[发明专利]多矩阵周期联合调度的时间触发业务调度表生成方法

说明书

本发明公开了一种多矩阵周期联合调度的时间触发业务调度表生成方法，主要解决现有技术在多级网络调度时仅考虑单矩阵周期内TT业务调度而导致信道利用率低，TT业务时延大的问题。其方案是：获取业务参数和网络参数，并根据这些参数算出时间触发业务需要调度的时间长度；以节点的接收和发送时刻作为优化变量，以最小化网络中各TT业务的源端系统发送时刻点之和为优化目标构建优化方程；根据优化方程的计算结果生成时间触发网络中各个端系统和交换机的时间调度表。本发明由于综合考虑多个矩阵周期内各TT业务的关联性并据此对TT业务进行多矩阵周期联合调度，提高了信道利用率，降低了各TT业务时延，可用于时间触发以太网中TT业务的调度。

技术领域

本发明属于时间触发以太网技术领域，尤其涉及一种时间触发业务调度表的生成方法，可用于航空电子、汽车电子等领域的时间触发TT业务调度。

背景技术

传统以太网以其高带宽、低成本以及灵活的组网方式在工业界得到了广泛的应用和发展。但随着航空航天、高铁和工业自动化等工业领域发展，对于业务传输的确定性、安全性和实时性有了更高的要求，传统以太网作为事件触发通信网络，由于业务在传输过程中因链路冲突所致的排队时延是不确定的，因此无法在实时性和安全关键型系统中得到应用。

时间触发以太网TTE通过在传统以太网的基础上增加时间同步服务和时间触发机制，形成了一种新型的混合时间触发和事件触发的通信网络，并且与传统以太网完全兼容。它将业务按照不同的实时性和安全性要求分为时间触发TT业务、速率受限RC业务以及尽力而为BE业务，从而在同一物理网络上为具有不同实时性和安全性要求的业务提供服务，得到了工业界的广泛认可和关注。

在TTE网络中，时间触发TT业务传输的关键在于如何通过离线规划数据帧的传输时间点来避免数据帧竞争物理链路。目前国内外对TTE调度算法的研究主要集中在时间触发TT业务调度表的生成与优化方面。已有的时间触发TT业务调度算法如下：

中国航空无线电电子研究所徐晓飞等人在北京航空航天大学学报(2015，41(8)：1403-1408)中提出了一种基于单调速率调度机制的离线消息调度算法，该方法优化了消息的调度过程，但不支持对非调和周期的TT业务进行调度。

空军工程大学航空航天工程学院张超等人在空军工程大学学报(2016，17(6)：82-87)中提出了一种改进的时间触发单调速率调度算法，该方法增加了算法的适用范围，但未考虑时钟同步服务。

西安电子科技大学姚明旴等人在其申请的专利文献“一种时间触发业务静态调度表的生成方法”(申请号201710263462.6，申请公布号CN107241179A)中公开了基于时隙的一种时间触发业务静态调度表的生成方法，该方法减小了ET业务的等待时延，但未考虑到时间触发TT业务的产生时间对事件触发ET业务等待时延的影响。

西安微电子技术研究所哈云雪等人在其申请的专利文献“一种面向时间触发通信的动态时槽锁定方法”(申请号201710676640.8，申请公布号CN107332794A)中公开了一种按照需求动态分配时间触发TT时槽进行业务调度的方法，该方法在时间触发TT业务负载较低且有多个交换机存在的级联系统中可显著提升带宽利用率，但在时间触发TT业务负载较高的网络中链路利用率不够高。

西安电子科技大学邱智亮等人在其申请的专利文献“最小时延最大匹配的时间触发业务调度表生成方法”(申请号CN201810443556.6，申请公布号CN108712224A)中公开了一种启发式时间触发业务调度表生成方法，该方法虽说降低了TT业务时延，增加了网络链路利用率，但仅适用于简单的星型拓扑，可扩展性不强。

上述已有调度算法在生成TT业务调度表时，所有TT业务都被安排在一个矩阵周期内完成端到端的传输，因此对于产生时间临近矩阵周期末尾的TT业务无法调度。究其原因是现有方法在生成调度表时只考虑了单个矩阵周期内TT业务的传输情况，而没有综合考虑多个矩阵周期之间TT业务在各传输链路上的关联性，造成信道利用率低，TT业务传输时延大，而且TT业务调度不够灵活。