[发明专利]一种时间触发以太网通信任务离线调度优化方法

说明书

本发明提供了一种时间触发以太网通信任务离线调度优化方法，属于机载网络通信技术领域。时间触发通信任务离线调度问题是一个资源受限的调度优化问题，涉及了链路资源冲突、时序性要求、传输延迟等条件约束。本发明结合时间触发以太网通信过程的特点，将通信任务调度问题转化为链路资源和时间组成的二维空间下数据帧组合排列问题，将数据帧传输过程固定，对待求解变量进行离散化表示，简化了传输时延约束、时序约束以及链路冲突约束等限制，有利于降低优化问题的求解难度。该发明可以显著减小交换式时间触发以太网通信任务调度优化的复杂性，有利于节省问题的求解时间，提高效率。

技术领域

本发明属于机载网络通信技术领域，涉及一种通信任务离线调度优化方法。

背景技术

由时间触发以太网通信原理可知，在全局统一时间基准下，根据预先设定的通信任务调度表进行有序通信和数据传输。因此，通信任务调度优化算法性能也是影响时间触发以太网通信性能的重要因素。时间触发以太网采用的是交换网结构，网络节点的拓扑关系不像总线式网络一样简单、固定，时间触发以太网的通信任务调度需要同时考虑时间和链路的使用情况，变成一个多维优化问题。除了解决资源冲突外，还要注意通信路径和资源利用率等问题，给通信任务调度问题的建模和求解增大了复杂性和难度。网络通信任务调度问题属于资源受限的项目调度优化问题，本身就是一类难以求解的优化问题，其中还涉及很多约束条件，如链路传输延迟的影响以及并发通信任务的资源冲突等，求解难度更大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种时间触发以太网通信任务离线调度优化方法，以解决交换式时间触发以太网通信任务离线调度问题。

一种时间触发以太网通信任务离线调度优化方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1.初始化设置：根据网络拓扑结构、数据帧长度、数据帧通信周期、数据帧链路传输过程、数据帧时序约束条件和调度时间单位τ，确定通信任务的集群周期C，物理传输链路数量n_L，然后完成以下初始化操作：

生成行数为2×n_L，列数为C/τ，初值为0的二维矩阵，称为资源调度矩阵，所述资源调度矩阵每一行对应一个物理传输链路的一个传输方向，所述资源调度矩阵每一列按照先后顺序依次对应集群周期内按照调度时间单位划分的时间片段；

将第i个数据帧表征为行数为2×n_L，列数为初值为0的二维矩阵，称为消息矩阵，其中1≤i≤n_D，n_D为数据帧个数，T_i为第i个数据帧的发送周期，为第i个数据帧自发送节点到目的节点的传输过程占用的调度时间单位个数；在一个集群周期内，将第i个数据帧的起始发送时刻对应至所述消息矩阵第1列，按照相对时间不变的原则，依次将第i个数据帧传输过程中所占用的链路传输方向和时刻对应的所述消息矩阵元素值置为1；

S2.建立优化目标：假设第i个数据帧的起始发送时间相对于集群周期起始时刻的偏移量为φ_i，其中1≤i≤n_D，n_D为数据帧个数，φ_i的取值范围为区间内的整数，判断以下约束条件是否满足：

根据数据帧起始发送时间相对于集群周期起始时刻的偏移量，判断存在时序约束关系的数据帧是否满足时序约束条件；

根据数据帧的起始发送时间相对于集群周期起始时刻的偏移量和所述消息矩阵，依次将数据帧的所述消息矩阵累加至所述资源调度矩阵，具体方法如下：对于第i个数据帧，将第i个数据帧对应的所述消息矩阵，累加至所述资源调度矩阵的第φ_i列至第列，其中1≤i≤n_D，n_D为数据帧个数；以此类推，将所有数据帧的所述消息矩阵累加至所述资源调度矩阵；计算完成后，判断所述资源调度矩阵每个元素的数值是否大于1，若存在元素值大于1的情况表示数据帧传输过程中存在链路冲突，不满足链路冲突约束条件；