[发明专利]一种基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法

说明书

本发明属于以太网通信技术领域，公开了一种基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法；首先在调度开始之前需要根据装箱算法对时间触发消息和传输周期进行转换；然后对时间触发消息进行预处理，根据其周期、帧长和传输链路路径进行分组和拼合；最后对经过预处理的消息块进行装箱，再根据装箱结果生成对应的调度表。本发明将时间资源分成多段用于调度，在最终的调度表中加入了孔隙性，有效的分散时间触发消息的调度，保证后续事件触发消息可用时间分布均匀，提升网络的稳定性，降低了通信的时延和抖动；对信息进行预处理时，考虑到网络结构特点而存在同时传输的消息，并对消息进行同步传输操作，节约了时间资源，提升了网络的性能。

技术领域

本发明属于以太网通信技术领域，尤其涉及一种基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：以太网具有组网便捷灵活、网络结构简单、构建成本低且带宽高等优点，因此得到了广泛的应用，并有大量的相关研究。以太网在1990年正式成为IEEE 802.3国际标准，之后开始逐渐取代传统总线通信，开始应用于工业控制领域。以太网相较于传统的总线通信系统拥有众多优势，其设施体积更小、成本更低且功能更丰富。以太网的核心机制是事件触发机制，这种通信机制无法保证消息的时效性和可靠性。在工业控制通信系统中，存在一些对时效性和可靠性具有高要求的通信业务，例如航空电子通信网络中的自检测信息。因此将以太网应用于工业控制领域时遇到了挑战。时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet，TTE)则可以解决这一问题，TTE在同一系统中同时支持事件触发消息和时间触发消息，兼容传统以太网的同时可以为时间敏感类业务提供可靠的服务。时间触发以太网基于系统功能模块隔离机制，在同一平台上实现了实时封闭系统和非实时开放系统，实现了低成本和高效率的资源利用。SAE AS6802标准中对TTE有着准确的定义。TTE同时支持三种业务的传输，他们分别是时间触发(Time-Triggered,TT)业务、速率限制(Rate Constrained,RC)业务和尽力传输(Best Effort,BE)业务。时间触发业务的发传输受到预先设计好的调度表的严格控制。速率限制和尽力传输业务属于事件触发业务，他们的优先级低于时间触发业务，只能在时间触发业务的工作空闲时间段进行传输，不会对时间触发业务造成任何影响。时间触发消息在传输之前就是已知的，它们拥有严格的周期要求，因此需要提前对其进行编排。因此，调度表的生成策略对于时间触发以太网的通信性能具有非常重要的意义。传统的方法使用SMT解决器来生成调度表，SMT解决器通过对调度命题相关的布尔变量进行搜索，生成可行的调度表。这种方法的优化程度很低且算法复杂度高。当时间触发消息数量较大时，SMT解决器的计算耗时将会呈指数增长。后来出现了一种将装箱问题与调度问题相结合的调度策略，这种方法可以有效的降低算法复杂度，并且减少时间触发消息对时间片的占用，为后续的事件触发消息提供更多时间片用于传输。但是使得时间触发消息在调度过程中过度的堆积，严重影响后续可用时间片分布情况，对时间触发以太网的时延性能和抖动性能都会产生严重影响。不仅如此，该方法还需要利用启发式算法进行搜索优化，因此复杂度仍然比较大。

综上所述，现有技术存在的问题是：传统使用SMT解决器来生成调度表优化程度很低且算法复杂度高；时间触发消息在调度过程中过度的堆积，严重影响后续可用时间片分布情况，对时间触发以太网的时延性能和抖动性能都会产生严重影响。

解决上述技术问题的难度和意义：因为时间触发消息的调度是一个NP难问题，因此解决这类问题的方法在优化上比较复杂困难，因此将消息调度问题转换为装箱问题，降低优化解决方案的难度；降低调度算法的复杂度可以有效的提升时间触发以太网的运行效率，使得在线调度成为可能，不仅如此优化调度表的性能可以有效的提升通信系统时间资源的分布情况，降低事件触发消息的传输性能，不仅提升了整体通信系统的效率，还保证了系统的稳定性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于时间触发以太网的时间触发业务装箱调度方法。