本發(fā)明屬于有線通信網(wǎng)絡資源動態(tài)調(diào)度與規(guī)劃，尤其涉及一種兼顧速率受限流量的總線網(wǎng)絡時間觸發(fā)流量準入規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航天、航空、車輛等多種綜合電子系統(tǒng)總線網(wǎng)絡與以太網(wǎng)合并的趨勢越來越強烈，軟件定義網(wǎng)絡更多地被引入到實時控制系統(tǒng)中，進一步增強了網(wǎng)絡對流量的顯式控制，推動了過往需要靜態(tài)驗證與部署的時間觸發(fā)網(wǎng)絡流量在動態(tài)規(guī)劃與配置方面的研究。

2、目前，包含多優(yōu)先級混合關(guān)鍵性流量的時間觸發(fā)網(wǎng)絡(如時間敏感網(wǎng)絡tsn)動態(tài)規(guī)劃的研究主要集中在時間觸發(fā)(tt)流量上，包括響應網(wǎng)絡組件故障(如鏈路)、交換式網(wǎng)絡應用遷移決策、端到端時延性能優(yōu)化或tt流的增量化設計等。這些研究從許多應用的角度探索了tt流的動態(tài)規(guī)劃方法，可以提高tsn網(wǎng)絡的可重用性、可靠性以及性能表現(xiàn)。

3、然而，即便在通過了調(diào)度驗證的前提下，tt流的重新配置方案(例如新流量的添加等)都可能導致交換機端口負載及網(wǎng)絡帶寬資源的變化，進而影響速率受限的低優(yōu)先級流量(rc流)的端到端延遲，甚至導致它們錯過最壞截止時間，意味著一些相對關(guān)鍵的rc流量的服務質(zhì)量下降甚至通信連貫性被破壞，造成資源浪費或更嚴重的后果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種兼顧速率受限流量的總線網(wǎng)絡時間觸發(fā)流量準入規(guī)劃方法，將tsn網(wǎng)絡中待準入的新tt流動態(tài)規(guī)劃對rc流的影響降至最小，盡可能避免新tt流影響rc流量的端到端延遲的問題。

2、本發(fā)明提供的一種兼顧速率受限流量的總線網(wǎng)絡時間觸發(fā)流量準入規(guī)劃方法，具體包括如下步驟：

3、基于接收到的新tt流集合的準入請求，逐條獲取多個可選路由方案；

4、當所述可選路由方案中存在滿足各rc流端到端最壞情況時延均不超過相應的端到端時延期限的第一路由方案，且基于該第一路由方案存在滿足調(diào)度約束的第一調(diào)度方案時，執(zhí)行該第一調(diào)度方案；否則，

5、從所述可選路由方案中選擇端到端最壞情況時延超過相應的端到端時延期限的rc流數(shù)量盡可能少的第二路由方案，且基于該第二路由方案存在滿足調(diào)度約束的第二調(diào)度方案時，執(zhí)行該第二調(diào)度方案。

6、進一步的，確定所述可選路由方案中是否存在滿足各rc流端到端最壞情況時延均不超過相應的端到端時延期限的第一路由方案，包括：

7、以優(yōu)化每條受所述新tt流影響的rc流的延遲時間率為目標，基于所述可選路由方案迭代求解優(yōu)選路由方案；

8、在每一輪迭代中，基于該輪迭代求得的優(yōu)選路由方案判斷各rc流端到端最壞情況時延是否均不超過相應的端到端時延期限：

9、若是，則該輪迭代求得的優(yōu)選路由方案為第一路由方案；

10、若否，則繼續(xù)下一輪迭代，直到到達最大迭代次數(shù)。

11、進一步的，使用粒子群算法以優(yōu)化每條受所述新tt流影響的rc流的延遲時間率為目標，基于所述可選路由方案迭代求解優(yōu)選路由方案，包括：

12、對所述可選路由方案進行編號；

13、以各所述新tt流的路由方案的組合作為粒子，以每個粒子中各所述新tt流的路由方案對應編號的組合描述粒子位置，基于所述多個可選路由方案隨機初始化粒子群；

14、基于受影響的rc流的延遲時間率和最大帶寬約束構(gòu)建適應度函數(shù)；

15、在每一輪迭代中，基于適應度函數(shù)對粒子群求最優(yōu)解，得到該輪迭代的優(yōu)選路由方案。

16、進一步的，所述基于受影響的rc流的延遲時間率和最大帶寬約束構(gòu)建適應度函數(shù)包括：

17、基于受影響的rc流的延遲時間率構(gòu)建目標函數(shù)；

18、基于最大帶寬約束構(gòu)建懲罰函數(shù)；

19、基于目標函數(shù)、懲罰函數(shù)和懲罰函數(shù)的權(quán)重系數(shù)構(gòu)建適應度函數(shù)。

20、進一步的，所述目標函數(shù)表示為：

21、

22、其中，q(x)為目標函數(shù)，用于計算受影響的rc流的延遲時間率；x為c維向量，表示粒子位置，x＝[x1,x2,...,xm]；c為所述新tt流數(shù)量；表示受影響的rc流的數(shù)量；表示第i條rc流的最壞端到端延遲，其中vli表示第i條rc流的路由，eαβ表示連接網(wǎng)絡節(jié)點vα、vβ的有向邊，表示該rc流任意幀從網(wǎng)絡節(jié)點vα傳輸?shù)骄W(wǎng)絡節(jié)點vβ的最壞時間間隔；dli表示第i條rc流的端到端時延期限；dave表示所有rc流的平均延遲時間率，frc|表示網(wǎng)絡中rc流的總數(shù)。

23、進一步的，所述懲罰函數(shù)表示為：

24、

25、其中，e表示網(wǎng)絡拓撲節(jié)點之間的有向通信鏈路集合；vlj表示第j條所述新tt流或網(wǎng)絡中rc流的路由；e表示網(wǎng)絡拓撲節(jié)點之間的有向通信鏈路；lj表示第j條所述新tt流或網(wǎng)絡中rc流的數(shù)據(jù)流幀長度；pj表示第j條所述新tt流或網(wǎng)絡中rc流的數(shù)據(jù)流周期；cj表示有向鏈路的最大帶寬服務速率；表示期望待準入tt流和網(wǎng)絡中rc流滿足最大帶寬約束。

26、進一步的，所述各rc流端到端最壞情況時延的計算方法為：

27、基于所述優(yōu)選路由方案計算各rc流在網(wǎng)絡鏈路每兩個節(jié)點間的最壞傳輸間隔；

28、基于各rc流的所有最壞傳輸間隔計算相應rc流的最壞情況時延。

29、進一步的，所述基于路由方案計算各rc流在網(wǎng)絡鏈路每兩個節(jié)點間的最壞傳輸間隔包括：

30、

31、其中，表示該rc流任意幀從網(wǎng)絡節(jié)點vα傳輸?shù)骄W(wǎng)絡節(jié)點vβ的最壞時間間隔；和分別表示該rc流的任意幀傳輸?shù)骄W(wǎng)絡節(jié)點vβ和vα的時刻；表示每個數(shù)據(jù)幀引入的技術(shù)延遲；表示tt流對該rc流的時延影響，其中ftt表示非所述新tt流的其他tt流集合，fk表示網(wǎng)非所述新tt流的其他tt流，表示該rc流的任意幀從網(wǎng)絡節(jié)點vα傳輸?shù)骄W(wǎng)絡節(jié)點vβ之間的時間偏移量，lk表示第k條所述新tt流的數(shù)據(jù)流幀時間長度，pk表示第k條所述新tt流據(jù)流周期；表示其他rc流對該rc流的時延影響，其中frc表示rc流集合，fl表示所述新tt流，fttrec表示所述新tt流集合，ll表示第l條其他rc流幀時間長度，pk表示第l條其他rc流流周期；表示由于采用搶占整合策略tt流對該rc的額外延遲；li表示該rc流的幀時間長度。

32、進一步的，所述基于接收到的新tt流集合的準入請求，獲取多個可選路由方案包括：

33、基于接收到的新tt流集合的準入請求和網(wǎng)絡拓撲，使用dijkstra算法計算得到多個可選路由方案。

34、進一步的，從所述可選路由方案中選擇端到端時延超過相應的最壞延遲的rc流數(shù)量盡可能少的第二路由方案包括：

35、基于所述各優(yōu)選路由方案迭代求解第二路由方案，在每一輪迭代中：

36、選取所述優(yōu)選路由方案中端到端時延超過相應的最壞延遲的rc流數(shù)量最少的優(yōu)選路由方案；

37、基于該優(yōu)選路由方案和調(diào)度約束求解第二調(diào)度方案：

38、若成功，則該優(yōu)選路由方案為第二路由方案，結(jié)束迭代；

39、若失敗，則繼續(xù)下一輪迭代。

40、本發(fā)明至少可以實現(xiàn)下述之一的有益效果：

41、通過考慮受影響的rc流的延遲時間率和最大帶寬約束，確定新tt流的待準入規(guī)則包括路由方案和調(diào)度方案，將tsn網(wǎng)絡中待準入的新tt流動態(tài)規(guī)劃對rc流的影響將至最小，極大降低了新tt流影響rc流量的端到端延遲的概率，從源頭上盡可能避免后續(xù)rc流二次重構(gòu)的情況。

42、通過粒子群優(yōu)化算法建模，根據(jù)待準入的新tt流不同路由方案的組合搭配，考慮各rc流端到端最壞情況時延是否均不超過相應的端到端時延期限，能夠快速求解得到符合要求的新tt流的路由方案和調(diào)度方案的最優(yōu)解。

43、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優(yōu)點可從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的內(nèi)容中來實現(xiàn)和獲得。