一种基于截止时间的TSN流量分类调度方法

本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种基于截止时间的tsn流量分类调度方法。

背景技术：

1、现代应用，一些工业自动化、自动驾驶等领域对网络通信服务提出了非常有挑战性的要求，特别是在时间约束方面，ieee 802.1时间敏感网络(tsn)是一种新兴的技术，在标准以太网上提供确定性通信，被应用于需要保证流量传输低延迟、低抖动的场景，tsn可以对网络流量进行分类，并赋予不同的优先级，关键流量被赋予高优先级，具有优先传输权，网络设计者根据网络中关键流量的特征计算生成应用于各交换机各端口传输队列门的门控制列表(gcl)，以规定何时门打开或关闭，tsn通过门控制列表的配置，结合时间感知整形(tas)机制和时钟同步机制，使交换机出口中的排队帧仅当其所处传输队列的门打开时方可被传输，以全局确定性规划的方式满足网络中关键流的低端到端时延。

2、配置门控制列表适用于网络中的时间触发流，因为时间触发流有固定的发送周期，但是对于无法预知发送时间的事件触发流容忍度有限，为了支持存在突发流量的场景，如自动驾驶中交通信号的识别、突发情形的控制，现有的一项工作是(d-tsn)，d-tsn在传输过程中关心帧被发出后距离其截止时间的剩余时间，按照短剩余时间的帧具有优先调度权的标准调度帧，而不关心帧何时被发出，因此适用于存在时间触发流和事件触发流的混合场景，然而，d-tsn将网络流不做区分地统一管理，忽略了网络中不同流量类有不同的要求，如最佳努力流量类无需刻意保证其截止时间内交付，从而这些流量会对关键性流量类的传输造成干扰。

3、综上所述，当前基于tsn的数据通信存在的问题是：现代应用中不免存在有事件触发流的场景，现有的方案无区别地统一管理时间触发流和事件触发流，但是网络场景中存在有着不同传输要求的不同流量类，特别地，最佳努力流混入其中会加剧关键流量类的延迟和抖动，因此，需要建立在流分类基础上的一种可支持事件触发流的tsn调度方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于截止时间的tsn流量分类调度方法用于建立在流分类基础上的一种可支持事件触发流的tsn调度。

2、本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：

3、一种基于截止时间的tsn流量分类调度方法，包括以下步骤：

4、s101、对网络场景中的流分类，定义为流类c，预设定所述流类的优先级pcpc、传输队列数量qc、传输队列时间粒度uc、最大相对截止时间dlc_max、流门数ac和vid起始值vidc_begin；

5、其中，所述流类c是预先定义的三种类别中其一，包括预定关键流量类、延迟要求流量类、最佳努力流量类，所述预定关键流量类包括需要有限延迟和零拥塞丢失的工业自动化和控制流量，所述延迟要求流量类包括需要在有限时间内到达目的节点的流量，所述最佳努力流量类包括没有特定服务质量(qos)要求的通用以太网流量；

6、s102、网络场景中的流以帧的形式传输，终端节点生成帧，赋予帧pcp值和帧vid值；

7、其中，所述帧pcp值继承于所述帧所属所述流类的pcpc，所述帧vid值是根据当前时间t、所述帧的相对截止时间dli、所述帧所属所述流类的传输队列时间粒度uc、所述帧所属所述流类的流门数nc、所述帧所属所述流类的最大相对截止时间dlc_max和所述帧所属所述流类的vid起始值vidc_begin匹配的；

8、s103、交换机节点接受帧，识别帧携带的帧pcp值和帧vid值，基于其为帧关联流门；

9、其中，所述流门拥有内部优先级ipv值，所述内部优先级ipv值会根据预先设定的周期性重复配置表进行周期变更，所述预先设定的周期性重复配置表中的所述内部优先级ipv值是根据当前时间t、所述流门处理的所述帧所属所述流类的传输队列时间粒度uc、所述流门处理的所述帧所属所述流类的队列数量qc、所述流门处理的所述帧所属所述流类的流门数量nc和所述流门处理的所述帧所属所述流类的优先级pcpc配置的；

10、s104、帧通过流门，根据其途经流门的内部优先级ipv值进入到对应的传输队列中，等待传输；

11、其中，所述传输队列被规定优先级，所述优先级分为0-7共8个不同的等级；

12、s105、交换机节点传输帧，帧基于其所属传输队列的优先级和严格优先级传输选择算法被有序传输；

13、其中，所述严格优先级传输选择算法优先传输处于高优先级所述传输队列中的所述帧。

14、进一步的，在步骤s101中，预设定流类的优先级pcpc、传输队列数量qc、传输队列时间粒度uc、最大相对截止时间dlc_max、流门数nc和vid起始值vidc_begin包括：

15、其中，所述流类的优先级pcpc是根据所述流类c和所述流类的传输队列数量qc匹配的，所述流类的传输队列数量qc是规定的；

16、其中，所述流类的传输队列时间粒度uc是根据所述流类的最大相对截止时间dlc_max和所述流类的传输队列数量qc计算设定的，所述流类的最大相对截止时间dlc_max取流类c所有所述流中的最大相对截止时间；

17、其中，所述流类的流门数nc是根据所述流类的传输队列数量qc、传输队列总数q和流门总数n计算设定的；

18、其中，所述流类的vid起始值vidc_begin是根据所述流类的优先级pcpc、传输队列总数q和流门总数n计算设定的。

19、进一步的，在步骤s101中，所述流类的优先级pcpc是根据所述流类c和所述流类的传输队列数量qc匹配的，所述流类的传输队列数量qc是规定的，包括：

20、pcpc匹配规则为：

21、qc设定规则为：

22、式中，0表示预定关键流量类，1表示延迟要求流量类，2表示最佳努力流量类。

23、进一步的，，在步骤s101中，所述流类的传输队列时间粒度uc是根据所述流类的最大相对截止时间dlc_max和所述流类的传输队列数量qc计算设定的，所述流类的最大相对截止时间dlc_max取流类c所有所述流中的最大相对截止时间，包括：

24、计算规则为：

25、式中，ic是网络中c类流所述帧的集合。

26、进一步的，在步骤s101中，所述流类的流门数nc是根据所述流类的传输队列数量qc、传输队列总数q和流门总数n计算设定的，包括：计算规则为：

27、

28、进一步的，在步骤s101中，所述流类的vid起始值vidc_begin是根据所述流类的优先级pcpc、传输队列总数q和流门总数n计算设定的，包括：设定规则为：

29、

30、进一步的，在步骤s102中，所述帧vid值是根据当前时间t、所述帧的相对截止时间dli、所述帧所属所述流类的传输队列时间粒度uc、所述帧所属所述流类的流门数nc、所述帧所属所述流类的最大相对截止时间dlc_max和所述帧所属所述流类的vid起始值vidc_begin匹配的，包括：

31、匹配规则为：

32、进一步的，在步骤s103中，所述预先设定的周期性重复配置表中的所述内部优先级值是根据当前时间t、所述流门处理的所述帧所属所述流类的传输队列时间粒度uc、所述流门处理的所述帧所属所述流类的队列数量qc、所述流门处理的所述帧所属所述流类的流门数量nc和所述流门处理的所述帧所属所述流类的优先级pcpc配置的，包括：

33、配置规则为：

34、其中，vidg＝1+g，表示流门g关联的vid值，g表示流门编号。

35、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的方法。

36、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行所述权利要求1至8中任意一项所述的方法。

37、本发明的有益效果是：

38、本发明对网络流量按照不同需求进行分类，即预定关键流量类、延迟要求流量类和最佳努力流量类，不同流量类有不同的优先级划分，实现队列隔离，在传输过程中减少低优先级流量类对高优先级流量类的干扰，另一方面，该方法规定帧在被终端节点生成并发送时，被赋予优先级pcp值和vid值，其中vid字段记录帧的截止时间信息，由于截止时间信息是时间触发流量和事件触发流量共有的属性特征，所以可以统一规划管理。交换机节点的过滤层面基于帧的pcp和vid为其关联流门，利用流门内部优先级ipv值随周期性重复配置表变更的特性，感知帧剩余时间的变化，动态调整帧进入的传输队列，保证帧在截止时间内可达目的终端节点，通过上述方法，在支持事件触发流量传输的同时，也关注关键流量，进一步降低关键流量的延迟和抖动。