本發(fā)明涉及計算機網(wǎng)絡(luò)的確定性實時傳輸，具體涉及一種確定性與非確定性業(yè)務(wù)流的協(xié)同調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

1、時間敏感網(wǎng)絡(luò)(time?sensitive?networking，tsn)作為一種新型的工業(yè)通信技術(shù)，既能保障工業(yè)控制中數(shù)據(jù)的實時性和確定性傳輸，又能完全兼容現(xiàn)有的以太網(wǎng)體系，是支撐工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要通信平臺，tsn通過時間觸發(fā)的調(diào)度精確地指定業(yè)務(wù)流在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的發(fā)送時間，從而保障業(yè)務(wù)流端到端的確定性實時傳輸，tsn包括三種業(yè)務(wù)流類型：tt流、avb流以及be流，tt流為確定性業(yè)務(wù)流，avb流與be流統(tǒng)稱為非確定性業(yè)務(wù)流，確定性業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量優(yōu)先被滿足，具有排他性，嚴(yán)重影響非確定性業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量，確定性業(yè)務(wù)流采用時間觸發(fā)的傳輸方式，非確定性業(yè)務(wù)流采用cbs(credit-based?shaper，基于信用的流量整形器)、ats(asynchronous?traffic?shaping，基于異步流量整形器)以及priority優(yōu)先級調(diào)度的傳輸方式。

2、中國專利公開號為cn116346627a的“一種時間觸發(fā)調(diào)度方法、節(jié)點、電子設(shè)備和存儲介”，包括：獲取預(yù)設(shè)的業(yè)務(wù)流集合中每個業(yè)務(wù)流的特性、業(yè)務(wù)流的路徑和業(yè)務(wù)流的路徑上每個預(yù)設(shè)的節(jié)點的特性；根據(jù)業(yè)務(wù)流的路徑構(gòu)建有向圖；根據(jù)有向圖、業(yè)務(wù)流的特性和節(jié)點的特性，確定業(yè)務(wù)流的緊急程度；根據(jù)有向圖和業(yè)務(wù)流的緊急程度確定業(yè)務(wù)流的發(fā)送時間；將發(fā)送時間發(fā)送至節(jié)點。

3、為了保障三種業(yè)務(wù)流混合傳輸時服務(wù)質(zhì)量，通常將非確定性業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)化為確定性業(yè)務(wù)流進行調(diào)度，優(yōu)先調(diào)度確定性業(yè)務(wù)流，然后在滿足確定性業(yè)務(wù)流可調(diào)度性基礎(chǔ)上再增量調(diào)度非確定性業(yè)務(wù)流，這種處理方式忽略了非確定性業(yè)務(wù)流的突發(fā)特性，當(dāng)流量發(fā)生變化時，網(wǎng)絡(luò)需重新調(diào)整調(diào)度，無法及時響應(yīng)突發(fā)流量的變化，而且統(tǒng)計分析獲得的突發(fā)流量的周期和報文長度可能偏小和偏大，造成排隊或者預(yù)留帶寬浪費等問題，在考慮非確定性業(yè)務(wù)流突發(fā)特性不可預(yù)測，以最小化確定性業(yè)務(wù)流對非確定性業(yè)務(wù)流的影響為目標(biāo)的確定性業(yè)務(wù)流調(diào)度問題亟待解決，網(wǎng)絡(luò)演算是一種分析網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)流端到端最壞時延的理論方法，在時間敏感網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)演算被用于構(gòu)建所研究的業(yè)務(wù)流和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的到達曲線和服務(wù)曲線模型，是一套用于分析網(wǎng)絡(luò)端到端最壞時延的成熟理論。

4、綜上所述，研發(fā)一種確定性與非確定性業(yè)務(wù)流的協(xié)同調(diào)度方法，仍是計算機網(wǎng)絡(luò)的確定性實時傳輸技術(shù)領(lǐng)域中急需解決的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種確定性與非確定性業(yè)務(wù)流的協(xié)同調(diào)度方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

3、一種確定性與非確定性業(yè)務(wù)流的協(xié)同調(diào)度方法，包括以下步驟：

4、s1、通過網(wǎng)絡(luò)演算推導(dǎo)最小化確定性業(yè)務(wù)流對非確定性業(yè)務(wù)流影響的理想間隙；

5、s2、根據(jù)推導(dǎo)的理想間隙，對確定性業(yè)務(wù)流的調(diào)度模型進行優(yōu)化，構(gòu)建基于理想間隙的確定性業(yè)務(wù)流調(diào)度優(yōu)化模型；

6、s3、提出啟發(fā)式策略，來求解優(yōu)化模型。

7、本發(fā)明進一步設(shè)置為：在步驟s1中，通過網(wǎng)絡(luò)演算推導(dǎo)可知時延與間隙有關(guān)，且在間隙相等時取得最優(yōu)解，即使avb流端到端最壞時延最小的tt流間隙是均勻間隙。

8、本發(fā)明進一步設(shè)置為：在步驟s1中，在實際情況下，由于tt流周期性出現(xiàn)，均勻間隙僅是理想情況，若要使得avb端到端最壞時延最小，可以通過調(diào)整tt窗口之間的間隙盡可能地接近最優(yōu)解來獲得。

9、本發(fā)明進一步設(shè)置為：在步驟s2中，包括以下步驟：

10、s21、目標(biāo)函數(shù)：最小化調(diào)度結(jié)果的間隙與理想間隙之間的差值，使調(diào)度結(jié)果盡可能接近理想間隙：

11、

12、其中，m為調(diào)度的實際間隙，z為理想間隙，即間隙總和與窗口數(shù)量的平均值；

13、

14、s22、間隙范圍約束：假設(shè)m表示窗口之間的間隙，m為間隙集合，mi表示第i個窗口前的間隙大小，間隙范圍約束條件表示為：

15、

16、

17、s23、時間槽選擇約束：這個約束可以形式化為：

18、

19、

20、

21、s24、當(dāng)b≥1時需滿足條件約束，ifb≥1，即相隔一個周期：

22、

23、本發(fā)明進一步設(shè)置為：在步驟s23中，所述時間槽選擇約束指將業(yè)務(wù)流發(fā)送時間限制在時間槽中，每個發(fā)送業(yè)務(wù)流的時間槽用間隙隔開，且對于一個宏周期內(nèi)發(fā)送多次的流，兩次發(fā)送間隔為周期的固定值。

24、本發(fā)明進一步設(shè)置為：在步驟s3中，所述提出啟發(fā)式策略，來求解優(yōu)化模型，包括以下步驟：

25、s31、初始化理想間隙在進行沖突解決策略之前，需要計算每條邊上的理想間隙值：

26、

27、s32、初始化時隙探索起點；

28、s33、探索無沖突的時隙；

29、s34、縮小理想間隙繼續(xù)探索。

30、本發(fā)明進一步設(shè)置為：在步驟s32中，包括以下步驟：

31、s321、從最高緊急程度的業(yè)務(wù)流開始，對于每一條業(yè)務(wù)流fi，設(shè)fi在邊[vk,vj]上的初始發(fā)送時間為以此為調(diào)度的起點，長度為業(yè)務(wù)流fi的周期；

32、s322、首先判斷距離最近的前面的已經(jīng)調(diào)度的流的發(fā)送時間，發(fā)送時間設(shè)為判斷是否小于理想間隙

33、s323、如果是，則調(diào)整業(yè)務(wù)流fi的初始發(fā)送時間如下，可以保障與最近流的間隙是理想間隙：

34、

35、本發(fā)明進一步設(shè)置為：在步驟s33中，包括以下步驟：

36、s331、根據(jù)沖突解決機制判斷緊急程度比fi高的業(yè)務(wù)流即下標(biāo)小于i的業(yè)務(wù)流是否與fi的發(fā)送時間沖突；

37、s332、若均無沖突，則業(yè)務(wù)流fi調(diào)度成功，i＝i+1進行下一條流調(diào)度或者i＝＝n即所有業(yè)務(wù)流均已經(jīng)被調(diào)度；

38、s333、若有沖突，高緊急程度業(yè)務(wù)流的發(fā)送時間不變，fi的發(fā)送時間加即移動理想間隙的時間槽位：

39、

40、s334、之后繼續(xù)判定是否與已調(diào)度的高緊急程度的流沖突，fi的發(fā)送時間的搜索范圍為：

41、

42、本發(fā)明進一步設(shè)置為：在步驟s34中，包括以下步驟：

43、s341、若按照步驟s33搜索一遍后仍無可用時間槽，則將第一次發(fā)生沖突時的初始發(fā)送時間調(diào)整為：

44、

45、s342、繼續(xù)按照步驟s33的時隙探索，直到業(yè)務(wù)流被成功調(diào)度，或者經(jīng)過次間隙縮小后仍未找到無沖突的時間槽，則標(biāo)記該業(yè)務(wù)流為不可調(diào)度業(yè)務(wù)流；

46、s343、之后i＝i+1進行下一條流調(diào)度，或者i＝＝n即所有業(yè)務(wù)流均已經(jīng)被調(diào)度。

47、有益效果

48、采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已知的公有技術(shù)相比，具有如下

49、有益效果：

50、(1)本發(fā)明中，通過網(wǎng)絡(luò)演算推導(dǎo)最小化確定性業(yè)務(wù)流對非確定性業(yè)務(wù)流影響的理想間隙，在理論上給出了最小化確定性業(yè)務(wù)流對非確定性業(yè)務(wù)流影響的條件，最小化確定性業(yè)務(wù)流對非確定性業(yè)務(wù)流影響的理想間隙，與以往協(xié)同調(diào)度方法相比，本發(fā)明通過網(wǎng)絡(luò)演算對確定性業(yè)務(wù)流對非確定性業(yè)務(wù)流的影響進行建模，以最小化在確定性業(yè)務(wù)流影響下的非確定性業(yè)務(wù)流端到端最壞時延為目標(biāo)來盡可能保障非確定性業(yè)務(wù)流的傳輸質(zhì)量，并給出了最佳理想間隙結(jié)論與推導(dǎo)證明過程，解決了在不假定非確定性業(yè)務(wù)流突發(fā)特性情況下通過優(yōu)化確定性業(yè)務(wù)流的調(diào)度來提供非確定性業(yè)務(wù)流服務(wù)質(zhì)量的問題。

51、(2)本發(fā)明中，根據(jù)推導(dǎo)的理想間隙，對確定性業(yè)務(wù)流的調(diào)度模型進行優(yōu)化，提出了最小化實際間隙與理想間隙差距的目標(biāo)函數(shù)、約束條件、理想間隙計算方法，并給出了一種啟發(fā)式策略來求解該優(yōu)化模型，該優(yōu)化模型及其啟發(fā)式策略，在不假定非確定性業(yè)務(wù)流突發(fā)特性情況下，通過優(yōu)化確定性業(yè)務(wù)流的傳輸間隔，來盡可能保障非確定性業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量，為探索更優(yōu)、服務(wù)質(zhì)量更好的確定性業(yè)務(wù)流調(diào)度提供了理論和方法指導(dǎo)。