【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于实时网络的容错调度，涉及一种针对ieee 802.1cb的实时流瞬时故障容错调度方法。
技术介绍
1、随着工业数字化与信息化的进一步深化与改革，工业领域信息系统与控制系统的业务类型不断增加，工业信息网络与控制网络也呈现出融合的趋势，不同需求的业务需要以混合方式进行传输。实现信息网络与控制网络混合的关键技术基础是时间敏感网络(time-sensitive networking，tsn)。
2、另一方面，在自动驾驶、工业自动化系统等场景中，网络数据传输的可靠性和实时性都是至关重要的。然而在汽车行驶或者复杂的工业生产环境中，由于瞬时故障(如电磁干扰)或者永久故障(如交换机瘫痪或者网线中断)影响网络数据的传输，引起系统失效，发生人员伤亡、工业生产中断甚至更严重的事故。所以采用tsn的实时流容错调度来改善网络数据传输的可靠性和实时性是必要的。通常，tsn的实时流容错调度可以分为时间冗余和空间冗余两个层面。
3、在时间冗余层面，传统以太网通过循环冗余校验和自动重传请求的容错机制解决此类问题，但重传会增加传输的时延，造成网络传输的不确定性。feng等人(feng z,wu c,deng q,et al.ret-fts:re-transmission-based fault-tolerant scheduling in tsn[j].journal of systems architecture,2023,142:102959.)提出基于ieee 802.1qch标准的被动式容错调度算法来容忍瞬时故障的发生
4、在空间冗余层面，tsn工作组提出ieee 802.1cb标准(ieee standard for localand metropolitan area networks—frame replication and elimination forreliability)来提高tsn中实时流的传输可靠性。满足ieee 802.1cb标准中的帧复制和消除机制的中继设备可以主动复制帧和消除帧的副本。以此为基础，在实时流传输前，可以为实时流分配多条不相交的路由；在实时流传输开始时，与源终端连接的节点设备会主动地为即将传输的帧复制n个副本(n的值由不相交路由数决定)；在实时流传输的过程中，每个帧的副本分别沿着各自的路由传输至与目的终端连接的节点设备；该节点设备会主动地消除帧的副本，并将最早到达的且正确的帧传输至终端。
5、但在空间冗余层面采用ieee 802.1cb标准提出的方法，需要为每一条实时流分配多条不相交路由，显然，每一条路由或者每一段链路的网络负载将会增加，所以在满足实时流的传输可靠性时，实时流的可调度性将会降低。反之，减少实时流的路由个数可以降低网络传输的负载，提高实时流的可调度性，但是其传输可靠性不能得以保证。所以有必要确定出合适的冗余路由数量来同时满足实时流传输的可靠性和可调度性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是在空间冗余层面提出一种基于ieee 802.1cb标准的主动式容错调度方法。通过引入实时流传输发生瞬时故障的概率模型和不同关键等级实时流的安全标准，量化实时流在多条不相交路由中传输的路由数，解决tsn容错调度中无法同时保证实时流传输的可靠性和可调度性的痛点。
2、本专利技术提供一种针对ieee 802.1cb的实时流瞬时故障容错调度方法，包括：
3、步骤1：输入实时流集合、网络拓扑、故障率和不同关键等级的安全标准，实时流包括tt流和avb流，tt流的关键等级高于avb流；
4、步骤2：在不同关键等级的实时流满足安全标准时，计算其最小不相交冗余路由数；
5、在不同关键等级的实时流满足安全标准时，计算其最小不相交冗余路由数
6、步骤3：根据步骤2计算的最小不相交冗余路由数，基于最短路径算法为tt流或avb流分配传输所需的路由；分别采用可满足性模理论算法和信用值整形器为tt流和avb流分配网络资源，计算avb流的传输时延，若avb流的传输时延大于其截止期，则触发avb流服务降级；
7、步骤4：通过步骤3分配的网络资源对tt流和avb流进行调度，而后计算tt流和avb流在实际传输时的每小时传输故障的概率；
8、步骤5：tt流和avb流的每小时传输故障的概率是否满足安全标准，如果都为是，则返回成功；否则返回失败。
9、进一步的，所述步骤1中的不同关键等级的安全标准具体为：
10、为了描述网络传输的可靠性，引入每小时故障概率pfh作为安全标准指标，采用do-178b标准中的3个关键等级a，b，c来衡量实时流传输的可靠性，3个关键等级的pfh要求分别为pfh(a)＜10-9、pfh(b)＜10-7、pfh(c)＜10-5；tt流属于等级a或者b，avb流属于等级c。
11、进一步的，所述网络拓扑中的交换机需要支持tsn的相关协议。
12、进一步的，所述故障率指一个帧在一条链路中传输失败的频率，并使用指数分布表示实时流在传输过程中瞬时故障发生的概率。
13、进一步的，所述步骤2具体为：
14、步骤2.1：tt流或avb流的每小时传输故障的概率的计算推导过程如下：
15、
16、其中，代表了一条实时流si的第j个帧在链路[va，vb]上传输失败的概率，取值范围是[0,1]；λ是故障率，由用户按照设备的工作场景设定；是帧在该链路上传输的时间，由帧的长度和端口的参数决定；e是自然常数；
17、
18、其中，表示一条实时流si的所有帧在ni条路由中传输失败的概率；ni是实时流si的不相交冗余路由的数量；nfi是一条实时流si中帧的个数；ri,k代表实时流si的第k条路由的链路集合；
19、
20、其中，ri(t)表示一条实时流si在时间t内释放的次数，ti是实时流si的周期；
21、
22、其中，pfh(x)代表了关键等级为x的实时流集合sx每小时传输故障的概率；x表示关键等级a、b或c；t取值1小时；
23、步骤2.2：引入一条实时流si的所有帧在一条路由中传输失败的最大概率和关键等级为x的实时流集合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.针对IEEE 802.1CB的实时流瞬时故障容错调度方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的针对IEEE 802.1CB的实时流瞬时故障容错调度方法，其特征在于，所述步骤1中的不同关键等级的安全标准具体为：
3.如权利要求1所述的针对IEEE 802.1CB的实时流瞬时故障容错调度方法，其特征在于，所述网络拓扑中的交换机需要支持TSN的相关协议。
4.如权利要求1所述的针对IEEE 802.1CB的实时流瞬时故障容错调度方法，其特征在于，所述故障率指一个帧在一条链路中传输失败的频率，并使用指数分布表示实时流在传输过程中瞬时故障发生的概率。
5.如权利要求1所述的针对IEEE 802.1CB的实时流瞬时故障容错调度方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
6.如权利要求1所述的针对IEEE 802.1CB的实时流瞬时故障容错调度方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
7.如权利要求1所述的针对IEEE 802.1CB的实时流瞬时故障容错调度方法，其特征在于，所述步骤5具体为：
【技术特征摘要】
1.针对ieee 802.1cb的实时流瞬时故障容错调度方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的针对ieee 802.1cb的实时流瞬时故障容错调度方法，其特征在于，所述步骤1中的不同关键等级的安全标准具体为：
3.如权利要求1所述的针对ieee 802.1cb的实时流瞬时故障容错调度方法，其特征在于，所述网络拓扑中的交换机需要支持tsn的相关协议。
4.如权利要求1所述的针对ieee 802.1cb的实时流瞬时故障容错调度方法，其特...
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