[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

说明书

本发明公开了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，属于网络传输技术领域。所述方法针对时间敏感网络中交换机的功能结构进行了改进，并在此基础上进行联合路由调度。该方法首先对于时间敏感网络中的流量进行分类，获取各类流量的相关信息以及网络拓扑等，再对交换机的硬件功能进行加强，通过针对指针的操作，实现逻辑上的每流虚拟队列，使得每条流可单独占用一条队列，接着基于整数线性规划的求解方法，对于路由约束和调度约束进行形式化表示，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。

技术领域

本发明属于网络传输技术领域，具体涉及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。

背景技术

TSN(Time Sensitive Networking，时间敏感网络)指的是在IEEE802.1标准框架下，基于特定应用需求制定的一组标准和机制，旨在为以太网协议建立“通用”的时间敏感机制，以确保网络数据传输的时间确定性。时间敏感网络作为一种综合、统一和标准的新兴技术，可以广泛应用于工业互联网和信息物理系统中，具有更好的互联互通优势，能够保证所需要的低时延和可靠性。TSN技术标准起源于音视频行业，常用于高实时、同步传输的高带宽网络应用要求，并且随着发展与推广，汽车界和工业界愈加关注这一项技术标准，它能够在保证各行业的实时性需求的同时，实现统一传输，提高整体经济性。

目前对于时间敏感网络中的路由调度方法有着较多的研究，但是很多时候约束比较繁杂，并且很多研究仅仅是在算法上做优化，没有去考虑是否可以通过改进交换机的功能实现优化处理。

发明内容

发明目的：本发明提供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，针对时间敏感网络的流量传输，以简化约束，最小化整体时延为改进目标，最终实现整体的流量传输效率提高。

技术方案：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，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。

进一步的，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，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D＞L，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。

进一步的，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：