本公開涉及混合流量傳輸，具體涉及一種時間敏感網(wǎng)絡(luò)中混合流量傳輸方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、隨著生產(chǎn)和需求的不斷增加，對信息傳輸?shù)膶崟r性和確定性要求日益提高。以太網(wǎng)因其高數(shù)據(jù)速率和低成本在可擴展性和兼容性方面具有顯著優(yōu)勢，但其缺乏嚴格的服務(wù)質(zhì)量(qos)保證，無法滿足高實時性和安全性應(yīng)用的需求。確定性網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)傳輸中的時延、丟包率和抖動有著嚴格的控制要求。為實現(xiàn)低時延的確定性傳輸，業(yè)界已經(jīng)提出了多種基于標準以太網(wǎng)的專有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。然而，由于這些專有協(xié)議的技術(shù)不兼容性和互操作性差等問題，ieee時間敏感網(wǎng)絡(luò)(tsn)工作組正致力于制定確定性網(wǎng)絡(luò)標準，對以太網(wǎng)中的實時性和安全性關(guān)鍵機制進行規(guī)范化，從而實現(xiàn)時間敏感流與非時間敏感流在同一以太網(wǎng)中的混合共存。

3、tsn(時間敏感網(wǎng)絡(luò))是一種擴展的標準以太網(wǎng)技術(shù)，具有向后兼容標準以太網(wǎng)的能力。在tsn(時間敏感網(wǎng)絡(luò))中，混合關(guān)鍵性業(yè)務(wù)根據(jù)不同的服務(wù)質(zhì)量(qos)要求被劃分為三個優(yōu)先級類別：具有嚴格定時約束的時間觸發(fā)(tt)業(yè)務(wù)、要求有限延遲但定時要求相對寬松的音頻-視頻橋接(avb)業(yè)務(wù)，以及不提供定時保證的盡力而為(be)業(yè)務(wù)。為了滿足這些不同的qos需求，tsn在交換機中為每種業(yè)務(wù)類型配置了相應(yīng)的機制：tt業(yè)務(wù)采用隊列隔離和時間感知整形器(tas)實現(xiàn)確定性傳輸，avb業(yè)務(wù)則通過基于信用的整形器(cbs)進行速率限制和無突發(fā)傳輸，而混合業(yè)務(wù)則利用搶占機制來提高帶寬利用率。

4、基于這些機制，流量調(diào)度通過接納控制來決定數(shù)據(jù)流的路由和定時行為，這是確保tsn中確定性和實時傳輸?shù)年P(guān)鍵。然而，現(xiàn)有研究主要關(guān)注tas機制下的tt流調(diào)度，尚未充分覆蓋所有機制并存的混合關(guān)鍵場景。在這種場景中，流通常根據(jù)其關(guān)聯(lián)的應(yīng)用進行分類。例如，工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)(iacs)的控制數(shù)據(jù)會被映射為tt流，而要求低于10毫秒延遲和抖動的語音消息則會被映射為avb流。流量分類完成后，相應(yīng)的流將被緩存在交換機上預(yù)定義的輸出端口隊列中。根據(jù)ieee?802.1qbv標準，在每個交換機的輸出端口上有八個隊列，其中一個或多個用于tt流，兩個用于avb流，其余的用于be流。

5、然而，當輸出隊列溢出時，靜態(tài)分配流類型可能會導(dǎo)致特定類型流的延遲累積效應(yīng)。在靜態(tài)優(yōu)先級分配的情況下，如果avb流對應(yīng)的應(yīng)用消息數(shù)量較多，則可能出現(xiàn)嚴重的排隊延遲，甚至超時。在實際應(yīng)用中，不同的應(yīng)用程序具有不同的qos要求，流優(yōu)先級也通常不均勻分布。如果采用靜態(tài)優(yōu)先級分配策略，不同類型的業(yè)務(wù)可能會經(jīng)歷顯著不同的延遲情況，有些業(yè)務(wù)可能面臨嚴重的排隊延遲，而其他業(yè)務(wù)則幾乎沒有積壓。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開為了解決上述問題，提出了一種時間敏感網(wǎng)絡(luò)中混合流量傳輸方法及系統(tǒng)，在tsn中針對時間敏感流(tt流)和avb流以及be流的混合傳輸，對tsn系統(tǒng)中的cqf機制進行改進，使其與tas結(jié)合，將其應(yīng)用到混合流量的傳輸，臨時擴展大規(guī)模數(shù)據(jù)交互場景中的優(yōu)先級，能夠使得在tt流保持嚴格調(diào)度的同時，盡可能提高avb流的調(diào)度效率。

2、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

3、一種時間敏感網(wǎng)絡(luò)中混合流量傳輸方法，包括：

4、構(gòu)建tsn時間敏感網(wǎng)絡(luò)拓撲以及時間觸發(fā)流的有向圖模型；

5、獲取tt流集以及avb流集，并對tt流集和avb流集的優(yōu)先級進行排序；

6、使用asap調(diào)度算法對排序后的tt流集和avb流集進行初步的調(diào)度，所有的流初步調(diào)度完成后，生成時隙，并根據(jù)時隙確定初始調(diào)度方案，并利用網(wǎng)絡(luò)演算計算流集中所有流從源節(jié)點到目的節(jié)點的總最壞時延；

7、從avb流集中選取優(yōu)先級最大的流與tt流集中的流進行交換，重新進行調(diào)度并將交換完后的avb流從avb流集中刪除；

8、重新計算總最壞時延，根據(jù)重新計算的總最壞時延與先前計算的總最壞時延的比較結(jié)果，確定是否需要更新初始調(diào)度方案，重復(fù)流交換步驟，直到所有的avb流都已參與交換完成。

9、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

10、一種時間敏感網(wǎng)絡(luò)中混合流量傳輸系統(tǒng)，包括：

11、模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建tsn時間敏感網(wǎng)絡(luò)拓撲以及時間觸發(fā)流的有向圖模型；

12、排序模塊，用于獲取tt流集以及avb流集，并對tt流集和avb流集的優(yōu)先級進行排序；

13、計算模塊，用于使用asap調(diào)度算法對排序后的tt流集和avb流集進行初步的調(diào)度，所有的流初步調(diào)度完成后，生成時隙，并根據(jù)時隙確定初始調(diào)度方案，并利用網(wǎng)絡(luò)演算計算流集中所有流從源節(jié)點到目的節(jié)點總的最壞端到端時延；

14、更新模塊，用于從avb流集中選取優(yōu)先級最大的流與tt流集中的流進行交換，重新進行調(diào)度并將交換完后的avb流從avb流集中刪除；重新計算總最壞時延，根據(jù)重新計算的總最壞時延與先前計算的總最壞時延的比較結(jié)果，確定是否需要更新初始調(diào)度方案，重復(fù)流交換步驟，直到所有的avb流都已參與交換完成。

15、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

16、一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，所述非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)用于存儲計算機指令，所述計算機指令被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)所述的一種時間敏感網(wǎng)絡(luò)中混合流量傳輸方法。

17、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

18、一種電子設(shè)備，包括：處理器、存儲器以及計算機程序；其中，處理器與存儲器連接，計算機程序被存儲在存儲器中，當電子設(shè)備運行時，所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的計算機程序，以使電子設(shè)備執(zhí)行實現(xiàn)所述的一種時間敏感網(wǎng)絡(luò)中混合流量傳輸方法。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開的有益效果為：

20、本公開提供的一種時間敏感網(wǎng)絡(luò)中混合流量傳輸方法，使用asap調(diào)度算法對排序后的tt流集和avb流集進行初步的調(diào)度，并利用混合業(yè)務(wù)調(diào)度策略將cqf機制應(yīng)用到rc流，cqf機制使用奇數(shù)和偶數(shù)隊列循環(huán)接收和轉(zhuǎn)發(fā)rc流，每個業(yè)務(wù)需要在排序之后順序地注入不同的時隙，如果多個rc流同時到達交換機并排隊，則每個時隙中僅注入一個rc流，將所有的流調(diào)度完畢后，生成時隙，并根據(jù)時隙確定初始的調(diào)度方案。該方法結(jié)合tas與cqf全局地解決了不同流量類型之間的優(yōu)先級調(diào)整問題，提出了一種自適應(yīng)的優(yōu)先級調(diào)整算法，該算法能夠通過臨時擴展大規(guī)模數(shù)據(jù)交互場景中的優(yōu)先級來提高調(diào)度性能，靈活地確定調(diào)整策略，能夠使得在tt流保持嚴格調(diào)度的同時，盡量的提高avb流的調(diào)度效率。

21、本公開提供的一種時間敏感網(wǎng)絡(luò)中混合流量傳輸方法，綜合考慮周期、截止日期和流的大小三種指標對tt流進行優(yōu)先級排序，采用數(shù)學建模中綜合評價的方法對三種指標進行綜合評價，先對三種指標進行同型化處理，區(qū)分極大型指標和極小型指標，流的截止日期為極小型指標，流的周期和大小為極大型指標，使用極差變化法對各指標數(shù)據(jù)進行標準化處理，在標準化處理完成后，對評價指標賦予權(quán)重，按照權(quán)重對tt流進行排序，并且按照排序結(jié)果對tt流進行調(diào)度。本公開提出的流優(yōu)先級排序方法，可以使得流的排序更為合理，相比與只經(jīng)過單一指標排序的流，本公開的流優(yōu)先級排序方法可以顯著提高流的調(diào)度成功率。