【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于时间敏感分组传输，具体涉及一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度方法。
技术介绍
1、近年来，多样化的业务需求对于通信网络的高实时性、低延时、高精度以及可靠性等性能的要求越来越严苛，比如实时控制类的消息、故障监测类的数据等关键流量要求毫秒级的有界时延以及微秒级的抖动，不能出现任何数据失序或者丢失的情况，否则可能会引发系统控制上的严重后果。在满足低时延、高可靠等网络指标要求的同时，实现已有技术之间的兼容，这对现有的以太网技术提出了更高的挑战。为了对标上述发展趋势，同时让开发者专注于一项标准技术而不被各种纷杂的专有解决方案扰乱研究方向，ieee 802.1任务组提出了时间敏感网络(time sensitive network，tsn)。
2、分段路由(segment routing，sr)技术显式地指定分组从发送方到接收方整个路径上的每个转发节点，并具有良好的网络编程能力。利用sr技术为时间敏感流规划路径与转发时间，完成端到端的确定性转发，可在网络层实现对时间敏感分组的路由与调度。现有的调度机制认为因网络链路发生较大变化或者发生拥塞，原指定路径已引入较大时延，选择将分组丢弃以缓解时延恶化或者网络的拥塞状况，因此无法保障时间敏感分组的可靠性传输。
3、g peng等人发表的论文“traffic shaping at the edge:enabling boundedlatency for large-scale deterministic networks”(2021ieee iccworksho
4、现有的循环指定排队及转发(cycle specified queuing and forwarding，csqf)机制有以下三个主要缺点：
5、1)在csqf机制中，sid携带的转发时间信息对应的是时隙编号，如果网络中没有严格时隙对齐，将会出现实际转发与规划不匹配的情况，难以保证传输的时间确定性。
6、2)csqf中周期循环的时隙编号会引发以下问题：如果分组到达节点输出端口时，该分组指定的发送时隙已开始，却无法立马发送出去。由于sq只具备发送能力，不具备接收能力，通过提取分组携带的段标识号(segmentid，sid)中的时隙编号，该分组会被认为是提早到达本节点，将在输出端口等待下一个周期中编号相同的时隙到来，引入了额外的排队时延。后续对分组在下游节点的发送时隙也会产生影响，排队时延逐跳累积，无法保障端到端的确定性时延，时延抖动也会增大。
7、3)csqf尚未给出应对单时隙数据突发的解决方案，仅通过丢包来缓解过载压力，造成高负载情况下出现较高的丢包率，无法保障传输的可靠性。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，该方法在网络层对时间敏感流进行路由与调度，对端口资源进行时隙化管理，同时增强了节点应对流量微突发的能力，降低高负载下的丢包率从而提高时间敏感流传输的可靠性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，包括以下步骤；
4、s1：根据到达节点的时间敏感数据流携带的相关信息进行分组，并将分组入队至相应的某个循环队列或者伴随队列，将不符合要求的分组丢弃；
5、s2：逐时隙转存当前时刻结束后，对于仍处于发送队列sq内的超出端口转发能力的分组，判断当前时隙是否结束，并将发送队列中在当前时隙结束时未发送的剩余分组，根据逐时隙转存机制决策是否保存至伴随队列以等待调度机会，若伴随队列容量不足，则将超出伴随队列容量的分组丢弃；
6、s3：当s2步骤中完成了当前时隙的分组转发动作和剩余分组的入队操作后，在新时隙下的队列状态转移，进行时隙化循环队列的多队列调度管理；s4：在新时隙的队列状态转移过程结束后，设置在新时隙下伴随队列的发送速率，调整伴随队列的发送速率；s5：进行分组的发送。
7、s2中，“判断当前时隙是否结束”是一个循环等待的过程，如果当前时隙的剩余时间不为0则循环等待(不断重复获取当前时刻并根据当前时刻获取当前时刻所在时隙的剩余时间)直到当前时隙的剩余时间为0(需要等待当前时隙结束的原因是：本专利技术中队列会按照时隙的推进而改变自身的状态——比如当时隙1推进到时隙2时，sq会变为rq。因此统计的不应该是某一时刻的分组积压量，而是当前时隙完全结束时的总积压量)。
8、当剩余时间为0的时候，说明当前时隙已经结束，此时应该进行的步骤是(同时也解释了所提到的三处分组)：
9、(1)计算当前仍处于sq中没有转发出去的分组的数据总量(也就是超出当前设备的端口转发能力的分组总量，单位是字节)；
10、(2)计算此时伴随队列的剩余容量(也就是伴随队列的总大小减去当前处于伴随队列中的分组总大小所得到的结果)；
11、(3)比对(1)中的数据总量和(2)中的剩余容量大小，即判断sq中未发送出去的分组总数据量能否容纳进当前的伴随队列中去，然后将能够容纳进伴随队列中的部分(也就是分组大小是小于等于当前伴随队列剩余容量大小的部分)放入伴随队列中暂存，将超出的部分丢弃。
12、综上s2中叙述的三个子步骤都是以“当前时隙结束时”为前提而进行的。s3实际上是当s2中完成了当前时隙的分组转发动作和剩余分组的入队操作以后，应该在新时隙的开始阶段(可以认为是新时隙的0时刻)所进行的一个操作过程，也就是新时隙下的队列状态转移(在本专利技术中是sq与rq队列之间的状态转移)，并准备开始进行预定在新时隙发送的分组的传输，s3步骤实际上强调的是这个队列间的“状态转移”过程。
13、s4是在新时隙的队列状态转移过程结束并形成了新的sq与rq以后，为了不让伴随队列与sq由于共享信道资源而发生冲突与竞争，而需要设置在新时隙下伴随队列的发送速率，在每一次时隙推进后都重新设置伴随队列的发送速率的原因是：不同时隙中分组(这些分组分为两部分，一部分是在新时隙之前就到达但是预定在这个新时隙中进行发送的分组，另一部分是在新时隙中随机到达的新分组)到达和入队的时间都是不确定的(在本专利技术中假设分组的到达服从参数为λ的泊松分布)，而且每一个时隙开始时被保存在伴随本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述S1中，所述到达节点为目标网络中所传输的分组到达节点的输出端口；时间敏感数据流是在分段路由中所传输的分组；
3.根据权利要求2所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述S1具体为：
4.根据权利要求1所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述S2中，判断当前时隙是否结束的依据是：
5.根据权利要求4所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述S2具体步骤为：
6.根据权利要求1所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述S3具体为：
7.根据权利要求1所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述S4中，选取目标函数权重系数α带入由伴随队列中的异常分组和发送队列中的正常分组的冲突概率Pconflict，以及异常分组被延迟到下个时隙等待发送的概
8.根据权利要求7所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述S4具体为：
9.根据权利要求1所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述S5具体为：根据段路由头中的Segment Left(即本次路由应经过的剩余节点数)，查询段路由头中的段列表(Segment List)以明确下一跳的目标节点(或链路)，最后将分组发送。
10.根据权利要求1-9任一项所述方法，其特征在于，所述方法用于时间敏感网络路由器中。
...【技术特征摘要】
1.一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述s1中，所述到达节点为目标网络中所传输的分组到达节点的输出端口；时间敏感数据流是在分段路由中所传输的分组；
3.根据权利要求2所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述s1具体为：
4.根据权利要求1所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述s2中，判断当前时隙是否结束的依据是：
5.根据权利要求4所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述s2具体步骤为：
6.根据权利要求1所述的一种面向分段路由的时隙化循环多队列调度机制，其特征在于，所述s3具体为：
7.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘勤，李怡霆，王律淋，马英红，黄鹏宇，李红艳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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