[发明专利]一种时间敏感网络流量整形方法

说明书

本发明涉及一种时间敏感网络流量整形方法，属于时间敏感网络领域，包括S1：在CQF机制的基础上额外增加一个BE队列；S2：在入队口以是否为时敏流量为标准，对时敏流量和BE流量进行区分；S3：然后将BE流量在出端口插入到奇偶队列的剩余时隙部分进行传输；S4：最后通过条件约束以模拟退火的启发式算法的思想进行优化求解，得到对应的调度策略，完成混合时敏流量和BE流量的整形和调度。本方法能明显提高时间敏感网络的带宽利用率并且减小最坏端到端时延。

技术领域

本发明属于时间敏感网络领域，涉及一种时间敏感网络流量整形方法。

背景技术

时间敏感网络(Time-Sensitive Networking,TSN)是IEEE 802.1工作组中的一个子任务组，技术成立于2012年。TSN前身为2005年成立的AVB(Audio Video Bridging，音视频桥接)工作组，主要解决音视频的实时传输问题。时间敏感网络(TSN)随着工业4.0的发展而不断发展，以实现IEEE 802网络中的确定性以太网通信。TSN应用广泛，例如音频视频桥接(AVB)、汽车、航空航天、工业自动化等。TSN通过时间同步、确定性流调度、可靠冗余等功能增强，实现关键流性能保证的同时，共网传输普通流。

TSN流量整形机制是十分关键的一个部分，是实现性能保证的关键之一。目前TSN的同步整形方法有两种，一种是IEEE 802.1Qbv标准推荐的TAS(Time-Aware Shaper)，另一种是IEEE 802.1Qch标准推荐的CQF(Cyclic Queuing and Forwarding)。两种同步流量整形方法都是对入口端的流量在全局时间同步的条件下进行入队和出队操作，达到流量整形的目的，完成端到端的流的确定性交付。TAS的算法复杂性相对于TTE(Time-TriggerEthernet)更加简单，但是它需要动态配置全局的门控列表(Gate Control List，GCL)，已有相关工作表明，GCL的生成是一个NP难题。在终端节点较多的网络中，有较大概率无法生成合理的GCL，而且TAS的QoS分析也较为复杂，所以它的复杂性和可扩展性问题仍待解决。在基于CQF模型的TSN中，可以通过对包到达时间进行分类，将其有序传输到对应的奇偶队列中，而不考虑包的输入和输出时间。通过对包到达时间和速率的平缓控制，实现流量整形和周期转发，保证关键流的时延抖动性能。

CQF机制存在以下问题：1、CQF机制所面向的流量调度问题大部分是时延敏感性流量，但是在智能工厂的生产过程中也存在BE流量需要传输，如果将所有的BE流量当作时敏流量进行调度也能完成流量的调度，但是会导致时敏流量的平均时延增大，所以如何将时延敏感流量和BE流量进行混合调度是一个待解决的问题。2、CQF机制的带宽利用率低：①周期循环流量在某一端队列大量聚集问题许多周期循环流量由于其周期转发的特殊性，很容易在队列的一端汇合，导致另一部分队列空闲，带宽利用率不高。②由于CQF调度的特殊性，需要将整个时间划分为固定的时隙，此固定时隙为了满足周期流量的传输安全性，会选择大于最大报文的时隙长度，这样会导致当链路上传输较小报文时，带宽利用率低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种时间敏感网络时隙感知循环排队转发流量整形方法，提高带宽利用率并且减小最坏端到端时延。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种时间敏感网络流量整形方法，包括以下步骤：

S1：在CQF机制的基础上额外增加一个BE队列；

S2：在入队口以是否为时敏流量为标准，对时敏流量和BE流量进行区分；

S3：然后将BE流量在出端口插入到奇偶队列的剩余时隙部分进行传输；

S4：最后通过条件约束以模拟退火的启发式算法的思想进行优化求解，得到对应的调度策略，完成混合时敏流量和BE流量的整形和调度。