CN113472570B - 一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，属于电力通信技术领域。本发明的目的是提供一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法。本发明基于匹配理论和QoS感知的流量调度算法，以实现电力通信前传网流量调度优化，本发明依据IEEE 802.1Qbv标准提出了基于门控制的前传网流量调度模型，并开发了一种灵活、低复杂度和高效的流量调度算法，大幅缓解前传网流量转发压力，本发明利用TSN的超低时延、可控传输、灵活扩展等优势，提升电力通信专网的业务承载和服务保障能力，满足电力通信业务的确定性时延保障需求，本发明对多种类别电力通信业务进行合理的优先级划分，并优先保证高优先级业务数据传输，满足关键业务的精细化QoS保障需求。

Description

一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法

技术领域

本发明涉及一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，属于电力通信技术领域。

背景技术

目前，电力通信网是以电力系统为主要服务对象的专用通信网，是为电力行业提供保障的重要基础设施。随着电力物联网、智能电网建设的广泛推进，用于数据采集的海量终端设备分布广泛，且电力通信业务数据无论从规模上还是种类上都呈爆炸式增长，给电力通信前传网数据调度带来了巨大的压力。面向电力通信前传网的流量调度研究吸引了海内外众多学者的广泛关注，但现有研究多针对公网场景中单一类型数据进行流量调度，存在灵活性差、丢包率高、端到端时延难以保证、算法复杂等问题，无法与电力通信场景完全适配。因此，电力通信前传网流量调度问题仍面临如下挑战：

1)传统的前传网流量调度模型执行复杂度高、调度灵活性差，难以胜任前传网的流量调度需求。因此，亟需开发一种灵活的前传网调度模型与低复杂度的调度算法以适应大规模数据接入的电力通信场景。

2)不同于传统“尽力而为”的网络架构，“三型两网”战略所提出的新一代电力通信前传网在确定性服务保障方面提出了更高要求，这就需要设计合理的前传网流量调度方案，满足电力通信业务的超低确定性时延需求。

3)电力通信业务种类繁多，不同业务对服务质量(QoS,quality of service)的需求不尽相同。因此，在前传网流量调度时，如何对承载的多种类别电力通信业务实现合理的优先级划分，并优先保证高优先级业务数据传输同样面临挑战。

时延敏感网络(TSN,time sensitive networking)提供了一种解决方案。该技术基于以太网协议建立通用的时间敏感机制，以确保业务数据传输的时间确定性，并具有精准的流量调度能力，能够实现多种电力业务数据流量的共网高质量传输。因此，本发明提出了一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，以提升网络整体效用。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：随着电力通信接入网网络规模的扩展及终端设备的不断增多，电力通信业务数据无论从规模上还是种类上都呈爆炸式增长，导致前传网发生网络拥塞的概率极大增加，为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法。本发明基于匹配理论和QoS感知的流量调度算法，以实现电力通信前传网流量调度优化，本发明依据IEEE 802.1Qbv标准提出了基于门控制的前传网流量调度模型，并开发了一种灵活、低复杂度和高效的流量调度算法，大幅缓解前传网流量转发压力，本发明利用TSN的超低时延、可控传输、灵活扩展等优势，提升电力通信专网的业务承载和服务保障能力，满足电力通信业务的确定性时延保障需求，本发明对多种类别电力通信业务进行合理的优先级划分，并优先保证高优先级业务数据传输，满足关键业务的精细化QoS保障需求。

本发明的一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，具体步骤为：

S1、构建系统模型

(1)电力通信前传网模型的构建：首先将大量电力数据采集终端遍布电力系统，并通过有线或无线的方式将其传输至附近的基站/AAU完成封装打包；

(2)基于传输门控制的流量调度模型的构建：根据IEEE 802.1Qbv标准，基于传输门控制的流量调度模型，该模型融合软件定义网络体系结构，即控制平面与数据平面相互分离，TSN控制器可感知进入网络的业务数据情况，并通过下发门控制列表的方式实现传输门的开闭控制；

(3)业务数据转发时延模型的构建：数据包m从到达TSN交换机到完成传输所需的业务数据总转发时延主要包括三部分，即数据包m在缓存器中的缓存时延τ^C、数据包m离开缓存器后在总线上串行传输时的传输时延和排队时延/>被表示为

其中，定义缓存时延τ^C为每个数据包到达节点时与缓存完成时的时间间隔，忽略数据包大小的影响，该时延主要取决于缓存器的硬件条件，因此，该部分时延大小固定。传输时延由数据包m的大小D_m以及总线支持的传输速率λ决定，即/>数据包m占据虚拟传输位置n时的排队时延为

S2、优化问题建模与转化

(1)优化问题建模：针对电力通信前传网络中的流量调度问题，本发明考虑不同电力通信业务的优先级，定义数据包m占据虚拟传输位置n时的效用函数U_m,n，以优化业务数据总转发时延，其表达式为

U_m,n＝α_m/τ_m,n

其中，α_m表示不同电力业务数据的调度优先级，优先级越高，即α_m越大，该业务数据包转发时排列靠前的可能性越大；

(2)优化问题转化：将问题P1转化为电力业务数据包与VTP之间的一对一匹配问题，通过不断的交换迭代实现双向稳定匹配关系的建立，使网络整体效用最大，并定义一对一匹配函数θ的以下相关属性：

1)且/>

2)且/>

3)

S3、基于匹配理论和QoS感知的流量调度算法

基于匹配理论和QoS感知的流量调度算法，即MQFS算法的具体步骤如下：

1)初始化阶段：对满足P1中所有约束条件的数据包和VTP之间进行随机匹配，随后每个数据包根据VTP位置的排列关系建立偏好列表；

2)交换匹配阶段：当前已与VTPn建立匹配关系的每个数据包m向其偏好列表中排名最高的VTPl发起匹配请求，对于与VTPl匹配的数据包m，如果新的交换匹配函数且满足P1中所有约束，则用新的匹配/>替换原始匹配θ，否则，θ保持不变，数据包m将VTPl移动至偏好列表的最后且不会向它发起交换请求。重复该过程直至完成所有的交换匹配；

3)匹配结果转化阶段：根据交换匹配的最终匹配结果更新数据包m与VTPn的最终索引关系矩阵{φ_m,n}，TSN控制器根据匹配结果依次打开传输门，使所有的数据包按顺序通过，完成当前所有数据包转发后，进入下一调度周期。

进一步的，S1步骤(1)中所述基站/AAU搭载有TSN交换机，负责将汇聚到的数据包通过前传网传输至BBU池进行进一步的处理转发，并采用集中控制的方法，基于TSN交换机实现电力通信前传网的流量调度。

进一步的，S1步骤(2)中所述传输门与交换机的每个入口相关联，当门开启时，数据包被允许通过，否则将会被阻止，进而实现对多个数据流的准确控制，以达到时延可控的目的，此外，当数据包在总线中串行传输时，不同数据包之间存在一段保护带，其不具有业务数据传输功能，能够避免不同数据包之间的混叠，并便于接收端将携带不同业务信息的数据包分割开来。

进一步的，S1步骤(3)中所述排队时延具体如下所述：

在数据包调度过程中，TSN控制器单次只能打开一个传输门，并且两个门开启之间存在一段固有的调度时间以防止不同数据包发生冲突，此部分时延被称为保护时延，定义为τ^P，此外，由于数据包进入总线后会产生新的排序关系，为便于表达，引入虚拟传输位置的概念，被定义为集合且满足N＝M，即虚拟传输位置的数量等于总数据包数，以索引关系矩阵Φ_m,n＝{φ_m,n}表示调度前后的数据包对应关系，其中φ_m,n＝{0,1}，当φ_m,n＝1时，表示数据包m经TSN控制器调度后占据虚拟位置n，否则φ_m,n＝0，此外流量调度系统是无丢包的，且不会发生混叠现象，即满足

因此，数据包m占据虚拟传输位置n时的排队时延为

此外，将业务优先级纳入考量范围，优先保证关键业务数据及时送达，维护电网的安全稳定运行，假设所有数据包中共有K个控制类业务数据包，用集合表示，且满足K≤M，其单次转发的时延约束为

其中，τ_k,n表示控制类业务数据包k占据虚拟传输位置n时的总转发时延，τ_k,max表示对应的最大容忍转发时延边界。

进一步的，S2步骤(1)中优化目标为在每个调度周期最大化电力通信前传网的整体效用，被表示为

其中，C₁表示每个数据包都对应一个VTP，即该系统是无丢包的；C₂表示每个VTP都只能被一个数据包占据，即不会发生混叠现象；C₃为控制类业务数据包的单次转发时延约束。

进一步的，S2步骤(2)中定义数据包m和整体网络对不同匹配关系的效用函数分别为

γ_m(n)＝U_m,n

然而，该效用值的大小会受到其他匹配结果的影响，即当一个较大的数据包由较后的VTP调整到更靠前的VTP时，在其之后的所有数据包转发时延都会对应增加。

进一步的，S2步骤(2)中属性1)和2)分别对应于约束条件C₁和约束条件C₂，属性3)表示该匹配关系中数据包和VTP是一一对应的，其次，数据包根据VTP的位置建立偏好列表，VTP位置越靠前，在偏好列表中的排序也越靠前。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明基于匹配理论和QoS感知的流量调度算法，以实现电力通信前传网流量调度优化，本发明依据IEEE 802.1Qbv标准提出了基于门控制的前传网流量调度模型，并开发了一种灵活、低复杂度和高效的流量调度算法，大幅缓解前传网流量转发压力，本发明利用TSN的超低时延、可控传输、灵活扩展等优势，提升电力通信专网的业务承载和服务保障能力，满足电力通信业务的确定性时延保障需求，本发明对多种类别电力通信业务进行合理的优先级划分，并优先保证高优先级业务数据传输，满足关键业务的精细化QoS保障需求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明基于传输门控制的流量调度模型；

图2是本发明不同算法下网络整体效用随业务数据包数量的变化情况；

图3是本发明MQFS算法平均时延性能随业务数据包数量的变化情况；

图4是本发明MQFS算法最大时延性能随业务数据包数量的变化情况。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明所述的一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，基于匹配理论和QoS感知的流量调度算法(MQFS,matching-based QoS-aware flow schedulingalgorithm)，以实现电力通信前传网流量调度优化，具体如下所述：

1.构建系统模型

(1)电力通信前传网模型

电力通信前传网是底层网络与上层数据交互及业务响应的重要桥梁，随着5G集中式无线接入网(C-RAN,centralized radio access network)的快速发展，前传网的概念深入人心，成为连接基站/有源天线处理单元(AAU,active antenna unit)与基带处理单元(BBU,base band unit)池的纽带。在本发明所考虑的电力通信前传网模型中，大量电力数据采集终端遍布电力系统各个场景，用于采集电力设备运行数据及网络状态信息，并通过有线或无线的方式将其传输至附近的基站/AAU完成封装打包。基站/AAU搭载有TSN交换机，负责将汇聚到的数据包通过前传网传输至BBU池进行进一步的处理转发。此外，本发明采用集中控制的方法，基于TSN交换机实现电力通信前传网的流量调度。假设单个TSN交换机共负责接入网中M个数据采集终端所采集的业务数据流量调度，为简便起见，在单个调度周期开始时，共有来自于不同数据采集终端的M个数据包同时进入TSN交换机，其集合为这些数据包经过调度后转入总线以串行方式传输。当所有的数据包完成转发后，下一个调度周期开始。

(2)基于传输门控制的流量调度模型

参见图1，根据IEEE 802.1Qbv标准，基于传输门控制的流量调度模型如图1所示，该模型融合软件定义网络(SDN,software defined networking)体系结构，即控制平面与数据平面相互分离，TSN控制器可感知进入网络的业务数据情况，并通过下发门控制列表(GCL,gate control list)的方式实现传输门的开闭控制。传输门与交换机的每个入口相关联，当门开启时，数据包被允许通过，否则将会被阻止，进而实现对多个数据流的准确控制，以达到时延可控的目的。此外，当数据包在总线中串行传输时，不同数据包之间存在一段保护带，其不具有业务数据传输功能，能够避免不同数据包之间的混叠，并便于接收端将携带不同业务信息的数据包分割开来。

(3)业务数据转发时延模型

数据包m从到达TSN交换机到完成传输所需的业务数据总转发时延主要包括三部分，即数据包m在缓存器中的缓存时延τ^C、数据包m离开缓存器后在总线上串行传输时的传输时延和排队时延/>被表示为

其中，定义缓存时延τ^C为每个数据包到达节点时与缓存完成时的时间间隔，忽略数据包大小的影响，该时延主要取决于缓存器的硬件条件，因此，该部分时延大小固定。传输时延由数据包m的大小D_m以及总线支持的传输速率λ决定，即/>排队时延具体如下所述。

在数据包调度过程中，TSN控制器单次只能打开一个传输门，并且两个门开启之间存在一段固有的调度时间以防止不同数据包发生冲突，此部分时延被称为保护时延，定义为τ^P。此外，由于数据包进入总线后会产生新的排序关系，为便于表达，本发明引入虚拟传输位置(VTP,transmission position)的概念，被定义为集合且满足N＝M，即虚拟传输位置的数量等于总数据包数。以索引关系矩阵Φ_m,n＝{φ_m,n}表示调度前后的数据包对应关系，其中φ_m,n＝{0,1}，当φ_m,n＝1时，表示数据包m经TSN控制器调度后占据虚拟位置n，否则φ_m,n＝0。本发明所研究的流量调度系统是无丢包的，且不会发生混叠现象，即满足

因此，数据包m占据虚拟传输位置n时的排队时延为

此外，电网中不同的电力业务数据对于时延的要求各异，尤其控制类业务对于时延的要求十分严苛。因此，本发明将业务优先级纳入考量范围，优先保证关键业务数据及时送达，维护电网的安全稳定运行。假设所有数据包中共有K个控制类业务数据包，用集合表示，且满足K≤M，其单次转发的时延约束为

其中，τ_k,n表示控制类业务数据包k占据虚拟传输位置n时的总转发时延，τ_k,max表示对应的最大容忍转发时延边界。

2.优化问题建模与转化

(1)优化问题建模

针对电力通信前传网络中的流量调度问题，本发明考虑不同电力通信业务的优先级，定义数据包m占据虚拟传输位置n时的效用函数U_m,n，以优化业务数据总转发时延，其表达式为

U_m,n＝α_m/τ_m,n

其中，α_m表示不同电力业务数据的调度优先级，优先级越高，即α_m越大，该业务数据包转发时排列靠前的可能性越大。

因此，本发明的优化目标为在每个调度周期最大化电力通信前传网的整体效用，被表示为

其中，C₁表示每个数据包都对应一个VTP，即该系统是无丢包的；C₂表示每个VTP都只能被一个数据包占据，即不会发生混叠现象；C₃为控制类业务数据包的单次转发时延约束。

(2)优化问题转化

由于P1的求解是一个复杂的NP问题，为提供一个高效、低复杂度的解决方案，本发明将问题P1转化为电力业务数据包与VTP之间的一对一匹配问题，通过不断的交换迭代实现双向稳定匹配关系的建立，使网络整体效用最大，并定义了一对一匹配函数θ的以下相关属性：

1)且/>

2)且/>

3)

属性1)和2)分别对应于约束条件C₁和约束条件C₂，属性3)表示表示该匹配关系中数据包和VTP是一一对应的。其次，数据包根据VTP的位置建立偏好列表，VTP位置越靠前，在偏好列表中的排序也越靠前。本发明定义数据包m和整体网络对不同匹配关系的效用函数分别为

γ_m(n)＝U_m,n

然而，该效用值的大小会受到其他匹配结果的影响，即当一个较大的数据包由较后的VTP调整到更靠前的VTP时，在其之后的所有数据包转发时延都会对应增加。这种现象在匹配理论中被称为外部性，会导致匹配结果的不稳定。因此，可采用交换匹配的方式解决流量调度问题，即所有匹配决策都是由数据包与资源块之间的交互得出的。

3.基于匹配理论和QoS感知的流量调度算法

本发明提出的基于匹配理论和QoS感知的流量调度算法，即MQFS算法的具体步骤如下：

1)初始化阶段：对满足P1中所有约束条件的数据包和VTP之间进行随机匹配，随后每个数据包根据VTP位置的排列关系建立偏好列表。

2)交换匹配阶段：当前已与VTPn建立匹配关系的每个数据包m向其偏好列表中排名最高的VTPl发起匹配请求，对于与VTPl匹配的数据包m，如果新的交换匹配函数且满足P1中所有约束，则用新的匹配/>替换原始匹配θ，否则，θ保持不变，数据包m将VTPl移动至偏好列表的最后且不会向它发起交换请求。重复该过程直至完成所有的交换匹配。

3)匹配结果转化阶段：根据交换匹配的最终匹配结果更新数据包m与VTPn的最终索引关系矩阵{φ_m,n}，TSN控制器根据匹配结果依次打开传输门，使所有的数据包按顺序通过，完成当前所有数据包转发后，进入下一调度周期。

仿真实验验证：

本发明对上述提出的MQFS算法，进行了如下的仿真对比实验：

对比算法为严苛优先级流量调度(SPFS,strict priority flow scheduling)算法、高速流量滞后调度(HRSL,higher rate flow scheduled later)算法以及快速流量调度(FFS,fast flow scheduling)算法，其中，SPFS算法规定数据包按照优先级的大小依次传输，同一优先级的数据包按照随机顺序进行传输。HRSL算法规定数据包的数据量越大，在总线上进行传输的排序越靠后。FFS算法以随机的顺序依次开启传输控制门使所有的数据包通过。

本发明采用上述电力通信前传网模型，设定业务数据包的数量在[120-480]随机波动，并规定了四个业务优先级等级(即α_m＝1,2,3,4)，其中仅电力控制类业务数据包的优先级为最高，且其数量占所有业务数据包数量的1/4，其余业务的优先级被随机给定。

参见图2，给出了不同算法下网络整体效用随业务数据包数量的变化情况。可以看出，与SPFS算法、HRSL算法以及FFS算法相比，由于MQFS算法可以将不同优先级业务数据包统筹考虑，从网络整体的角度通过不断的交换迭代来提升网络整体效用，因此将网络整体效用分别提升了8.53％、32.73％、46.75％。

参见图3和图4，给出了MQFS算法时延性能随业务数据包数量的变化情况。可以发现，业务数据优先级越高，时延性能越好。具体来说，高优先级业务数据的平均时延及最大时延性能均处于较低水平，且随着业务数据包数量的增加时延涨幅较小。在最坏情况下，α_m＝4的电力控制类业务数据包转发时延仍未超过规定的延迟约束(即≤20ms)。因此，MQFS算法可以很好地实现业务优先级感知，并优先保障高优先级业务的传输。

本发明面向电力通信的时延敏感前传网，构建海量终端接入场景下的电力通信前传网模型，并依据IEEE 802.1Qbv标准提出基于门控制的前传网流量调度模型，对业务数据包转发时延，为实现电力通信前传网流量调度奠定基础。基于上述系统模型，本发明在考虑业务优先级的基础上，建立最大化网络整体效用的二值变量优化问题，并基于带外部性的匹配理论将其转化为一个业务数据包与虚拟传输位置的匹配关系决策问题。本发明提出了一种基于匹配理论和QoS感知的流量调度算法，通过不断的交换迭代实现业务数据包与虚拟传输位置的双向稳定匹配，有效提升网络整体效用，为解决海量电力通信业务数据并发接入带来的网络拥塞、确定性时延和精细化QoS需求保障问题提供了一种灵活、低复杂度和高效的方案。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，其特征在于具体步骤为：

S1、构建系统模型

(1)电力通信前传网模型的构建：首先将大量电力数据采集终端遍布电力系统，并通过有线或无线的方式将其传输至附近的基站/AAU完成封装打包；

(2)基于传输门控制的流量调度模型的构建：根据IEEE 802.1Qbv标准构建基于传输门控制的流量调度模型，该模型融合软件定义网络体系结构，即控制平面与数据平面相互分离，TSN控制器可感知进入网络的业务数据情况，并通过下发门控制列表的方式实现传输门的开闭控制；

(3)业务数据转发时延模型的构建：数据包m从到达TSN交换机到完成传输所需的业务数据总转发时延主要包括三部分，即数据包m在缓存器中的缓存时延τ^C、数据包m离开缓存器后在总线上串行传输时的传输时延和排队时延/>被表示为

其中，定义缓存时延τ^C为每个数据包到达节点时与缓存完成时的时间间隔，忽略数据包大小的影响，该时延主要取决于缓存器的硬件条件，因此，该部分时延大小固定，传输时延由数据包m的大小D_m以及总线支持的传输速率λ决定，即/>

数据包m占据虚拟传输位置n时的排队时延为

在数据包调度过程中，TSN控制器单次只能打开一个传输门，并且两个门开启之间存在一段固有的调度时间以防止不同数据包发生冲突，此部分时延被称为保护时延，定义为τ^P；

S2、优化问题建模与转化

(1)优化问题建模：针对电力通信前传网络中的流量调度问题，考虑不同电力通信业务的优先级，定义数据包m占据虚拟传输位置n时的效用函数U_m,n，以优化业务数据总转发时延，其表达式为

U_m,n＝α_m/τ_m,n

其中，α_m表示不同电力业务数据的调度优先级，优先级越高，即α_m越大，该业务数据包转发时排列靠前的可能性越大；

(2)优化问题转化：将问题P1转化为电力业务数据包与VTP之间的一对一匹配问题，通过不断的交换迭代实现双向稳定匹配关系的建立，使网络整体效用最大，并定义一对一匹配函数θ的以下相关属性：

1)且/>

2)且/>

3)

S3、基于匹配理论和QoS感知的流量调度算法

基于匹配理论和QoS感知的流量调度算法，即MQFS算法的具体步骤如下：

1)初始化阶段：对满足P1中所有约束条件的数据包和VTP之间进行随机匹配，随后每个数据包根据VTP位置的排列关系建立偏好列表；

2)交换匹配阶段：当前已与VTPn建立匹配关系的每个数据包m向其偏好列表中排名最高的VTPl发起匹配请求，对于与VTPl匹配的数据包m，如果新的交换匹配函数且满足P1中所有约束，则用新的匹配/>替换原始匹配θ，否则，θ保持不变，数据包m将VTPl移动至偏好列表的最后且不会向它发起交换请求；重复该过程直至完成所有的交换匹配；

3)匹配结果转化阶段：根据交换匹配的最终匹配结果更新数据包m与VTPn的最终索引关系矩阵{φ_m,n}，TSN控制器根据匹配结果依次打开传输门，使所有的数据包按顺序通过，完成当前所有数据包转发后，进入下一调度周期。

2.根据权利要求1所述的一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，其特征在于：S1步骤(1)中所述基站/AAU搭载有TSN交换机，负责将汇聚到的数据包通过前传网传输至BBU池进行进一步的处理转发，并采用集中控制的方法，基于TSN交换机实现电力通信前传网的流量调度。

3.根据权利要求1所述的一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，其特征在于：S1步骤(2)中所述传输门与交换机的每个入口相关联，当门开启时，数据包被允许通过，否则将会被阻止，进而实现对多个数据流的准确控制，以达到时延可控的目的，此外，当数据包在总线中串行传输时，不同数据包之间存在一段保护带，其不具有业务数据传输功能，能够避免不同数据包之间的混叠，并便于接收端将携带不同业务信息的数据包分割开来。

4.根据权利要求1所述的一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，其特征在于：S1步骤(3)中所述排队时延具体如下所述：

在数据包调度过程中，TSN控制器单次只能打开一个传输门，并且两个门开启之间存在一段固有的调度时间以防止不同数据包发生冲突，此部分时延被称为保护时延，定义为τ^P，此外，由于数据包进入总线后会产生新的排序关系，为便于表达，引入虚拟传输位置的概念，被定义为集合且满足N＝M，即虚拟传输位置的数量等于总数据包数，以索引关系矩阵Φ_m,n＝{φ_m,n}表示调度前后的数据包对应关系，其中φ_m,n＝{0,1}，当φ_m,n＝1时，表示数据包m经TSN控制器调度后占据虚拟位置n，否则φ_m,n＝0，此外流量调度系统是无丢包的，且不会发生混叠现象，即满足

此外，将业务优先级纳入考量范围，优先保证关键业务数据及时送达，维护电网的安全稳定运行，假设所有数据包中共有K个控制类业务数据包，用集合表示，且满足K≤M，其单次转发的时延约束为

其中，τ_k,n表示控制类业务数据包k占据虚拟传输位置n时的总转发时延，τ_k,max表示对应的最大容忍转发时延边界。

5.根据权利要求4所述的一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，其特征在于：S2步骤(1)中优化目标为在每个调度周期最大化电力通信前传网的整体效用，被表示为P1：

其中，C₁表示每个数据包都对应一个VTP，即该系统是无丢包的；C₂表示每个VTP都只能被一个数据包占据，即不会发生混叠现象；C₃为控制类业务数据包的单次转发时延约束。

6.根据权利要求4所述的一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，其特征在于：S2步骤(2)中定义数据包m和整体网络对不同匹配关系的效用函数分别为

γ_m(n)＝U_m,n

然而，该效用值的大小会受到其他匹配结果的影响，即当一个较大的数据包由较后的VTP调整到更靠前的VTP时，在其之后的所有数据包转发时延都会对应增加。

7.根据权利要求1所述的一种面向电力通信的时延敏感前传网流量调度方法，其特征在于：S2步骤(2)中属性1)和2)分别对应于约束条件C₁和约束条件C₂，属性3)表示该匹配关系中数据包和VTP是一一对应的，其次，数据包根据VTP的位置建立偏好列表，VTP位置越靠前，在偏好列表中的排序也越靠前。