[发明专利]一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度方法及装置

说明书

本发明提出一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度方法及装置，方法是由新颖的无等待整形器和循环排队整形器组成，通过严格限制流在每个输出端口和每个周期上的传输时间不重叠，无等待整形器可以实现以零抖动传输同步流。本申请提出的方法可以解决以下技术问题：提出无等待整形器，以消除2T大小的传输抖动，实现零抖动传输等时流量；提出基于循环排队转发机制的循环排队整形器，实现低时延的传输周期流量；提出时间感知循环排队机制，融合无等待整形器和循环排队整形器，从而实现周期流和等时流的共网传输。

技术领域

本发明涉及网络物理系统技术领域，尤其涉及一种混合时间敏感流量调度方法领域。

背景技术

在许多网络物理系统(CPS)中，如工业自动化和车载网络系统，传统的基于总线的专有网络技术无法满足实时应用的高带宽和确定性延迟要求。为了满足高带宽需求，标准以太网是最有前景的解决方案。然而，以太网最初被设计为只提供尽力而为的转发服务，这会导致不确定的排队延迟。为了满足确定性延迟要求，同时在一个网络上传输时间敏感和尽力而为的流量，迫切需要提升以太网的确定性时延保障能力。

其中一个提升机制是循环排队转发机制(CQF,Cyclic-Queuing andForwarding)，该机制在每个交换机的每个输出端口队列的入队和出队处各放置一个门，该门具有“打开”或“关闭”两种状态，当门打开时包进行传输，当门关闭时禁止传输。循环排队转发机制将出端口的传输时间分为一系列相等的时间间隔，每个时间间隔称为一个周期。通过利用交替执行入队和出队操作的两个队列，CQF可以确保在一个周期内从上游节点发送数据包，并在同一周期内在下游节点接收到数据包。因此，端到端延迟仅取决于周期大小T和路径跳数H，其中最大延迟界限为(H+1)T，最小延迟界限为(H-1)T。因此，CQF提供确定性的排队和转发操作以保证低时延，却不能避免2T的抖动。

然而，时间敏感的周期性流可以分为周期流和等时流，等时流不仅需要低的端到端时延，而且还需要接近于零的抖动。例如，同步帧应无干扰零抖动地传输，以确保整个网络中的时间同步；在工业场景中，电机控制环路要求传输抖动必须极其小，且没有丢包和来自其他流量的干扰。在车辆网络中，激光雷达和摄像机视频等传感器数据必须获得严格的零抖动的帧对齐。因此，如何基于CQF调度这种周期流和等时流的混合时间敏感流量，是一个关键问题。

尽管有许多时间敏感网络的流量调度解决方案，但它们通常忽略了CQF的混合流调度问题，无法满足低时延零抖动传输的目标。例如，具有无等待数据包调度模型的时间感知整形器(TAS)可以调度等时流，但是分配每个数据包的时隙需要复杂的配置和门控列表的巨大网络开销；注入时间规划机制通过将周期流的注入时间映射到队列资源来实现CQF，这简化了门控列表的配置，但没有考虑等时流；此外，许多解决方案仅考虑了时间感知整形机制下的周期流，限速流和尽力而为流的混合流调度，所以不适用于循环排队转发机制。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度方法，以实现零抖动传输等时流量、低时延的传输周期流量以及周期流和等时流的共网传输。

本发明的第二个目的在于提出一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度装置。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度方法，包括无等待整形器和循环排队整形器，所述无等待整形器被映射到交换机的第一类优先级队列以传输同步流，所述循环排队整形器被映射到所述交换机的第二类优先级队列以传输周期流，所述第一类优先级队列的优先级高于所述第二类优先级队列的优先级，所述调度方法包括：

开启所述无等待整形器步骤：获取待发送的时延敏感流量，利用时隙约束和邻边约束，根据所述已占用的时隙和所述时延敏感流量对应的最小化的传输开始时间，生成门控列表；