一种基于循环排队转发机制的联合路由调度方法及装置与流程

本发明涉及一种基于循环排队转发机制的联合路由调度方法及装置，属于路由分配。

背景技术：

1、随着工业物联网的发展，智能制造的时代也引来新的迅猛发展。但同时对信息的实时性和确定性传输也提出了更高的要求。传统以太网在可扩展性和成本特性等方面具有很大的优势不适合实时性和安全性有较高要求的应用。现今，为保证实时数据的确定性传输，在工业自动化网络中发展了许多解决方案，像ethercat、powerlink、profinet irt等等。然而，传统的现场总线和工业以太网总是不兼容。时间敏感网络(tsn)是ieee802.1工作组中的tsn工作组开发的标准，tsn工作组的前身是音频/视频桥接(avb)任务组，随着标准化工作组工作的扩展，名称也发生了变化。tsn工作组致力于将以太网的实时和安全关键机制标准化，从而使得时间敏感流和非时间敏感流共存在以太网中，为工业通信提供确定性时延保障。

2、流调度问题已经被证实为一个np-hard问题关于资源调度问题的研究只要从数据平面的调度模型和控制平面的的调度算法展开。调度模型实现确定性转发机制，向控制平面提供可配置的资源.控制平面则根据流量及调度模型的特征构建约束条件，使用调度算法求解可行的调度方案，根据调度方案对数据平面进行配置。ieee802.1qch提出了循环排队转发的流量整形机制，该机制可以看作是tas机制的简化形式，它通过流量整形为关键数据流提供确定且易于计算的延迟服务。现今大多数的调度方案未曾考虑到网络拓扑的影响，只考虑一个交换机的情况。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于循环排队转发机制的联合路由调度方法及装置，考虑了各种对调度方案影响的约束条件，在寻找注入时隙上提出了自己的解决方案，增加可调度流数目。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种基于循环排队转发机制的联合路由调度方法，包括：

4、获取待调度流的特征信息，包括源端和目的端；

5、根据流的周期时间确定调度超周期t，通过t对特征信息中的核心信息进行约束；

6、根据流的源端和目的端，依照最短路径算法确定流的调度路径；

7、依照设定的参数对流进行排序，在满足各个约束的情况下，调用寻找注入时隙算法，在每个流的调度路径上，对时间敏感流的注入时间进行偏移调整，完成联合路由调度。

8、进一步的，所述根据流的周期时间确定调度超周期t，通过t对特征信息中的核心信息进行约束，包括：

9、根据流的周期时间确定调度超周期t，将它设置为所有流周期的最小公倍数，公式如下：

10、t＝lcm(fi.prd)

11、fi.prd表示流周期，lcm表示对求所有流周期的最小公倍数；

12、对数据帧发送偏移进行约束，使得每个数据帧在源端交换机的注入时隙不超过每个周期内时隙的数量，公式如下：

13、

14、fi.offset表示数据帧偏移，slot表示最小时隙；

15、对接受窗口进行调整，使得下游交换机接受报文的时隙和上游交换机发送报文时隙相同，对于时间敏感流在每一跳的时隙为：

16、

17、其中，tslot表示流在每一跳的时隙，fi.path(swi)表示该交换机在fi路径上的第几跳；

18、对端到端的时延进行约束，使得时间敏感流从源端到目的端的传输时间小于或等于该流的截止时间时，公式如下：

19、

20、其中，表示在该流路径上交换机的总跳数，fi.offset表示数据帧偏移；对交换机队列缓存资源进行约束，使得存队列的数据包总大小不超过队列缓存大小，并且发送队列传输的流也不超过队列带宽大小，设定流fi的第m个报文在时隙t经过交换机swk，那么q(i,m,k,t)＝1,队列缓存资源约束的形式如下：

21、

22、

23、

24、其中，lqueue表示缓存队列的长度，为数据流fi在调度大周期t内会周期循环的的数据帧个数，fi.size表示数据包大小，solt表示最小时隙长度；

25、对队列带宽资源进行约束，公式如下：

26、

27、

28、

29、其中，b为链路传送速率，slot为最小时隙长度，fi.path表示流路径，swk表示交换机。

30、进一步的，所述根据流的源端和目的端，依照最短路径算法确定流的调度路径时，需确保每一个时间敏感流的源端交换机和目的交换机不是同一个交换机。

31、进一步的，所述依照设定的参数对流进行排序中，设定的参数包括路径长度、报文大小、周期大小、允许的端到端时延。

32、进一步的，依照设定的参数对流进行排序，在满足各个约束的情况下，调用寻找注入时隙算法，在每个流的调度路径上，对时间敏感流的注入时间进行偏移调整，完成联合路由调度，包括：

33、对路径上存在的每一个交换机检索其满足偏移约束的时隙；

34、检索每个交换机中有没有满足循环排队转发机制的连续时隙；

35、对检索到的连续时隙进行队列资源排序，找到网络资源利用率最小的时隙对源端交换机进行时隙偏移；

36、进行端到端时延约束的判定，若满足端到端时延约束，则调度成功；

37、返回成功调度的流数目。

38、第二方面，本发明提供一种基于循环排队转发机制的联合路由调度装置，包括：

39、获取模块，用于获取待调度流的特征信息，包括源端和目的端；

40、约束模块，用于根据流的周期时间确定调度超周期t，通过t对特征信息中的核心信息进行约束；

41、路径确定模块，用于根据流的源端和目的端，依照最短路径算法确定流的调度路径；

42、调度模块，用于依照设定的参数对流进行排序，在满足各个约束的情况下，调用寻找注入时隙算法，在每个流的调度路径上，对时间敏感流的注入时间进行偏移调整，完成联合路由调度。

43、进一步的，所述约束模块中，根据流的周期时间确定调度超周期t，通过t对特征信息中的核心信息进行约束，包括：

44、根据流的周期时间确定调度超周期t，将它设置为所有流周期的最小公倍数，公式如下：

45、t＝lcm(fi.prd)

46、fi.prd表示流周期，lcm表示对求所有流周期的最小公倍数；

47、对数据帧发送偏移进行约束，使得每个数据帧在源端交换机的注入时隙不超过每个周期内时隙的数量，公式如下：

48、

49、fi.offset表示数据帧偏移，slot表示最小时隙；

50、对接受窗口进行调整，使得下游交换机接受报文的时隙和上游交换机发送报文时隙相同，对于时间敏感流在每一跳的时隙为：

51、

52、其中，tslot表示流在每一跳的时隙，fi.path(swi)表示该交换机在fi路径上的第几跳；

53、对端到端的时延进行约束，使得时间敏感流从源端到目的端的传输时间小于或等于该流的截止时间时，公式如下：

54、

55、其中，表示在该流路径上交换机的总跳数，fi.offset表示数据帧偏移；对交换机队列缓存资源进行约束，使得存队列的数据包总大小不超过队列缓存大小，并且发送队列传输的流也不超过队列带宽大小，设定流fi的第m个报文在时隙t经过交换机swk，那么q(i,m,k,t)＝1,队列缓存资源约束的形式如下：

56、

57、

58、

59、其中，lqueue表示缓存队列的长度，为数据流fi在调度大周期t内会周期循环的的数据帧个数，fi.size表示数据包大小，solt表示最小时隙长度；

60、对队列带宽资源进行约束，公式如下：

61、

62、

63、

64、其中，b为链路传送速率，slot为最小时隙长度，fi.path表示流路径，swk表示交换机。

65、进一步的，所述调度模块中，依照设定的参数对流进行排序，在满足各个约束的情况下，调用寻找注入时隙算法，在每个流的调度路径上，对时间敏感流的注入时间进行偏移调整，完成联合路由调度，包括：

66、对路径上存在的每一个交换机检索其满足偏移约束的时隙；

67、检索每个交换机中有没有满足循环排队转发机制的连续时隙；

68、对检索到的连续时隙进行队列资源排序，找到网络资源利用率最小的时隙对源端交换机进行时隙偏移；

69、进行端到端时延约束的判定，若满足端到端时延约束，则调度成功；

70、返回成功调度的流数目。

71、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器及存储介质；

72、所述存储介质用于存储指令；

73、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据前述任一项所述方法的步骤。

74、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述任一项所述方法的步骤。

75、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

76、本发明提供一种基于循环排队转发机制的联合路由调度方法及装置，利用最小路由规划，流排序，注入时隙调整来对时间敏感流进行调度，本发明提出的路由和流调度在最大化流调度数目上有着更好的性能表现，其中的寻找可调度时隙以及对于时隙网络资源的判断，对目标结果的有着很好的提升，本发明显著提升了可调度流的数目。