[发明专利]基于每流虚拟队列的时间敏感网络流量路由与调度方法

权利要求书

1.一种基于每流虚拟队列的时间敏感网络流量路由与调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)获取对于时间敏感网络中各类流量的ID和网络拓扑信息；

(2)定义指针，基于hash函数对流ID进行计算，将求出的hash值映射到一个桶中，将指向这条流的首包地址的指针存储到桶中相应位置，每一条流的数据包都是以链表形式存储在共享缓存中，形成一条流虚拟队列，使得每条流在逻辑上都单独占用一条队列；

(3)根据时间敏感网络中的路由约束和调度约束，基于整数线性规划进行求解，通过联合路由调度对传输方案进行求解，最终达到流量传输的整体优化。

2.根据权利要求1所述的基于每流虚拟队列的时间敏感网络流量路由与调度方法，其特征在于，步骤(2)通过指针地址实现一整条的数据包的寻找，包括入队和出队过程，具体步骤如下：

(21)入队操作中，引入一个只用来存储桶指针的目录数组，用D表示全局深度，L表示每个桶的局部深度；然后先计算出流ID的hash值，根据全局深度匹配索引项，若对应的桶还有空间存储，则直接存入，如果已没有空间，再根据当前本地深度与全局深度的关系进行操作选择：如果D＝＝L，桶中指针只有一个该桶，则扩展索引，D与L全部扩展一位并重排当前已存储的指针；若DL，则指向该桶的不止一个指针，则只要将该桶翻倍，并且将本地深度扩展一位，再重组当前已存储指针；

(22)出队操作则是根据流的优先级进行出队，通过维护堆的方式对于每条流进行优先级排序，并根据优先级顺序，依次出队。

3.根据权利要求1所述的基于每流虚拟队列的时间敏感网络流量路由与调度方法，其特征在于，步骤(3)的优化过程具体如下：

(31)建立时间敏感网络中的路由约束，包括源点约束、终点约束、中间节点约束、避免重叠链路和环路的约束以及提高传输成功率的可靠性约束；

源点约束形式化表达如下：

该约束表明源点没有入边，其中S_i为流实例，S为所有流实例的集合，e_mn表示节点m与节点n之间的链路，I(v_is)为节点的输入边，表明对于具体的流与链路组合是否有效；

该约束表明源点只有一个出边，O(v_is)为节点的输出边；

终点约束形式化表达如下：

该约束表明终点没有出边；

该约束表明终点只有一个入边；

中间节点的约束形式化表达为：

其中v_im为除去源点和终点的中间节点；

避免重叠链路和环路的约束形式化表达如下：

可靠性约束形式化表达如下：

其中为数据不能在该链路成功传输的概率临界值，P_r为当前经过可靠链路的数据帧无法到下一节点的概率，P_ur为当前经过不可靠链路的数据帧无法到下一节点的概率，为数据不能在该链路成功传输的概率，为数据不能在最终成功传输的概率，为数据不能在最终成功传输的概率临界值；

(32)构建时间敏感网络中的调度约束，包括链路约束、顶点延迟约束、流冲突约束、最大时延约束；

链路约束形式化表达如下：

该约束表明流只在路由上的边进行时间分配，其中该流的在m，n两跳之间的开始传输时间，T_clk为流的时钟周期；

顶点延迟约束形式化表达如下：

其中D.e_mn为节点的传播延迟，D.v_in为节点的处理延迟；

流冲突约束的形式化表达如下：

其中为二进制，是用于冲突约束的辅助变量；

最大时延约束的形式化表达如下：

其中T_ddl为路由最大延迟；

(33)以整体路由调度方案总时延的最小化为优化目标，将优化问题形式化，其表达式形式如下所示：

min T_end

(34)基于整数线性规划求解，将步骤(31)、步骤(32)的数学表达式和步骤(33)构建的优化问题相结合，用步骤(1)获取的相关数据信息求解出最优的路由调度方案，将路由和调度约束的公式表示为整数线性规划，利用隐枚举法，在符合约束的基础上，将决策变量赋予1去试探，直到得到一个可行解，并作为目前的最优解，此后再不断进行决策变量的组合，对可行解加以改进，最终得到最优解。