[发明专利]针对周期性数据流的规划调度方法、系统、设备和介质

说明书

本发明公开了一种针对周期性数据流的规划调度方法、系统、设备和介质，方法包括：划分获取的周期性数据流集合中的数据流得到调度子集；判断所有调度子集是否可调度：若存在不可调度，重新划分数据流或者剔除不可调度的调度子集中的数据流；若均可调度，将每个数据流切分成若干子流，则每个调度子集中所有数据流的子流构成一个调度规划集合，再对每个调度规划集合进行约束建模和求解，根据求解结果求出时间规划调度参数，对数据流进行调度。本发明适配流量特征，解决周期性大流量和小流量通过网络时无法保证确定性传输的问题；最大化端口带宽利用率，同时适应更多流量数目和更大规模节点的网络，为其确定性传输规划提供保障。

技术领域

本发明属于实时调度网络技术领域，具体涉及一种针对周期性数据流的规划调度方法、系统、设备和介质。

背景技术

一般按照业务性质，将通信数据流分为周期性（Periodic）数据流和非周期性（Aperiodic）数据流，其中非周期性数据流又分为有截止时间（deadline）的数据流，简称DA流，和尽力而为（Best effort，BE）的数据流，简称BE流。周期性数据流是指传感器周期性的产生数据，并通过由交换机互联的网络进行传输至数据处理端的数据流；或者指在网络中存在对等节点，二者间进行通信的周期性数据流。使用四元组表示周期性数据流的参数，其中：表示周期内数据流起始位置偏置，C表示周期内数据流持续时间，D表示周期内数据流的最晚截止时间，T表示周期。DA流也可以用四元组表示，其中周期T可以设定为无穷大。一般系统优先满足周期性数据流和DA流，剩余带宽分配给BE流，并且如果产生碰撞或缓存不足，会优先考虑丢弃BE流数据。

在工业网络中，数据实时传输是保证工业网络正常运转的基础保障之一。传统的工业网络由于发送的数据量很小，数据包大约500字节左右，并且所有数据包完整语义，通过如Modbus、Profinet、EtherCAT、FlexRay、Can等工业总线协议进行数据传输，这些传输协议涉及的场景带宽需求都较低。而随着AI和大数据的发展，工业网络逐渐朝着高带宽大流量的方向发展，如来自高清摄像头的视频流，雷达探测的流量。因此如何保障在大流量冲击的情况下，维持工业网络的实时性和确定性是个难题。最原始的方式主要是采用物理隔离、独立组网的方式接入大流量业务，但是这种方式融合困难、成本高昂。随着工业网络的以太化，网络带宽大大提升，因此寻求传统工业网络数据通信和高带宽数据流融合是一种重要的趋势。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种针对周期性数据流的规划调度方法、系统、设备和介质，考虑在以太网基础上基于规划方法保持实时性和确定性，通过合理的规划，适配流量特征，解决周期性大流量和小流量通过网络时如何保证确定性传输的问题。

技术方案：本发明采用如下技术方案：一种针对周期性数据流的规划调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：获取周期性数据流集合，对其中的数据流进行划分得到若干调度子集；

S2：判断所有调度子集是否可调度，若是，执行步骤S3；否则，重新对数据流集合中的数据流进行划分或者剔除不可调度的调度子集中的数据流，并重新执行步骤S2；

S3：根据调度子集中的每个数据流的周期以及周期内的可分配时隙数将其切分成若干个子流，则每个调度子集中所有数据流的子流构成一个调度规划集合；

S4：对步骤S3中的每个调度规划集合进行约束建模和约束求解，求解得到每个子流在周期内的起始时间偏置，对数据流进行调度。

优选地，步骤S1中对周期性数据流集合中的数据流进行划分得到若干调度子集，包括如下步骤：

S11：将源地址、目的地址以及路径相同的数据流归为初始类；

S12：如果初始类之间存在路径重叠，将存在路径重叠的初始类合并成一个调度子集，其他的不存在路径重叠的初始类各自作为一个调度子集；