CN111385224A

CN111385224A - 一种EtherCAT与时间敏感网络的流量调度方法

Info

Publication number: CN111385224A
Application number: CN202010092917.4A
Authority: CN
Inventors: 谢昊飞; 郭小沨; 刘代雄; 罗云霄; 徐国超; 张量
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2020-07-07

Abstract

本发明涉及一种EtherCAT与时间敏感网络的流量调度方法，属于工业网络技术领域。该方法对网络中EtherCAT流量和非EtherCAT流量的周期性、时延性进行分析，并按照特性分配优先级和TSN流量队列。然后，对EhterCAT流量所映射的队列分配调度时隙，生成调度表。最后，将非EtherCAT流量划分为SR流量，以IEEE 802.1Qat中最大预留带宽为约束条件提出优化模型，求解该模型得到最优空闲斜率，并利用该值配置预留带宽，同时降低CBS调度的响应时间，从而实现网络资源的合理分配。同时，能够实现EtherCAT/TSN网络中各种流量分配和流量的实时调度。

Description

一种EtherCAT与时间敏感网络的流量调度方法

技术领域

本发明属于工业网络技术领域，涉及一种EtherCAT与时间敏感网络的流量调度方法。

背景技术

时间敏感网络(Time Sensitive Networking，TSN)指的是IEEE 802.1任务组正在开发的一套交换机协议标准，主要是对现存IEEE 802.1Q虚拟局域网的扩展，并在此基础上提出了一些新的流量调度机制和时钟同步机制。利用TSN可以实现一个针对工业网络控制应用中不同网段、不同流量类别的合理传输，满足在延迟时间要求苛刻的场合。

以太网控制自动化技术(Ethernet for Control Automation Technology，EtherCAT)是应用于工厂自动化和流程自动化领域的实时工业以太网现场总线协议，是工业通信网络国际标准IEC 61158和IEC 61784的组成部分。EtherCAT协议可以包括多个EtherCAT报文，每个报文都服务于一块逻辑过程映射区的特定内存区域，该区域最大可达4GB字节。要发送和接收的数据顺序不依赖于网络中以太网端子的物理顺序，可以任意编址。EtherCAT主站传递的以太网帧包含了所有的I/O从站数据，报文在I/O从站间传递，每个从站用极短的时间获取数据并将要发出的数据写入到以太网帧的相应位置，然后将报文传递给下一个从站。最后一个从站处理结束后，将报文传递回EtherCAT主站。

现有EtherCAT/TSN网络解决方案中，通常采用网络适配器将EtherCAT设备转换为TSN talker/listener设备，通过手动配置汇聚端口的VLANID和EtherCAT流量的VLAN优先级，使整个网络运行于预先设定好的模式之下，此类方式缺乏对网段中的各种流量的分析，无法根据流量的变化而改变网段的配置，并且缺少对网段中各类流量的预留带宽的分配策略。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种EtherCAT与时间敏感网络的流量调度方法。首先，该方法分别对网络中EtherCAT流量和非EtherCAT流量的周期性、时延性进行分析，并按照特性分配优先级，利用优先级划分为多个TSN流量队列。然后，对EhterCAT流量所映射的队列分配调度时隙，生成调度表。最后，对非EtherCAT流量采用预留带宽机制，并将流量类型划分为SR流量，采用CBS调度机制，并根据消息实时性和IEEE 802.1Qat中最大预留带宽为约束条件，提出优化设计模型，求解该模型得到最优空闲斜率，并利用该值配置预留带宽。该方法抽象出EtherCAT周期和非周期流量的特性，采用一种动态的优先级分配策略，根据EtherCAT流量的特性分配对应的优先级，而非传统的静态分配方式；同时，本发明提出的最优空闲斜率算法，不仅可以避免TSN中流量因预留带宽配置不当而造成网络资源的浪费，而且可以降低CBS机制的响应时间。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种EtherCAT与时间敏感网络的流量调度方法，该方法包括以下步骤：

S1：通过计算EtherCAT报文传输时间T_W、EtherCAT周期报文的时间的长度T_s、EtherCAT周期通信时间段长度T_PT和非周期通信时间段长度T_NP，抽象出EtherCAT周期性和非周期性数学模型，按照两种类型的流量特性分配优先级；计算网络中非EtherCAT流量的时延系数，并对时延系数等间距划分组，按照分组顺序分配优先级；

S2：对于EhterCAT流量，首先确定调度周期，然后对集合中的流按照优先级从高到低进行排序，最后对已排序的集合中的各个流分配调度时隙，生成TSN调度表；

S3：考虑到TSN网络中的非EtherCAT流量实时性和优先级均低于EtherCAT流量，需防止非EtherCAT流量带宽占用率过大而降低EtherCAT流量通信的实时性，对非EtherCAT流量采用预留带宽机制，将流量类型划分为SR流量，采用CBS调度机制，并根据消息实时性和IEEE 802.1Qat中最大预留带宽为约束条件，提出优化设计模型，求解该模型得到最优空闲斜率，并利用该最优空闲斜率配置预留带宽。

可选的，所述步骤S1包括：将EtherCAT的通信过程划分为若干个通信时间段T_i，一个通信时间段T_i划分为周期通信时间段T_PT和非周期通信时间段T_NP:

T_i＝T_PT,i+T_NP,i

一个EtherCAT数据帧包括n个从站子报文，其传输时间T_W表示为：

T_W＝n×(D_payload+D_{datagram_header}+D_wkc)+(D_pre+D_{ethernet_header}+D_{ethercat_header}+D_CRC+D_IPG)]/BW

其中D_payload为每个从站数据量的大小，D_{datagram_header}为EtherCAT子报文帧头10Bytes，D_wkc为工作计数器2Bytes，D_pre为帧前导码8Bytes，D_{ethernet_header}为以太网帧头14Bytes，D_{ethercat_header}为EtherCAT帧头2Bytes，D_CRC为CRC校验4Bytes，D_IPG为帧间距12Bytes，BW为网络带宽；

则EtherCAT一个周期报文的发送时间长度T_s表示为：

T_s＝T_syn+T_W+T_bind+nT_node

其中，T_syn表示主从时钟同步偏差，T_bind为主站发送数据打包时间,T_node为从站节点延时，通常从站节点的处理延时T_node约为300ns；

EtherCAT周期通信时间段长度T_PT表示为：

其中N_packet表示周期通信时间段内EtherCAT主站发送的数据包总数；

将T_i时间段内EtherCAT周期性数据描述为：

Q_p,i＝{T_PT,i,T_s,pt}

其中，T_PT,i为通信时间段T_i中周期通信时间段长度，T_s,pt表示T_PT,i内一个周期报文的时间的长度；

同理，第T_i个通信时间段内，非周期报文数量N_p表示为：

其中，

表示第i个通信时间段内j个从站节点接收到的非周期报文的种类数；

非周期通信时间段T_NP长度至少为：

同理T_i时间段内EtherCAT非周期性数据描述为：

Q_np,i＝{T_np,i,N_p,np}

其中，T_np,i为通信时间段T_i中非周期通信时间段长度，N_p,np表示T_np,i内的非周期报文数量。抽象通信时间段T_i的EtherCAT数据集合为Q_i：

Q_i＝{Q_p,i，Q_np,i}

若Q_i属于Q_p,i，若Q_i中的数据帧大小满足30～100Bytes，且周期T_s满足100μs～2ms则映射至VLAN最高优先级7，对应TSN中的等时同步Isochronous流；若Q_i中的数据帧大小满足50～1000Bytes，且周期T_s满足2ms～20ms则映射至TSN第6优先级,对应TSN中的循环Cyclic流。

若Q_i属于Q_np,i，由于T_np,i大小由N_p,np决定，N_p,np由Q_i中非周期通信的子报文数量决定。故将Q_i的数据帧大小满足50～1500Bytes，则映射至TSN第5优先级，对应TSN网络中的事件流。

对于非EtherCAT流量，定义源端到桥接端的传输时延D与报文到达目的终端的最大传输时延D_M的比值称为时延系数，记为ρ，即

由时延系数知，如果λ＞1，表示数据端到端时延已经超过规定数值，该值抛弃。

记录{f_i|i＝1,2...n}中n个数据的时延系数ρ_i。其中，最小时延系数为ρ_min，最大时延系数为ρ_max，将时延系数等间距划分成x个组，计算每个时延系数组的间距

然后计算每个组的起始位置，第m组的起始位置SP表示为：

令x＝3，则分为[ρ_min,ρ_min+S_Δ]，[ρ_min+S_Δ,ρ_min+2S_Δ]，[ρ_min+2S_Δ,ρ_min+3S_Δ]三个时延系数组。三个组分别对应优先级4～2。其中，若延迟系数属于[ρ_min,ρ_min+S_Δ]，则对应VLAN优先级4，即TSN中SRA类型流量；若延迟系数属于[ρ_min+S_Δ,ρ_min+2S_Δ]则对应VLAN优先级3，即TSN中SRB类型流量；若延迟系数属于[ρ_min+2S_Δ,ρ_min+3S_Δ]则对应VLAN优先级2，即TSN中BE类型流量。

可选的，所述步骤S2中，建立EtherCAT/TSN调度表包括以下步骤：

将TSN中周期性EhterCAT流量统一表示为f_i，0≤i≤n；

S21：计算在同一时间窗口内到交换机汇聚端口的流的集合F＝{f₁,f₂,...,f_i,...,f_n}的调度周期T_S:

T_s＝lcm(T₁,T₂...T_n)

其中，lcm(T₁,T₂...T_n)表示所有流发送周期的最小公倍数；

S22：对F＝{f₁,f₂,...,f_i,...,f_n}集合中的流按照优先级从高到低进行排序F'＝{f'₁,f'₂,...,f'_i,...,f'_n}。，由于S1中将EtherCAT流量划分为三个优先级，则按照优先级将F'划分为三个组，即F'₁＝{f'₁₁,f'₁₂,...,f'_1i}，F'₂＝{f'₂₁,f'₂₂,...,f'_2i}，F'₂＝{f'₃₁,f'₃₂,...,f'_3i}；

S23：依次对每组中的各个流分配时隙S_i；S_i＝L_i/R，L_i为流f_i的帧长，R为输出链路的传输速率。

S24：三个组分别为对应TSN中7，6，5三个优先级队列Q＝{q₇,q₆,q₅}，每个队列分配的调度时隙T_slot为该队列中流的时隙之和

TSN门控调度器按照各个队列的调度时隙依次打开对应的门控单元。

可选的，所述步骤S3具体包括：

计算SRX类消息的带宽占用率：由于IEEE 802.1Qat标准定义网络系统利用多流注册协议通过配置SR流的空闲斜率Idle Slope给流量注册带宽，并且规定SR类消息占用带宽不得超过总带宽R的75％；SRX类消息X∈{A,B}的带宽占用率表示为调度周期中该类消息的实际发送速率与总带宽的比值。设在TSN交换机的某个调度周期Π＝lcm(P_i)中，X类中的单个消息m_i传输的次数即为Π/P_i，P_i为m_i的传输周期，则Π内X类消息的带宽占用率BU为：

其中，F_i表示消息m_i的帧长，

表示X类消息的空闲斜率；

对于上诉SR流量，采用CBS调度机制；对于两类消息，CBS机制下的最坏响应时间为：

其中，

和

表示X类(X∈{A,B})消息的空闲斜率和发送斜率；C_j为消息m_i的传输时间；且规定Res(m_i)≤D_i，即响应时间Res(m_i)不能超过任务的截至期限D_i；为求取合适的空闲斜率

建立如下函数：

st:Bu≤R×0.75

Res(m_i)≤D_i

当上述函数值最小时，对应的

和

即为初始空闲斜率最优值；该值作为配置TSN网络中SR流量的预留带宽的依据，同时能够降低CBS机制的响应时间，从而提高TSN网络的传输效率。

本发明的有益效果在于：

(1)目前，现存EtherCAT/TSN流量适配方案仅通过人工手动配置流量的优先级，一旦网络中各种流量增多，各种流量的优先级就会变得很难划分。因此，本发明提出的优先级分配方法可以有效解决该问题。

(2)本发明提出了一种EtherCAT/TSN流量调度表生成方法，可以实现多种EtherCAT流量调度时隙的合理划分，以满足数据传输的实时性需求。

(3)利用本发明中空闲斜率计算方法，可得到非EtherCAT流量的最优发送斜率，可解决因空闲斜率设置不当造成的预留带宽资源的浪费，并降低CBS机制的响应时间，从而提高TSN网络的传输效率。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1本发明所述的EtherCAT与时间敏感网络的流量调度方法的总体结构图；

图2为本发明所述的EtherCAT流量划分示意图；

图3为本发明所述的EtherCAT流量优先级分配流程图；

图4为本发明所述的EtherCAT流量调度表生成流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

图1为本发明所述的一种EtherCAT与时间敏感网络的流量调度方法的总体结构图。图2为本发明所述的EtherCAT流量划分示意图；

其主要步骤分为：S1、计算EtherCAT报文传输时间T_W、EtherCAT周期报文的时间的长度T_s、EtherCAT周期通信时间段长度T_PT和非周期通信时间段长度T_NP，抽象出EtherCAT周期性和非周期性数学模型，按照两种类型的流量特性分配优先级；计算网络中非EtherCAT流量的时延系数，并对时延系数等间距划分组，按照分组顺序分配优先级。S2、对于EhterCAT流量，首先确定调度周期，然后对集合中的流按照优先级从高到低进行排序，最后对已排序的集合中的各个流分配调度时隙，生成TSN调度表。S3、考虑到TSN网络中的非EtherCAT流量实时性和优先级均低于EtherCAT流量，需防止非EtherCAT流量带宽占用率过大而降低EtherCAT流量通信的实时性，因此，本发明对非EtherCAT流量采用预留带宽机制，并将流量类型划分为SR流量，并采用CBS调度机制，并根据消息实时性和IEEE802.1Qat中最大预留带宽为约束条件，提出优化设计模型，求解该模型得到最优空闲斜率，并利用该值配置预留带宽。

进一步，所述步骤S1具体包括：

将EtherCAT的通信过程划分为若干个通信时间段T_i，一个通信时间段T_i可以划分为周期通信时间段T_PT和非周期通信时间段T_NP:

T_i＝T_PT,i+T_NP,i

一个EtherCAT数据帧包括n个从站子报文，其传输时间T_W可以表示为：

T_W＝[n×(D_payload+D_{datagram_header}+D_wkc)+(D_pre+D_{ethernet_header}+D_{ethercat_header}+D_CRC+D_IPG)]/BW

其中D_payload为每个从站数据量的大小，D_{datagram_header}为EtherCAT子报文帧头10Bytes，D_wkc为工作计数器2Bytes，D_pre为帧前导码8Bytes，D_{ethernet_header}为以太网帧头14Bytes，D_{ethercat_header}为EtherCAT帧头2Bytes，D_CRC为CRC校验4Bytes，D_IPG为帧间距12Bytes，BW为网络带宽。

则EtherCAT一个周期报文的发送时间长度T_s可表示为：

T_s＝T_syn+T_W+T_bind+nT_node

其中，T_syn表示主从时钟同步偏差，T_bind为主站发送数据打包时间,T_node为从站节点延时，通常从站节点的处理延时T_node约为300ns。

EtherCAT周期通信时间段长度T_PT可表示为：

其中N_packet表示周期通信时间段内EtherCAT主站发送的数据包总数。

将T_i时间段内EtherCAT周期性数据描述为：

Q_p,i＝{T_PT,i,T_s,pt}

同理，第T_i个通信时间段内，非周期报文数量N_p表示为:

其中，

表示第i个通信时间段内j个从站节点接收到的非周期报文的种类数。

非周期通信时间段T_NP长度至少为：

同理T_i时间段内EtherCAT非周期性数据描述为：

Q_np,i＝{T_np,i,N_p,np}

Q_i＝{Q_p,i，Q_np,i}

若Q_i属于Q_p,i，若Q_i中的数据帧大小满足(30～100Bytes)，且周期T_s满足(100μs～2ms)则映射至VLAN最高优先级7，对应TSN中的等时同步(Isochronous)流；若Q_i中的数据帧大小满足(50～1000Bytes)，且周期T_s满足(2ms～20ms)则映射至TSN第6优先级,对应TSN中的循环(Cyclic)流。

若Q_i属于Q_np,i，由于T_np,i大小由N_p,np决定，N_p,np由Q_i中非周期通信的子报文数量决定。故将Q_i的数据帧大小满足(50～1500Bytes)，则映射至TSN第5优先级，对应TSN网络中的事件流。所述的EtherCAT流量优先级分配流程图3所示。

对于非EtherCAT流量，定义源端到桥接端的传输时延D与该报文到达目的终端的最大传输时延D_M的比值称为时延系数，记为ρ，即

由时延系数可知，如果λ＞1，表示数据端到端时延已经超过规定数值，该值抛弃。

然后计算每个组的起始位置，第m组的起始位置SP可表示为：

令x＝3，则分为[ρ_min,ρ_min+S_Δ]，[ρ_min+S_Δ,ρ_min+2S_Δ]，[ρ_min+2S_Δ,ρ_min+3S_Δ]三个时延系数组。三个组分别对应优先级4～2。其中，若延迟系数属于[ρ_min,ρ_min+S_Δ]，则对应VLAN优先级4，即TSN中SRA类型流量；若延迟系数属于[ρ_min+S_Δ,ρ_min+2S_Δ]则对应VLAN优先级3，即TSN中SRB类型流量；若延迟系数属于[ρ_min+2S_Δ,ρ_min+3S_Δ]则对应VLAN优先级2，即TSN中BE类型流量。所述的非EtherCAT流量优先级分配流程图4所示。

进一步，所述步骤S2具体包括：

将TSN中周期性EhterCAT流量统一表示为f_i，0≤i≤n。

T_s＝lcm(T₁,T₂...T_n)

其中，lcm(T₁,T₂...T_n)表示所有流发送周期的最小公倍数。

S22：对F＝{f₁,f₂,...,f_i,...,f_n}集合中的流按照优先级从高到低进行排序F'＝{f'₁,f'₂,...,f'_i,...,f'_n}。，由于S1中将EtherCAT流量划分为三个优先级，则按照优先级将F'划分为三个组，即F'₁＝{f'₁₁,f'₁₂,...,f'_1i}，F'₂＝{f'₂₁,f'₂₂,...,f'_2i}，F'₂＝{f'₃₁,f'₃₂,...,f'_3i}。

S23：依次对每组中的各个流分配时隙S_i。S_i＝L_i/R，L_i为流f_i的帧长，R为输出链路的传输速率。

进一步，所述步骤S3具体包括：

计算SRX类消息的带宽占用率：由于IEEE 802.1Qat标准定义网络系统利用多流注册协议通过配置SR流的空闲斜率(Idle Slope)给流量注册带宽，并且规定SR类消息占用带宽不得超过总带宽R的75％。SRX类消息(X∈{A,B})的带宽占用率可表示为调度周期中该类消息的实际发送速率与总带宽的比值。设在TSN交换机的某个调度周期Π＝lcm(P_i)中，X类中的单个消息m_i传输的次数即为Π/P_i，P_i为m_i的传输周期，则Π内X类消息的带宽占用率BU为：

其中，F_i表示消息m_i的帧长，

表示X类消息的空闲斜率。

对于上诉SR流量，该方法采用CBS调度机制。对于两类消息，CBS机制下的最坏响应时间为：

其中，

和

表示X类(X∈{A,B})消息的空闲斜率和发送斜率。C_j为消息m_i的传输时间。且规定Res(m_i)≤D_i，即响应时间Res(m_i)不能超过任务的截至期限D_i。因此，为求取合适的空闲斜率

可建立如下函数：

st:Bu≤R×0.75

Res(m_i)≤D_i

当上述函数值最小时，所对应的

和

即为初始空闲斜率最优值。该值可以作为配置TSN网络中SR流量的预留带宽的依据，同时能够降低CBS机制的响应时间，从而提高TSN网络的传输效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种EtherCAT与时间敏感网络的流量调度方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S3：考虑到TSN网络中的非EtherCAT流量实时性和优先级均低于EtherCAT流量，需防止非EtherCAT流量带宽占用率过大而降低EtherCAT流量通信的实时性，对非EtherCAT流量采用预留带宽机制，将流量类型划分为SR流量，采用CBS调度机制，并根据消息实时性和IEEE802.1Qat中最大预留带宽为约束条件，提出优化设计模型，求解该模型得到最优空闲斜率，并利用该最优空闲斜率配置预留带宽。

2.根据权利要求1所述的一种EtherCAT与时间敏感网络的流量调度方法，其特征在于：所述步骤S1包括：将EtherCAT的通信过程划分为若干个通信时间段T_i，一个通信时间段T_i划分为周期通信时间段T_PT和非周期通信时间段T_NP:

T_i＝T_PT,i+T_NP,i

则EtherCAT一个周期报文的发送时间长度T_s表示为：

T_s＝T_syn+T_W+T_bind+nT_node

EtherCAT周期通信时间段长度T_PT表示为：

将T_i时间段内EtherCAT周期性数据描述为：

Q_p,i＝{T_PT,i,T_s,pt}

同理，第T_i个通信时间段内，非周期报文数量N_p表示为：

其中，

非周期通信时间段T_NP长度至少为：

同理T_i时间段内EtherCAT非周期性数据描述为：

Q_np,i＝{T_np,i,N_p,np}

其中，T_np,i为通信时间段T_i中非周期通信时间段长度，N_p,np表示T_np,i内的非周期报文数量；抽象通信时间段T_i的EtherCAT数据集合为Q_i：

Q_i＝{Q_p,i，Q_np,i}

若Q_i属于Q_p,i，若Q_i中的数据帧大小满足30～100Bytes，且周期T_s满足100μs～2ms则映射至VLAN最高优先级7，对应TSN中的等时同步Isochronous流；若Q_i中的数据帧大小满足50～1000Bytes，且周期T_s满足2ms～20ms则映射至TSN第6优先级,对应TSN中的循环Cyclic流；

若Q_i属于Q_np,i，由于T_np,i大小由N_p,np决定，N_p,np由Q_i中非周期通信的子报文数量决定；故将Q_i的数据帧大小满足50～1500Bytes，则映射至TSN第5优先级，对应TSN网络中的事件流；

由时延系数知，如果λ＞1，表示数据端到端时延已经超过规定数值，该值抛弃；

记录{f_i|i＝1,2...n}中n个数据的时延系数ρ_i；其中，最小时延系数为ρ_min，最大时延系数为ρ_max，将时延系数等间距划分成x个组，计算每个时延系数组的间距

然后计算每个组的起始位置，第m组的起始位置SP表示为：

令x＝3，则分为[ρ_min,ρ_min+S_Δ]，[ρ_min+S_Δ,ρ_min+2S_Δ]，[ρ_min+2S_Δ,ρ_min+3S_Δ]三个时延系数组；三个组分别对应优先级4～2；其中，若延迟系数属于[ρ_min,ρ_min+S_Δ]，则对应VLAN优先级4，即TSN中SRA类型流量；若延迟系数属于[ρ_min+S_Δ,ρ_min+2S_Δ]则对应VLAN优先级3，即TSN中SRB类型流量；若延迟系数属于[ρ_min+2S_Δ,ρ_min+3S_Δ]则对应VLAN优先级2，即TSN中BE类型流量。

3.根据权利要求1所述的一种EtherCAT与时间敏感网络的流量调度方法，其特征在于：所述步骤S2中，建立EtherCAT/TSN调度表包括以下步骤：

将TSN中周期性EhterCAT流量统一表示为f_i，0≤i≤n；

T_s＝lcm(T₁,T₂...T_n)

其中，lcm(T₁,T₂...T_n)表示所有流发送周期的最小公倍数；

S22：对F＝{f₁,f₂,...,f_i,...,f_n}集合中的流按照优先级从高到低进行排序F'＝{f′₁,f′₂,...,f′_i,...,f′_n}，由于S1中将EtherCAT流量划分为三个优先级，则按照优先级将F'划分为三个组，即F₁'＝{f′₁₁,f′₁₂,...,f′_1i}，F′₂＝{f′₂₁,f′₂₂,...,f′_2i}，F′₂＝{f′₃₁,f′₃₂,...,f′_3i}；

S23：依次对每组中的各个流分配时隙S_i；S_i＝L_i/R，L_i为流f_i的帧长，R为输出链路的传输速率；

4.根据权利要求1所述的一种EtherCAT与时间敏感网络的流量调度方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：

计算SRX类消息的带宽占用率：由于IEEE802.1Qat标准定义网络系统利用多流注册协议通过配置SR流的空闲斜率IdleSlope给流量注册带宽，并且规定SR类消息占用带宽不得超过总带宽R的75％；SRX类消息X∈{A,B}的带宽占用率表示为调度周期中该类消息的实际发送速率与总带宽的比值；设在TSN交换机的某个调度周期Π＝lcm(P_i)中，X类中的单个消息m_i传输的次数即为Π/P_i，P_i为m_i的传输周期，则Π内X类消息的带宽占用率BU为：

其中，F_i表示消息m_i的帧长，

表示X类消息的空闲斜率；

其中，

和

建立如下函数：

st:Bu≤R×0.75

Res(m_i)≤D_i

当上述函数值最小时，对应的

和