[发明专利]一种时间敏感网络队列内重排序调度方法

说明书

本发明涉及一种时间敏感网络队列内重排序调度方法，包括步骤：S1、接收业务流量包并把业务流量包映射到各队列中；S2、计算TT队列内业务流量包的优先级；S3、根据计算的优先级，进行TT队列内业务包重排序；S4、根据门控列表传输已排序的流量包；S5、回到S1,重复上述步骤。与现有技术相比，本发明，满足时间敏感流业务时延要求的同时减少了时间敏感流的最大时延和丢包率。

技术领域

本发明涉及时间敏感网络，具体涉及时间敏感网络的流量调度。

背景技术

近年来，工业物联网(IIoT)逐渐改变着传统现场的生产制造方式，允许工业设备之间进行数据交换，通过高精度传感器实时监测现场环境，实现生产的信息化、智能化。为了满足工业现场应用确定实时传输的严格要求，IEEE 802.1工作组研发了一种通用实时以太网标准，即IEEE 802.1时间敏感网络(TSN)标准，基于时钟同步、流量整形、数据帧抢占、集中式网络配置，寻求提供确定性的以太网功能。

为进一步清晰介绍时间敏感网络结构，图1给出了时间敏感网络测试系统网络拓扑结构。整个测试系统包括Talker、Listener、TSN适配器、TSN域、TSN测试仪表五部分：Talker和Listener分别作为发送和接收流量的设备；TSN适配器目的是实现工业控制网络数据转换为时间敏感数据；TSN域集成CUC(收集终端需求的计算机)和CNC(根据终端需求配置网络参数)功能，用于实现TSN域中多种流量的调度管理；TSN测试仪表用于测试时间敏感网络相关机制及网络时延等性能指标。TSN交换机具备gPTP广域时间同步功能。通过各部分协同合作，使得系统满足IEEE802.1 AS及IEEE 802.1 Qbv标准的要求，并可以通过测试仪表测试系统中时延等指标以验证相关功能及性能的实现情况。

时间敏感网络技术的关键是流量调度和整形算法，这也是学术界深入研究的热点。TSN是一个“桥接”桥接网络，内部由交换机连接，交换机中即存在数据队列，数据进入交换机后形成队列，队列中的数据如何传输由整形器(Shaper)决定，IEEE802.1Qbv定义了时间感知整形器TAS(TimeAwarenessShaper)，如图2，在TAS中，门控列表GCL(GateControlList)周期性的控制门的开/关，TAS需要从发送方(Talker)到接收方(Listener)中间的所有网桥进行时间同步，对于桥中的每个端口，TAS根据已知且商定的时间表进行开关驱动动作，而数据调度则可以根据每个节点及队列的优先级进行定义，在IEEE802.1Qbv的实现中，那些需要实时传输的数据流通常被第一个安排进行传输，这就是“ScheduleTrafficQuene”，需要在时间调度配置时预先予以确定；而另一个数据队列称为“ReservedTraffic”，可以理解为预留通道，它并非周期性的，但是，其紧急程度很高，到达后便要求立即传输。传输的数据可以分为时间敏感流量(TT流量)和非时间敏感流量(非TT流量)，时间感知整形器可以将TT流量和非TT流量区分开，时间敏感的流量进入传输优先级高的队列进行传输。

进入各种数据流量进入队列之后，在队列内可以对已经处于队列中的各种流量进行进一步的优先级排序，实现队列内的优先级高的流量优先传输。目前已有的传输队列内业务流量的优先级排列算法仅依据流量到达节点的时间t以及流量截止时间d两个参数通过公式：进行简单计算，没有考虑流量的传输时间，计算得出的业务优先级准确率不高，容易造成部分业务时延较高，影响客户的使用体验。现有的队列内优先级排序算法准确性较低，且存在周期性业务中由于其优先级较高且其数据包比较大导致此业务传输结束后计算得出的优先级仍使得此业务优先级最高，导致此种同类型业务一直占用队列传输通道，其他的业务得不到传输，不足以满足实际应用中需求。

TSN网络拓扑有集中式和分布式。集中式TSN网络的调度表(门控列表)由中心节点CNC计算并下发至每台TSN交换机，分布式TSN网络的调度表则由网络中的TSN交换机进行计算并进行配置。队列内优先级算法可以同时配置在TSNCNC节点和TSN交换机中，或者配置于二者之一。TSN交换机具体组成部件如图3，队列内优先级算法内置于TSN交换机的内存中，即图3中的On-Chip SRAM内存中。