本發(fā)明涉及報(bào)文傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種基于fpga實(shí)現(xiàn)的報(bào)文自適應(yīng)門控調(diào)度方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著智能車輛、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模迅速擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的種類和數(shù)量日益增多，傳統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)無法保證低延時(shí)網(wǎng)絡(luò)、確定延時(shí)網(wǎng)絡(luò)等問題，而且隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的增大，對(duì)于多種網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度也更加復(fù)雜以及困難，無法保證網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中報(bào)文傳輸?shù)拇_定性，盡管tsn(time?sensitive?network，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò))技術(shù)可以提供非常高精度的報(bào)文傳輸時(shí)延，但是tsn網(wǎng)絡(luò)需要專門設(shè)備和芯片的支持，并且需要部署新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明主要目的在于提供一種高精度、低延時(shí)的基于fpga實(shí)現(xiàn)的報(bào)文自適應(yīng)門控調(diào)度方法及裝置，并且能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)文的零延時(shí)的通信與調(diào)度，提高報(bào)文的端到端的確定性。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、提供一種基于fpga實(shí)現(xiàn)的報(bào)文自適應(yīng)門控調(diào)度方法，包括以下步驟：

4、對(duì)輸入的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行解析并進(jìn)行流量監(jiān)控；

5、根據(jù)流量監(jiān)控確定報(bào)文傳輸?shù)拈T控配置方式，包括默認(rèn)門控配置方式和自適應(yīng)門控配置方式；當(dāng)確定自適應(yīng)門控配置方式時(shí)，根據(jù)解析的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的速率、長(zhǎng)度、鏈路延時(shí)、報(bào)文發(fā)送時(shí)間計(jì)算當(dāng)前報(bào)文最大駐留時(shí)間，生成相應(yīng)的自適應(yīng)門控參數(shù)，并根據(jù)報(bào)文優(yōu)先級(jí)生成優(yōu)先級(jí)報(bào)文調(diào)度指令以及存儲(chǔ)指令；

6、根據(jù)確定的門控配置方式進(jìn)行門控入隊(duì)配置，再對(duì)報(bào)文進(jìn)行相應(yīng)的處理；當(dāng)進(jìn)行自適應(yīng)門控配置時(shí)，根據(jù)自適應(yīng)門控參數(shù)進(jìn)行配置，同時(shí)根據(jù)后級(jí)鏈路監(jiān)控為報(bào)文匹配最優(yōu)門控時(shí)間，生成自適應(yīng)門控列表，當(dāng)報(bào)文到達(dá)時(shí)根據(jù)優(yōu)先級(jí)報(bào)文調(diào)度指令、存儲(chǔ)指令、最優(yōu)門控時(shí)間對(duì)報(bào)文進(jìn)行處理。

7、接上述技術(shù)方案，報(bào)文傳輸時(shí)進(jìn)行時(shí)間同步。

8、接上述技術(shù)方案，默認(rèn)門控配置方式下的配置參數(shù)包括：tsn類型id、tsn配置包長(zhǎng)度、配置tsn門控時(shí)間、配置tsn門控列表時(shí)隙、門控列表循環(huán)時(shí)間、tsn門控列表、tsn門控使能、門控周期發(fā)包個(gè)數(shù)id、門控周期發(fā)包個(gè)數(shù)和tsn路徑延時(shí)。

9、接上述技術(shù)方案，經(jīng)默認(rèn)門控配置方式配置后的報(bào)文再進(jìn)行調(diào)度整形，具體為：按照?qǐng)?bào)文解析的類型存儲(chǔ)報(bào)文，并按照各報(bào)文的類型整形成對(duì)應(yīng)的輸出報(bào)文隊(duì)列，最后根據(jù)門控入隊(duì)的門控指令調(diào)度輸出對(duì)應(yīng)門控的報(bào)文。

10、接上述技術(shù)方案，門控入隊(duì)具體為：

11、根據(jù)解各報(bào)文的優(yōu)先級(jí)以及鏈路延時(shí)配置計(jì)算門控時(shí)間：

12、

13、其中pk表示目前報(bào)文的流量速度*報(bào)文長(zhǎng)度；tpro為提前發(fā)送報(bào)文時(shí)間；tdelay為當(dāng)前報(bào)文鏈路延時(shí)；k為報(bào)文個(gè)數(shù)；

14、當(dāng)對(duì)應(yīng)門控時(shí)間到達(dá)時(shí)，開啟對(duì)應(yīng)門控，一個(gè)時(shí)隙內(nèi)按優(yōu)先級(jí)高低查詢隊(duì)列是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，若有數(shù)據(jù)且門控狀態(tài)為開啟，則優(yōu)先調(diào)度該隊(duì)列發(fā)送。

15、接上述技術(shù)方案，門控入隊(duì)還包括步驟：根據(jù)門控時(shí)間以及當(dāng)前需要發(fā)送報(bào)文的時(shí)間提前進(jìn)行判斷，切換門狀態(tài)前在保護(hù)帶時(shí)間內(nèi)，先預(yù)測(cè)低優(yōu)先級(jí)的報(bào)文是否可以發(fā)送完成，若不能完成則停止發(fā)報(bào)文，等待門狀態(tài)切換，防止報(bào)文在發(fā)送到一半時(shí)切換門狀態(tài)，出現(xiàn)碎包。

16、接上述技術(shù)方案，經(jīng)默認(rèn)門控配置方式配置后的報(bào)文再進(jìn)行調(diào)度整形，具體為：

17、在指定時(shí)間閾值內(nèi)識(shí)別當(dāng)前報(bào)文類型，每種類型的報(bào)文先根據(jù)gptp報(bào)文對(duì)時(shí)計(jì)算出各個(gè)輸入信號(hào)的鏈路延遲得到報(bào)文等待時(shí)間：

18、tswait＝tsent-tarrived

19、其中，tsent表示報(bào)文發(fā)送時(shí)間；tarrived表示報(bào)文到達(dá)fpga的延時(shí)時(shí)間；

20、根據(jù)報(bào)文長(zhǎng)度、邏輯內(nèi)部延時(shí)以及指定端口的傳輸速率又得到當(dāng)前報(bào)文最大駐留時(shí)間：

21、tshold＝tswait-di*fq-tdelay

22、其中，tdi*fq為報(bào)文的傳輸時(shí)間；tdelay為當(dāng)前報(bào)文內(nèi)部處理的邏輯延時(shí)；

23、根據(jù)報(bào)文類型以及上述計(jì)算結(jié)果確定在時(shí)間閾值內(nèi)的報(bào)文優(yōu)先級(jí)類型，并根據(jù)各報(bào)文的優(yōu)先級(jí)類型整形成對(duì)應(yīng)的輸出報(bào)文隊(duì)列，最后根據(jù)門控入隊(duì)的門控指令調(diào)度輸出對(duì)應(yīng)門控的報(bào)文。

24、接上述技術(shù)方案，門控入隊(duì)具體為：

25、在指定時(shí)間閾值內(nèi)識(shí)別各類型報(bào)文的個(gè)數(shù)，根據(jù)報(bào)文包長(zhǎng)度、發(fā)送速率、當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)的報(bào)文流量因素匹配最優(yōu)的門控時(shí)間：

26、

27、其中，pk表示目前報(bào)文的流量速度*報(bào)文長(zhǎng)度；k為報(bào)文個(gè)數(shù)；tpro提前發(fā)送報(bào)文時(shí)間；tdelay當(dāng)前報(bào)文鏈路延時(shí)；

28、當(dāng)對(duì)應(yīng)門控時(shí)間到達(dá)時(shí)，開啟對(duì)應(yīng)門控，一個(gè)時(shí)隙內(nèi)按優(yōu)先級(jí)高低查詢隊(duì)列是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，若有數(shù)據(jù)且門控狀態(tài)為開啟，則優(yōu)先調(diào)度該隊(duì)列發(fā)送。

29、接上述技術(shù)方案，若是在指定時(shí)間閾值內(nèi)出現(xiàn)多次同一類型的報(bào)文不斷搶占其他類型的門控時(shí)間，則在一個(gè)時(shí)間閾值內(nèi)發(fā)包完成后重新更新門控列表，以此來達(dá)到自適應(yīng)門控列表的需求。

30、本發(fā)明還提供一種基于fpga實(shí)現(xiàn)的報(bào)文自適應(yīng)tsn門控調(diào)度系統(tǒng)，包括：

31、報(bào)文解析模塊，用于對(duì)輸入的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行解析；

32、流量監(jiān)控模塊，用于對(duì)輸入的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行流量監(jiān)控；

33、門控配置模塊，用于根據(jù)流量監(jiān)控確定報(bào)文傳輸?shù)拈T控配置方式，包括默認(rèn)門控配置方式和自適應(yīng)門控配置方式；

34、自適應(yīng)門控調(diào)度模塊，用于當(dāng)確定自適應(yīng)門控配置方式時(shí)，根據(jù)解析的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的速率、長(zhǎng)度、鏈路延時(shí)、報(bào)文發(fā)送時(shí)間計(jì)算當(dāng)前報(bào)文最大駐留時(shí)間，生成相應(yīng)的自適應(yīng)門控參數(shù)，并根據(jù)報(bào)文優(yōu)先級(jí)生成優(yōu)先級(jí)報(bào)文調(diào)度指令以及存儲(chǔ)指令；當(dāng)進(jìn)行自適應(yīng)門控配置時(shí)，根據(jù)自適應(yīng)門控參數(shù)進(jìn)行配置，同時(shí)根據(jù)后級(jí)鏈路監(jiān)控為報(bào)文匹配最優(yōu)門控時(shí)間，生成自適應(yīng)門控列表，當(dāng)報(bào)文到達(dá)時(shí)根據(jù)優(yōu)先級(jí)報(bào)文調(diào)度指令、存儲(chǔ)指令、最優(yōu)門控時(shí)間對(duì)報(bào)文進(jìn)行處理。

35、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，其內(nèi)存儲(chǔ)有可被處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)上述技術(shù)方案所述的基于fpga實(shí)現(xiàn)的報(bào)文自適應(yīng)門控調(diào)度方法。

36、本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明利用fpga并行計(jì)算優(yōu)勢(shì)，對(duì)不同數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行獨(dú)立并行存儲(chǔ)，面對(duì)復(fù)雜多樣的報(bào)文場(chǎng)景，能夠自主調(diào)度當(dāng)前本地流量報(bào)文，選擇自適應(yīng)門控配置方式，適配門控列表，方案靈活可配置，可保證流量從調(diào)度到網(wǎng)口發(fā)送出口，路徑延時(shí)可預(yù)測(cè)，可補(bǔ)償、消除軟件層面的延時(shí)不確定性，達(dá)到零延時(shí)可靠通信，從而提高報(bào)文的端到端的確定性。

37、進(jìn)一步地，本發(fā)明采用預(yù)檢后補(bǔ)機(jī)制，即在調(diào)度切換前先獲取發(fā)送報(bào)文的長(zhǎng)度及發(fā)送該幀報(bào)文所需時(shí)間，比較發(fā)送報(bào)文時(shí)間和調(diào)度通道切換時(shí)刻，判斷是否有足夠的時(shí)間發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，若不夠可以進(jìn)行時(shí)間補(bǔ)償，保證高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)高精度控制輸出。

38、進(jìn)一步地，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀特性，增加傳輸優(yōu)先級(jí)，通過fpga對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立并行存儲(chǔ)、精準(zhǔn)調(diào)度，保證高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流低延時(shí)輸出。

39、當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。