
[0027]根据上述技术方案，所述步骤S300的TT流具体如下：
[0028]一条TT数据流s
Ti
∈S
T
可采用四元组<D
Ti
，J
Ti
，C
Ti
，TT
i
>定义，分别表示该流所能容忍的最大端到端时延、最大时延抖动、每周期发送的数据量和周期长度；
[0029]s
Ti
从发送端v1经过中间节点v2，v3，...v
n
‑1到达接收端v
n
，其路径R
i
可表示为[[v1，v2]，...[v
n
‑1，v
n
]，定义表示通过链路[v
a
，v
b
]的流集合，链路[v
a
，v
b
]的超周期为通过该链路所有TT流周期的最小公倍数；
[0030]调度机制只需确定1个超周期的GCL并在多个超周期间循环执行。定义三元组分别表示流si相对于超周期起始时刻的传输时刻、周期长度和传输时长。
[0031]根据上述技术方案，所述HTS流和LTS流界定主要通过流的端到端时延进行，其中HTS流有更加严格的时延要求，而LTS流的时延要求相对宽松。
[0032]根据上述技术方案，所述步骤S300的AVB流具体如下：
[0033]一条AVB数据流s
Ai
∈S
A
可采用三元组<D
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结合路由和门控规划的电力通信网传输时延控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S100、将网络抽象为有向图G(V，E)：V为点集，包括网络中的交换机和端系统，所述交换机含有多个入端口与多个出端口，所述入端口的帧根据目的地址转发至对应的出端口；为边集，其中每个元素代表一条单向链路，节点V
a
与V
b
间的物理链路对应两条单向链路[V
a
，V
b
]和[V
b
，V
a
]，每条单向链路[V
a
，V
b
]由三元组＜c
ab
，d
ab
，n
ab
＞定义，分别表示该链路的带宽容量、传播时延以及相连的出端口队列数；S200、基于全双工以太网建立TSN网络路由调度算法，基于TSN标准，端系统出口链路n
ab
＝1，而交换机出口链路n
ab
＝8；S300、TSN中的流量分为TT流与AVB流，TT流量用于具有严格时间约束的实时应用，需要确定性低时延保证，AVB流量用于软实时应用，提供有界的最坏情况端到端时延；S400、TT流基于时延进行划分，其中时延较低的为HTS流，时延较大的为LTS流；S500、为提高TSN网络中所有类型流量的可调度程度，整体成本函数进行定义。2.根据权利要求1所述的一种结合路由和门控规划的电力通信网传输时延控制方法，其特征在于，所述步骤S300的TT流具体如下：一条TT数据流s
Ti
∈S
T
可采用四元组＜D
Ti
，J
Ti
，C
Ti
，TT
i
＞定义，分别表示该流所能容忍的最大端到端时延、最大时延抖动、每周期发送的数据量和周期长度；s
Ti
从发送端v1经过中间节点v2，v3，...v
n
‑1到达接收端v
n
，其路径R
i
可表示为[[v1，v2]，...[v
n
‑1，v
n
]，定义表示通过链路[v
a
，v
b
]的流集合，链路[v
a
，v
b
]的超周期为通过该链路所有TT流周期的最小公倍数；调度机制只需确定1个超周期的GCL并在多个超周期间循环执行。定义三元组分别表示流s
i
相对于超周期起始时刻的传输时刻、周期长度和传输时长。3.根据权利要求2所述的一种结合路由和门控规划的电力通信网传输时延控制方法，其特征在于，所述HTS流和LTS流界定主要通过流的端到端时延进行，其中HTS流有更加严格的时延要求，而LTS流的时延要求相对宽松。4.根据权利要求1所述的一种结合路由和门控规划的电力通信网传输时延控制方法，其特征在于，所述步骤S300的AVB流具体如下：一条AVB数据流s
Ai
∈S
A
可采用三元组＜D
Ai
，J
Ai
，C
Ai
＞定义，分别表示该流所能容忍的最大端到端时延、最大时延抖动和数据总量；流在每个节点出端口的队列序号是描述流的重要信息，表示S
i
在与链路[V
a
，V
b
]相连的出端口上的队列分配，因此有流量调度需要保证所有帧在网络中无冲突传输并优化传输指标，可知调度变量为每条流在每个出端口的队列分配和所有数据流的传输时刻5.根据权利要求4所述的一种结合路由和门控规划的电力通信网传输时延控制方法，
其特征在于，为了保证帧在网络中真实、按序、无冲突传输，下列基本调度约束需要满足：A、帧约束的基本约束，要求非负，且必须保证在其周期内完成传输：在其周期内完成传输：在其周期内完成传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晔，李潇，谭潇文，叶聪，雷子乐，马润，李潇，王逸夫，李鸿儒，
申请(专利权)人：国网宁夏电力有限公司信息通信公司，
类型：发明
国别省市：