CN113556295A - 一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法 - Google Patents

一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113556295A
CN113556295A CN202110811183.5A CN202110811183A CN113556295A CN 113556295 A CN113556295 A CN 113556295A CN 202110811183 A CN202110811183 A CN 202110811183A CN 113556295 A CN113556295 A CN 113556295A
Authority
CN
China
Prior art keywords
link
time
network
flow
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110811183.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113556295B (zh
Inventor
邓庆绪
李京华
冯智伟
蔡明洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeastern University China
Original Assignee
Northeastern University China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeastern University China filed Critical Northeastern University China
Priority to CN202110811183.5A priority Critical patent/CN113556295B/zh
Publication of CN113556295A publication Critical patent/CN113556295A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113556295B publication Critical patent/CN113556295B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/50—Queue scheduling
    • H04L47/56—Queue scheduling implementing delay-aware scheduling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/08—Configuration management of networks or network elements
    • H04L41/0803—Configuration setting
    • H04L41/0806—Configuration setting for initial configuration or provisioning, e.g. plug-and-play
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/12—Discovery or management of network topologies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明的一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，在集中用户配置收到流的调度请求后，在集中网络配置中首先进行路径规划，分配传输链路，由ILP求解器求出满足约束的传输数据，得到新的门控列表并下发给交换机，在合理的时间激活以避免“遗留流”等问题。由于直接分配传输链路与传输队列，不使用ILP求解器求解队列信息，减少了ILP求解的约束数量，加快了求解速度。求解的目标是使最后一跳偏移量最小，即延迟最小，因此数据传输的响应时间也有所降低。下发门控列表到激活有最多一个截止期的等待时间，可以在保证网络中没有已发送而未到达的流的情况下尽快激活新的门控列表，同时不影响之后的时间片，保持确定性传输。

Description

一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法
技术领域
本发明属于网络资源调度技术领域，涉及一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法。
背景技术
消息队列遥测传输(Message Queue Telemetry Transport,MQTT)和开放平台通信统一架构(Open Platform Communications-Unified Architecture,OPC-UA)是基于软件定义网络(Software-Defined Network,SDN)架构的两种广泛应用于工业设施的通信协议。
MQTT和OPC-UA的主要特点是每个节点可以随时加入或离开网络，这种特点可以通过发布服务器/订阅服务器(Pub/Sub)模型实现。然而，缺少底层网络标准对实时数据传输的支持是Pub/Sub模型的一个缺点，同时也是MQTT和OPC-UA等基于Pub/Sub模型的协议的缺点。
时间敏感网络(TSN)是一套基于第二层的网络标准，旨在为实时流提供确定性传输。除此之外，现有研究提出了面向OPC-UA和发布/订阅的TSN的框架和配置。订阅者或发布者可以随时加入或离开网络，这意味着网络在运行时动态添加或删除流。基于软件定义网络SDN的IEEE802.1 Qcc(TSN的标准之一)能够在线配置网络中的任何TSN特性。为了重新配置网络资源分配，提出了综合的TSN在线调度方案。
当激活新调度时，现有方法不考虑传输遗留流(在网络中已经开始传输但未传输完毕的流)，在旧配置中释放，但在激活新配置时尚未完成其传输的流。即使是关键信息，如控制数据，也被认为不会导致灾难性的后果。有研究提出了增量调度，即在现有流已经分配资源的基础上，为新加入的流分配网络资源，如偏移量、路由。它保证了切换多个配置时的调度连续性，以便可以不间断地调度遗留流。然而，在交换机中未考虑确定性传输，也未考虑新的GCL激活时间。另一方面，新配置的不适当激活时间可能会侵犯之后的时间片，从而导致不确定的传输。IEEE802.1 Qbv中的Guard bands可以通过插入一个占用最大帧大小的连续时间来保护时间片不发生冲突，但浪费带宽是其缺点之一。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，以保证现有流的调度不受影响，同时可确定TSN上发布/订阅的网络资源重构激活时间，保证在不浪费网络资源的情况下进行确定性传输。
本发明提供一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，包括：
步骤1：初始化网络拓扑副本，在集中网络配置中创建一个当前网络拓扑结构的副本，用于路径规划；
步骤2：当集中用户配置收到新的流的传输请求时，将流的信息发送至集中网络配置中进行调度；
步骤3：集中网络配置为新的流分配传输链路，遍历网络中的所有链路进行链路筛选，将不可达链路从网络拓扑副本中删除；
步骤4：根据当前网络拓扑副本通过Dijkstra算法求出当前流的最短传输路径，将最短传输路径的每一段链路加入当前流的链路集；
步骤5：对于当前流的链路集中的每段链路，若链路集为空，则说明未求出可行传输路径，将流的调度状态设为“无路径”；
步骤6：若链路集不为空，则对于链路集中的每段链路对当前流设置队列号，队列号设置为当前链路中存在的流的数量；
步骤7：使用ILP求解器对当前流求解满足约束条件的偏移量，并根据求解结果设置流的状态，流将按照求解出的队列号与偏移量进行传输；
步骤8：对当前超周期与当前流求最小公倍数，并设置为新的超周期；
步骤9：计算出调度结果后，集中网络配置将调度结果响应给集中用户配置并发送给发布者；
步骤10：如果状态为“可调度”，根据流与链路表中的信息，得到网络中每段链路的门控列表，用于控制该链路在一个超周期内所有时间点每个队列的开放与关闭，集中网络配置将门控列表下发至对应的链路的交换机，并设置新的门控列表在最近的一个周期开始激活，调度过程完成。
在本发明的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法中，所述步骤3中进行链路筛选具体为：
步骤3.1：遍历网络中的所有链路，获取每条链路目前的流的数量；
步骤3.2：当流的数量达到8条时，代表此链路不可达，在当前网络拓扑副本上删除该链路。
在本发明的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法中，所述步骤7中根据求解结果设置流的状态具体为：
如果无解，将当前流的状态设置为“无解”；
如果在用户设置时间内未求出结果，将当前流状态设置为“超时”；
如果有解，将解得的当前流在链路集中每段链路的偏移量加入当前流的偏移量列表，根据当前流的信息，将链路表中当前流的链路集中每段链路上对应的传输时间的数据由1改为0，代表当前链路在当前时段被占用，将当前流的状态设置为“可调度”。
在本发明的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法中，所述步骤7中对当前流求解满足的目标是让流每一帧的最后一跳的偏移量尽量小，求解的目标方程为：
Figure BDA0003168255270000041
Figure BDA0003168255270000042
其中，
Figure BDA0003168255270000043
代表对于流集
Figure BDA0003168255270000044
中的所有流[va,vb]表示从节点a到节点b的链路，
Figure BDA0003168255270000045
表示流fi从节点x到节点e的偏移量，e代表end，x到e代表路径上的最后一段链路；
Figure BDA0003168255270000046
表示流fi的链路集
Figure BDA0003168255270000047
中第一段链路的偏移量，
Figure BDA0003168255270000048
表示序号为p(i)的发布者加入网络的时间。
在本发明的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法中，所述步骤7中对当前流求解满足的约束条件包括：偏移量约束、链路约束、流传输约束和端到端截止期约束。
在本发明的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法中，所述偏移量约束表示：对于当前流的链路集中的每段链路，偏移量应小于当前流的周期与当前发布者加入网络时间之和，即当前流应在发布者加入网络后一个周期的时间内开始传输，偏移量约束的表达式如下：
Figure BDA0003168255270000049
Figure BDA00031682552700000410
其中，
Figure BDA00031682552700000411
表示网络中的所有链路，
Figure BDA00031682552700000412
表示a到b节点链路上的实时流与非实时流，Ti表示流fi的周期。
在本发明的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法中，所述链路约束表示：对于当前流的链路集中的每段链路中的其他流，当前流应在其传输完成后开始传输，或者在其开始传输前完成传输，即链路中不能有两条流同时传输，链路约束的表达式如下：
Figure BDA0003168255270000051
Figure BDA0003168255270000052
Figure BDA0003168255270000053
其中，
Figure BDA0003168255270000054
表示流fi从a到b链路上的传播延迟，α是从0到
Figure BDA0003168255270000055
的任意整数，
Figure BDA0003168255270000056
为网络中所有流的超周期；同理，β是从0到
Figure BDA0003168255270000057
的任意整数；M为一个非常大的数，σ为一个二进制数，只能为0或者为1，当流fi比流fj先通过链路时σ为0，反之则为1，不能同时通过。
在本发明的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法中，所述流传输约束表示：对于当前流链路集中每两段相邻的链路，当前流在前一段链路的偏移量与传输时间、物理延迟、系统同步时间的抖动的和小于当前流在后一段链路的偏移量，即当前流在前一段链路传输完成后方可开始下一段传输，流传输约束的表达式如下：
Figure BDA0003168255270000058
Figure BDA0003168255270000059
Figure BDA00031682552700000510
表示a到x链路上的物理延迟，即光速/传输路程；δ为交换机之间时间同步的抖动。
在本发明的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法中，所述端到端截止期约束表示：对于当前流，最后一段链路的偏移量、传输时间、物理延迟减去当前发布者的加入网络的时间应不大于当前流的截止期，即每条流应在截止期之前完成传输，端到端截止期约束的表达式如下：
Figure BDA0003168255270000061
Figure BDA0003168255270000062
其中，
Figure BDA0003168255270000063
表示流fi的链路集
Figure BDA0003168255270000064
中的最后一段链路，Di表示流fi的截止期。
在本发明的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法中，所述链路表是一个大小为网络中链路数量乘以超周期的矩阵，内容为0或1，对应网络中所有链路在超周期内所有时刻的状态，1代表该时刻该链路资源可用，未被分配，0代表该时刻该链路资源不可用，已被分配；
所述门控列表是一个大小为8乘以超周期的矩阵，内容为0或1，对应链路中8个队列在超周期内所有时刻的状态，链路中的队列由门控列表控制开关，队列打开时在该队列中排队的流才可以开始传输。
本发明的一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，至少具有以下有益效果：
1、本发明在集中用户配置收到流的调度请求后，在集中网络配置中首先进行路径规划，分配传输链路，并由ILP求解器求出满足约束的传输数据，并得到新的门控列表并下发给交换机，在合理的时间激活以避免“遗留流”等问题。
2、由于直接分配传输链路与传输队列，不使用ILP求解器求解队列信息，大大减少了ILP求解的约束数量，加快了求解速度。
3、由于求解的目标是使最后一跳偏移量最小，即延迟最小，因此数据传输的响应时间也有所降低。
4、由于下发门控列表到激活有最多一个截止期的等待时间，可以在保证网络中没有已发送而未到达的流的情况下尽快激活新的门控列表，同时不影响之后的时间片，保持确定性传输。
附图说明
图1是本发明的一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法的主流程图；
图2是CNC调度子流程图；
图3是分配链路流程图；
图4是链路筛选流程图；
图5是ILP求解流程图；
图6是流的接收率图。
具体实施方式
本发明的目的是提出一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，以保证现有流的调度不受影响。同时确定TSN上发布/订阅的网络资源重构激活时间，保证在不浪费网络资源的情况下进行确定性传输。
首先，在通信中，对一条数据流进行调度需要计算出以下参数：
(1)数据流传输路径：由发送终端到接收终端最短的路由路径；
(2)队列号：此条流在路径中每段链路上的队列序号；
(3)偏移量：此条流在路径中每段链路上的传输时间偏移；
(4)门控列表：每个链路上传输队列的控制列表，决定队列的开关。
然后，定义一下每个流的调度结果的四个状态：
(1)可调度(scheduled)：即此流可以调度；
(2)无路径(no path)：即当前流无法求出到达目标终端的路径；
(3)无解(no solution)：即当前流求不出满足条件的队列号或偏移量；
(4)超时(time out)：即当前流无法在规定时间内求解出满足条件的参数。
图1是本发明一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法的主流程图。有新增流请求调度时，流的发布者将流的信息发送给集中用户配置(CUC)，CUC将流的信息发送给集中网络配置(CNC)，CNC进行调度，如果调度成功则将结果下发给网络中相应的交换机并激活，如果调度失败则将调度结果发送给集中用户配置，集中用户配置再将调度结果通知发布者，完成调度过程。
本发明提出的对数据流传输的调度方法具体包括下列步骤：
步骤1：初始化网络拓扑副本，在集中网络配置中创建一个当前网络拓扑结构的副本，用于路径规划；
步骤2：当集中用户配置(CUC)收到新的数据流的传输请求时，将流的信息发送至集中网络配置(CNC)中进行调度。
具体实施时，如图2所示为CNC调度子流程的流程图。执行调度子流程时，首先CNC为新的流分配传输链路，如果传输链路分配失败则将状态设置为“无路径”，如果分配成功则进行ILP求解过程，经ILP求解后不存在可行解则将状态设置为“无解”，如存在可行解则将状态设置为“可调度”。具体调度过程包括如下步骤：
步骤3：集中网络配置为新的流分配传输链路，遍历网络中的所有链路进行链路筛选，将不可达链路从网络拓扑副本中删除；
具体实施时，如图3与图4为分配传输链路的流程。进行链路分配和筛选时，首先遍历网络中的所有链路，获取每条链路目前的流的数量；然后判断流的数量是否达到8条，当流的数量达到8条时，代表此链路不可达，在当前网络拓扑副本上删除该链路。
步骤4：当遍历完当前所有链路，根据当前网络拓扑副本通过Dijkstra算法求出当前流的最短传输路径，将最短传输路径的每一段链路加入当前流的链路集；
步骤5：对于当前流的链路集中的每段链路，若链路集为空，则说明未求出可行传输路径，将流的调度状态设为“无路径”；
步骤6：若链路集不为空，则对于链路集中的每段链路对当前流设置队列号，队列号设置为当前链路中存在的流的数量；
步骤7：使用ILP求解器对当前流求解满足约束条件的偏移量，流将按照求解出的队列号与偏移量进行传输；如图5所示为ILP求解过程的流程图，进行求解时依次添加求解的目标方程、偏移量约束、链路约束、流传输约束、端到端截止期约束，将约束输入到ILP求解器求解；判断是否在设置时间内给出结果，如果否则将流的状态设置为“超时”，如果在设置时间内完成求解返回求解结果。
具体实施时，对当前流求解满足的目标是让流每一帧的最后一跳的偏移量尽量小，求解的目标方程为：
Figure BDA0003168255270000091
Figure BDA0003168255270000092
其中，
Figure BDA0003168255270000093
代表对于流集
Figure BDA0003168255270000094
中的所有流[va,vb]表示从节点a到节点b的链路，
Figure BDA0003168255270000095
表示流fi从节点x到节点e的偏移量，e代表end，x到e代表路径上的最后一段链路；
Figure BDA0003168255270000096
表示流fi的链路集
Figure BDA0003168255270000097
中第一段链路的偏移量，
Figure BDA0003168255270000098
表示序号为p(i)的发布者加入网络的时间。
所述偏移量约束表示：对于当前流的链路集中的每段链路，偏移量应小于当前流的周期与当前发布者加入网络时间之和，即当前流应在发布者加入网络后一个周期的时间内开始传输，偏移量约束的表达式如下：
Figure BDA0003168255270000099
Figure BDA00031682552700000910
其中，
Figure BDA00031682552700000911
表示网络中的所有链路，
Figure BDA00031682552700000912
表示a到b节点链路上的实时流与非实时流，Ti表示流fi的周期。
所述链路约束表示：对于当前流的链路集中的每段链路中的其他流，当前流应在其传输完成后开始传输，或者在其开始传输前完成传输，即链路中不能有两条流同时传输，链路约束的表达式如下：
Figure BDA0003168255270000101
Figure BDA0003168255270000102
Figure BDA0003168255270000103
其中，
Figure BDA0003168255270000104
表示流fi从a到b链路上的传播延迟，α是从0到
Figure BDA0003168255270000105
的任意整数，
Figure BDA0003168255270000106
为网络中所有流的超周期；同理，β是从0到
Figure BDA0003168255270000107
的任意整数；M为一个非常大的数，σ为一个二进制数，只能为0或者为1，当流FI比流FJ先通过链路时σ为0，反之则为1，不能同时通过。
所述流传输约束表示：对于当前流链路集中每两段相邻的链路，当前流在前一段链路的偏移量与传输时间、物理延迟、系统同步时间的抖动的和小于当前流在后一段链路的偏移量，即当前流在前一段链路传输完成后方可开始下一段传输，流传输约束的表达式如下：
Figure BDA0003168255270000108
Figure BDA0003168255270000109
Figure BDA00031682552700001010
表示a到x链路上的物理延迟，即光速/传输路程；δ为交换机之间时间同步的抖动。
所述端到端截止期约束表示：对于当前流，最后一段链路的偏移量、传输时间、物理延迟减去当前发布者的加入网络的时间应不大于当前流的截止期，即每条流应在截止期之前完成传输，端到端截止期约束的表达式如下：
Figure BDA00031682552700001011
Figure BDA00031682552700001012
其中，
Figure BDA00031682552700001013
表示流fi的链路集
Figure BDA00031682552700001014
中的最后一段链路，Di表示流fi的截止期。
步骤8：通过ILP求解器求解后如果无解，将当前流的状态设置为“无解”，如果在用户设置时间内未求出结果，将当前流状态设置为“超时”；
步骤9：如果有解，将解得的当前流在链路集中每段链路的偏移量加入当前流的偏移量列表，根据当前流的信息，将链路表中当前流的链路集中每段链路上对应的传输时间的数据由1改为0，代表当前链路在当前时段被占用，将当前流的状态设置为“可调度”；
具体实施时，所述链路表是一个大小为网络中链路数量乘以超周期的矩阵，内容为0或1，对应网络中所有链路在超周期内所有时刻的状态，1代表该时刻该链路资源可用，未被分配，0代表该时刻该链路资源不可用，已被分配。
步骤10：对当前超周期与当前流求最小公倍数，并设置为新的超周期；
步骤11：计算出调度结果后，集中网络配置将调度结果响应给集中用户配置并发送给发布者；
步骤12：如果状态为“可调度”，根据流与链路表中的信息，得到网络中每段链路的门控列表，用于控制该链路在一个超周期内所有时间点每个队列的开放与关闭，集中网络配置将门控列表下发至对应的链路的交换机，并设置新的门控列表在最近的一个周期开始激活，调度过程完成。
具体实施时，所述门控列表是一个大小为8乘以超周期的矩阵，内容为0或1，对应链路中8个队列在超周期内所有时刻的状态，链路中的队列由门控列表控制开关，队列打开时在该队列中排队的流才可以开始传输。
与现有的调度策略相比，本发明提出的技术方案中在ILP求解之前预先分配好最短传输链路及对应的队列，限制每条队列最多传输一条流，不存在多条流公用同一条队列的情况，因此在ILP求解过程中可将目标由尽量少的队列占用改为使最后一跳偏移量最小，即延迟最小，同时不需要添加同队列传输过程中的帧隔离约束，大幅减少了约束数量，明显降低了ILP求解的执行时间，却能获得与现有调度相似甚至略胜出的调度成功率，更加适合增量调度的应用场景。
为了验证本发明的一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法在线调整网络资源的有效性。首先，根据现有的资源分配，为所考虑的流设计一种重构策略，以保证调度的连续性。然后，基于IEEE 802.1Qcc，将新配置下载到整个网络中的网络设备。此外，考虑网络资源配置激活时间，避免侵权。我们总共生成了10084轮实验。每轮实验包括分别在[2，10]和[2，10]中随机选择的交换机和终端系统的数量。并且每个流的目的节点是从终端系统中随机选择的。每个流都是单播的。与传输持续时间相比，物理延迟相对较小，因此在下面将所有物理延迟设置为0。每个终端系统中使用的流量设置如下。对于每个流，周期在10，20，50，100中随机选择；每个流的截止时间等于它的周期。并且该流被认为是以随机顺序一次一个地加入网络。每当一个流进入网络时，执行一个ILP过程。为了简化，假设在[1，3]中传输延迟是随机选择的，并且所有发布者在时间0点加入网络。
用以下方法比较重新配置网络资源分配时的可调度性和执行时间。将网络负载定义为总传输延迟的总和除以超周期中每个流的周期。图6中流的接收率图显示了不同网络负载下的可调度性。曲线上的每个结果是调度成功率，即可调度案例的数量和所有生成网络的总数之间的比率，x轴的值是离散的。例如，图6中x轴上的值0.3表示利用率范围[0.3，0.4)。本发明方法的接受率高于目前已有的TSN调度综合方法方法。并且突出的是在执行时间方面采用本发明方法的平均执行时间为0.021秒，采用原始的TSN调度方法的执行时间为0.041秒。评估结果表明，该方法的执行时间比原始的TSN调度综合方法缩短了一半，但接受率并没有降低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，其特征在于，包括：
步骤1：初始化网络拓扑副本，在集中网络配置中创建一个当前网络拓扑结构的副本，用于路径规划；
步骤2：当集中用户配置收到新的流的传输请求时，将流的信息发送至集中网络配置中进行调度；
步骤3：集中网络配置为新的流分配传输链路，遍历网络中的所有链路进行链路筛选，将不可达链路从网络拓扑副本中删除；
步骤4：根据当前网络拓扑副本通过Dijkstra算法求出当前流的最短传输路径，将最短传输路径的每一段链路加入当前流的链路集；
步骤5：对于当前流的链路集中的每段链路，若链路集为空，则说明未求出可行传输路径，将流的调度状态设为“无路径”；
步骤6：若链路集不为空，则对于链路集中的每段链路对当前流设置队列号，队列号设置为当前链路中存在的流的数量；
步骤7：使用ILP求解器对当前流求解满足约束条件的偏移量，并根据求解结果设置流的状态，流将按照求解出的队列号与偏移量进行传输；
步骤8：对当前超周期与当前流求最小公倍数，并设置为新的超周期；
步骤9：计算出调度结果后，集中网络配置将调度结果响应给集中用户配置并发送给发布者；
步骤10：如果状态为“可调度”，根据流与链路表中的信息，得到网络中每段链路的门控列表，用于控制该链路在一个超周期内所有时间点每个队列的开放与关闭，集中网络配置将门控列表下发至对应的链路的交换机，并设置新的门控列表在最近的一个周期开始激活，调度过程完成。
2.如权利要求1所述的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，其特征在于，所述步骤3中进行链路筛选具体为：
步骤3.1：遍历网络中的所有链路，获取每条链路目前的流的数量；
步骤3.2：当流的数量达到8条时，代表此链路不可达，在当前网络拓扑副本上删除该链路。
3.如权利要求1所述的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，其特征在于，所述步骤7中根据求解结果设置流的状态具体为：
如果无解，将当前流的状态设置为“无解”；
如果在用户设置时间内未求出结果，将当前流状态设置为“超时”；
如果有解，将解得的当前流在链路集中每段链路的偏移量加入当前流的偏移量列表，根据当前流的信息，将链路表中当前流的链路集中每段链路上对应的传输时间的数据由1改为0，代表当前链路在当前时段被占用，将当前流的状态设置为“可调度”。
4.如权利要求1所述的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，其特征在于，所述步骤7中对当前流求解满足的目标是让流每一帧的最后一跳的偏移量尽量小，求解的目标方程为：
Figure FDA0003168255260000021
Figure FDA0003168255260000022
其中，
Figure FDA0003168255260000023
代表对于流集
Figure FDA0003168255260000024
中的所有流[va,vb]表示从节点a到节点b的链路，
Figure FDA0003168255260000025
表示流fi从节点x到节点e的偏移量，e代表end，x到e代表路径上的最后一段链路；
Figure FDA0003168255260000026
表示流fi的链路集
Figure FDA0003168255260000027
中第一段链路的偏移量，
Figure FDA0003168255260000028
表示序号为p(i)的发布者加入网络的时间。
5.如权利要求4所述的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，其特征在于，所述步骤7中对当前流求解满足的约束条件包括：偏移量约束、链路约束、流传输约束和端到端截止期约束。
6.如权利要求5所述的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，其特征在于，所述偏移量约束表示：对于当前流的链路集中的每段链路，偏移量应小于当前流的周期与当前发布者加入网络时间之和，即当前流应在发布者加入网络后一个周期的时间内开始传输，偏移量约束的表达式如下：
Figure FDA0003168255260000031
Figure FDA0003168255260000032
其中，
Figure FDA0003168255260000033
表示网络中的所有链路，
Figure FDA0003168255260000034
表示a到b节点链路上的实时流与非实时流，Ti表示流fi的周期。
7.如权利要求6所述的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，其特征在于，所述链路约束表示：对于当前流的链路集中的每段链路中的其他流，当前流应在其传输完成后开始传输，或者在其开始传输前完成传输，即链路中不能有两条流同时传输，链路约束的表达式如下：
Figure FDA0003168255260000035
Figure FDA0003168255260000036
Figure FDA0003168255260000037
其中，
Figure FDA0003168255260000038
表示流fi从a到b链路上的传播延迟，α是从0到
Figure FDA0003168255260000039
的任意整数，
Figure FDA00031682552600000310
为网络中所有流的超周期；同理，β是从0到
Figure FDA00031682552600000311
的任意整数；M为一个非常大的数，σ为一个二进制数，只能为0或者为1，当流fi比流fj先通过链路时σ为0，反之则为1，不能同时通过。
8.如权利要求7所述的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，其特征在于，所述流传输约束表示：对于当前流链路集中每两段相邻的链路，当前流在前一段链路的偏移量与传输时间、物理延迟、系统同步时间的抖动的和小于当前流在后一段链路的偏移量，即当前流在前一段链路传输完成后方可开始下一段传输，流传输约束的表达式如下：
Figure FDA0003168255260000041
Figure FDA0003168255260000042
Figure FDA0003168255260000047
表示a到x链路上的物理延迟，即光速/传输路程；δ为交换机之间时间同步的抖动。
9.如权利要求5所述的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，其特征在于，所述端到端截止期约束表示：对于当前流，最后一段链路的偏移量、传输时间、物理延迟减去当前发布者的加入网络的时间应不大于当前流的截止期，即每条流应在截止期之前完成传输，端到端截止期约束的表达式如下：
Figure FDA0003168255260000043
Figure FDA0003168255260000044
其中，
Figure FDA0003168255260000045
表示流fi的链路集
Figure FDA0003168255260000046
中的最后一段链路，Di表示流fi的截止期。
10.如权利要求1所述的基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法，其特征在于，所述链路表是一个大小为网络中链路数量乘以超周期的矩阵，内容为0或1，对应网络中所有链路在超周期内所有时刻的状态，1代表该时刻该链路资源可用，未被分配，0代表该时刻该链路资源不可用，已被分配；
所述门控列表是一个大小为8乘以超周期的矩阵，内容为0或1，对应链路中8个队列在超周期内所有时刻的状态，链路中的队列由门控列表控制开关，队列打开时在该队列中排队的流才可以开始传输。
CN202110811183.5A 2021-07-19 2021-07-19 一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法 Active CN113556295B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110811183.5A CN113556295B (zh) 2021-07-19 2021-07-19 一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110811183.5A CN113556295B (zh) 2021-07-19 2021-07-19 一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113556295A true CN113556295A (zh) 2021-10-26
CN113556295B CN113556295B (zh) 2023-03-10

Family

ID=78132180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110811183.5A Active CN113556295B (zh) 2021-07-19 2021-07-19 一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113556295B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114338555A (zh) * 2021-11-16 2022-04-12 北京邮电大学 一种用于实现广域确定性网络的全网周期标签规划的方法及装置
CN115174492A (zh) * 2022-01-12 2022-10-11 中国科学院沈阳自动化研究所 基于opc ua的数据采集系统数据流优化方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104994033A (zh) * 2015-05-13 2015-10-21 南京航空航天大学 一种资源动态管理的SDN网络QoS保障方法
CN111740924A (zh) * 2020-07-29 2020-10-02 上海交通大学 一种时间敏感网络门控机制流量整形与路由规划调度方法
CN112235194A (zh) * 2020-09-03 2021-01-15 北京邮电大学 在线路由调度时延敏感流量的方法和装置
WO2021075671A1 (ko) * 2019-10-15 2021-04-22 한양대학교 에리카산학협력단 중앙 네트워크 구성개체 및 이를 포함하는 시간 민감 네트워크 제어 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104994033A (zh) * 2015-05-13 2015-10-21 南京航空航天大学 一种资源动态管理的SDN网络QoS保障方法
WO2021075671A1 (ko) * 2019-10-15 2021-04-22 한양대학교 에리카산학협력단 중앙 네트워크 구성개체 및 이를 포함하는 시간 민감 네트워크 제어 시스템
CN111740924A (zh) * 2020-07-29 2020-10-02 上海交通大学 一种时间敏感网络门控机制流量整形与路由规划调度方法
CN112235194A (zh) * 2020-09-03 2021-01-15 北京邮电大学 在线路由调度时延敏感流量的方法和装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114338555A (zh) * 2021-11-16 2022-04-12 北京邮电大学 一种用于实现广域确定性网络的全网周期标签规划的方法及装置
CN114338555B (zh) * 2021-11-16 2024-02-06 北京邮电大学 一种用于实现广域确定性网络的全网周期标签规划的方法及装置
CN115174492A (zh) * 2022-01-12 2022-10-11 中国科学院沈阳自动化研究所 基于opc ua的数据采集系统数据流优化方法
CN115174492B (zh) * 2022-01-12 2024-01-23 中国科学院沈阳自动化研究所 基于opc ua的数据采集系统数据流优化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113556295B (zh) 2023-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tămaş–Selicean et al. Design optimization of TTEthernet-based distributed real-time systems
CN113556295B (zh) 一种基于发布/订阅模式的时间敏感网络增量调度方法
JP4995101B2 (ja) 共有リソースへのアクセスを制御する方法及びシステム
CN103118134B (zh) 一种面向任务级的大数据分发质量保障方法及装置
Figueira et al. Leave-in-time: A new service discipline for real-time communications in a packet-switching network
CN114448894B (zh) 一种面向时间敏感网络的多等级业务调度引擎及实现方法
Cao et al. Tight worst-case response-time analysis for ethernet AVB using eligible intervals
Shi et al. Real-time communication analysis with a priority share policy in on-chip networks
CN110008015B (zh) 边缘计算系统中有带宽限制的在线任务分派调度方法
US20220150159A1 (en) Control device, switch device and methods
CN114830611A (zh) 集中式网络配置实体及包括该实体的时间敏感网络控制系统
US11411818B2 (en) Method and apparatus for a communication network
Marau et al. Utilization-based schedulability analysis for switched Ethernet aiming dynamic QoS management
Ashjaei et al. Performance analysis of master-slave multi-hop switched ethernet networks
Kadur et al. Delay-jitter control in multimedia applications
Ashjaei et al. Response time analysis of multi-hop HaRTES ethernet switch networks
Ma et al. Efficient scheduling algorithms for real-time service on WDM optical networks
Kinoshita et al. Joint bandwidth scheduling and routing method for large file transfer with time constraint and its implementation
CN114500520A (zh) 一种数据传输方法、装置及通信节点
Ferrari et al. Resource partitioning for real-time communication
Leu et al. Cycle compensation protocol: a completely fair protocol for the uni-directional twin-bus architecture
Baldi et al. Adaptive real-time group multicast
Yin et al. Critical Event-Triggered Flows Tolerance in Time-Sensitive Networks
WO2024093676A1 (zh) 一种确定性业务的处理方法及装置
Sathaye et al. A real-time scheduling framework for packet-switched networks

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20211026

Assignee: SHENYANG HEAD BIRD AUTOMATIC EQUIPMENT Co.,Ltd.

Assignor: Northeastern University

Contract record no.: X2023210000184

Denomination of invention: An incremental scheduling method for time sensitive networks based on publish/subscribe patterns

Granted publication date: 20230310

License type: Common License

Record date: 20231121

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract