[发明专利]一种适用于时间敏感网络中多周期应用的门控调度方法

说明书

本发明涉及一种适用于时间敏感网络中多周期应用的门控调度方法，属于计算机网络领域，包括以下步骤：通过周期约束条件确定门控调度周期；通过延迟约束条件确定流量开始发送的时间；通过开关门约束条件确定每条流的开门时间，生成门控调度表并更新；通过门事件约束条件，对满足条件的门事件进行合并，优化门事件数量，提升带宽利用率。本发明能很好地解决多种周期类型流量在同一TSN网络中的调度问题，能够大幅减少调度过程中的门事件数量，提升带宽的利用率。

技术领域

本发明属于计算机网络领域，涉及一种适用于时间敏感网络中多周期应用的门控调度方法。

背景技术

传统的以太网为“尽力而为”网络，连接机制和通信协议都非常简单，广泛应用于网络连接中。自十九世纪七十年代以太网诞生以来，其网速不断提高，但却缺乏对服务质量(Quality of Service,QoS)的保证。为了满足实时通信的需求，现场总线通信(IEEE1394)、过程现场网络(Process Field Network,Profinet)、以太网控制自动化技术(EtherControl Automation Technology,EtherCAT)等技术不断发展。然而这些网络通信技术只是在以太网的基础上针对特定的任务功能进行开发，虽然这些协议能够满足工业控制网络中的实时性和确定性需求，在执行特定任务时拥有很好的性能。但如果与标准以太网结合使用，由于网络带宽通常是由多个设备共享，每一个设备在发送流量时都是尽可能多的发送数据帧，这样不同设备发送的流量在时间上就会产生重叠，即流量碰撞。为了促使这两种网络的融合，时间敏感网络(Time Sensitive Networking,TSN)应运而生。

时间敏感网络作为一种底层网络协议，通过将网络中的数据类型进行划分和分类调度，完美地集成了工业以太网和传统以太网的优点，具备良好的互操作性和开放性，提供了有限的网络延迟和带宽保证。因此，为了保证良好的网络性能，针对时间网络中流量调度算法的研究必不可少。目前时间敏感网络相关标准中对流量调度算法的研究主要集中在对网桥内部流量进行调度，缺乏一种端到端的全局调度方案。

同时工业控制信号多数为周期信号，在循环周期内的指定时间发送。因此在单应用的简单网络架构中，基本IEEE 802.1Qbv的门控调度周期只需与应用的信号发送周期一致，根据控制流量的报文数量和帧字节长度划分适当的时隙即可满足控制要求。但面对控制网络较为复杂，多周期应用的控制场景时，传统的周期划分及调度方法不再适用。若周期划分不当，则无法在每个周期的固定时隙内为其划分时间片，流量在传输过程中势必会造成很大的延迟及流量碰撞。同时IEEE 802.1Qbv中的门控调度队列只定义了8个优先级，当应用类型及数量较多时队列难以分配，而且调度过程中频繁的开关门事件会消耗过多的系统资源，造成带宽浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于时间敏感网络中多种周期应用的门控调度方法，用于多周期应用在时间敏感(TSN)网络中的流量调度，同时提升带宽的利用率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于时间敏感网络中多周期应用的门控调度方法，包括以下步骤：

通过周期约束条件确定门控调度周期；

通过延迟约束条件确定流量开始发送的时间；

通过开关门约束条件确定每条流的开门时间，生成门控调度表并更新；

通过门事件约束条件，对满足条件的门事件进行合并，优化门事件数量，提升带宽利用率。

进一步，所述通过周期约束条件确定门控调度周期，即对于多种周期类型的实时流量，定义每条流f_i的发送周期为p_i，调度周期H为所有应用周期的最小公倍数：

H＝LCM(p₁,p₂...p_n)