CN113300956B - 处理用于时间敏感网络中的数据流的路由路径的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种中央网络控制器，用来处理用于时间敏感网络中的数据流的路由路径，被设定以执行以下指令：从一集中式用户组态接收用于在一时间敏感网络中分配一第一数据流的一请求，其中该时间敏感网络包含有一第二数据流；根据该时间敏感网络的一网络拓朴中的复数个链路的第一复数个长度，决定用于该第一数据流的第一复数条候选路径；从该第一复数条候选路径中，选择用于传送该第一数据流的一第一路由路径；以及在该时间敏感网络中，设定用于该第一数据流的至少一第一网桥，其中该第一路由路径通过该至少一第一网桥。

Description

处理用于时间敏感网络中的数据流的路由路径的装置及方法
【技术领域】
本发明相关于一种用于工业控制系统的装置及方法，尤指一种处理用于时间敏感网络中的数据流的路由路径的装置及方法。
【背景技术】
时间敏感网络(time-sensitive networking，TSN)协议已被标准化以实现用于工业网络中的安全关键实时应用(safety-critical real-time applications)的决定性(deterministic)通信。尽管时间敏感网络支持各种流量类型(traffic types)的数据流(streams)，如何决定用于数据流的路由路径(routing paths)以优化时间敏感网络的性能仍是持续进行及必要的议题。此外，将来的工业自动化要求时间敏感网络为动态的(例如动态地增加数据流)，以及运作时的重新设定(runtime reconfigurations)，使得现有的路由方法难以正常运作。因此，用于决定时间敏感网络中的数据流的路由路径的机制是亟待解决的问题。
【发明内容】
本发明提供了一种方法及其中央网络控制器(central network controller，CNC)，用来处理用于时间敏感网络(time-sensitive networking，TSN)中的数据流(streams)的路由路径(routing paths)，以解决上述问题。
本发明揭露一种中央网络控制器，用来处理用于时间敏感网络中的数据流的路由路径，包含有至少一存储装置；以及至少一处理电路，耦接于该至少一存储装置，其中该至少一存储装置存储指令，以及该至少一处理电路被设定以执行以下该指令：从一集中式用户组态(centralized user configuration，CUC)接收用于在一时间敏感网络中分配一第一数据流的一请求，其中该时间敏感网络包含有一第二数据流；根据该时间敏感网络的一网络拓朴(network topology)中的复数个链路(links)的第一复数个长度，决定用于该第一数据流的第一复数条候选路径；从该第一复数条候选路径中，选择用于传送该第一数据流的一第一路由路径；以及在该时间敏感网络中，设定用于该第一数据流的至少一第一网桥(bridge)，其中该第一路由路径通过该至少一第一网桥。
本发明另揭露一种中央网络控制器，用来处理用于时间敏感网络中的数据流的路由路径，包含有至少一存储装置；以及至少一处理电路，耦接于该至少一存储装置，其中该至少一存储装置存储指令，以及该至少一处理电路被设定以执行以下该指令：从一集中式用户组态接收用于在一时间敏感网络中分配一第一数据流的一请求，其中该时间敏感网络包含有一第二数据流；根据用于该第一数据流的第一复数条路径的第一复数个参数，从该第一复数条路径中，选择一第一路径；根据该第一路径，从该第一复数条路径中，选择一第一暂时路径；更新该第一复数个参数为第一复数个更新的参数；根据该第一复数个更新的参数，从该第一复数条路径中，选择一第二路径；从该第二路径及该第一暂时路径中，选择用于传送该第一数据流的一第一路由路径；以及在该时间敏感网络中，设定用于该第一数据流的至少一第一网桥，其中该第一路由路径通过该至少一第一网桥。
【附图说明】
图1为本发明实施例一时间敏感网络的示意图。
图2为本发明实施例一中央网络控制器的示意图。
图3为本发明实施例一时间敏感网络的一网络拓朴的示意图。
图4为本发明实施例一流程的流程图。
图5为本发明实施例一流程的流程图。
【具体实施方式】
图1为本发明实施例一时间敏感网络(time-sensitive networking，TSN)10的示意图。时间敏感网络10可简略地由两个终端装置(end devices)100及102、集中式用户组态(centralized user configuration，CUC)110、中央网络控制器(central networkcontroller，CNC)120及两个网桥(bridges)130及132所组成。终端装置100及102及网桥130及132被实体链路(links)连接。终端装置100及102可执行(例如运作)需要决定性(deterministic)通信的时间感知应用(time-aware applications)。
在图1中，终端装置100及102、集中式用户组态110、中央网络控制器120及网桥130及132简单地被用来说明时间敏感网络10的架构。实际上，终端装置可为机器人、视觉传感器(vision sensor)、机器及可程序化逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)，或上述装置的组合。终端装置可与另一终端装置执行端到端通信(end-to-endcommunication)。也就是说，终端装置可为数据流(stream)的来源节点(source node)，以及可被称为说话者(talker)。此外，终端装置可为数据流的目的地节点(destinationnode)，以及可被称为聆听者(listener)。需注意的是，来源节点(或目的地节点)可与至少一目的地节点(或至少一来源节点)通信。数据流的来源节点可为另一数据流的目的地节点。
集中式用户组态110可与中央网络控制器120及终端装置100及102两者通信。集中式用户组态110可开发或执行数种应用，例如拓朴发现(topology discovery)及控制策略。中央网络控制器120可包含有接口(例如图形用户接口(graphical user interface，GUI))，以及可与集中式用户组态110及网桥130及132两者通信。中央网络控制器120可为用于处理数据流的主要中心，以及可设定网桥130及132中的至少一者。网桥亦称为以太网络切换器(Ethernet switch)，可包含有优先次序队列(priority queues)，其可从中央网络控制器120接收时间排程(time schedule)，以及识别数据流的流量类型(traffic type)。根据基于信用整形器(credit-based shaper，CBS)及/或定义在时间敏感网络标准中的时间感知整形器(time-aware shaper，TAS)，网桥可切换(switch)数据流的以太网络信框(Ethernet frames)。基于闸控制列表(gate control list，GCL)，时间感知整形器控制闸以执行信框传递。
数据流的流量可分为三种类型：时间敏感网络，音频视频桥接(audio videobridging，AVB)及尽力服务(best effort，BE)。对应地，数据流可为时间敏感网络数据流，音频视频桥接数据流或尽力服务数据流。此外，流量类型的优先次序顺序从高到低可为时间敏感网络、音频视频桥接及尽力服务。也就是说，时间敏感网络数据流的信框抢先(preempt)音频视频桥接数据流的信框及尽力服务数据流的信框。
时间敏感网络数据流可根据复数个参数被定义，例如来源节点、目的地节点、尺寸、期间(period)、偏移(offset)及期限(offline)。也就是说，具有尺寸的数据(例如以太网络信框)被周期性地传送，以及在每次传送时，可能需要在期限之前抵达目的地节点。
音频视频桥接数据流可根据复数个参数被定义，例如来源节点、目的地节点、尺寸、期间、类型(例如高优先次序等级A(high priority class-A)或低优先次序等级B(lowpriority class-B))及期限。也就是说，具有尺寸及类型的数据被周期性地传送，以及在每次传送时，可能需要在期限之前抵达目的地节点。
图2为本发明实施例一中央网络控制器20的示意图。中央网络控制器20可为图1中的中央网络控制器120。中央网络控制器20可包含有至少一处理电路200、至少一存储装置210以及至少一通信接口装置220。至少一处理电路200可包含有一微处理器或一特定应用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)。至少一存储装置210可包含有任一数据存储装置，用来存储程序代码214，至少一处理电路200可透过至少一存储装置210读取及执行程序代码214。举例来说，至少一存储装置210可包含有用户识别模块(Subscriber Identity Module，SIM)、只读式内存(Read-Only Memory，ROM)、闪存(FlashMemory)、随机存取内存(Random-Access Memory，RAM)、光盘只读存储器(CD-ROM/DVD-ROM/BD-ROM)、磁带(magnetic tape)、硬盘(hard disk)、光学数据存储装置(optical datastorage device)、非挥发性存储装置(non-volatile storage device)、非瞬时计算机可读取介质(non-transitory computer-readable medium)(例如具体媒体(tangiblemedia))等，而不限于此。至少一通信接口装置220可包含有一无线收发器，其是根据至少一处理电路200的处理结果，用来传送及接收信号(例如数据、信号、信息及/或封包)。
图3为本发明实施例一时间敏感网络的一网络拓朴30的示意图。网络拓朴30包含有被实体链路连接的十个终端装置ED1～ED10及四个网桥BR1～BR4。实体链路分别具有对应的带宽容量(bandwidth capacities)。此外，网络拓朴30可被模拟为图(例如有向图(directed-graph))，终端装置ED1～ED10及网桥BR1～BR4可被模拟为图的顶点(vertices)，以及实体链路可被仿真为图的边(edges)。需注意的是，终端装置的数量、网桥的数量，以及连接方式不限于此。
在图3中，从终端装置ED1到终端装置ED6有三条路径，即{ED1、BR1、BR2、BR4、ED6}、{ED1、BR1、BR3、BR4、ED6}及{ED1、BR1、BR4、ED6}。举例来说，当数据流的来源节点及目的地节点分别为终端装置ED1及ED6时，数据流可透过路径{ED1、BR1、BR2、BR4、ED6}被传送。
端到端通信的建立(establishment)简略地陈述如下。在时间敏感网络运作前(即时间敏感网络为脱机(offline))，数据流的来源节点向集中式用户组态传送数据流的具有需求的请求(例如延迟(latency)需求、服务质量(Quality of Service，QoS)需求)，以及集中式用户组态将请求转发到中央网络控制器。
在从集中式用户组态接收请求后，中央网络控制器决定用于数据流的路由路径及时间排程以满足数据流的需求。中央网络控制器设定网桥，以及通知集中式用户组态。接着，集中式用户组态根据通知设定来源节点。需注意的是，若中央网络控制器未成功地决定路由路径及时间排程，中央网络控制器可向集中式用户组态通知错误(error)。
当时间敏感网络运作时(即时间敏感网络为上线(online))，根据时间排程，透过路由路径，数据流从来源节点被传送到数据流的目的地节点。
需注意的是，路由路径是在时间敏感网络运作前被决定，故习知技术的路由方法是基于脱机(例如静态(static))的环境。因此，如何在运作时决定数据流的路由路径(例如其他数据流当前(currently)正在被传送在时间敏感网络中)，仍是未知。
图4为本发明实施例一流程40的流程图。流程40可用于一中央网络控制器(例如中央网络控制器120)，用来处理用于时间敏感网络中的数据流的路由路径。流程40可被编译成程序代码，其包含有以下步骤：
步骤400：开始。
步骤402：从一集中式用户组态接收用于在一时间敏感网络中分配一第一数据流的一请求，其中该时间敏感网络包含有一第二数据流。
步骤404：根据该时间敏感网络的一网络拓朴中的复数个链路的第一复数个长度，决定用于该第一数据流的第一复数条候选路径。
步骤406：从该第一复数条候选路径中，选择用于传送该第一数据流的一第一路由路径。
步骤408：在该时间敏感网络中，设定用于该第一数据流的至少一第一网桥，其中该第一路由路径通过该至少一第一网桥。
步骤410：结束。
根据流程40，中央网络控制器从集中式用户组态接收用于在时间敏感网络中分配第一数据流(例如新的/输入数据流)的请求，其中时间敏感网络包含有第二数据流(例如当前正在被传送的当前的/现有的/背景数据流)。根据时间敏感网络的网络拓朴中的复数个链路的第一复数个长度，中央网络控制器决定(例如产生)用于第一数据流的第一复数条候选路径。从第一复数条候选路径中，中央网络控制器选择用于传送第一数据流的第一路由路径。接着，在时间敏感网络中，中央网络控制器设定用于第一数据流的至少一第一网桥，其中第一路由路径通过至少一第一网桥。也就是说，中央网络控制器决定第一复数条候选路径，以及再从第一复数条候选路径中选择用于传送第一数据流的路由路径。换言之，二步骤方法被用来决定用于传送第一数据流的路由路径。因此，如何在运作时决定用于数据流的路由路径的问题被解决。
流程40的实现方式不限于以上所述，以下的实施例可被应用于实现流程40。
在一实施例中，第一复数条候选路径被包含在用于第一数据流的第一复数条路径中。在一实施例中，第一复数条路径为从第一数据流的来源节点到第一数据流的目的地节点的所有路径。
在一实施例中，第一复数条候选路径包含有(例如是)用于第一数据流的复数条最短路径(shortest paths)。在一实施例中，根据最短路径优先(shortest path first，SPF)算法，中央网络控制器决定第一复数条候选路径。在一实施例中，最短路径优先算法为Yen’s算法。
在一实施例中，设定至少一第一网桥的步骤包含有设定(例如控制)至少一第一网桥的复数个优先次序队列(例如闸控制列表分配(GCL assignment))。在一实施例中，根据关联于第一复数条候选路径的复数个带宽容量，中央网络控制器从第一复数条候选路径中选择第一路由路径。在一实施例中，第一复数条候选路径由包含在复数个链路中的第一复数个链路所组成，以及第一复数个链路分别对应复数个带宽容量。
在一实施例中，在选择用于传送第一数据流的第一路由路径后，中央网络控制器决定用于传送第一数据流的时间排程。在一实施例中，若(例如之后)中央网络控制器成功地决定时间排程，中央网络控制器传送接受(accept)信息到集中式用户组态，以响应请求。在一实施例中，接受信息指示第一数据流被成功地排程。在一实施例中，若(例如之后)中央网络控制器成功地决定时间排程，根据时间排程，中央网络控制器设定至少一第一网桥。
在一实施例中，若(例如之后)中央网络控制器未成功地决定时间排程，中央网络控制器传送拒绝(reject)信息到集中式用户组态，以响应请求。在一实施例中，拒绝信息指示第一数据流未被成功地排程。在一实施例中，若(例如之后)中央网络控制器未成功地决定时间排程，中央网络控制器从第一复数条候选路径中选择用于传送第一数据流的第三路由路径。
在一实施例中，在接收请求前，从用于第二数据流的第二复数条候选路径中，中央网络控制器选择用于传送第二数据流的当前的路由路径。也就是说，第二数据流当前正在透过当前的路由路径被传送在时间敏感网络中。在一实施例中，第二复数条候选路径被包含在用于第二数据流的第二复数条路径中。在一实施例中，第二复数条路径为从第二数据流的来源节点到第二数据流的目的地节点的所有路径。在一实施例中，第二复数条候选路径包含有(例如是)用于第二数据流的复数条最短路径。在一实施例中，根据最短路径优先算法，中央网络控制器决定第二复数条候选路径。在一实施例中，最短路径优先算法为Yen’s算法。
在一实施例中，在接收请求后，从第二复数条候选路径中，中央网络控制器选择(例如重新选择)用于传送第二数据流的第二路由路径，以及在时间敏感网络中，中央网络控制器设定用于第二数据流的至少一第二网桥，其中第二路由路径通过至少一第二网桥。在一实施例中，中央网络控制器选择第二路由路径以响应请求。需注意的是，第二路由路径及当前的路由路径可相同或不同。
在一实施例中，第一数据流具有被时间敏感网络支持的第一流量类型。也就是说，第一数据流为时间敏感网络数据流、音频视频桥接数据流或尽力服务数据流。在一实施例中，第二数据流具有被时间敏感网络支持的第二流量类型。需注意的是，第一流量类型及第二流量类型可相同或不同。
图5为本发明实施例一流程50的流程图。流程50可用于一中央网络控制器(例如中央网络控制器120)，用来处理用于时间敏感网络中的数据流的路由路径。流程50可被编译成程序代码，其包含有以下步骤：
步骤500：开始。
步骤502：从一集中式用户组态接收用于在一时间敏感网络中分配一第一数据流的一请求，其中该时间敏感网络包含有一第二数据流。
步骤504：根据用于该第一数据流的第一复数条路径的第一复数个参数，从该第一复数条路径中，选择一第一路径。
步骤506：根据该第一路径，从该第一复数条路径中，选择一第一暂时路径。
步骤508：更新该第一复数个参数为第一复数个更新的参数。
步骤510：根据该第一复数个更新的参数，从该第一复数条路径中，选择一第二路径。
步骤512：从该第二路径及该第一暂时路径中，选择用于传送该第一数据流的一第一路由路径。
步骤514：在该时间敏感网络中，设定用于该第一数据流的至少一第一网桥，其中该第一路由路径通过该至少一第一网桥。
步骤516：结束。
根据流程50，中央网络控制器从集中式用户组态接收用于在时间敏感网络中分配第一数据流(例如新的/输入数据流)的请求，其中时间敏感网络包含有第二数据流(例如当前正在被传送的当前的/现有的/背景数据流)。根据用于第一数据流的第一复数条路径的(例如对应)第一复数个参数，从第一复数条路径中，中央网络控制器选择第一路径。根据第一路径，从第一复数条路径中，中央网络控制器选择第一暂时路径。中央网络控制器更新第一复数个参数为第一复数个更新的参数。根据第一复数个更新的参数，从第一复数条路径中，中央网络控制器选择第二路径。从第二路径及第一暂时路径中，中央网络控制器选择用于传送第一数据流的第一路由路径。接着，在时间敏感网络中，中央网络控制器设定用于第一数据流的至少一第一网桥，其中第一路由路径通过至少一第一网桥。也就是说，根据复数条路径的复数个更新的参数，用于传送第一数据流的路由路径从复数条路径中被选择。因此，如何在运作时决定用于数据流的路由路径的问题被解决。
流程50的实现方式不限于以上所述，以下的实施例可被应用于实现流程50。
在一实施例中，在选择第一路径前，中央网络控制器初始化(initializes)第一复数个参数为复数个预设数值(default values)。在一实施例中，根据第一路径，中央网络控制器更新第一复数个参数为第一复数个更新的参数。在一实施例中，根据第一路径，更新第一复数个参数的步骤包含有藉由将预先决定的(predetermined)数值乘以第一路径的第一参数来决定乘法，根据第一路径及目标(objective)(例如成本)函数，决定第一路径的增量(incremental)参数，以及藉由将增量参数增加到乘法来获得第一路径的第一更新的参数。在一实施例中，预先决定的数值为用于蚁群最佳(ant colony optimization，ACO)算法的蒸发系数(evaporation coefficient)。
在一实施例中，根据第一路径及第一复数条路径中的一路径，中央网络控制器选择第一暂时路径。在一实施例中，从第一路径及第一复数条路径中的该路径中，中央网络控制器选择第一暂时路径。在一实施例中，第一复数条路径中的该路径为用于第一数据流的最短路径。在一实施例中，中央网络控制器初始化第一复数条路径中的该路径为最短路径。
在一实施例中，第一复数个参数包含有(例如是)用于蚁群最佳算法的复数个费洛蒙数值(pheromone values)。在一实施例中，在选择第一路径前，中央网络控制器初始化第一复数个参数及第一复数条路径的第二复数个参数。根据第一复数个参数及第二复数个参数，中央网络控制器选择第一路径，以及根据第一复数个更新的参数及第二复数个参数，中央网络控制器选择第二路径。在一实施例中，第二复数个参数包含有(例如是)用于蚁群最佳算法的复数个能见度数值(visibility values)。
在一实施例中，根据第一数据流的第一流量类型，中央网络控制器初始化第二复数个参数。在一实施例中，若第一数据流是时间敏感网络数据流，根据第一复数条路径的复数个跳跃计数(number of hop counts)，中央网络控制器决定第二复数个参数。在一实施例中，复数个跳跃计数反比于第二复数个参数。在一实施例中，若第一数据流是音频视频桥接数据流，根据第一复数条路径的复数个最坏情况的延迟(worst-case delays)，中央网络控制器决定第二复数个参数。在一实施例中，复数个最坏情况的延迟反比于第二复数个参数。
在一实施例中，根据第一复数个转换机率(transition probabilities)，中央网络控制器选择第一路径，以及根据第二复数个转换机率，中央网络控制器选择第二路径，其中第一复数个转换机率根据第一复数个参数及第二复数个参数被决定，以及第二复数个转换机率根据第一复数个更新的参数及第二复数个参数被决定。一路径的转换机率表示从该路径到下一路径的转换。需注意的是，该路径及下一路径可相同或不同。
在一实施例中，从第二路径及第一暂时路径中，选择第一路由路径的步骤包含有若第一数值小于第二数值，选择第二路径作为第一路由路径，其中第一数值根据第二路径及目标函数被决定，以及第二数值根据第一暂时路径及目标函数被决定。从第二路径及第一暂时路径中，选择第一路由路径的步骤包含有若第一数值不小于第二数值，选择第一暂时路径作为第一路由路径。在一实施例中，目标函数包含有至少一目标。在一实施例中，至少一目标包含有最小化不可排程的(non-schedulable)时间敏感网络数据的数量、最小化不可排程的音频视频桥接数据流的数量、最小化被重新路由的(rerouted)数据流，以及最小化音频视频桥接数据流的延迟。需注意的是，根据数据流的最坏情况的延迟及数据流的期限，数据流的可排程性(schedulability)被决定。若最坏情况的延迟不大于期限，数据流为可排程的数据流。若最坏情况的延迟大于期限，数据流为不可排程的数据流。需注意的是，最坏情况的延迟取决于时间敏感网络的时序模型(timing model)。
在一实施例中，第一数据流具有被时间敏感网络支持的第一流量类型。也就是说，第一数据流为时间敏感网络数据流、音频视频桥接数据流或尽力服务数据流。在一实施例中，第二数据流具有被时间敏感网络支持的第二流量类型。需注意的是，第一流量类型及第二流量类型可相同或不同。
在一实施例中，在选择用于传送第一数据流的第一路由路径后，中央网络控制器决定用于传送第一数据流的时间排程。在一实施例中，若(例如之后)中央网络控制器成功地决定时间排程，中央网络控制器传送接受信息到集中式用户组态，以响应请求。在一实施例中，接受信息指示第一数据流被成功地排程。在一实施例中，若(例如之后)中央网络控制器成功地决定时间排程，根据时间排程，中央网络控制器设定至少一第一网桥。
在一实施例中，若(例如之后)中央网络控制器未成功地决定时间排程，中央网络控制器传送拒绝信息到集中式用户组态，以响应请求。在一实施例中，拒绝信息指示第一数据流未被成功地排程。在一实施例中，若(例如之后)中央网络控制器未成功地决定时间排程，中央网络控制器从第一复数条路径中选择用于传送第一数据流的第三路由路径。
在一实施例中，在接收请求前，从用于第二数据流的第二复数条路径中，中央网络控制器选择用于传送第二数据流的当前的路由路径。也就是说，第二数据流当前正在透过当前的路由路径被传送在时间敏感网络中。
在一实施例中，在接收请求后，根据第二复数条路径的第三复数个参数，从第二复数条路径中，中央网络控制器选择(例如重新选择)第三路径。根据第三路径，从第二复数条路径中，中央网络控制器选择第二暂时路径。中央网络控制器更新第三复数个参数为第三复数个更新的参数。根据第三复数个更新的参数，从第二复数条路径中，中央网络控制器选择第四路径。从第四路径及第二暂时路径中，中央网络控制器选择用于传送第二数据流的第二路由路径。接着，在时间敏感网络中，中央网络控制器设定用于第二数据流的至少一第二网桥，其中第二路由路径通过至少一第二网桥。在一实施例中，第二路由路径及当前的路由路径可相同或不同。在一实施例中，中央网络控制器选择第三路径以响应请求。
在一实施例中，在接收请求前，第二复数条路径具有复数个先前参数。在一实施例中，在选择第三路径前，中央网络控制器初始化第三复数个参数为复数个先前参数。在一实施例中，根据第三路径，中央网络控制器更新第三复数个参数为第三复数个更新的参数。在一实施例中，在选择第一路径及第三路径后，中央网络控制器更新第一复数个参数及第三复数个参数。在一实施例中，在更新第一复数个参数及第三复数个参数后，中央网络控制器选择第二路径及第四路径。
在一实施例中，根据第三路径及第二复数条路径中的一路径，中央网络控制器选择第二暂时路径。在一实施例中，从第三路径及第二复数条路径中的该路径中，中央网络控制器选择第二暂时路径。在一实施例中，第二复数条路径中的该路径为当前的路由路径。在一实施例中，中央网络控制器初始化第二复数条路径中的该路径为当前的路由路径。
在一实施例中，第三复数个参数包含有(例如是)用于蚁群最佳算法的复数个费洛蒙数值。在一实施例中，在选择第三路径前，中央网络控制器初始化第三复数个参数及第二复数条路径的第四复数个参数。根据第三复数个参数及第四复数个参数，中央网络控制器选择第三路径，以及根据第三复数个更新的参数及第四复数个参数，中央网络控制器选择第四路径。在一实施例中，根据第三复数个转换机率，中央网络控制器选择第三路径，以及根据第四复数个转换机率，中央网络控制器选择第四路径，其中第三复数个转换机率根据第三复数个参数及第四复数个参数被决定，以及第四复数个转换机率根据第三复数个更新的参数及第四复数个参数被决定。在一实施例中，第四复数个参数包含有(例如是)用于蚁群最佳算法的复数个能见度数值。
在一实施例中，根据第二数据流的第二流量类型，中央网络控制器初始化第四复数个参数。在一实施例中，若第二数据流为时间敏感网络数据流，根据第二复数条路径的复数个跳跃计数，中央网络控制器决定第四复数个参数。在一实施例中，复数个跳跃计数反比于第四复数个参数。在一实施例中，若第二数据流为音频视频桥接数据流，根据第二复数条路径的复数个最坏情况的延迟，中央网络控制器决定第四复数个参数。在一实施例中，复数个最坏情况的延迟反比于第四复数个参数。
在一实施例中，根据第二复数个路径的复数个乘法数值，中央网络控制器初始化第四复数个参数。需注意的是，选择路径的机率可取决于路径的乘法数值。在一实施例中，复数个乘法数值正比于第四复数个参数。在一实施例中，当前的路由路径的乘法数值大于第二复数个路径中的其余的路径的复数个乘法数值中的其余的数值。也就是说，中央网络控制器偏好(prefer)当前的路由路径而不是重新路由的路径，以避免重新路由的负荷(rerouting overhead)(例如闸控制列表重新分配)。
在一实施例中，从第四路径及第二暂时路径中，选择第二路由路径的步骤包含有若第三数值小于第四数值，选择第四路径作为第二路由路径，其中第三数值根据第四路径及目标(例如成本)函数被决定，以及第四数值根据第二暂时路径及目标函数被决定。从第四路径及第二暂时路径中，选择第二路由路径的步骤包含有若第三数值不小于第四数值，选择第二暂时路径作为第一路由路径。在一实施例中，在选择第二路径及第四路径后，中央网络控制器选择第一路由路径及第二路由路径。
根据以上陈述，可以获得用于决定新的数据流及当前的数据流的路由路径的伪代码(pseudo code)的一实施例，如下所示。需注意的是，有用于当前的数据流的当前的路由路径、用于当前的数据流的候选路径及候选路径的先前费洛蒙数值。
for(k＝1:|S∪S′|)
if(λk∈S)
根据YensAlgo(G,S,Z)，决定CandRP[λk][z]。
初始化Phero[λk][z]为1，
Figure BDA0002947426880000181
初始化πk为SP(λk)。
if(λk∈S′)
决定CandRP′[λk][z]作为CandRP[λk][z]。
初始化Phero[λk][z]为Phero′[λk][z]，
Figure BDA0002947426880000191
初始化πk为
Figure BDA0002947426880000192
end for
for(k＝1:|S∪S′|)
for(z＝1:Z)
决定1作为mult。
if((λk∈S′)及
Figure BDA0002947426880000193
)
决定Preference作为mult。
end if
if(λk∈STSN∪S′TSN)
决定
Figure BDA0002947426880000194
作为VB[λk][z]。
else
决定
Figure BDA0002947426880000195
作为VB[λk][z]。
end if
end for
end for
while(t≤T)do
for(k＝1:|S∪S′|)
决定
Figure BDA0002947426880000196
作为Prob(CandRP[λk][[z])，
Figure BDA0002947426880000197
根据Prob(CandRP[λk][[z])，从CandRP[λk][[z]中，选择
Figure BDA0002947426880000198
end for
for(k＝1:|S∪S′|)
for(z＝1:Z)
更新Phero[λk][z]为ρ×Phero[λk][z]。
if
Figure BDA0002947426880000201
更新Phero[λk][z]为
Figure BDA0002947426880000202
end for
end for
if(
Figure BDA0002947426880000203
＜Cost(G,S,S′,Π))
决定
Figure BDA0002947426880000204
作为Π。
end while
输出Π。
详细来说，G表示时间敏感网络的网络拓朴的图、S表示所有新的数据流、S′表示所有当前的数据流，以及|S∪S′|表示所有数据流的数量。λk表示第k个数据流、SP(λk)表示用于第k个数据流的最短路径、Z表示用于第k个数据流的候选路径的数量，以及CandRP[λk][z]表示用于第k个数据流的第z条候选路径。STSN表示包含在新的数据流中的所有时间敏感网络数据流，以及S′TSN表示包含在当前的数据流中的所有时间敏感网络数据流。SAVB表示包含在新的数据流中的所有音频视频桥接数据流，以及S′AVB表示包含在当前的数据流中的所有音频视频桥接数据流。需注意的是，新的数据流可为时间敏感网络数据流或音频视频桥接数据流，以及当前的数据流可为时间敏感网络数据流或音频视频桥接数据流，但不限于此。
πk表示用于第k个数据流的路由路径，以及Π表示用于所有数据流的所有路由路径。
Figure BDA0002947426880000211
表示用于第k个数据流的暂时路径，以及
Figure BDA0002947426880000212
表示用于所有数据流的所有暂时路由路径。
Figure BDA0002947426880000213
表示当前的路由路径，以及Π′表示所有当前的路由路径。CandRP′[λk][z]表示第z条当前的候选路径。t表示计算时间，以及T表示最大时间(例如10毫秒(ms))。YensAlgo(·)表示Yen’s算法。
此外，Phero[λk][z]及VB[λk][z]分别表示用于第k个数据流的第z条候选路径的费洛蒙数值及能见度数值。Phero′[λk][z]表示第z条候选路径的先前的费洛蒙数值。ρ表示业者或用户提供的蒸发系数。“mult”表示乘法数值。“Preference”表示业者或用户提供的偏好数值。Prob(CandRP[λk][[z])、HOP(CandRP[λk][[z])及WCD(G,S,S′,Π′,CandRP[λk][[z])分别表示用于第k个数据流的第z条候选路径的转换机率、跳跃计数及最坏情况的延迟。Cost(·)表示目标函数，其被表达如下：
Cost(·)＝W1O1+W2O2+W3O3+W4O4 (式1)
其中O1、O2、O3及O4分别表示用于最小化不可排程的时间敏感网络数据流的数量的目标、用于最小化不可排程的音频视频桥接数据流的数量的目标、用于最小化被重新路由的数据流的数量的目标及用于最小化音频视频桥接数据流的延迟的目标。W1、W2、W3及W4分别表示O1、O2、O3及O4的对应权重数值，其被定义如下：
W1＞|SAVB∪S′AVB|×W2, (式2)
W2＞|S′|×W3, (式3)
Figure BDA0002947426880000214
W4＝1, (式5)
其中Dk表示λk的期限。
根据以上陈述，处理用于时间敏感网络中的数据流的路由路径的一实施例陈述如下。时间敏感网络的时间敏感网络拓朴及图3中的时间敏感网络拓朴30是相同的。中央网络控制器接收用于在时间敏感网络中分配新的数据流λ1～λ2的请求，其中时间敏感网络包含有当前的数据流λ3～λ4(例如当前正在分别透过路径{ED1、BR1、BR4、ED6}及{ED1、BR1、BR2、BR4、ED6}被传送)。在本实施例中，新的数据流λ1为音频视频桥接数据流，以及新的数据流λ2为时间敏感网络数据流。数据流λ1～λ4的来源节点分别为终端装置ED1～ED4。数据流λ1～λ4的目的地节点分别为终端装置ED6～ED9。
根据以上陈述，中央网络控制器决定用于新的数据流λ1的两条路径{ED1、BR1、BR2、BR4、ED6}及{ED1、BR1、BR4、ED6}作为用于新的数据流λ1的候选路径。中央网络控制器决定用于新的数据流λ2的两条路径{ED1、BR1、BR3、BR4，ED6}及{ED1、BR1、BR4、ED6}作为用于新的数据流λ2的候选路径。需注意的是，用于数据流λ1～λ2的候选路径的数量相同，但不限于此。
根据以上陈述，路径{ED1、BR1、BR2、BR4、ED6}及{ED1、BR1、BR4、ED6}具有费洛蒙数值。在本实施例中，根据路径{ED1、BR1、BR4、ED6}的费洛蒙数值决定的转换机率高于根据路径{ED1、BR1、BR2、BR4、ED6}的费洛蒙数值决定的转换机率，以及中央网络控制器选择{ED1、BR1、BR4、ED6}作为用于新的数据流λ1的暂时路径。相似地，路径{ED1、BR1、BR3、BR4、ED6}及{ED1、BR1、BR4、ED6}具有费洛蒙数值。在本实施例中，根据路径{ED1、BR1、BR4、ED6}的费洛蒙数值决定的转换机率高于根据路径{ED1、BR1、BR3、BR4、ED6}的费洛蒙数值决定的转换机率，以及中央网络控制器选择{ED1、BR1、BR4、ED6}作为用于新的数据流λ2的暂时路径。接着，中央网络控制器更新费洛蒙数值为更新的费洛蒙数值。
在本实施例中，根据路径{ED1、BR1、BR2、BR4、ED6}的更新的费洛蒙数值决定的转换机率高于根据路径{ED1、BR1、BR4、ED6}的更新的费洛蒙数值决定的转换机率，以及中央网络控制器选择路径{ED1、BR1、BR2、BR4、ED6}。根据路径{ED1、BR1、BR2、BR4、ED6}决定的数值小于根据用于新的数据流λ1的暂时路径{ED1、BR1、BR4、ED6}决定的数值，以及中央网络控制器选择路径{ED1、BR1、BR2、BR4、ED6}作为用于传送新的数据流λ1的路由路径π1。
此外，根据路径{ED1、BR1、BR3、BR4、ED6}的更新的费洛蒙数值决定的转换机率高于根据路径{ED1、BR1、BR4、ED6}的更新的费洛蒙数值决定的转换机率，以及中央网络控制器选择路径{ED1、BR1、BR3、BR4、ED6}。根据路径{ED1、BR1、BR3、BR4、ED6}决定的数值小于根据用于新的数据流λ2的暂时路径{ED1、BR1、BR4、ED6}决定的数值，以及中央网络控制器选择路径{ED1、BR1、BR3、BR4、ED6}作为用于传送新的数据流λ2的路由路径π2。
接着，中央网络控制器设定用于新的数据流λ1的网桥BR1、BR2及BR4，以及设定用于新的数据流λ2的网桥BR1、BR3及BR4。也就是说，当当前数据流λ3～λ4当前正在被传送在时间敏感网中时，中央网络控制器决定用于传送新的数据流λ1～λ2的路由路径。换言之，用于新的数据流λ1～λ2的路由路径在运作时被决定。
上述运作中所描述的“决定”可被替换成“计算(compute)”、“计算(calculate)”、“获得”、“产生”、“输出”、“使用”、“选择(choose/select)”、“决定(decide)”等运作。上述运作中的“根据(according to)”可被替换成“以响应(in response to)”。上述描述所使用的“关联于”可被替换成“的(of)”或“对应于(corresponding to)”。上述描述所使用的“透过(via)”可被替换成“在(on)”、“在(in)”或“在(at)”。
本领域具通常知识者当可依本发明的精神加以结合、修饰或变化以上所述的实施例，而不限于此。前述的陈述、步骤及/或流程(包含建议步骤)可透过装置实现，装置可为硬件、软件、韧体(为硬件装置与计算机指令与数据的结合，且计算机指令与数据属于硬件装置上的只读软件)、电子系统、或上述装置的组合，其中装置可为通信装置20。
硬件可为模拟电路、数字电路及/或混合式电路。例如，硬件可为特定应用集成电路、现场可程序逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、可程序化逻辑组件(programmable logic device)、耦接的硬件组件，或上述硬件的组合。在其他实施例中，硬件可为通用处理器(general-purpose processor)、微处理器、控制器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，或上述硬件的组合。
软件可为程序代码的组合、指令的组合及/或函数(功能)的组合，其存储于一存储单元中，例如一计算机可读取介质(computer-readable medium)。举例来说，计算机可读取介质可为用户识别模块、只读式内存、闪存、随机存取内存、光盘只读存储器(CD-ROM/DVD-ROM/BD-ROM)、磁带、硬盘、光学数据存储装置、非挥发性存储单元(non-volatile storageunit)，或上述组件的组合。计算机可读取介质(如存储单元)可以内建地方式耦接于至少一处理器(如与计算机可读取介质整合的处理器)或以外接地方式耦接于至少一处理器(如与计算机可读取介质独立的处理器)。上述至少一处理器可包含有一或多个模块，以执行计算机可读取介质所存储的软件。程序代码的组合、指令的组合及/或函数(功能)的组合可使至少一处理器、一或多个模块、硬件及/或电子系统执行相关的步骤。
电子系统可为系统单芯片(system on chip，SoC)、系统级封装(system inpackage，SiP)、嵌入式计算机(computer on module，CoM)、计算机可程序产品、装置、移动电话、笔记本电脑、平板计算机、电子书、便携计算机系统，以及通信装置20。
根据以上所述，本发明提供一种装置及方法，用来处理用于时间敏感网络中的数据流的路由路径。中央网络控制器所执行的运作被定义。因此，如何在运作时决定用于数据流的路由路径的问题被解决。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【符号说明】
10:时间敏感网络
110:集中式用户组态
120:中央网络控制器
100、102:终端装置
130、132:网桥
20:中央网络控制器
200:至少一处理电路
210:至少一存储装置
214:程序代码
220:至少一通信接口装置
30:时间敏感网络的网络拓朴
BR1、BR2、BR3、BR4:网桥
ED1、ED2、ED3、ED4、ED5、ED6、ED7、ED8、ED9、ED10:终端装置
40、50:流程
400、402、404、406、408、410、500、502、504、506、508、510、512、514、516:步骤

Claims (14)

1.一种中央网络控制器，用来处理用于时间敏感网络中的数据流的路由路径，包含有：
至少一存储装置；以及
至少一处理电路，耦接于该至少一存储装置，其中该至少一存储装置存储指令，以及该至少一处理电路被设定以执行以下该指令：
从一集中式用户组态接收用于在一时间敏感网络中分配一第一数据流的一请求，其中该时间敏感网络包含有一第二数据流；
根据该时间敏感网络的一网络拓朴中的复数个链路的第一复数个长度，决定用于该第一数据流的第一复数条候选路径；
从该第一复数条候选路径中，选择用于传送该第一数据流的一第一路由路径；以及
在该时间敏感网络中，设定用于该第一数据流的至少一第一网桥，其中该第一路由路径通过该至少一第一网桥；
其中该中央网络控制器另包含有：
在接收该请求后，从第二复数条候选路径中，选择用于传送该第二数据流的一第二路由路径；以及
在该时间敏感网络中，设定用于该第二数据流的至少一第二网桥，其中该第二路由路径通过该至少一第二网桥。
2.如权利要求1所述的中央网络控制器，其中该第一复数条候选路径包含有用于该第一数据流的复数条最短路径。
3.如权利要求1所述的中央网络控制器，其中根据一最短路径优先算法，该中央网络控制器决定该第一复数条候选路径。
4.如权利要求1所述的中央网络控制器，另包含有：
在接收该请求前，从用于该第二数据流的该第二复数条候选路径中，选择用于传送该第二数据流的一当前路由路径。
5.如权利要求1所述的中央网络控制器，其中该第一数据流具有被该时间敏感网络支持的一第一流量类型。
6.一种中央网络控制器，用来处理用于时间敏感网络中的数据流的路由路径，包含有：
至少一存储装置；以及
至少一处理电路，耦接于该至少一存储装置，其中该至少一存储装置存储指令，以及该至少一处理电路被设定以执行以下该指令：
从一集中式用户组态接收用于在一时间敏感网络中分配一第一数据流的一请求，其中该时间敏感网络包含有一第二数据流；
根据用于该第一数据流的第一复数条路径的第一复数个参数，从该第一复数条路径中，选择一第一路径；
根据该第一路径，从该第一复数条路径中，选择一第一暂时路径；
更新该第一复数个参数为第一复数个更新的参数；
根据该第一复数个更新的参数，从该第一复数条路径中，选择一第二路径；
从该第二路径及该第一暂时路径中，选择用于传送该第一数据流的一第一路由路径；以及
在该时间敏感网络中，设定用于该第一数据流的至少一第一网桥，其中该第一路由路径通过该至少一第一网桥。
7.如权利要求6所述的中央网络控制器，其中根据该第一路径，该中央网络控制器更新该第一复数个参数为该第一复数个更新的参数。
8.如权利要求6所述的中央网络控制器，其中根据该第一路径及该第一复数条路径中的一路径，该中央网络控制器选择该第一暂时路径。
9.如权利要求8所述的中央网络控制器，其中该第一复数条路径中的该路径是用于该第一数据流的一最短路径。
10.如权利要求6所述的中央网络控制器，其中该第一复数个参数包含有用于一蚁群最佳算法的复数个费洛蒙数值。
11.如权利要求6所述的中央网络控制器，另包含有：
在选择该第一路径前，初始化该第一复数个参数及该第一复数条路径的第二复数个参数；
根据该第一复数个参数及该第二复数个参数，选择该第一路径；以及
根据该第一复数个更新的参数及该第二复数个参数，选择该第二路径。
12.如权利要求11所述的中央网络控制器，其中该第二复数个参数包含有用于一蚁群最佳算法的复数个能见度数值。
13.如权利要求6所述的中央网络控制器，其中从该第二路径及该第一暂时路径中，选择该第一路由路径的该步骤包含有：
若根据该第二路径及一目标函数决定的一第一数值小于根据该第一暂时路径及该目标函数决定的一第二数值，选择该第二路径作为该第一路由路径；以及
若该第一数值不小于该第二数值，选择该第一暂时路径作为该第一路由路径。
14.如权利要求6所述的中央网络控制器，其中该第一数据流具有被该时间敏感网络支持的一第一流量类型。
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