CN111405521B - 一种用于智能网联汽车tsn网络偶发性消息的带宽预留方法 - Google Patents

一种用于智能网联汽车tsn网络偶发性消息的带宽预留方法 Download PDF

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CN111405521B CN202010216312.1A CN202010216312A CN111405521B CN 111405521 B CN111405521 B CN 111405521B CN 202010216312 A CN202010216312 A CN 202010216312A CN 111405521 B CN111405521 B CN 111405521B
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Abstract

本发明公开了一种用于智能网联汽车TSN网络偶发性消息的带宽预留方法，是针对智能网联汽车TSN网络各类消息，构建消息分类的实时频度耦合公式，建立偶发性实时消息、非偶发性实时消息模型；以TSN交换机内时间关键数据队列可调度性为条件，求取偶发性实时消息可预留带宽的边界域；以该边界域为搜索区，以交换机内各类消息总传输时间最小为目标，遍历寻找偶发性实时消息、非偶发性消息的最优预留带宽值。本发明不仅能够满足TSN网络偶发性实时消息的强实时随机传输要求，而且使得TSN网络具有良好的综合传输时间，能够确保智能网联汽车各关键系统的安全高可靠运行。

Description

一种用于智能网联汽车TSN网络偶发性消息的带宽预留方法
技术领域
本发明涉及智能网联汽车车载TSN网络技术领域，尤其是一种用于智能网联汽车TSN网络偶发性消息的带宽预留方法。
背景技术
随着近几年汽车智能化，网联化的快速发展，高级驾驶辅助系统，自动泊车系统等电子系统逐渐应用到整车之中。同时电子控制单元、超声波传感器，图像传感器，雷达等汽车电子元器件数量显著增加。传统的CAN、FlexRay总线难以满足高带宽，高扩展性、低成本的网络发展需求，因此车载TSN网络应运而生。
TSN网络前身为以太网AVB网络，用于传输高带宽需求的音视频流。然而，随着音视频流消息的实时性要求越来越高，以太网AVB网络通过改进IEEE802.1Qat、IEEE802.1Qav、IEEE802.1As等协议，逐步变更为TSN网络，使音视频流消息和控制类消息、普通以太网消息可以同时传输，并保障其实时性。其中偶发性实时消息为一种重要的安全关键消息，实时性和带宽要求较高的，具有非周期性，传输要求严格的特点。该类消息传输的信息重要性高，具有安全关键的特征。例如：紧急制动相关信息，故障避让相关信息等。
IEEE802.1Qat规定TSN网络根据需求为各类消息预留一定的带宽，分别满足各类型消息的不同实时性需求。对于强实时以及高随机性的偶发性实时消息，该类消息一般用于传输重要程度极高的安全关键消息，而其产生时间随机。为了满足其传输需求，故需要为其预留一定的带宽。若预留带宽过高，则容易造成带宽浪费，消息总传输时间较长。若分配带宽过小，则其实时性，可调度性无法保证，影响正常安全平稳运行。
发明内容
本发明为克服现有技术中的不足之处，提出一种用于智能网联汽车TSN网络偶发性消息的带宽预留方法，以期能在保证偶发性实时消息实时性的基础上，为偶发性实时消息进行带宽资源的分配，使其带宽预留率最低，节约带宽资源，保障网络中其它类型消息的传输，从而实现整车网络的稳定和可调度。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明一种用于智能网联汽车TSN网络偶发性消息的带宽预留方法的特点是按如下步骤进行：
步骤1、获取车载TSN网络消息；
采集智能网联汽车TSN网络中所有消息的集合M，其中任意第s条消息ms∈M，并用六元组(Fs,Cs,Ts,Ds,Ps,Qs)表示；其中，Fs为第s条消息ms的字节长度，Cs为第s条消息ms在交换机内传输时间，Ts为第s条消息ms的发送周期，Ds为第s条消息ms被交换机发送的截止期，Ps为第s条消息ms的重要度并由式(1)获得，Qs为第s条消息ms的发送频度并由式(2)获得，s∈[1,2,..,w]，w为消息集合M内消息的数量；
Figure GDA0003463500560000021
式(1)中，重要度Ps按照重要程度的降序分别对应1～h共h个等级，tθ为第θ个时间阈值，且tθ-1＜tθ，θ∈[1,2,..,h]；
Figure GDA0003463500560000022
步骤2、以实时频度耦合公式对消息集合M中每个消息进行分类，从而构建由时间关键控制消息集合MC、偶发性实时消息集合MO、非偶发性实时消息集合MN构成的消息模型；
步骤2.1、从消息集合M中选取重要度为“1”的所有消息作为时间关键控制消息，并存入时间关键控制消息集合MC；
步骤2.2、从消息集合M中选取重要度为“h”的所有消息作为普通音视频消息，并存入非偶发性实时消息集合MN；
步骤2.3、并利用式(3)计算消息集合M中重要度为“2,3,…,h-1”的各个消息的实时频度耦合因子Zs：
Figure GDA0003463500560000023
式(3)中，α、β分别为重要性以及频度所占的权重，且α+β＝1；
步骤2.4、若0≤Zs≤δ，则将第s条消息ms存入偶发性实时消息集合MO；若Zs＞δ，则将第s条消息ms存入非偶发性实时消息集合MN，式中，δ为偶发性阈值；
步骤2.5、设置交换机中时间关键控制消息采用IEEE 802.1Qbu的TAS调度机制，偶发性实时消息和非偶发性实时消息采用IEEE 802.1QBv的CBS调度机制，从而得到所述消息模型；
步骤3、求取偶发性实时消息预留带宽边界域
Figure GDA0003463500560000031
和非偶发性实时消息预留带宽边界域
Figure GDA0003463500560000032
步骤3.1、利用式(4)得到所述偶发性实时消息集合MO中第l条消息ml的带宽下界bwl，从而得到偶发性实时消息集合MO的预留带宽下界集合为
Figure GDA0003463500560000033
Figure GDA0003463500560000034
式(4)中，R为网络总带宽，TCDT为智能网联汽车TSN网络中利用TAS调度机制传输消息的CDT时间窗的周期，
Figure GDA0003463500560000035
为非偶发性实时消息集合MN中消息最大传输时间；kO表示消息集合MO中消息的数量；
步骤3.2、利用式(5)得到偶发性实时消息集合MO中所有消息可调度时的下界
Figure GDA0003463500560000036
并存入预留带宽下界集合BO中；
Figure GDA0003463500560000037
步骤3.3、利用式(6)得到所述非偶发性实时消息集合MN中第u条消息mu的下界bwu，从而得到非偶发性实时消息集合MN的预留带宽下界集合为
Figure GDA0003463500560000038
Figure GDA0003463500560000039
式(6)中，
Figure GDA00034635005600000310
为偶发性实时消息集合MO中消息在交换机内最大传输时间；kN表示消息集合MN中消息的数量；
步骤3.4、根据式(7)得到非偶发性实时消息集合MN中所有消息可调度时的下界
Figure GDA00034635005600000311
并存入带宽下界集合BN中；
Figure GDA0003463500560000041
步骤3.5、利用式(8)获得偶发性实时消息集合MO的预留带宽下界
Figure GDA0003463500560000042
和非偶发性实时消息预留带宽下界
Figure GDA0003463500560000043
Figure GDA0003463500560000044
式(8)中，max()表示取最大值函数；
步骤3.6、利用式(9)得到偶发性实时消息集合MO的预留带宽上界
Figure GDA0003463500560000045
和非偶发性实时消息集合MN的预留带宽上界
Figure GDA0003463500560000046
Figure GDA0003463500560000047
式(9)中，kR表示总带宽中预留带宽比例；
步骤4、如图2所示，以偶发性实时消息预留带宽边界域
Figure GDA0003463500560000048
非偶发性实时消息预留带宽边界域
Figure GDA0003463500560000049
为搜索区，以交换机内各类消息总传输时间f最小为目标，遍历寻找偶发性实时消息与非偶发性实时消息的最优预留带宽bamin(g)；
步骤4.1、定义预留带宽配置模型；
定义第g代共q个网络预留带宽配置集合为BA(g)＝{ba1(g),ba2(g),..bai(g),...,baq(g)}；其中，bai(g)为第i个网络预留带宽配置，并有
Figure GDA00034635005600000410
Figure GDA00034635005600000411
分别为网络总带宽中分配给偶发性实时消息的带宽和非偶发性实时消息的带宽；
定义第g代缩放后的网络预留带宽配置集合为BS(g)＝{bs1(g),bs2(g),..bsj(g),...,bsq(g)}；其中，bsj(g)为第j个缩放后的预留带宽配置，并有
Figure GDA00034635005600000412
Figure GDA00034635005600000413
分别为网络总带宽中分配给偶发性实时消息的带宽和非偶发性实时消息的带宽；
定义最大遍历次数为G；并初始化g＝1；
步骤4.2、初始化i＝1；
步骤4.3、利用式(10)得到第g-1代原始网络预留带宽配置集合BA(g-1)中第i个带宽配置bai(g-1)，从而得到第g-1代原始网络预留带宽配置集合BA(g-1)；
Figure GDA0003463500560000051
式(10)中，k1为随机数，0＜k1＜1；R为网络总带宽；
步骤4.4、初始化j＝1；
步骤4.5、利用式(11)得到第g代缩放后的网络预留带宽配置集合BS(g)中第j个带宽配置bsj(g)；
Figure GDA0003463500560000052
式(11)中，Fa为缩放因子，且Fa＝F0·2λ，F0表示缩放基数，且0＜F0＜1，λ表示缩放系数，且
Figure GDA0003463500560000053
k2,k3,k4为随机数，且1≤k2,k3,k4≤q；j∈{1,2,3....,q}；
步骤4.6、判断第j个带宽配置bsj(g)中
Figure GDA0003463500560000054
是否满足
Figure GDA0003463500560000055
且
Figure GDA0003463500560000056
若满足，则执行步骤4.5；否则，将j+1赋值给j后返回步骤4.5，直到j＝q为止，从而得到第g代缩放后的网络预留带宽配置集合BS(g)；
步骤4.7、初始化i＝1,j＝1；定义所有消息在任意带宽配置下的总传输时间f；
步骤4.8、利用式(12)计算所有消息在bai(g-1)配置下总传输时间
Figure GDA0003463500560000057
同理得到，所有消息在bsj(g)配置下总传输时间
Figure GDA0003463500560000058
Figure GDA0003463500560000059
式(12)中，TCDT为采用TAS调度机制调度的CDT时间窗的周期，PCDT为时间窗时间长度；γ和η均为所设定的权重，Ttsn为智能网联汽车TSN网络总运行时间；
步骤4.9、利用式(13)从bai(g-1)和bsj(g)中选择一个作为第g代第i个带宽配置bai(g)；
Figure GDA0003463500560000061
步骤4.10、将i+1赋值给i，将j+1赋值给j后，判断i>q且j>q是否成立，若成立，则表示得到第g代原始网络预留带宽配置集合BA(g)；否则，返回步骤4.8；
步骤4.11、将g+1赋值给g后判断g>G是否成立，若成立，则按式(12)获得所有消息在BA(g)配置下总传输时间集合TA＝{f(ba1(g)),f(ba(g)),...f(bai(g)),...f(bap(g))}，并执行步骤4.12；否则，返回步骤4.2；
步骤4.12、从传输时间集合TA中选取最小值f(bamin(g))所对应的最小预留带宽配置bamin(g)作为最终预留的带宽，获得偶发性消息带宽分配
Figure GDA0003463500560000062
和非偶发消息分配带宽
Figure GDA0003463500560000063
从而完成偶发性实时消息的带宽分配。
与已有技术相比，本发明的有益效果在：
1、本发明提出了一种实时频度耦合的消息分类机制，该机制综合考虑智能网联汽车TSN网络中消息的实时性以及频度，对重要性和频度进行量化，建立实时频度耦合计算公式，从实时性、频度、重要性多维度对其进行分类。本方法能对消息的整体进行评价，综合考虑了该消息的状态，分类更准确，筛选出TSN网络中强实时性、高随机性消息，为预留带宽的计算提供有效的数据。
2、本发明对偶发性和非偶发性消息进行带宽预留时，以所有类型消息的可调度性为目标，对消息的预留带宽边界域进行计算，保障了所有消息的传输实时性。在其基础上，以所有消息传输时间最小对其预留带宽进行了分配，使所有消息的总传输时间最短，达到了网络的整体最优。该方法充分利用了网络带宽，优化了网络消息的传输时间，使得智能网联汽车消息快速传输。
3、本发明采用了一种非线性缩放的方法寻找总传输时间最小的预留带宽分配方法。在预留带宽域内使用缩放因子Fa进行缩放，该函数随着遍历次数的增加而减小缩放大小，开始时该函数值较大，收敛速度快，便于快速定位最优带宽配置的范围，避免了进入局部较优点。随着遍历次数的增加，该函数值的减小率逐渐降低，收敛速度变慢，逐步寻找最优解，快速而准确获得全局最优网络预留带宽配置。在实际网络可根据需求调节Fa以生成满足要求的网络分配配置，满足了不同网络环境下的预留带宽生成。
4、本发明方法为智能网联汽车TSN网络中的实时性极高的偶发性消息进行了带宽预留，不仅满足了TSN网络偶发性实时消息的强实时随机传输要求，而且使得TSN网络具有良好的综合传输时间，确保了智能网联汽车各关键系统的安全高可靠运行。
附图说明
图1为本发明架构图；
图2为本发明预留带宽配置生成机制图。
具体实施方式
本实施例中，一种用于智能网联汽车TSN网络偶发性消息的带宽预留方法，如图1所示，本方法针对智能网联汽车TSN网络各类消息，构建消息分类的实时频度耦合公式，建立偶发性实时消息、非偶发性实时消息模型；以TSN交换机内时间关键数据队列可调度性为条件，求取偶发性实时消息可预留带宽的边界域；以该边界域为搜索区，以交换机内各类消息总传输时间最小为目标，遍历寻找偶发性实时消息、非偶发性消息的最优预留带宽值；具体的说，是按如下步骤进行的：
步骤1、获取车载TSN网络消息；
采集智能网联汽车TSN网络中所有消息的集合M，其中任意第s条消息ms∈M，并用六元组(Fs,Cs,Ts,Ds,Ps,Qs)表示；其中，Fs为第s条消息ms的字节长度，Cs为第s条消息ms在交换机内传输时间，Ts为第s条消息ms的发送周期，Ds为第s条消息ms被交换机发送的截止期，Ps为第s条消息ms的重要度并由式(1)获得，Qs为第s条消息ms的发送频度并由式(2)获得，s∈[1,2,..,w]，w为消息集合M内消息的数量；
本实施例中，重要度Ps共分为1～4级，各等级的实时性重要度指标为2.5,45,90,150。设置预留带宽配置遍历次数G＝10，带宽预留率kR＝0.75。设置生成的预留带宽配置数量q＝10，第g代生成的预留带宽配置
BA(g)＝{ba1(g),ba2(g),ba3(g),ba4(g),ba5(g),ba6(g),ba7(g),ba8(g),ba9(g),ba10(g)}
Figure GDA0003463500560000071
Figure GDA0003463500560000072
步骤2、以实时频度耦合公式对消息集合M中每个消息进行分类，从而构建由时间关键控制消息集合MC、偶发性实时消息集合MO、非偶发性实时消息集合MN构成的消息模型；
步骤2.1、从消息集合M中选取重要度为“1”的所有消息作为时间关键控制消息，并存入时间关键控制消息集合MC；
步骤2.2、从消息集合M中选取重要度为“4”的所有消息作为普通音视频消息，并存入非偶发性实时消息集合MN；
步骤2.3、并利用式(3)计算消息集合M中重要度为“2”和“3”的各个消息的实时频度耦合因子Zs：
Figure GDA0003463500560000081
式(3)中，α、β分别为重要性以及频度所占的权重，且α+β＝1，取α＝0.5,β＝0.5；
步骤2.4、取阈值δ＝1.5，若0≤Zs≤δ，则将第s条消息ms存入偶发性实时消息集合MO；若Zs>δ，则将第s条消息ms存入非偶发性实时消息集合MN；
步骤2.5、设置交换机中时间关键控制消息采用IEEE 802.1Qbu的TAS调度机制，偶发性实时消息和非偶发性实时消息采用IEEE 802.1QBv的CBS调度机制，从而得到所述消息模型；
步骤3、求取偶发性实时消息预留带宽边界域
Figure GDA0003463500560000082
和非偶发性实时消息预留带宽边界域
Figure GDA0003463500560000083
步骤3.1、利用式(4)得到所述偶发性实时消息集合MO中第l条消息ml的带宽下界bwl，从而得到偶发性实时消息集合MO的预留带宽下界集合为
Figure GDA0003463500560000084
Figure GDA0003463500560000085
式(4)中，R为网络总带宽，TCDT为智能网联汽车TSN网络中利用TAS调度机制传输消息的CDT时间窗的周期，
Figure GDA0003463500560000086
为非偶发性实时消息集合MN中消息最大传输时间；kO表示消息集合MO中消息的数量；
步骤3.2、利用式(5)得到偶发性实时消息集合MO中所有消息可调度时的下界
Figure GDA0003463500560000091
并存入预留带宽下界集合BO中；
Figure GDA0003463500560000092
步骤3.3、利用式(6)得到所述非偶发性实时消息集合MN中第u条消息mu的下界bwu，从而得到非偶发性实时消息集合MN的预留带宽下界集合为
Figure GDA0003463500560000093
Figure GDA0003463500560000094
式(6)中，
Figure GDA0003463500560000095
为偶发性实时消息集合MO中消息在交换机内最大传输时间；kN表示消息集合MN中消息的数量；
步骤3.4、根据式(7)得到非偶发性实时消息集合MN中所有消息可调度时的下界
Figure GDA0003463500560000096
并存入带宽下界集合BN中；
Figure GDA0003463500560000097
步骤3.5、利用式(8)获得偶发性实时消息集合MO的预留带宽下界
Figure GDA0003463500560000098
和非偶发性实时消息预留带宽下界
Figure GDA0003463500560000099
Figure GDA00034635005600000910
式(8)中，max()表示取最大值函数；
步骤3.6、利用式(9)得到偶发性实时消息集合MO的预留带宽上界
Figure GDA00034635005600000911
和非偶发性实时消息集合MN的预留带宽上界
Figure GDA00034635005600000912
Figure GDA00034635005600000913
式(9)中，kR表示总带宽中预留带宽比例；
步骤4、如图2所示，以偶发性实时消息预留带宽边界域
Figure GDA0003463500560000101
非偶发性实时消息预留带宽边界域
Figure GDA0003463500560000102
为搜索区，以交换机内各类消息总传输时间f最小为目标，遍历寻找偶发性实时消息与非偶发性实时消息的最优预留带宽bamin(g)；
步骤4.1、定义预留带宽配置模型；
定义第g代共q个网络预留带宽配置集合为BA(g)＝{ba1(g),ba2(g),..bai(g),...,baq(g)}；其中，bai(g)为第i个网络预留带宽配置，并有
Figure GDA0003463500560000103
Figure GDA0003463500560000104
分别为网络总带宽中分配给偶发性实时消息的带宽和非偶发性实时消息的带宽；
定义第g代缩放后的网络预留带宽配置集合为BS(g)＝{bs1(g),bs2(g),..bsj(g),...,bsq(g)}；其中，bsj(g)为第j个缩放后的预留带宽配置，并有
Figure GDA0003463500560000105
Figure GDA0003463500560000106
分别为网络总带宽中分配给偶发性实时消息的带宽和非偶发性实时消息的带宽；
定义最大遍历次数为G；并初始化g＝1；具体实施中，遍历次数G可根据需求进行设置，遍历次数越高，获得的带宽配置其消息的总传输时间最低，但消耗时间较多。遍历次数过少，在该带宽配置其消息下综合传输时间无法达到最优，但生成消耗时间较短。本实施例取G＝10；
步骤4.2.初始化i＝1；
步骤4.3.利用式(10)得到第g-1代原始网络预留带宽配置集合BA(g-1)中第i个带宽配置bai(g-1)，从而得到第g-1代原始网络预留带宽配置集合BA(g-1)；
Figure GDA0003463500560000107
式(10)中，k1为随机数，0＜k1＜1；R为网络总带宽；
步骤4.4.初始化j＝1；
步骤4.5.利用式(11)得到第g代缩放后的网络预留带宽配置集合BS(g)中第j个带宽配置bsj(g)；
Figure GDA0003463500560000108
式(11)中，Fa为缩放因子，且Fa＝F0·2λ，F0表示缩放基数，且0＜F0＜1，λ表示缩放系数，且
Figure GDA0003463500560000111
k2,k3,k4为随机数，且1≤k2,k3,k4≤q；j∈{1,2,3....,q}；使用缩放因子Fa对带宽配置集合BA(g-1)进行缩放，开始时该函数值较大，收敛速度快，便于快速定位最优解的范围，避免进入局部较优点。随着遍历次数的增加，该函数值的减小率逐渐降低，收敛速度变慢，逐步寻找最优解。
步骤4.6.判断第j个带宽配置bsj(g)中
Figure GDA0003463500560000112
是否满足
Figure GDA0003463500560000113
且
Figure GDA0003463500560000114
若满足，则执行步骤4.5；否则，将j+1赋值给j后返回步骤4.5，直到j＝q为止，从而得到第g代缩放后的网络预留带宽配置集合BS(g)；
步骤4.7.初始化i＝1,j＝1；定义所有消息在任意带宽配置下的总传输时间f；
步骤4.8.利用式(12)计算所有消息在bai(g-1)配置下总传输时间
Figure GDA0003463500560000115
同理得到，所有消息在bsj(g)配置下总传输时间
Figure GDA0003463500560000116
Figure GDA0003463500560000117
式(12)中，TCDT为采用TAS调度机制调度的CDT时间窗的周期，PCDT为时间窗时间长度；γ和η均为所设定的权重，Ttsn为智能网联汽车TSN网络总运行时间；可针对消息重要性更改权重参数γ，η，灵活调整实际网络中偶发实时消息与非偶发实时消息时间的权重，满足实际网络的实时性、可调度性需要。本实施例取γ＝0.5,η＝0.5；
步骤4.9.利用式(13)从bai(g-1)和bsj(g)中选择一个作为第g代第i个带宽配置bai(g)；
Figure GDA0003463500560000118
步骤4.10.将i+1赋值给i，将j+1赋值给j后，判断i>q且j>q是否成立，若成立，则表示得到第g代原始网络预留带宽配置集合BA(g)；否则，返回步骤4.8；
步骤4.11.将g+1赋值给g后判断g>G是否成立，若成立，则按式(12)获得所有消息在BA(g)配置下总传输时间集合TA＝{f(ba1(g)),f(ba(g)),...f(bai(g)),...f(bap(g))}，并执行步骤4.12；否则，返回步骤4.2；
步骤4.12.从传输时间集合TA中选取最小值f(bamin(g))所对应的最小预留带宽配置bamin(g)作为最终预留的带宽，获得偶发性消息带宽分配
Figure GDA0003463500560000121
和非偶发消息分配带宽
Figure GDA0003463500560000122
从而完成偶发性实时消息的带宽分配。

Claims (1)

1.一种用于智能网联汽车TSN网络偶发性消息的带宽预留方法，其特征在于，所述带宽预留方法是按如下步骤进行：
步骤1、获取车载TSN网络消息；
采集智能网联汽车TSN网络中所有消息的集合M，其中任意第s条消息ms∈M，并用六元组(Fs,Cs,Ts,Ds,Ps,Qs)表示；其中，Fs为第s条消息ms的字节长度，Cs为第s条消息ms在交换机内传输时间，Ts为第s条消息ms的发送周期，Ds为第s条消息ms被交换机发送的截止期，Ps为第s条消息ms的重要度并由式(1)获得，Qs为第s条消息ms的发送频度并由式(2)获得，s∈[1,2,..,w]，w为消息集合M内消息的数量；
Figure FDA0003463500550000011
式(1)中，重要度Ps按照重要程度的降序分别对应1～h共h个等级，tθ为第θ个时间阈值，且tθ-1＜tθ，θ∈[1,2,..,h]；
Figure FDA0003463500550000012
步骤2、以实时频度耦合公式对消息集合M中每个消息进行分类，从而构建由时间关键控制消息集合MC、偶发性实时消息集合MO、非偶发性实时消息集合MN构成的消息模型；
步骤2.1、从消息集合M中选取重要度为“1”的所有消息作为时间关键控制消息，并存入时间关键控制消息集合MC；
步骤2.2、从消息集合M中选取重要度为“h”的所有消息作为普通音视频消息，并存入非偶发性实时消息集合MN；
步骤2.3、并利用式(3)计算消息集合M中重要度为“2,3,…,h-1”的各个消息的实时频度耦合因子Zs：
Figure FDA0003463500550000021
式(3)中，α、β分别为重要性以及频度所占的权重，且α+β＝1；
步骤2.4、若0≤Zs≤δ，则将第s条消息ms存入偶发性实时消息集合MO；若Zs＞δ，则将第s条消息ms存入非偶发性实时消息集合MN，式中，δ为偶发性阈值；
步骤2.5、设置交换机中时间关键控制消息采用IEEE 802.1Qbu的TAS调度机制，偶发性实时消息和非偶发性实时消息采用IEEE 802.1QBv的CBS调度机制，从而得到所述消息模型；
步骤3、求取偶发性实时消息预留带宽边界域
Figure FDA0003463500550000022
和非偶发性实时消息预留带宽边界域
Figure FDA0003463500550000023
步骤3.1、利用式(4)得到所述偶发性实时消息集合MO中第l条消息ml的带宽下界bwl，从而得到偶发性实时消息集合MO的预留带宽下界集合为
Figure FDA0003463500550000024
Figure FDA0003463500550000025
式(4)中，R为网络总带宽，TCDT为智能网联汽车TSN网络中利用TAS调度机制传输消息的CDT时间窗的周期，
Figure FDA0003463500550000026
为非偶发性实时消息集合MN中消息最大传输时间；kO表示消息集合MO中消息的数量；
步骤3.2、利用式(5)得到偶发性实时消息集合MO中所有消息可调度时的下界
Figure FDA0003463500550000027
并存入预留带宽下界集合BO中；
Figure FDA0003463500550000028
步骤3.3、利用式(6)得到所述非偶发性实时消息集合MN中第u条消息mu的下界bwu，从而得到非偶发性实时消息集合MN的预留带宽下界集合为
Figure FDA0003463500550000029
Figure FDA00034635005500000210
式(6)中，
Figure FDA0003463500550000031
为偶发性实时消息集合MO中消息在交换机内最大传输时间；kN表示消息集合MN中消息的数量；
步骤3.4、根据式(7)得到非偶发性实时消息集合MN中所有消息可调度时的下界
Figure FDA0003463500550000032
并存入带宽下界集合BN中；
Figure FDA0003463500550000033
步骤3.5、利用式(8)获得偶发性实时消息集合MO的预留带宽下界
Figure FDA0003463500550000034
和非偶发性实时消息预留带宽下界
Figure FDA0003463500550000035
Figure FDA0003463500550000036
式(8)中，max()表示取最大值函数；
步骤3.6、利用式(9)得到偶发性实时消息集合MO的预留带宽上界
Figure FDA0003463500550000037
和非偶发性实时消息集合MN的预留带宽上界
Figure FDA0003463500550000038
Figure FDA0003463500550000039
式(9)中，kR表示总带宽中预留带宽比例；
步骤4、以偶发性实时消息预留带宽边界域
Figure FDA00034635005500000310
非偶发性实时消息预留带宽边界域
Figure FDA00034635005500000311
为搜索区，以交换机内各类消息总传输时间f最小为目标，遍历寻找偶发性实时消息与非偶发性实时消息的最优预留带宽bamin(g)；
步骤4.1、定义预留带宽配置模型；
定义第g代共q个网络预留带宽配置集合为BA(g)＝{ba1(g),ba2(g),..bai(g),...,baq(g)}；其中，bai(g)为第i个网络预留带宽配置，并有
Figure FDA00034635005500000312
Figure FDA00034635005500000313
分别为网络总带宽中分配给偶发性实时消息的带宽和非偶发性实时消息的带宽；
定义第g代缩放后的网络预留带宽配置集合为BS(g)＝{bs1(g),bs2(g),..bsj(g),...,bsq(g)}；其中，bsj(g)为第j个缩放后的预留带宽配置，并有
Figure FDA00034635005500000314
分别为网络总带宽中分配给偶发性实时消息的带宽和非偶发性实时消息的带宽；
定义最大遍历次数为G；并初始化g＝1；
步骤4.2、初始化i＝1；
步骤4.3、利用式(10)得到第g-1代原始网络预留带宽配置集合BA(g-1)中第i个带宽配置bai(g-1)，从而得到第g-1代原始网络预留带宽配置集合BA(g-1)；
Figure FDA0003463500550000041
式(10)中，k1为随机数，0＜k1＜1；R为网络总带宽；
步骤4.4、初始化j＝1；
步骤4.5、利用式(11)得到第g代缩放后的网络预留带宽配置集合BS(g)中第j个带宽配置bsj(g)；
Figure FDA0003463500550000042
式(11)中，Fa为缩放因子，且Fa＝F0·2λ，F0表示缩放基数，且0＜F0＜1，λ表示缩放系数，k2,k3,k4为随机数，且1≤k2,k3,k4≤q；j∈{1,2,3....,q}；
步骤4.6、判断第j个带宽配置bsj(g)中
Figure FDA0003463500550000043
是否满足
Figure FDA0003463500550000044
且
Figure FDA0003463500550000045
若满足，则执行步骤4.5；否则，将j+1赋值给j后返回步骤4.5，直到j＝q为止，从而得到第g代缩放后的网络预留带宽配置集合BS(g)；
步骤4.7、初始化i＝1,j＝1；定义所有消息在任意带宽配置下的总传输时间f；
步骤4.8、利用式(12)计算所有消息在bai(g-1)配置下总传输时间
Figure FDA0003463500550000046
所有消息在bsj(g)配置下总传输时间
Figure FDA0003463500550000047
Figure FDA0003463500550000048
式(12)中，TCDT为采用TAS调度机制调度的CDT时间窗的周期，PCDT为时间窗时间长度；γ和η均为所设定的权重，Ttsn为智能网联汽车TSN网络总运行时间；
步骤4.9、利用式(13)从bai(g-1)和bsj(g)中选择一个作为第g代第i个带宽配置bai(g)；
Figure FDA0003463500550000051
步骤4.10、将i+1赋值给i，将j+1赋值给j后，判断i>q且j>q是否成立，若成立，则表示得到第g代原始网络预留带宽配置集合BA(g)；否则，返回步骤4.8；
步骤4.11、将g+1赋值给g后判断g>G是否成立，若成立，则按式(12)获得所有消息在BA(g)配置下总传输时间集合TA＝{f(ba1(g)),f(ba(g)),...f(bai(g)),...f(bap(g))}，并执行步骤4.12；否则，返回步骤4.2；
步骤4.12、从传输时间集合TA中选取最小值f(bamin(g))所对应的最小预留带宽配置bamin(g)作为最终预留的带宽，获得偶发性消息带宽分配
Figure FDA0003463500550000052
和非偶发消息分配带宽
Figure FDA0003463500550000053
从而完成偶发性实时消息的带宽分配。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114095445A (zh) * 2020-07-29 2022-02-25 华人运通(上海)自动驾驶科技有限公司 车载以太网的数据传输控制方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101360028A (zh) * 2008-07-24 2009-02-04 华中科技大学 一种适用于工业传感网的实时调度方法
CN108418723A (zh) * 2018-05-29 2018-08-17 合肥工业大学 一种车载以太网avb预留带宽优化配置方法
CN110717300A (zh) * 2019-09-27 2020-01-21 云南电网有限责任公司 面向电力物联实时在线监测业务的边缘计算任务分配方法
CN110870285A (zh) * 2017-07-06 2020-03-06 西门子股份公司 在具有部分实时需求的数据网络中高性能数据传输的方法和执行该方法的装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9201842B2 (en) * 2006-03-16 2015-12-01 Smartdrive Systems, Inc. Vehicle event recorder systems and networks having integrated cellular wireless communications systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101360028A (zh) * 2008-07-24 2009-02-04 华中科技大学 一种适用于工业传感网的实时调度方法
CN110870285A (zh) * 2017-07-06 2020-03-06 西门子股份公司 在具有部分实时需求的数据网络中高性能数据传输的方法和执行该方法的装置
CN108418723A (zh) * 2018-05-29 2018-08-17 合肥工业大学 一种车载以太网avb预留带宽优化配置方法
CN110717300A (zh) * 2019-09-27 2020-01-21 云南电网有限责任公司 面向电力物联实时在线监测业务的边缘计算任务分配方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A SDN-based Traffic Bandwidth Allocation Method for Time Sensitive Networking in Avionics;Ershuai Li;《IEEE》;20190912;全文 *
Hierarchical scheduling and real-time analysis for vehicular time-sensitive network;Yuefei Wang;《IEEE》;20191215;全文 *
Real-time dynamic logic loop mechanism of vehicular network management based on instantaneous load sensing;Yuefei Wang;《IEEE》;20191215;全文 *
安全关键DCS中控制网络调度的相关问题研究;王跃飞;《中国博士论文全文数据库》;20111115;全文 *
汽车FlexRay网络静态段消息高可靠封装机制研究;张恒;《中国硕士论文全文数据库》;20170215;全文 *

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