CN114531444B - 一种冲突程度递减的增量化调度表生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲突程度递减的增量化调度表生成方法，其实现步骤是：通过两两业务间是否存在冲突构建业务冲突图，获取业务冲突图的极大联通子图，选取一个极大联通子图，对所选子图中的时间触发TT业务划分分组，得到冲突程度依次递减的分组，对各分组执行增量化调度，判断是否存在未被选取的极大联通子图，若是，重复上述步骤，否则生成调度表。本发明在增量化调度各分组时约束条件下的个数逐渐降低，从而求解难度逐渐降低，缩短了生成调度表的时间。

Description

一种冲突程度递减的增量化调度表生成方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及到网络通信技术领域中的一种冲突程度递减的增量化调度表生成方法。本发明可用于大规模时间触发以太网TTE网络中快速生成时间触发TT业务调度表。

背景技术

时间触发以太网TTE中的时间触发TT业务具有最高优先级，可最先获得资源调度权，其传输是根据预先规划好的调度表进行的。调度表中将给出每条业务的传输路径以及在路径上所历经的各节点的传输时间，是保证时间触发TT业务确定性传输的依据，也是保证时间触发TT业务获得确定的带宽、时延及时延抖动等服务质量保障的关键。因此，调度表生成方法是时间触发以太网TTE网络的核心机制之一。因为网络中的其他类型业务是在时间触发TT业务未传输的间隙进行传输的，所以一个高质量的调度表在保障时间触发TT业务的传输的基础上，应使链路负载尽可能地均衡以保障其他类型业务的传输。

时间触发TT业务调度表的生成问题可描述为一个优化问题，通常采用启发式算法或者基于求解器的算法进行求解，其求解复杂度通常与拓扑复杂度、资源约束以及时间触发TT业务自身特性密切相关。对于大规模时间触发以太网，由于网络拓扑复杂度高，生成时间触发TT业务调度表的难度大大增加，为了缩短求解时间以快速得到可用的时间触发TT业务调度表，通常采用增量化调度表生成方法。在增量调度表生成方法中，为缩减一次性调度的规模，将网络中的时间触发TT业务划分成多个分组，然后依次对每个分组进行调度，如果当前分组有解，则调度下一分组，直到所有分组调度成功并生成调度表，否则按照分组被调度的次序逆序回溯以重新调度。这里当前分组的调度受限于已调度分组的调度结果，同时其调度结果也会对下一分组的求解产生影响，因此如何划分分组以及如何确定分组的调度次序都会对调度耗时产生显著影响，不合理的分组划分以及调度次序可能会导致持续回溯难以达到快速生成调度表的目的。

北京航空航天大学在其申请的专利文献“基于Torus网络拓扑结构分解的时间触发消息调度表生成方法”(申请号CN 201911309878.2申请公布号CN111049760A)中公开了一种基于时间触发TT业务源目的节点位置分组的增量化调度表生成方法。该方法实现的步骤是，第一步，将Torus网络拓扑划分为4个区域，将时间触发TT业务按照源目的节点所属区域分为四个分组。第二步，设置各组时间触发TT业务的路径规则，即设置部分必选链路，在一定程度上确保了各分组间的路径相互隔离；确定各分组的调度次序，首先是第一个分组，接下来比较第二个分组和第三个分组时间触发TT业务的数量，数量多的先进行调度，最后是第四个分组。第三步，按照调度次序对各分组使用SMT求解器进行求解得到时间触发TT业务的传输路径以及路径上各节点的传输时刻点；如果当前分组没有可行解，则放弃第二步中的必选链路重新进行求解，此时，若无解则调度失败并结束调度，若有解则进行下一分组的调度；如果当前分组有解，则进行下一分组的调度；当所有分组调度完成则调度成功并生成调度表。该方法存在的不足之处是，该方法在第二步根据分组限制必选链路时没有考虑该分组内时间触发TT业务的分布情况，当时间触发TT业务分布不均匀时可能会导致某些链路负载过重，使得该组没有可行解执行回溯操作导致生成调度表的时间增加，即使有解也会导致所生成的调度表质量不高，会因负载不均衡对网络中其他类型的业务传输造成影响。此外，该方法在划分分组时是基于特定拓扑结构进行的，具有一定的局限性，难以直接应用于其他网络拓扑。

宋梓旭等人在其发表的论文“基于可调度性排序的时间触发调度表生成方法”(北京航空航天大学学报(2018，44(11)：2388-2395)中首次公开了一种基于时间触发TT业务的可调度性难度降序分组的增量化调度表生成方法。该方法的步骤是，第一步，对时间触发TT业务进行可调度性测试，若测试不通过则不可调度。第二步，计算时间触发TT业务严格周期利用率因子SPU用以刻画其可调度性难度，并将时间触发TT业务按照可调度性难度降序。第三步，将排好序的时间触发TT业务按照固定大小进行分组，第四步，执行增量化调度方法得到时间触发TT业务的传输时刻点并生成调度表，调度时通过计算干涉时间以缩减无冲突约束的规模。该方法存在的不足之处是，该方法试图通过干涉时间表明在其他时间触发TT业务已调度情况下某一时间TT业务的调度难度，但在利用SPU计算时将其他时间触发TT业务固有的干涉时间直接进行求和，而没有考虑该时间触发TT业务是否与其他时间触发TT业务的传输路径存在重叠链路以及重叠链路的个数，当不存在重叠链路时则彼此之间不会产生干涉，而重叠链路个数的多少也直接影响彼此之间干涉的程度，因此对时间触发TT业务可调度性的刻画不够精准，有可能产生分组不合理导致不必要的回溯，使得生成调度表的耗时增加。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种冲突程度递减的增量化调度表生成方法，用于解决现有技术仅适用于特定拓扑且存在设置TT业务必经链路可能导致的负载不均衡问题，以及未考虑链路重叠数导致的对调度难度刻画不精准的问题。

实现本发明目的的技术思路是，本发明在分组划分对时间触发TT业务的传输路径没有任何限制，可在任意拓扑下使用路由算法获得负载均衡的传输路径。该方法利用两两时间触发TT业务间是否存在冲突构建了业务冲突图，通过获取冲突图的极大连通子图得到彼此完全不冲突的时间触发TT业务，从而可对其独立执行分组划分以及增量化调度。本发明通过无冲突约束条件的个数来刻画一个分组的冲突程度，从而在对极大连通子图中时间触发TT业务划分分组时得到冲突程度依次递减的分组，然后对各分组执行增量化调度，最后生成调度表。

实现本发明目的的技术方案的步骤如下：

步骤1，构建业务冲突图：

构建一个以无向图表达的业务冲突图，业务冲突图中的每个顶点代表时间触发以太网TTE网络中的一个时间触发TT业务，若两个时间触发TT业务间存在冲突，则业务冲突图中对应的两个顶点之间存在一条边；若业务冲突图中时间触发TT业务与其他时间触发TT业务间不存在冲突，则对应的两个顶点之间没有边；

步骤2，生成业务冲突图的极大连通子图：

判断业务冲突图中是否是一个连通图，若是则生成业务冲突图的一个极大连通子图后执行步骤4，否则，利用极大连通子图算法，生成业务冲突图的多个极大连通子图后执行步骤3；

步骤3，从多个极大连通子图中选取一个未被选取的极大连通子图；

步骤4，判断极大连通子图中时间触发TT业务的总数是否大于N，若是，则执行步骤5，否则，将该子图中所有时间触发TT业务组成一个分组后执行步骤6；其中，N为大于0的整数，是根据增量化调度时使用的求解器性能设定的一个调度参数；

步骤5，对极大连通子图中的时间触发TT业务分组：

逐次从极大连通子图中选取冲突程度值最大的M个未分组时间触发TT业务组成一个分组，M＝N，直至极大连通子图中未分组的时间触发TT业务总数小于N，将子图中小于N的剩余未分组的时间触发TT业务组成一个分组；

步骤6，按照极大连通子图中各分组的次序依次对分组进行编号；

步骤7，对各分组的时间触发TT业务执行增量化调度：

(7a)按照分组编号选取一个未调度的分组作为待调度分组；

(7b)将待调度分组中的每个时间触发TT业务在各交换机以及目的端系统的接收时刻输入到求解器，判断求解器的输出是否满足传输约束条件，若是，则分组调度成功，执行步骤(7d)，否则，执行步骤(7c)；

(7c)判断当前的待调度分组之前是否存在一个待调度分组，若是，则将存在的上一个待调度分组中的所有时间触发TT业务添加到当前待调度分组中后执行步骤(7b)，否则，判定当前待调度分组调度失败，执行步骤(7e)；

(7d)将求解器输出的每个接收时刻值作为当前待调度分组中该时间触发TT业务在各级交换机以及目的端系统的接收时刻值；

(7e)判断所选极大连通子图中是否还有未调度的分组，若是，则执行步骤(7a)，否则，执行步骤(8)；

步骤(8)判断是否选完业务冲突图中的多个极大连通子图，若是，执行步骤9，否则，执行步骤3；

步骤9，生成调度表：

(9a)将每个调度成功的分组中每个时间触发TT业务各级交换机以及目的端系统的接收时刻，按照其对应的节点编号进行分类，得到各交换机和各端系统的接收表；

(9b)计算每个调度成功的分组中每个时间触发TT业务源端系统以及各级交换机的发送时刻，按照其对应的节点编号进行分类，得到各端系统和各交换机的发送表；

(9c)由各端系统的发送表和接收表以及各交换机的发送表和接收表共同组成调度表。

本发明与现有技术相比有以下优点：

第1，由于本发明适用于任意网络拓扑且在分组划分时对时间触发TT业务的传输路径没有任何限制，克服了现有技术仅适用于特定拓扑且存在设置TT业务必经链路可能导致的负载不均衡问题，使得本发明可应用于负载均衡的时间触发TT业务传输路径，有利于网络中其他其他类型业务的传输。

第2，由于本发明利用两两时间触发TT业务间是否存在冲突构建了业务冲突图，通过获取冲突图的极大连通子图得到彼此完全不冲突的时间触发TT业务，从而可对其独立执行分组划分以及增量化调度，克服了现有技术将所有时间触发TT业务一同进行分组划分导致生成调度表增加耗时的问题，使得本发明可有效提高调度的执行效率。

第3，由于本发明使用无冲突条件的个数来刻画一个分组的冲突程度，综合考虑了各业务的重叠链路数以及周期，在对极大连通子图中业务划分组时得到各分组冲突程度值依次降低，从而使得求解器对各分组求解时约束条件数目逐渐降低，克服了现有技术未考虑链路重叠数导致的对调度难度刻画不精准的问题，使得本发明更为精准地刻画了可调度性，减少了不必要的回溯，缩短了生成调度表的时间。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明实施例中时间触发以太网TTE网络的拓扑图；

图3是本发明实施例中构建的业务冲突图；

图4是本发明实施例中生成的极大连通子图,，其中，图4(a)为第一个极大连通子图，图4(b)为第二个极大连通子图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述。

参照图1和实施例，对本发明的实现步骤做进一步的详细描述。

步骤1，构建业务冲突图。

构建一个以无向图表达的业务冲突图，业务冲突图中的每个顶点代表时间触发以太网TTE网络中的一个时间触发TT业务，若两个时间触发TT业务间存在冲突，则业务冲突图中对应的两个顶点之间存在一条边；若业务冲突图中时间触发TT业务与其他时间触发TT业务间不存在冲突，则业务冲突图中对应的两个顶点之间没有边。

所述的两个时间触发TT业务间存在冲突指的是，两个时间触发TT业务的传输路径上若存在同一条链路，则将该两个时间触发TT业务判定为存在冲突。

参照图2，以双星型拓扑结构为例，对本发明的实施例构建一个以无向图表达的业务冲突图做进一步的描述。该拓扑中包括6个端系统和2个交换机，图2中的ES代表端系统，SW代表交换机，ES1～ES6代表编号分别为1～6的端系统，SW7和SW8代表编号分别为7和8的交换机。图2中的连线代表对应设备之间存在一条物理链路，链路带宽为1000Mbps，共有9个时间触发TT业务，分别编号为ID＝1～9。每个时间触发TT业务的参数包括：业务编号ID、源端系统编号、目的端系统编号、帧长、周期、传输路径以及最大端到端时延。其中，传输路径中依次给出该TT业务从源端到目的端系统所历经的各网络节点的编号。9条时间触发TT业务的业务参数如下表1所示，任意两个时间触发TT业务的判定结果下表2所示，生成的业务冲突图如图3所示。图3中的每个顶点代表一个时间触发TT业务，顶点的编号代表对应的时间触发TT业务的业务编号，两个顶点之间的连线代表边，说明其对应的两个时间触发TT业务间存在冲突。

表1TT业务参数一览表

表2TT业务冲突判断表

步骤2，生成业务冲突图的极大连通子图。

判断业务冲突图中是否是一个连通图，若是则生成业务冲突图的一个极大连通子图后执行步骤4，否则，利用极大连通子图算法，生成业务冲突图的多个极大连通子图后执行步骤3。

所述的极大连通子图算法是指，广度搜索算法、深度搜索算法以及并查集算法中的任意一种。

本发明实施例中，步骤1生成的业务冲突图不是一个连通图，利用深度搜索算法，得到如图4所示的两个极大连通子图，其中，图4(a)为第一个极大连通子图，图4(b)为第二个极大连通子图。图4(a)中的任意一个顶点和图4(b)中的任意一个顶点不存在连线，表明图4(a)中的时间触发业务不会和图4(b)中的时间触发业务产生冲突，因此，可对图4(a)和图4(b)中的时间触发TT业务分别执行分组划分以及增量化调度。

步骤3，从多个极大连通子图中选取一个未被选取的极大连通子图。

本发明实施例中，第一次遍历到本步骤时，选取步骤2中生成的第一个极大连通子图。第二次遍历到本步骤时，选取步骤2中生成的第二个极大连通子图。

步骤4，判断极大连通子图中时间触发TT业务的总数是否大于N，若是，则执行步骤5，否则，将该子图中所有时间触发TT业务组成一个分组后执行步骤6；其中，N为大于0的整数，是根据增量化调度时使用的求解器性能设定的一个调度参数。

本发明实施例中，N＝2，第一次遍历到本步骤时，所选的第一个极大连通子图数目为5，5>N，执行步骤5。第二次遍历到本步骤时，所选的第二个极大连通子图数目为4，4>N，执行步骤5。

步骤5，对极大连通子图中的时间触发TT业务分组。

逐次从极大连通子图中选取冲突程度值最大的M个未分组时间触发TT业务组成一个分组，M＝N，直至极大连通子图中未分组的时间触发TT业务总数小于N，将子图中小于N的剩余未分组的时间触发TT业务组成一个分组。

所述从极大连通子图中选取冲突程度值最大的M个未分组时间触发TT业务时，M个未分组时间触发TT业务的冲突程度值是由下式得到的：

其中，A表示一个由M个未分组时间触发TT业务构成的集合，τ_i表示业务编号为i的时间触发TT业务，A\{τ_i}表示集合A中除了τ_i的时间触发TT业务，τ_j表示业务编号为j的时间触发TT业务，ph_i与ph_j分别表示τ_i和τ_j的传输路径，|ph_i∩ph_j|表示ph_i与ph_j重叠链路的个数，p_i与p_j分别表示τ_i和τ_j的周期，l cm(·,·)表示求最小公倍数的操作，L表示所选极大连通子图中已分组时间触发TT业务的集合，τ_k表示业务编号为k的时间触发TT业务，τ_l表示业务编号为l的TT业务，ph_k与ph_l分别表示τ_k和τ_l的传输路径，|ph_k∩ph_l|表示ph_k与ph_l重叠链路的个数，p_k与p_l分别表示τ_k和τ_l的周期，gcd(·,·)表示求最大公约数的操作。

在本发明实施例中，第一次遍历到本步骤时，第一个极大连通子图包含5个时间触发TT业务，分别为业务1、业务2、业务5、业务6以及业务8。第一次选取时，L＝{}，若选取业务1和业务2，令A＝{业务1，业务2}，其冲突程度值为3。若选取业务1和业务5，令A＝{业务1，业务5}，其冲突程度值为1。若选取业务1和业务6，令A＝{业务1，业务6}，其冲突值为4。若选取业务1和业务8，令A＝{业务1，业务8}，其冲突值为3。若选取业务2和业务6，令A＝{业务2，业务6}，其冲突程度值为6。若选取业务2和业务8，令A＝{业务2，业务8}，其冲突程度值为1。若选取业务6和业务8，令A＝{业务6，业务8}，其冲突值为12。其他情况下，冲突程度值为0,因此，将业务6和业务8组成一组，剩余业务数为4，进行第二次选取。第二次选取时，已分组业务集合L＝{业务6，业务8}，若选取业务1和业务5，令A＝{业务1，业务5}，其冲突程度值为4。若选取业务1和业务2，令A＝{业务1，业务2}，其冲突程度值为10。若选取业务2和业务5，令A＝{业务2，业务5}，其冲突程度值为4。因此，将业务1和业务2组成一组，剩余业务数为1，则将剩余的业务5组成一组。

第二次遍历到本步骤时，第二个极大连通子图包含4个业务，分别为业务3，业务4，业务7以及业务9。第一次选取业务3和业务4组成一组，剩余业务数目为2，进行第二次选取。第二次选取时将业务9和业务7组成一组，剩余业务数为0。

步骤6，按照极大连通子图中各分组的次序依次对分组进行编号。

本发明实施例中，第一次遍历到本步骤时，将第一个极大连通子图的第一个分组编号为1，第二个分组编号为2，第三个分组编号为3。第二次遍历到本步骤时，将第二个极大连通子图的第一个分组编号为1，第二个分组编号为2。

步骤7，对各分组的时间触发TT业务执行增量化调度。

(7.1)按照分组编号选取一个未调度的分组作为待调度分组。

本发明实施例中，第一次遍历到本步骤时，对于第一个极大连通子图，选取未调度分组1作为待调度分组。第二次遍历到本步骤时，对于第一个极大连通子图，选取未调度分组2作为待调度分组。第三次遍历到本步骤时，对于第一个极大连通子图，选取未调度分组3作为待调度分组。第四次遍历到本步骤时，对于第二个极大连通子图，选取未调度分组1作为待调度分组。第五次遍历到本步骤时，对于第二个极大连通子图，选取未调度分组2作为待调度分组。

(7.2)将待调度分组中的每个时间触发TT业务在各交换机以及目的端系统的接收时刻输入到求解器，判断求解器的输出是否满足传输约束条件，若是，则分组调度成功，执行本步骤的(7.4)，否则，执行本步骤的(7.3)。

所述的求解器是指，Yices求解器、Z3求解器、Gurobi求解器等约束求解器中的任意一种。

所述的传输约束条件指的是同时满足以下四个条件的情形：

条件1，周期约束条件：待调度分组中每个时间触发TT业务，在各级交换机以及目的端系统的接收时刻均小于该时间触发TT业务的周期，且大于端系统发送时延以及最小链路传播时延之和再减去同步精度的值与0的最大值。

条件2，链路无冲突约束条件：待调度分组中每个时间触发TT业务，在该业务传输路径中每条链路上的接收窗口与其他时间触发TT业务在该链路的接收窗口互不重叠，且与调度成功分组中任意一个时间触发TT业务在该链路的接收窗口互不重叠；接收窗口时长为该业务传输时延、2倍同步精度以及最大链路传播时延的和再减去最小链路传播时延的值。

条件3，路径依赖约束条件：待调度分组中每个时间触发TT业务，在该业务除了第一级的各级交换机以及目的端系统的接收时刻大于该业务在上一级交换机的接收时刻、交换机接收时延、该业务的接收窗口时长、交换机发送时延、以及最小链路传播时延的和再减去同步精度的值，且小于该节点在该业务在上一级交换机的接收时刻、交换机接收时延、该业务的接收窗口时长、交换机最大缓存时长、交换机发送时延以及最大链路传播时延的和再减去同步精度的值。

条件4，端到端时延约束条件：待调度分组中每个时间触发TT业务，在该业务传输路径上目的端系统接收时刻与第一级交换机的接收时刻之差小于该业务的最大端到端时延。

本发明实例中，传输约束条件中所述各网络参数的取值如表3所示。

表3传输约束条件中各网络的参数表

参数名称	参数值
		同步精度	200ns
端系统发送时延	400ns
		最小链路传播时延	32ns
最大链路传播时延	40ns
		交换机接收时延	1000ns
交换机发送时延	1100ns
		交换机最大缓存时长	4800ns

在本发明实施例中使用的是Gurobi求解器。第一次遍历本步骤时，求解器输出可行解，执行本步骤的(7.4)。第二次遍历本步骤时，求解器输出可行解，执行本步骤的(7.4)。第三次遍历本步骤时，求解器输出可行解，执行本步骤的(7.4)。第四次遍历本步骤时，求解器输出可行解，执行本步骤的(7.4)。第五次遍历本步骤时，求解器输出可行解，执行本步骤的(7.4)。

(7.3)判断当前的待调度分组之前是否存在一个待调度分组，若是，则将存在的上一个待调度分组中的所有时间触发TT业务添加到当前待调度分组中后执行本步骤的(7.3)，否则，判定当前待调度分组调度失败，执行本步骤的(7.5)。

(7.4)将求解器输出的每个接收时刻值作为当前待调度分组中该时间触发TT业务在各级交换机以及目的端系统的接收时刻值。

在本发明实施例中，第一次遍历到本步骤时，获取所选的第一个极大连通子图中待调度分组1中业务6和业务8的各接收时刻点。业务6在交换机7的接收时刻为332ns，在交换机8的接收时刻为6572ns，在目的端系统4的接收时刻为17620ns。业务8在交换机7的接收时刻为1985752ns，在交换机8的接收时刻为1991192ns，在目的端系统4的接收时刻为1996632ns。

在本发明实施例中，第二次遍历到本步骤时，获取所选的第一个极大连通子图中待调度分组2中业务1和业务2的各接收时刻点。业务1在交换机7的接收时刻为4500ns，在交换机8的接收时刻为10740ns，在目的端系统6的接收时刻为19388ns。业务2在交换机7的接收时刻为2000332ns，在交换机8的接收时刻为2015116ns，在目的端系统5的接收时刻为2034708ns。

在本发明实施例中，第三次遍历到本步骤时，获取所选的第一个极大连通子图中待调度分组3中业务5的各接收时刻点。业务5在交换机8的接收时刻为990712ns，在目的端6的接收时刻为996392ns。

在本发明实施例中，第四次遍历到本步骤时，获取所选的第二个极大连通子图中待调度分组1中业务3和业务4的各接收时刻点。业务3在交换机8的接收时刻为332ns，在交换机7的接收时刻为8092ns，在目的端系统2的接收时刻为20660ns。业务4在交换机8的接收时刻为1976152ns，在交换机7的接收时刻为1984792ns，在目的端系统2的接收时刻为1993432ns。

在本发明实施例中，第五次遍历到本步骤时，获取所选的第二个极大连通子图中待调度分组2中业务7和业务9的各接收时刻点。业务7在交换机8的接收时刻为6580ns，在交换机7的接收时刻为22028ns，在目的端系统3的接收时刻为37476ns。业务9在交换机8的接收时刻为6020ns，在交换机7的接收时刻为15060ns，在目的端系统3的接收时刻为28908ns。

(7.5)判断所选极大连通子图中是否还有未调度的分组，若是，则执行本步骤的(7.1)，否则，执行步骤8；

本发明实施例中，第一次遍历本步骤时，所选的第一个极大连通子图中还有未调度的分组，执行本步骤的(7.1)。第二次遍历本步骤时，所选的第一个极大连通子图还有未调度的分组，执行本步骤的(7.1。第三次遍历到本步骤时，所选的第一个极大连通子图没有未调度的分组，执行步骤8。第四次遍历本步骤时，所选的第二个极大连通子图还有未调度的分组，执行本步骤的(7.1)。第五次遍历本步骤时，所选的第二个极大连通子图没有未调度的分组，执行步骤8。

步骤8，判断是否选完业务冲突图中的多个极大连通子图，若是，执行步骤9，否则，执行步骤3。

本发明实例中，第一次遍历到本步骤时，没有选完所有极大连通子图，执行步骤3。第二次遍历到该步骤时，选完了所有的极大连通子图，执行步骤9。

步骤9，生成调度表。

将每个调度成功的分组中每个时间触发TT业务各级交换机以及目的端系统的接收时刻，按照其对应的节点编号进行分类，得到各交换机和各端系统的接收表。本发明实施例中，生成各节点的接收调度表如表4中的各子表所示。

表4-1为端系统2的接收表

业务编号	接收时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				3	20660	640	2
4	1993432	750	3

表4-2为端系统3的接收表

业务编号	接收时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				9	28908	800	2
7	37476	1000	1

表4-3为端系统4的接收表

业务编号	接收时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				6	17620	450	2
8	1996632	350	3

表4-4为端系统5的接收表

业务编号	接收时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				2	2034708	1518	3

表4-5为端系统6的接收表

业务编号	接收时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				1	19388	150	1
5	996392	380	1

表4-6为交换机7的接收表

业务编号	接收时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				6	332	450	2
1	4500	150	1
				3	8092	640	2
9	15060	800	2
				7	22028	1000	1
4	1984792	750	3
				8	1985752	350	3
2	2000332	1518	3

表4-7为交换机8的接收表

按照下式，计算每个调度成功分组中每个时间触发TT业务源端系统以及各级交换机的发送时刻，按照其对应的节点编号进行分类，得到各端系统和各交换机的发送表。

其中，γ_ij表示第i个调度成功的分组中第j个时间触发TT业务，src是源端系统的简称，sw是交换机的简称，sw_k表示第k级交换机，des表示目的端系统的简称，γ_ij.s^src表示γ_ij在源端系统的发送时刻，

表示γ_ij在第一级交换机的接收时刻，

表γ_ij在第k级交换机的发送时刻，

表示γ_ij在第k+1级交换机的接收时刻，n表示γ_ij的传输路径中总共有n级交换机，k的取值范围为0～(n-1)，

表示τ_ij在第n级交换机的发送时刻，γ_ij.r^des表示γ_ij在目的端系统的接收时刻，E_sd表示端系统发送时延，是根据网络测量得到的一个网络参数，S_sd表示交换机发送时延，sy表示时间触发以太网TTE网络的同步精度，是通过实际测量得到一个网络参数，L_smin表示时间触发以太网TTE网络中的最小链路传播时延，是通过实际测量得到的一个网络参数。

本发明实施例中第一次遍历到本步骤时生成各节点发送表5的各子表如下。

表5-1端系统1的发送表

业务编号	发送时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				6	100	450	2
1	4268	150	1

表5-2端系统2的发送表

业务编号	发送时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				2	2000100	1518	3

表5-3端系统3的发送表

业务编号	发送时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				8	1985520	350	3

表5-4端系统4的发送表

业务编号	发送时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				7	6348	1000	1
4	1975920	750	3

表5-5端系统5的发送表

业务编号	发送时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				5	990480	380	1

表5-6端系统6的发送表

业务编号	发送时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				3	100	640	2
9	5788	800	2

表5-7交换机7的发送表

表5-8交换机8的发送表

业务编号	发送时刻(ns)	帧长(byte)	周期(ms)
				3	7260	640	2
9	14228	800	2
				6	16788	450	2
1	18556	150	1
				7	21196	1000	1
5	995560	380	1
				4	1983960	750	3
8	1995800	350	3
				2	2033876	1518	3

第三步，由各端系统的发送表和接收表以及各交换机的发送表和接收表共同组成调度表。

以上是本发明的一个具体实例，并不构成对本发明的任何限制，凡是在本发明的思想和精神下进行的修改和变化，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种冲突程度递减的增量化调度表生成方法，其特征在于，通过时间触发TT业务间是否存在冲突构建业务冲突图，生成冲突程度依次递减的分组；该方法的步骤包括如下：

步骤1，构建业务冲突图：

构建一个以无向图表达的业务冲突图，业务冲突图中的每个顶点代表时间触发以太网TTE网络中的一个时间触发TT业务，若两个时间触发TT业务间存在冲突，则业务冲突图中对应的两个顶点之间存在一条边；若业务冲突图中时间触发TT业务与其他时间触发TT业务间不存在冲突，则对应的两个顶点之间没有边；

步骤2，生成业务冲突图的极大连通子图：

判断业务冲突图中是否是一个连通图，若是则生成业务冲突图的一个极大连通子图后执行步骤4，否则，利用极大连通子图算法，生成业务冲突图的多个极大连通子图后执行步骤3；

步骤3，从多个极大连通子图中选取一个未被选取的极大连通子图；

步骤4，判断极大连通子图中时间触发TT业务的总数是否大于N，若是，则执行步骤5，否则，将该子图中所有时间触发TT业务组成一个分组后执行步骤6；其中，N为大于0的整数，是根据增量化调度时使用的求解器性能设定的一个调度参数；

步骤5，对极大连通子图中的时间触发TT业务分组：

逐次从极大连通子图中选取冲突程度值最大的M个未分组时间触发TT业务组成一个分组，M＝N，直至极大连通子图中未分组的时间触发TT业务总数小于N，将子图中小于N的剩余未分组的时间触发TT业务组成一个分组；

步骤6，按照极大连通子图中各分组的次序依次对分组进行编号；

步骤7，对各分组的时间触发TT业务执行增量化调度：

(7a)按照分组编号选取一个未调度的分组作为待调度分组；

(7b)将待调度分组中的每个时间触发TT业务在各交换机以及目的端系统的接收时刻输入到求解器，判断求解器的输出是否满足传输约束条件，若是，则分组调度成功，执行步骤(7d)，否则，执行步骤(7c)；

(7c)判断当前的待调度分组之前是否存在一个待调度分组，若是，则将存在的上一个待调度分组中的所有时间触发TT业务添加到当前待调度分组中后执行步骤(7b)，否则，判定当前待调度分组调度失败，执行步骤(7e)；

(7d)将求解器输出的每个接收时刻值作为当前待调度分组中该时间触发TT业务在各级交换机以及目的端系统的接收时刻值；

(7e)判断所选极大连通子图中是否还有未调度的分组，若是，则执行步骤(7a)，否则，执行步骤8；

步骤8，判断是否选完业务冲突图中的多个极大连通子图，若是，执行步骤9，否则，执行步骤3；

步骤9，生成调度表：

(9a)将每个调度成功的分组中每个时间触发TT业务各级交换机以及目的端系统的接收时刻，按照其对应的节点编号进行分类，得到各交换机和各端系统的接收表；

(9b)计算每个调度成功的分组中每个时间触发TT业务源端系统以及各级交换机的发送时刻，按照其对应的节点编号进行分类，得到各端系统和各交换机的发送表；

(9c)由各端系统的发送表和接收表以及各交换机的发送表和接收表共同组成调度表。

2.根据权利要求1所述的一种冲突程度递减的增量化调度表生成方法，其特征在于，步骤1中所述的两个时间触发TT业务间存在冲突指的是，两个时间触发TT业务的传输路径上若存在同一条链路，则将该两个时间触发TT业务判定为存在冲突。

3.根据权利要求1所述的一种冲突程度递减的增量化调度表生成方法，其特征在于，步骤2中所述的极大连通子图算法是指，广度搜索算法、深度搜索算法以及并查集算法中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种冲突程度递减的增量化调度表生成方法，其特征在于，步骤(7b)中所述的求解器是指，Yices求解器、Z3求解器、Gurobi求解器约束求解器中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种冲突程度递减的增量化调度表生成方法，其特征在于，步骤(7b)中所述的传输约束条件指的是同时满足以下四个条件的情形：

条件1，周期约束条件：待调度分组中每个时间触发TT业务，在各级交换机以及目的端系统的接收时刻均小于该时间触发TT业务的周期，且大于端系统发送时延与最小链路传播时延之和再减去同步精度的值与0的最大值；

条件2，链路无冲突约束条件：待调度分组中每个时间触发TT业务，在该业务传输路径中每条链路上的接收窗口与其他时间触发TT业务在该链路的接收窗口互不重叠，且与调度成功分组中任意一个时间触发TT业务在该链路的接收窗口互不重叠；接收窗口时长为该业务传输时延、2倍同步精度以及最大链路传播时延的和再减去最小链路传播时延的值；

条件3，路径依赖约束条件：待调度分组中每个时间触发TT业务，在该业务除了第一级的各级交换机以及目的端系统的接收时刻大于该业务在上一级交换机的接收时刻、交换机接收时延、该业务的接收窗口时长、交换机发送时延、以及最小链路传播时延的和再减去同步精度的值，且小于该节点在该业务在上一级交换机的接收时刻、交换机接收时延、该业务的接收窗口时长、交换机最大缓存时长、交换机发送时延以及最大链路传播时延的和再减去同步精度的值；

条件4，端到端时延约束条件：待调度分组中每个时间触发TT业务，在该业务传输路径上目的端系统接收时刻与第一级交换机的接收时刻之差小于该业务的最大端到端时延。

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