【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及时间敏感网络领域，具体涉及一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法及装置。
技术介绍
1、本专利技术涉及时间敏感网络(time-sensitive networking，tsn)中数据传输的调度技术，特别是针对ieee 802.1qbv标准下交换机出端口的门控列表(gate control list,gcl)的高效计算方法。现代网络物理系统(cyber-physical system,cps)对通信的确定性和实时性提出了更严格的要求。传输信息的有限延迟对实现网络的确定性至关重要。以太网作为各个领域的标准通信机制存在缺乏实时性的问题，不适用于具有严格时延要求的应用。为了解决这一问题，ieee 802.1工作组中的tsn任务组开发了一套协议标准：时间敏感网络(tsn)，它能够在不确定性的以太网环境中实现数据传输的确定性最小时延。tsn定义了以太网数据传输的时间敏感机制，提高了标准以太网的确定性和可靠性，保证数据能够实时、准确和可靠地传输。
2、时间敏感网络调度机制可以分为时间同步调度机制和时间异步调度机制，取决于是否依赖于时间同步机制。时间同步调度机制主要包括时间感知整形和循环队列转发(cyclic queu ing and forwarding，cqf)。时间感知整形机制是研究最为广泛的同步调度机制，采用类似时分复用的方式保证时间敏感流的端到端确定性时延。ieee 802.1qbv标准中定义了详细的调度机制，但如何计算控制每条传输队列时间感知门的门控列表gcl并不在标准的范围内，因此通过流量调度表的计算来确
3、时间敏感网络适用于多节点大型网络，并且能够同时传输多种服务质量需求不同的流量，特别是保证时间敏感型流量的低时延传输。目前，人们对确定性、低时延数据传输的需求日益增大，尤其在控制系统、工业互联网、车联网等场景中，需要保证一些关键型流量及时准确地传输。为了在工业系统中实现时间敏感网络，需要在实现精准时间同步的基础上对时间敏感网络的调度机制进行研究，以保证不同需求的流量数据满足低时延和低抖动的要求。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法及装置，能优先调度并传输优先级较高的流量，以降低关键型数据流量的传输时延和抖动，保证其端到端传输确定性和实时性。
2、本专利技术所采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供了一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，该方法包括以下步骤：
3、(1)按流量从低到高的排序：把截止接收时间作为第一个流量优先级排序的标准，通过的值来进行流量从低到高排序，为流i在目标节点最迟的接收时间；
4、(2)按总传输时间排序：若两个流量的第一个标准值相同，再根据第二个标准进行排序，即流的总传输时间，通过流在每条链路上的传输时间相加并乘以一个超周期内传输次数得到，计算式表达如下：
5、
6、因为需要保证传输时间更长的流被优先分配，所以最终的排序标准需要用一个定值减去总传输时间，这个定值设置为超周期hp，hp＝lcm{ti|i∈f}，f代表所有流的集合，ti表示流i的传输周期，ri表示流i的传输路径集合，ea,b＝(va,vb)∈ε表示节点之间的链路，表示流i在链路上(va,vb)的传输时间，表示链路时延，表示交换节点时延，表示最后一条链路上的时延；
7、(3)基于流量排序的启发式算法为所有排好序的帧分配一个传输开始时间；
8、进一步地，步骤(1)中，降低截止接收时间所占的权重通过来决定，使得流量排序更依靠第二个标准决定。
9、进一步地，步骤(3)中，需要进行约束检查，依次将当前帧分配的传输开始时间与此链路上已分配帧的传输开始时间做差，并与当前帧在此链路上的传输时间做比较，若小于该帧的传输时间，则约束检查未通过。
10、进一步地，为每条流的每个帧计算满足一些约束条件的最早传输开始时间和最迟传输开始时间，降低调度过程中约束检查复杂度。
11、进一步地，若为某个帧分配的所有可用传输开始时间都未通过约束检查，则执行启发式回溯增强算法，首先依次为队列中的帧分配传输开始时间，如果所有可分配的时间都与先前已分配好的帧的传输时间发生冲突，则算法回溯到先前分配的帧，重新为其分配传输开始时间。
12、进一步地，为了节省回溯时算法的运行时间，引入了一个新变量step，在算法回溯到先前分配的帧时，尝试为其分配的下一个传输开始时间是原来的starttime上加step，能够更快的搜索解空间。
13、进一步地，基于流量排序的启发式算法步骤如下：
14、步骤一：算法开始时接收一个已经按照优先级排好序的帧队列“allframes”作为输入；
15、步骤二：初始化列表“assigned frames”用于存储已分配帧的信息，初始化所有未分配帧的列表“unassigned frames”初始值为allframes；初始化变量“starttime，”初始化当前分配帧的序号；
16、步骤三：进入一个循环，条件是帧队列中仍有帧未被处理，从“unassignedframes”取出优先级最高的帧放入“assignedframes”中，表示已分配；调用“getbounds”函数计算帧n的传输开始时间范围，并将第一个值赋值给“starttime，”初始化变量“success”为“false”用于表示分配是否成功；
17、步骤四：进入一个循环，条件是“success”为“false”且“starttime”小于链路(va,vb)上流n帧的最迟传输开始时间,调用“assign”函数来分配传输开始时间和链路上的传输时间，调用“ch eck”检查分配的帧是否满足约束条件，如果满足则将“success”设置为“true；”
18、步骤五：如果分配成功，则递增计数器，表示已经规划了下一帧的传输，回到步骤三再继续处理下一帧；如果分配不成功，则返回一个标志，表示无法满足约束条件的调度方案；
19、步骤六：算法结束，返回存储已分配帧信息的列表“assigned f本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，其特征在于，步骤(1)中，降低截止接收时间所占的权重通过来决定，使得流量排序更依靠第二个标准决定。
3.根据权利要求1所述的一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，其特征在于，步骤(3)中，需要进行约束检查，依次将当前帧分配的传输开始时间与此链路上已分配帧的传输开始时间做差，并与当前帧在此链路上的传输时间做比较，若小于该帧的传输时间，则约束检查未通过。
4.根据权利要求1所述的一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，其特征在于，为每条流的每个帧计算满足一些约束条件的最早传输开始时间和最迟传输开始时间，降低调度过程中约束检查复杂度。
5.根据权利要求3所述的一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，其特征在于，若为某个帧分配的所有可用传输开始时间都未通过约束检查，则执行启发式回溯增强算法，首先依次为队列中的帧分配传输开始时间，如果所有可分配的时间都与先前已分配好的帧的传输时间发生冲突，则算法回溯到
6.根据权利要求5所述的一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，其特征在于，为了节省回溯时算法的运行时间，引入了一个新变量step，在算法回溯到先前分配的帧时，尝试为其分配的下一个传输开始时间是原来的startTime上加step，能够更快的搜索解空间。
7.根据权利要求1所述的一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，其特征在于，基于流量排序的启发式算法步骤如下：
8.一种基于流量排序的时间敏感网络调度装置，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，其特征在于，所述处理器执行所述可执行代码时，实现如权利要求1-7中任一项所述的一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7中任一项所述的一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，其特征在于，步骤(1)中，降低截止接收时间所占的权重通过来决定，使得流量排序更依靠第二个标准决定。
3.根据权利要求1所述的一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，其特征在于，步骤(3)中，需要进行约束检查，依次将当前帧分配的传输开始时间与此链路上已分配帧的传输开始时间做差，并与当前帧在此链路上的传输时间做比较，若小于该帧的传输时间，则约束检查未通过。
4.根据权利要求1所述的一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，其特征在于，为每条流的每个帧计算满足一些约束条件的最早传输开始时间和最迟传输开始时间，降低调度过程中约束检查复杂度。
5.根据权利要求3所述的一种基于流量排序的时间敏感网络调度方法，其特征在于，若为某个帧分配的所有可用传输开始时间都未通过约束检查，则执行启发式回溯增强算法，首先依次为队列中的帧分配传输开始...
【专利技术属性】
技术研发人员：李传煌，廖君虎，马博，陈超，宣家栋，徐琪，张慧峰，邹涛，张汝云，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：
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