CN112532427B - 一种时间触发通信网络的规划调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种时间触发通信网络的规划调度方法，包括：构建基于网络通信ICD的时间触发网络的传输约束，所构建的传输约束支持用户的自定义配置；对传输约束进行分类，得到硬约束和软约束两类；对传输约束进行转化，以作为规划调度求解器的输入；将用于求解的ICD消息进行分组，从第1组开始结合转化后约束输入求解器进行求解，在每组求解完成后，将求解的结果转化为新的约束，并将新的约束输入求解器后进行下一组消息的求解，直至所有分组的ICD消息求解完成，获取到规划调度的可行解。本发明实施例解决了现有机载网络通信规划调度未考虑消息在时间域的传输特性，无法规避消息在时间域的冲突和竞争问题。

Description

一种时间触发通信网络的规划调度方法
技术领域
本发明涉及但不限于机载时间触发网络通信技术领域，尤指一种时间触发通信网络的规划调度方法。
背景技术
时间触发通信网络兼容了时间触发、速率受限、尽力而为三种业务模型。其中，时间触发为时间触发通信网络中的核心业务模型，时间触发通信业务严格按照时间进行时分复用传输，在交换网络架构下，为了保证时间触发通信业务的传输确定性，需保证网络中不同的时间触发通信业务之间不会产生冲突和竞争，同时，采用时间触发机制，上层应用基于系统需求在时间域也会提出不同业务之间的时间特性需求及使用需求，这些需求是时间触发通信网络在系统中应用的关键。
传统的机载网络通信规划调度未考虑消息在时间域的传输特性，无法规避消息在时间域的冲突和竞争问题，无法适用于采用时间触发通信机制的网络系统。
发明内容
本发明的目的：本发明实施例提供一种时间触发通信网络的规划调度方法，以解决现有机载网络通信规划调度未考虑消息在时间域的传输特性，无法规避消息在时间域的冲突和竞争问题。
本发明的技术方案：本发明实施例提供一种时间触发通信网络的规划调度方法，包括：
步骤一、构建基于网络通信接口控制文件ICD的时间触发网络的传输约束，所构建的传输约束支持用户的自定义配置；
步骤二、对步骤一中的传输约束进行分类及转化；
分类得到的约束类型包括：硬约束和软约束两类，其中，硬约束为网络规划调度必需满足的要求，软约束为规划调度尽量需满足的约束；
对分类后的传输约束进行转化，将传输约束转化为数学公式描述方式，作为规划调度求解器的输入；
步骤三、设定规划调度求解的超时时间，该超时时间与规划调度问题的规模、复杂度及用户需求相关，在规划调度求解过程中，当规划调度求解时间超过设定的超时时间时，算法求解失败；若超时时间设定为0时，则标识该次求解不限定时间；
步骤四、将用于求解的ICD消息进行分组，从第1组开始结合转化后约束输入求解器进行求解，在每组求解完成后，将求解的结果转化为新的约束，并将新的约束输入求解器后进行下一组消息的求解，直至所有分组的ICD消息求解完成，获取到规划调度的可行解。
可选地，如上所述的时间触发通信网络的规划调度方法中，针对每种软约束，定义该软约束违反成本权重Wi，通过违反成本权重Wi求解违反成本最小的规划调度解；所述还包括：
步骤五、在步骤四的求解过程中，当存在某个分组求解失败时，首先逐个去除软约束后对该求解失败的分组重新进行求解，当去除软约束后该分组求解成功时，对已去除软约束的违反成本权重Wi进行累积，将求解结果转化为新的约束后，继续步骤四中的求解过程。
可选地，如上所述的时间触发通信网络的规划调度方法中，还包括：
步骤六、当步骤五中去除所有软约束后求解仍失败时，首先判断所有传输约束是否可调整更改，在可调整更改的情况下，回溯调整传输约束或ICD消息分割的数量，重新进入步骤三进行求解。
可选地，如上所述的时间触发通信网络的规划调度方法中，还包括：
步骤七、当步骤六中传输约束不允许调整更改时，该次规划调度无解，规划调度失败，无可行解。
可选地，如上所述的时间触发通信网络的规划调度方法中，所述时间触发通信网络的传输约束包括：
a.消息传输开始时间约束；
b.消息传输结束时间约束；
c.端到端通信延迟约束；
d.发送间隔约束；
e.链路无冲突约束；
f.消息抖动约束；
g.时间触发消息均衡度约束，用于降低时间触发业务对速率受限业务的影响；
h.优化约束，用于根据用户需求，寻求较优解。
可选地，如上所述的时间触发通信网络的规划调度方法中，所述步骤一构建的传输约束中定义了时间触发通信均衡度约束，用于在求解过程中，对时间触发通信消息的均衡度通过消息编排的时间间隔的方差进行衡量，保证时间触发通信消息在时间域编排的均衡，保证网络中非时间触发通信消息的传输。
可选地，如上所述的时间触发通信网络的规划调度方法中，
网络的规划调度采用增量调度方式，在已有一个调度结果的情况下，新增的通信需求求解可将已有的调度结果转化为约束，进行求解，在可调度的情况下，新增的通信需求不会对已有的调度结果产生影响，保证了已有调度的稳定性。
可选地，如上所述的时间触发通信网络的规划调度方法中，
网络规划调度核心通过求解器进行求解，所述求解器选用基于SMT算法的求解器，或者选用启发式算法调度器。
本发明具有的优点：
本发明实施例提出了一种时间触发通信网络的规划调度方法，通过将网络规划问题转化为求解器求解问题，解决了时间触发通信网络中不同业务在时间域的编排问题，提升了触发通信网络业务传输的确定性及传输效率。
一方面，通过“分而治之”的方式，将求解问题进行分组，提升了求解的效率，降低了求解时间。
另一方面，支持增量配置，降低了新增通信业务对已有业务的影响，保证了新增的网络通信需求不会对已有网络传输系统在时间域的影响，提升了时间触发通信网络的可扩展性，方便了其系统应用。
再一方面，支持可定制化的约束，便于用户根据传输业务需要制定传输约束，保证了时间触发通信网络在系统应用中的零活性。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为典型的网络约束转化描述的一种实现方式；
图2为本发明实施例提供的时间触发通信网络的规划调度求解过程的原理图；
图3为本发明实施例提供的时间触发通信网络的规划调度方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例提供的时间触发通信网络的规划调度方法，为一种支持增量规划调度的时间触发通信网络业务编排方法，该方法能够基于系统接口控制文件(ICD)解决时间触发通信网络消息在时间域的编排问题，提高时间触发通信网络业务传输的确定性及传输效率，同时支持增量配置能力，降低了新增通信业务对已有业务的影响，方便了时间触发通信网络的系统应用。
本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
本发明提出一种时间触发通信网络的规划调度方法，通过自定义约束、约束的分类及转化、基于增量的规划求解等方法，解决了时间触发通信网络不同类型业务在时间域的编排问题，提升了触发通信网络业务传输的确定性及传输效率，支持增量配置方式，提升了时间触发通信网络的可扩展性，方便了其系统应用。具体的求解原理及方法流程如图2和图3所示；图2为本发明实施例提供的时间触发通信网络的规划调度求解过程的原理图，图3为本发明实施例提供的时间触发通信网络的规划调度方法的流程图。
参考图2和图3所示，本发明实施例提供的时间触发通信网络的规划调度方法，包括以下步骤：
步骤一、构建基于网络通信ICD的时间触发网络传输约束，所构建的传输约束支持用户的自定义配置，时间触发通信网络的传输约束可以包括：
a.消息传输开始时间约束；
b.消息传输结束时间约束；
c.端到端通信延迟约束；
d.发送间隔约束；
e.链路无冲突约束；
f.消息抖动约束；
g.时间触发消息均衡度约束，用于降低时间触发业务对速率受限业务的影响；
h.优化约束，用于根据用户需求，寻求较优解。
需要说明的是，步骤一构建的传输约束中定义了时间触发通信均衡度约束，在求解过程中，通过该约束对时间触发通信消息的均衡度通过消息编排的时间间隔的方差进行衡量，保证时间触发通信消息在时间域编排的均衡，保证网络中非时间触发通信消息的传输。
步骤二、对步骤一中的传输约束进行分类及转化；
1)、分类得到的约束类型包括：硬约束和软约束两类，具体如图2所示，为本发明实施例提供的时间触发通信网络的规划调度方法的原理示意图，其中，硬约束为网络规划调度必需满足的要求，软约束为规划调度尽量需满足的约束，针对每种软约束，定义其违反成本权重Wi，通过该违反成本权重Wi可求解违反成本最小的规划调度解；
2)、对分类后的传输约束进行转化，将传输约束转化为数学公式描述方式，作为规划调度求解器的输入；典型的网络链路、数据帧描述如图1所示。
步骤三、设定规划调度求解的超时时间，该超时时间与规划调度问题的规模、复杂度及用户需求相关，在规划调度求解过程中，当规划调度求解时间超过设定的超时时间时，算法求解失败，超时时间设定为0时，标识该次求解不限定时间。
步骤四、将用于求解的ICD消息进行分组，从第1组开始结合转化后约束输入求解器进行求解，在每组求解完成后，将求解的结果转化为新的约束，并将新的约束输入求解器后进行下一组消息的求解，直至所有分组的ICD消息求解完成，获取到规划调度的可行解。
本发明实施例在具体实施过程中，在求解器的选择上，优先选择基于SMT算法的求解器，如果为了快速获取可行解，也可选用启发式算法求解器，但启发式算法求解器存在在其搜索域范围内无解的可能性。
上述说明通过步骤一到步骤四的方式进行规划调度求解，可以获取到规划调度的可行解的实施方案，以下对通过步骤一到步骤四的方式，尚未获得可行解的实施方案进行说明。本发明实施例提供的规划调度方法，还可以包括：
步骤五、当存在步骤四中某个分组求解失败时，首先逐个去除软约束后对该求解失败的分组重新进行求解，当去除软约束后该分组求解成功时，对已去除软约束的违反成本权重Wi进行累积，将求解结果转化为新的约束后，继续步骤四中的求解过程。
步骤六、当步骤五中去除所有软约束后求解仍失败时，首先判断所有传输约束是否可调整更改，在可调整更改的情况下，回溯调整传输约束或ICD消息分割的数量，重新进入步骤三进行求解。
步骤七、当步骤六中传输约束不允许调整更改时，该次规划调度无解，规划调度失败，无可行解。
本发明通过上述七个步骤，将时间触发通信网络的规划调度转化为基于求解器的数学求解问题，并通过求解器进行求解，获取网络规划调度结果。网络的规划调度采用增量调度方式，在已有一个调度结果的情况下，新增的通信需求求解可将已有的调度结果转化为约束，进行求解，在可调度的情况下，新增的通信需求不会对已有的调度结果产生影响，保证了已有调度的稳定性。在规划调度算法中，定义了时间触发通信均衡度约束，在求解过程中，对时间触发通信消息的均衡度通过消息编排的时间间隔的方差进行衡量，保证时间触发通信消息在时间域编排的均衡，保证网络中非时间触发通信消息的传输。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种时间触发通信网络的规划调度方法，其特征在于，包括：
步骤一、构建基于网络通信接口控制文件ICD的时间触发网络的传输约束，所构建的传输约束支持用户的自定义配置；
步骤二、对步骤一中的传输约束进行分类及转化；
分类得到的约束类型包括：硬约束和软约束两类，其中，硬约束为网络规划调度必需满足的要求，软约束为规划调度尽量需满足的约束；
对分类后的传输约束进行转化，将传输约束转化为数学公式描述方式，作为规划调度求解器的输入；
步骤三、设定规划调度求解的超时时间，该超时时间与规划调度问题的规模、复杂度及用户需求相关，在规划调度求解过程中，当规划调度求解时间超过设定的超时时间时，算法求解失败；若超时时间设定为0时，则标识该次求解不限定时间；
步骤四、将用于求解的ICD消息进行分组，从第1组开始结合转化后约束输入求解器进行求解，在每组求解完成后，将求解的结果转化为新的约束，并将新的约束输入求解器后进行下一组消息的求解，直至所有分组的ICD消息求解完成，获取到规划调度的可行解；
其中，针对每种软约束，定义该软约束违反成本权重Wi，通过违反成本权重Wi求解违反成本最小的规划调度解；所述时间触发通信网络的规划调度方法还包括：
步骤五、在步骤四的求解过程中，当存在某个分组求解失败时，首先逐个去除软约束后对该求解失败的分组重新进行求解，当去除软约束后该分组求解成功时，对已去除软约束的违反成本权重Wi进行累积，将求解结果转化为新的约束后，继续步骤四中的求解过程。
2.根据权利要求1所述的时间触发通信网络的规划调度方法，其特征在于，还包括：
步骤六、当步骤五中去除所有软约束后求解仍失败时，首先判断所有传输约束是否可调整更改，在可调整更改的情况下，回溯调整传输约束或ICD消息分割的数量，重新进入步骤三进行求解。
3.根据权利要求2所述的时间触发通信网络的规划调度方法，其特征在于，还包括：
步骤七、当步骤六中传输约束不允许调整更改时，该次规划调度无解，规划调度失败，无可行解。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的时间触发通信网络的规划调度方法，其特征在于，所述时间触发通信网络的传输约束包括：
a.消息传输开始时间约束；
b.消息传输结束时间约束；
c.端到端通信延迟约束；
d.发送间隔约束；
e.链路无冲突约束；
f.消息抖动约束；
g.时间触发消息均衡度约束，用于降低时间触发业务对速率受限业务的影响；
h.优化约束，用于根据用户需求，寻求较优解。
5.根据权利要求4所述的时间触发通信网络的规划调度方法，其特征在于，所述步骤一构建的传输约束中定义了时间触发通信均衡度约束，用于在求解过程中，对时间触发通信消息的均衡度通过消息编排的时间间隔的方差进行衡量，保证时间触发通信消息在时间域编排的均衡，保证网络中非时间触发通信消息的传输。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的时间触发通信网络的规划调度方法，其特征在于，
网络的规划调度采用增量调度方式，在已有一个调度结果的情况下，新增的通信需求求解可将已有的调度结果转化为约束，进行求解，在可调度的情况下，新增的通信需求不会对已有的调度结果产生影响，保证了已有调度的稳定性。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的时间触发通信网络的规划调度方法，其特征在于，
网络规划调度核心通过求解器进行求解，所述求解器选用基于SMT算法的求解器，或者选用启发式算法调度器。
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