基于TSN的车载以太网时间敏感流量规划方法与流程

本技术涉及通信，尤其是涉及基于tsn的车载以太网时间敏感流量规划方法。

背景技术：

1、目前，tsn指的是时间敏感网络，即在非确定性的以太网中实现确定性的最小时间延时的协议族，时间敏感网络在标准以太网协议的基础上、拓展了时间同步、时间感知流量调度和流量无缝冗余传输的能力。实际应用中车辆内部不同的硬件来自不同的厂商，车载以太网进行通信时数据帧的精确调动对车辆内部硬件要求较高，车载以太网通信流畅度不够，因此，基于tsn对车载以太网时间敏感流量进行规划至关重要。

2、现有的车载以太网时间敏感流量规划方法是通过rtaw对tsn网络进行可视化建模，并实现发送模式为固定帧长或固定优先级的数据帧的精确调度，然而现有车载以太网时间敏感流量规划方法中rtaw对时间感知整形器的建模过于简化，只能针对单个流量队列进行保护，受保护的流量队列与其他流量队列门控状态互斥，影响其他流量队列的运行，车载以太网通信时数据帧调度的精确度较低，车载以太网通信流畅度较差，存在改进之处。

技术实现思路

1、为了提高车载以太网通信时数据帧调度的精确度，本技术提供了基于tsn的车载以太网时间敏感流量规划方法。

2、第一方面，本技术提供的基于tsn的车载以太网时间敏感流量规划方法，采用如下的技术方案：

3、基于tsn的车载以太网时间敏感流量规划方法，包括以下步骤：

4、获取数据流信息，基于待测用户的用户场景以及数据流信息创建网络拓扑图；

5、基于数据流信息分析各数据流的优先级得到数据流优先级结果，基于数据流优先级结果以及数据流信息确定各数据流的转发路径得到转发路径匹配信息，以及确定各数据流的转发表条目信息得到转发表条目数据集，基于转发路径匹配信息以及转发表条目数据对各数据流的门控列表进行设置得到门控列表生成信息；

6、重复以上步骤以获取多个数据流样本进行仿真操作，检测仿真过程中各数据流样本的有效仿真信息，基于有效仿真信息计算各数据流样本的适应度f(x)，基于各数据流样本的适应度f(x)对数据流样本进行划分得到数据流样本划分结果；

7、基于数据流样本划分结果对数据流样本划分结果中部分数据流样本进行遗传操作得到遗传数据流样本；

8、基于模拟退火算法对遗传数据流样本中各数据流样本进行模拟退火操作得到模拟退火数据流样本；

9、判断模拟退火数据流样本中各数据流样本是否达到结束迭代要求，若达到结束迭代要求则结束迭代，若未达到结束迭代要求则对模拟退火数据流样本中各数据流样本重复进行遗传操作以及模拟退火操作直至达到结束迭代要求从而结束迭代，综合第一梯队数据流样本以及模拟退火数据流样本得到最终数据流样本，计算最终数据流样本中各数据流样本的适应度f(x)并进行比较得到最终适应度比较结果，基于最终适应度比较结果得到数据流最优解。

10、优选的，检测待测用户所在车载环境下的用户场景得到车载用户场景，基于车载用户场景进行功能域划分得到功能域划分结果，基于功能域划分结果对各功能域进行编号得到域编号信息；

11、基于功能域划分结果获取各功能域的多个具体功能得到具体功能信息，基于具体功能信息对不同功能域内的各具体功能信息赋予一个虚拟局域网，对各虚拟局域网进行编号标记得到虚拟局域网编号信息；

12、对各具体功能信息设置ip子网，对不同ip子网进行标记并编号得到第一ip地址信息；

13、检测以太网节点并对以太网节点进行编号得到以太网节点编号信息；

14、获取网卡数据库，将建立网卡数据库与所述以太网节点之间的信号链接链路，其中网卡数据库内包括多个网卡，所述网卡与所述以太网节点之间一一对应进行信号连接，其中，各网卡的mac地址具有唯一属性；

15、基于各功能域的具体功能信息判断各具体功能是否与以太网节点进行通信，将与以太网节点进行通信的具体功能信息对应的ip子网进行标记并添加第二ip地址信息；

16、将对应同一个具体功能信息的第二ip地址信息以及虚拟局域网编号信息进行绑定；

17、获取数据流信息并对数据流信息进行记录并缓存处理，所述数据流信息包括源节点ip信息、目标节点ip集、发送时间间隔分布特征信息、优先级信息、帧长分布特征信息以及冗余路径传输路径使用判断信息；

18、基于所述域编号信息、所述虚拟局域网编号信息、所述第一ip地址信息、所述以太网节点编号信息、第二ip地址信息以及所述数据流信息绘制网络拓扑图。

19、优选的，基于数据流信息分析各数据流的优先级得到数据流优先级结果；

20、获取数据流优先级结果中的第一优先级数据流，获取转发路径数据库，所述转发路径数据库内包括多条可行的转发路径，随机选取一条转发路径得到第一转发路径，将第一优先级数据流与第一转发路径进行匹配；

21、基于冗余路径传输路径使用判断信息判断第一优先级数据流是否需要冗余路径传输，若第一优先级数据流需要冗余路径传输则设置第一转发表条目信息，在第一优先级数据流对应的第一转发路径以及在交换机的输出端口上标记第一转发表条目信息，所述第一转发表条目信息包括第一mac地址信息、第一虚拟局域网编号信息以及第一端口号信息；

22、基于数据流优先级结果中各数据流的转发路径依次进行选择，在各数据流的转发路径选择时判断是否与已进行匹配操作的转发路径的虚拟局域网编号信息重合，若重复则重新选择数据流的转发路径，基于各数据流的转发路径得到转发路径匹配信息；

23、基于冗余路径传输路径使用判断信息判断各数据流是否需要冗余路径传输，若需要冗余路径传输则设置对应数据流的转发表条目信息，所述第一转发表条目信息与各数据流的转发表条目信息组合形成转发表条目数据集；

24、根据转发路径匹配信息以及转发表条目数据集，基于gcl生成算法对各数据流的门控列表进行生成得到门控列表生成信息。

25、优选的，检测各数据流是否存在帧抢占需求，将存在帧抢占需求的数据流记为帧抢占需求数据流；

26、获取各数据流的安全等级得到数据流安全等级数值，将数据流安全等级数值与预设的数据流安全等级阈值进行比较，将数据流安全等级数值大于或等于数据流安全等级阈值的数据流记为安全等级较高数据流；

27、获取优先级逻辑与门，基于优先级逻辑与门筛选出属于帧抢占需求数据流且属于安全等级较高数据流的数据流，并标记为第一优先级数据流；

28、基于发送时间间隔分布特征信息，判断除第一优先级数据流之外的数据流的数据帧的发送时间间隔分布特征是否属于恒定分布，筛选出数据帧的发送时间间隔分布特征属于恒定分布的数据流并标记为恒定分布数据流；

29、基于发送时间间隔分布特征信息，得到发送时间间隔数据，将恒定分布数据流中发送时间间隔数据小于或等于预设的发送时间间隔阈值的数据流标记为第二优先级数据流，将恒定分布数据流中发送时间间隔数据大于预设的发送时间间隔阈值的数据流标记为第三优先级数据流；

30、判断除第一优先级数据流、第二优先级数据流以及第三优先级数据流之外的数据流，是否属于车身摄像头数据流，若属于车身摄像头数据流则标记为第四优先级数据流；

31、判断除第一优先级数据流、第二优先级数据流、第三优先级数据流以及第四优先级数据流之外的数据流，是否属于车身激光雷达数据流或毫米波雷达数据流，若属于车身激光雷达数据流或毫米波雷达数据流则标记为第五优先级数据流；

32、除第一优先级数据流、第二优先级数据流、第三优先级数据流、第四优先级数据流以及第五优先级数据流之外的数据流，记为第六优先级数据流。

33、优选的，重复以上步骤以获取多个数据流样本得到数据流样本信息，获取omnetpp，基于omnetpp得到输入模板，基于数据流样本信息以及输入模板得到各数据流样本信息的输入文件信息；

34、基于数据流样本信息为各数据流样本创建仿真环境，将各数据流样本在仿真环境中进行仿真操作，仿真完成后输出仿真完成结果；

35、基于仿真完成结果检测仿真过程中各数据流样本的端到端时延并选取最大值得到最大端到端时延f1(x)，基于仿真完成结果检测仿真过程中各数据流样本的抖动并选取最大值得到最大抖动f2(x)，基于仿真完成结果检测仿真过程中各数据流样本的丢包数量并选取最大值得到最大丢包数量f3(x)，基于仿真完成结果检测仿真过程中各数据流样本的每个端口队列的长度并选取最大值得到最大队列长度f4(x)，基于仿真完成结果检测仿真过程中各数据流样本的吞吐量并选取最大值得到最大吞吐量f5(x)，最大端到端时延f1(x)、最大抖动f2(x)、最大丢包数量f3(x)、最大队列长度f4(x)以及最大吞吐量f5(x)组合形成有效仿真信息；

36、根据最大端到端时延f1(x)、最大抖动f2(x)、最大丢包数量f3(x)、最大队列长度f4(x)以及最大吞吐量f5(x)，基于适应度函数进行计算得到各数据流样本的适应度f(x)；

37、将数据流样本信息中各数据流样本的适应度f(x)进行比较得到适应度比较结果，基于适应度比较结果进行升序排序得到适应度升序排序结果，基于适应度升序排序结果筛选出前10％的数据流样本并标记为第一梯队数据流样本，将除第一梯队数据流之外的数据流样本标记为第二梯队数据流样本；

38、所述第一梯队数据流样本以及所述第二梯队数据流样本组合形成数据流样本划分结果。

39、优选的，在数据流样本划分结果的第二梯队数据流样本中随机选取两条数据流样本，分别标记为数据流样本a以及数据流样本b，其中数据流样本a的适应度f(x)大于等于数据流样本b的适应度f(x)；

40、综合数据流样本a以及数据流样本b得到子代数据流，计算子代数据流的适应度f(x)；

41、将子代数据流对于数据流样本a进行替换，对第二梯队数据流样本进行更新得到子代替换数据流样本；

42、对子代替换数据流样本中各数据流样本的仿真开始时流的注入时间进行变异得到遗传数据流样本。

43、优选的，检测模拟退火数据流样本中各数据流样本的迭代次数是否达到迭代次数阈值，若达到迭代次数阈值则输出迭代次数满足结果；

44、检测模拟退火数据流样本中各数据流样本的求解时间是否达到求解时间阈值，若达到求解时间阈值则输出求解时间满足结果；

45、获取迭代逻辑或门，基于迭代逻辑或门接收到迭代次数满足结果或求解时间满足结果时结束迭代，否则重复对模拟退火数据流样本进行遗传操作以及模拟退火操作，直至迭代逻辑或门接收到迭代次数满足结果或求解时间满足结果则结束迭代输出迭代结束信息；

46、接收到迭代结束信息，综合第一梯队数据流样本以及模拟退火数据流样本得到最终数据流样本；

47、为最终数据流样本创建仿真环境，将最终数据流样本在仿真环境中进行仿真操作，检测仿真过程中最终数据流样本的最终共有效仿真信息，基于最终有效仿真信息计算最终数据流样本的适应度f(x)；

48、将最终数据流样本中各数据流样本的适应度f(x)进行比较得到最终适应度比较结果，其中最终适应度比较结果中适应度最高的数据流样本即为数据流最优解。

49、第二方面，本技术提供了基于tsn的车载以太网时间敏感流量规划系统，采用如下的技术方案：

50、基于tsn的车载以太网时间敏感流量规划系统，包括：

51、网络拓扑分析模块，用于获取数据流信息，基于待测用户的用户场景以及数据流信息创建网络拓扑图；

52、门控列表生成模块，配置为基于数据流信息分析各数据流的优先级得到数据流优先级结果，基于数据流优先级结果以及数据流信息确定各数据流的转发路径得到转发路径匹配信息，以及确定各数据流的转发表条目信息得到转发表条目数据集，基于转发路径匹配信息以及转发表条目数据对各数据流的门控列表进行设置得到门控列表生成信息；

53、数据流适应度分析模块，用于重复以上步骤以获取多个数据流样本进行仿真操作，检测仿真过程中各数据流样本的有效仿真信息，基于有效仿真信息计算各数据流样本的适应度f(x)，基于各数据流样本的适应度f(x)对数据流样本进行划分得到数据流样本划分结果；

54、数据流样本遗传模块，配置为基于数据流样本划分结果对数据流样本划分结果中部分数据流样本进行遗传操作得到遗传数据流样本；

55、数据流样本模拟退火模块，配置为基于模拟退火算法对遗传数据流样本中各数据流样本进行模拟退火操作得到模拟退火数据流样本；

56、最优解分析模块，用于判断模拟退火数据流样本中各数据流样本是否达到结束迭代要求，若达到结束迭代要求则结束迭代，若未达到结束迭代要求则对模拟退火数据流样本中各数据流样本重复进行遗传操作以及模拟退火操作直至达到结束迭代要求从而结束迭代，综合第一梯队数据流样本以及模拟退火数据流样本得到最终数据流样本，计算最终数据流样本中各数据流样本的适应度f(x)并进行比较得到最终适应度比较结果，基于最终适应度比较结果得到数据流最优解。

57、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

58、1.通过数据流信息创建网络拓扑图，分析各数据流优先级得到数据流优先级结果，基于数据流优先级结果以此确定各数据流的转发路径匹配信息以及转发表条目信息，从而设置门控列表生成信息，重复以上步骤获取多个数据流样本，提高了数据流样本的准确性，将多个数据流样本进行仿真操作，检测仿真过程中各数据流样本的有效仿真信息，基于有效方针信息计算各数据流样本的适应度f(x)，提高了数据流样本的适应度f(x)的准确性，基于各数据流样本的适应度f(x)进行划分得到数据流样本划分结果，将数据流样本进行遗传操作以及模拟退火操作，最大限度构造了仿真环境，对数据帧调度结果进行优化，提高了车载以太网通信时数据帧调度的精确度，判断模拟退过数据流样本中个数据流样本是否结束迭代，若结束迭代则综合第一梯队数据流样本以及模拟退火数据流样本得到最终数据流样本，计算最终数据流样本中各数据流样本的适应度f(x)并选取数据流最优解，对数据帧调度结果进行进一步优化，进一步提高了车载以太网通信时数据帧调度的精确度。