配置通信网络的制作方法

本发明涉及一种配置通信网络的计算机实现的方法，以及对应的系统。本发明进一步涉及一种计算机可读介质。

背景技术：

1、在现代通信网络中，可能的是通过适配网络的相应设备用于彼此通信的调度参数来自动配置网络。这例如是时间敏感联网(tsn)的情况，其是ieee标准集，该标准集提供了用于在通信网络——特别是如例如由ieee 802.1和ieee 802.3标准定义的以太网网络——上进行数据的时间敏感传输的机制。在时间敏感联网中，门控列表可以用于配置由设备在哪些时间点传输哪些数据流。由此，可以保证网络业务具有预定的和有保证的端到端延时。这样的延时保证了对于例如在(诸如制造工厂中的)工业控制系统中使用的通信网络是重要的。

2、特别地，用于通信网络的设备的调度参数可以被集中确定，并且在所述设备之中分发。在时间敏感联网中，已知的是使用优化技术来确定调度参数，由此允许使调度参数适配手头情形。例如，在f.dürr等人的论文“no-wait packet scheduling for ieee time-sensitive networks(tsn)”，proceedings rtns 2016(通过引用并入本文)中，时间敏感网络中的调度被建模并且然后被映射到从运筹学已知的特定类型的调度问题。该调度问题然后通过禁忌搜索算法来解决。

技术实现思路

1、将合期望的是以配置可以基于手头情形的改变被更快地适配的这样的方式来自动配置通信网络。

2、根据本发明的第一方面，提供了如分别由权利要求1和13定义的一种用于配置通信网络的计算机实现的方法和一种用于配置通信网络的对应的系统。根据本发明的另一方面，描述了如由权利要求15定义的一种计算机可读介质。

3、各种措施涉及通信网络的配置。通信网络可以包括可以被配置为向彼此传输数据的一个或多个终端设备，例如制造工厂的一个或多个控制器和一个或多个制造机器人。通信网络可以进一步包括用以促进终端设备之间的数据传输的一个或多个网络设备，诸如集线器、交换机、网桥或用于在其他设备之间路由业务的另一类型的链路设备(其中，在一些情况下，网络设备也可以充当终端设备)。

4、通信网络的终端和/或网络设备中的一个或多个可以是根据相应的调度参数可配置的。设备的调度参数可以指示由该设备传输和/或接收数据的定时。例如，调度参数可以包括用于在时间敏感联网中使用的一个或多个门控列表。如本身已知的，这样的门控列表可以指示某个网络业务可以在某个时间间隔期间由设备传输或接收。通信网络的配置可以指代根据配置过程确定这些调度参数，并且可选地将所述调度参数提供给相应的可配置设备，以使得设备能够根据所述参数进行通信。

5、有趣的是，在调度参数可以基于当前调度实例自动确定的意义上来说，通信网络可以是自动可配置的。因此，当通信网络在使用中时，其配置可以基于手头情形进行更新。当前调度实例可以表示要被调度的多个数据流。数据流可以表示要经由一个或多个网络设备从第一终端设备传输到第二终端设备的数据量。例如，对于给定的数据流，调度实例可以指示最大数据量，和/或数据流要经由其传输的一个或多个相应网络设备。

6、调度实例可以针对固定大小的时间窗口，例如1毫秒，并且可以相应地产生对应于该时间窗口的周期性调度的调度参数。设备可以使用调度参数来调度相应的数据流，从而允许满足预定义的传输保证，例如在延时方面。该设备还可以例如使用调度中的空闲容量传输不对应于调度实例的数据流的非调度数据；对于该数据，典型地不提供延时保证。

7、有趣的是，发明人设想使用本身通过配置参数集可定制的配置过程。在获得当前调度实例时，配置过程可以根据配置参数的当前值来确定当前调度实例的当前调度参数；并且将这些调度参数提供给相应的可配置设备以用于在通信网络中使用。然而，此外，当前调度实例可以用于优化和更新定制参数。

8、特别地，可以根据定制参数，关于调度当前调度实例以及典型地还有一个或多个先前获得的调度实例的性能指标来优化定制参数。性能指标可以例如基于延时(例如，最大或平均延时)和/或分组丢失。优化的定制参数可以用于确定一个或多个稍后获得的调度实例的调度参数，但是也可以用于确定当前调度实例的另外的调度参数，至少如果这些另外的调度参数改进了当前调度参数的话，则可以将所述另外的调度参数提供给相应设备，以更新它们针对当前调度实例的配置。

9、通过使用通过优化定制的可定制的配置过程，通信网络的配置可以基于手头情形快速适配，同时仍然允许高性能的配置。特别地，现有的基于优化的方法可以针对手头的当前调度实例执行调度参数本身的优化。这样的优化可能花费很长时间来达到良好的解决方案，并且在此期间，网络还不能适配当前的调度实例。此外，优化可能不使用什么调度对于观察到的调度实例工作良好的知识来执行更快和/或更好的优化。然而，通过使用所提供的技术，基于当前定制参数来应用配置过程以获得当前调度参数就足够了。与优化定制参数相比，应用配置过程可以更快，例如至少是10倍或100倍之快。这样，当需要新的调度时，可能的是更快得多地做出反应。尽管如此，定制参数被优化，以便改进观察到的数据的配置过程平均上的效率。

10、换句话说，代替使用优化来寻找通信网络的单独配置，本文提供的技术可以有效地构造最适合于观察到的数据的给定类的配置过程的过程(即，根据定制参数定制的配置过程)。配置过程在其本身不执行关于性能指标的显式优化的意义上来说可以是启发式过程。该方法在该启发式配置过程可以基于可用数据来定制的意义上来说可以是数据驱动的。

11、特别地，各种现有技术、特别是用于基于优化来配置网络的现有技术具有的优势在于，它们在具有像传输速率之类的网络特性的显著波动的网络中工作不良。即，所确定的配置可能对定时的改变敏感，使得当改变太大时，重新配置可能是有益的，然而，这对于使用现有技术计算来说是计算性的。另一方面，基于启发法的现有技术可能无法基于观察到的数据改进启发法。有趣的是，所提供的技术允许灵活且高效地适配网络中的改变，即，通过针对更大量改变的情况提供快速反应机制和更耗时的适配算法。

12、典型地，通信网络是有线网络，例如有线以太网网络。在其中需要传输保证的设置(诸如工业控制网络)中，典型地使用有线网络，因为它们比无线网络更稳定且可靠。例如，通信网络可以是符合ieee 802.1的通信网络。特别地，通信网络可以使用例如如由ieee802.1q标准定义的时间敏感联网。因此，调度参数可以是用于时间敏感联网的参数，例如，一个或多个门控列表，如也在本说明书中其他地方所讨论的。

13、特别地，要被调度的数据流可以表示要从控制器传输到计算机控制的系统和/或从系统传输到控制器的控制数据。例如，计算机控制的系统可以是机器人、车辆、家用电器、电动工具、制造机器、个人助理或访问控制系统。在自动化控制的设置中，特别重要的是具有关于信息传输的实时保证，因此所提供的技术在该设置中是特别有益的。

14、可选地，应用配置过程可以包括应用作业调度算法来获得对应于多个数据流的相应数据传输的调度。调度参数可以从该获得的调度中导出，例如，使得调度参数的使用导致根据所获得的调度的通信。如本身已知的，调度算法是可用的，其能够高效地确定调度，例如列表调度或优先级调度。此外，这样的调度算法的行为典型地是通过定制参数可定制的，例如，指示以此调度作业的优先级函数和/或排序。这使得作业调度成为配置过程的一个良好选择。

15、可选地，可以通过如下各项来应用作业调度器：调度从第一设备到当前第二设备的数据传输；以及根据由定制参数定义的排序，选择下一个第二设备用于来自第一设备的数据传输。换句话说，对于给定节点a，定制参数可以定义排序，遵循该排序选择下一个相邻节点b来接收要处理的下一个数据传输。以此方式，作业调度器的行为可以以相对高效的方式(例如，使用相对少的参数)配置。

16、可选地，选择下一个第二设备再进一步，数据传输可以在由对应数据流指示的路由上从当前第二设备排队到下一个设备。例如，对于每个接收设备，可以维护要由该设备接收的数据传输的队列。因此，数据传输可以针对下一个设备被添加到队列。这样，数据流的相应数据传输可以被渐进地调度。

17、可选地，定制参数可以通过在一个或多个调度实例上、例如在当前调度实例和/或一个或多个先前获得的调度实例上的经验风险优化来优化。换句话说，可以通过为调度实例的合适样本寻找最优定制参数来执行最优定制参数的寻找，这是高效的，但是对于合适选择的样本而言，仍然提供良好的结果。

18、可选地，定制参数可以是二进制值。这是表示参数的方便选择，通过所述参数可以定制配置过程，如本文提供的示例所说明的那样。然而，诸如贝叶斯优化的常规优化过程因为如下这两者可能不能很好地起作用来优化二进制定制参数：因为这些参数是离散的，以及因为定制参数的数量可能太大而不能有效地使用这样的过程，例如，参数的数量可以至少为100个、至少1000个或至少10000个。然而，有趣的是，定制参数可以通过伪布尔优化来优化。这样的优化可以是启发式的和/或达到局部最优，但是可以相对高效地实现。

19、特别地，可以通过迭代训练和应用分类器来执行优化。即，可以训练评分函数来根据性能指标对定制参数的候选集进行评分，并且可以通过关于经训练的评分函数进行优化来确定另外的定制参数集。特别地，所提出的黑盒优化算法可以遵循对观察到的解的评估中学习必要的最优性条件，并且试图通过生成满足所构造的条件的新的解来改进当前的最佳解，所构造的条件例如以线性不等式系统的形式来表示。

20、可选地，当前调度参数可以通过如下各项来确定：访问多个相应的定制参数集；根据所述相应的定制参数集确定相应的调度参数；以及基于当前调度实例的性能指标，从相应的调度参数中选择当前调度参数。因此，可以保持多个定制参数集，并且可以使用所得到的最佳调度。例如，可以基于在当前调度实例上的年龄和/或性能来保持或移除参数集。有趣的是，尽管多次应用配置过程和/或根据性能指标对调度进行评分，调度参数仍然可以被足够快地确定。例如，还可能的是最初使当前调度参数基于定制参数集中的一个或子集，并分发所得到的调度参数；并且如果发现改进，则随后改善调度参数并分发它们。

21、可选地，改变点检测过程可以用于检测调度实例的改变点，检测到的改变点可以用于选择要用于优化的调度实例。例如，只有在检测到的改变点之后的调度实例可以用于优化。改变点检测可以检测可以使网络配置中的改变成为必要的改变。通过根据检测到的改变点选择调度实例，可以避免来自改变点之前的不太相关的调度实例对网络配置具有不适当的影响。优化也可以用于触发优化，换句话说，优化可以响应于检测到的改变点来执行。这也允许更快速地响应网络配置中的改变，同时避免不必要地应用优化。

22、有趣的是，通过使用改变点检测代替例如根据性能指标基于所测量的性能中的改变来更新配置，可以在更广泛范围的情形中更新配置。例如，根据当前调度参数，网络配置中的改变可能不一定降低性能指标，但是仍然可以允许确定改进性能的调度参数。通过使用改变点检测，在这样的情况下也可以快速更新调度参数。

23、可选地，应用改变点检测过程可以包括训练分类器以在改变点之前和之后的调度实例的性能指标之间进行区分，并且评估经训练的分类器的性能。针对候选点的分类器的足够性能可以指示调度实例在候选点之前和之后很好地分割，并且因此候选点可能确实是改变点。例如，可以将分类器的准确度对照阈值进行比较。有趣的是，所使用的分类器可以是多面体分类器。该分类器将足够小的运行时间与足够好的预测准确度进行组合，使其特别适合于当前的实时应用。

24、可选地，调度参数可以表示用于时间敏感联网的门控列表和/或数据传输定时。门控列表可以指示允许在特定时隙中传输的数据。数据传输定时可以指示(例如，在被调度的周期性间隔中)时隙的开始和/或结束时间。通过配置时间敏感联网的这些方面，可以建立网络内的数据流，使得它们能够以可靠的方式传输。

25、通常，本文的通信网络的配置可以由配置系统来执行，本文提供了配置系统的示例。特别地，本文提供的技术可以用于(例如，根据ieee 802.1q标准的)时间敏感联网。配置系统可以是通信网络的中央网络控制器。

26、本领域技术人员将领会，本发明的上面提到的实施例、实现和/或可选方面中的两个或更多个可以以任何被认为有用的方式进行组合。

27、对应于对应的计算机实现的方法的所描述修改和变型的任何系统和/或任何计算机可读介质的修改和变型可以由本领域技术人员在本描述的基础上实行。