CN114785738A - 时间敏感流的调度方法、装置和电子设备 - Google Patents

时间敏感流的调度方法、装置和电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种时间敏感流的调度方法、装置和电子设备，涉及通信的技术领域，包括：获取待调度的时间敏感流集合和目标网络的网络拓扑信息；基于时间敏感流集合和网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系；基于目标时隙队列映射关系对目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流进行调度。本发明方法在从待调度的时间敏感流集合中确定目标时间敏感流时，将时间敏感流的路由代价和交换机端口队列的可用资源情况共同作为可调度条件进行综合考量，从而使得目标网络在调度时间敏感流时能够最大化的利用其网络资源，进而有效地缓解了现有的时间敏感流的调度方法存在的网络负载不均衡的技术问题。

Description

时间敏感流的调度方法、装置和电子设备
技术领域
本发明涉及通信的技术领域，尤其是涉及一种时间敏感流的调度方法、装置和电子设备。
背景技术
TSN（Time-Sensitive Networking，时间敏感网络）是一组IEEE 802标准，基于以太网的增强，能够保证时间敏感应用的端到端确定性数据传输。TSN主要通过三种机制实现端到端时延的保障：时间同步机制，流量调度和整形机制，网络配置机制。其中，流量调度和整形是最为重要一部分，工业界和学术界对其进行了大量研究。
CQF（Cyclic queuing and forwarding，循环排队和转发）是实现流量调度和整形的重要方式，但现有技术中很多基于CQF的流量调度的研究将路由作为一个先验知识，没有考虑路由的影响，导致可调度的流（时间敏感流）数量很少，进而造成网络负载不均衡的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种时间敏感流的调度方法、装置和电子设备，以缓解了现有的时间敏感流的调度方法存在的网络负载不均衡的技术问题。
第一方面，本发明提供一种时间敏感流的调度方法，包括：获取待调度的时间敏感流集合和目标网络的网络拓扑信息；基于所述时间敏感流集合和所述网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和所述目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系；其中，所述目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流为最小路由代价路径中各个交换机端口队列的可用资源均满足其资源需求的时间敏感流；所述目标时隙队列映射关系为时隙与所述目标网络中交换机端口队列的映射关系；基于所述目标时隙队列映射关系对所述目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流进行调度。
在可选的实施方式中，在基于所述时间敏感流集合和所述网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和所述目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系之前，还包括：计算所述时间敏感流集合的超周期；基于所述超周期确定用于转发时间敏感流的时隙集合；基于所述网络拓扑信息和所述时隙集合，初始化所述目标网络的时隙队列映射关系。
在可选的实施方式中，基于所述时间敏感流集合和所述网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和所述目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系，包括：重复执行下述步骤，直至所述时间敏感流集合为空：基于所述网络拓扑信息确定第一时间敏感流的最短路径集合；其中，所述第一时间敏感流表示所述时间敏感流集合中的任一时间敏感流，或者，将所述时间敏感流集合中的所有时间敏感流按照指定排序方式排序后的第一个时间敏感流；计算所述最短路径集合中每条最短路径传输所述第一时间敏感流的路由代价，并将所述第一时间敏感流从所述时间敏感流集合中移出；确定最小路由代价对应的最短路径中各个交换机端口队列的可用资源均满足所述第一时间敏感流的资源需求时，将所述第一时间敏感流作为所述目标时间敏感流，并基于所述最小路由代价更新所述时隙队列映射关系。
在可选的实施方式中，计算所述最短路径集合中每条最短路径传输所述第一时间敏感流的路由代价，包括：获取所述第一时间敏感流的传输周期、所述时隙集合中每个时隙的时长和第一最短路径的跳数；其中，所述第一最短路径表示所述最短路径集合中的任一最短路径；基于所述传输周期、所述时长和所述跳数，确定所述第一时间敏感流的最晚注入时隙；计算所述第一最短路径的最大链路负载率；其中，所述最大链路负载率表示所述第一最短路径中各条链路在对应时隙的链路负载率的最大值；基于所述最晚注入时隙和所述最大链路负载率，确定所述第一最短路径传输所述第一时间敏感流的路由代价。
在可选的实施方式中，计算所述第一最短路径的最大链路负载率，包括：利用算式
Figure P_220616093342959_959694001
计算所述第一最短路径中链路
Figure P_220616093342975_975340002
在对应时隙
Figure P_220616093343006_006570003
的链路负载率；其中，
Figure P_220616093343022_022197004
表示在时隙
Figure P_220616093343053_053471005
下所述链路
Figure P_220616093343069_069114006
的负载；
Figure P_220616093343100_100323007
表示链路
Figure P_220616093343115_115958008
的起始节点，
Figure P_220616093343149_149190009
表示链路
Figure P_220616093343166_166248010
的终止节点；
Figure P_220616093343181_181863011
表示在时隙
Figure P_220616093343213_213110012
下所述第一最短路径中所有链路的最小负载；
Figure P_220616093343228_228735013
表示在时隙
Figure P_220616093343244_244371014
下所述第一最短路径中所有链路的最大负载；将所述第一最短路径中所有链路在对应时隙的链路负载率的最大值作为所述第一最短路径的最大链路负载率。
在可选的实施方式中，基于所述最晚注入时隙和所述最大链路负载率，确定所述第一最短路径传输所述第一时间敏感流的路由代价，包括：基于所述最晚注入时隙确定所述第一时间敏感流的所有可选注入时隙；计算所述第一时间敏感流在目标可选注入时隙的注入时隙偏移；基于所述最晚注入时隙、所述最大链路负载率和所述注入时隙偏移，计算所述第一时间敏感流在所述目标可选注入时隙注入所述第一最短路径的路由代价；将所有所述可选注入时隙对应的路由代价的最小值，作为所述第一最短路径传输所述第一时间敏感流的路由代价。
在可选的实施方式中，基于所述最晚注入时隙、所述最大链路负载率和所述注入时隙偏移，计算所述第一时间敏感流在所述目标可选注入时隙注入所述第一最短路径的路由代价，包括：利用算式
Figure P_220616093343275_275624001
计算第一时间敏感流
Figure P_220616093343306_306870002
在目标可选注入时隙注入所述第一最短路径
Figure P_220616093343322_322501003
的路由代价；其中，
Figure P_220616093343355_355188004
表示所述最大链路负载率；
Figure P_220616093343371_371329005
表示所述第一最短路径中链路
Figure P_220616093343402_402561006
在对应时隙
Figure P_220616093343418_418211007
的链路负载率；
Figure P_220616093343449_449454008
表示链路
Figure P_220616093343465_465091009
的起始节点，
Figure P_220616093343496_496324010
表示链路
Figure P_220616093343511_511948011
的终止节点；
Figure P_220616093343527_527579012
表示所述第一时间敏感流在所述目标可选注入时隙的注入时隙偏移，
Figure P_220616093343560_560784013
表示所述第一时间敏感流的最晚注入时隙。
第二方面，本发明提供一种时间敏感流的调度装置，包括：获取模块，用于获取待调度的时间敏感流集合和目标网络的网络拓扑信息；第一确定模块，用于基于所述时间敏感流集合和所述网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和所述目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系；其中，所述目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流为最小路由代价路径中各个交换机端口队列的可用资源均满足其资源需求的时间敏感流；所述目标时隙队列映射关系为时隙与所述目标网络中交换机端口队列的映射关系；调度模块，用于基于所述目标时隙队列映射关系对所述目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流进行调度。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施方式中任一项所述的时间敏感流的调度方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现前述实施方式中任一项所述时间敏感流的调度方法。
本发明提供的时间敏感流的调度方法，包括：获取待调度的时间敏感流集合和目标网络的网络拓扑信息；基于时间敏感流集合和网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系；其中，目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流为最小路由代价路径中各个交换机端口队列的可用资源均满足其资源需求的时间敏感流；目标时隙队列映射关系为时隙与目标网络中交换机端口队列的映射关系；基于目标时隙队列映射关系对目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流进行调度。
本发明提供的时间敏感流的调度方法，在从待调度的时间敏感流集合中确定目标时间敏感流时，将时间敏感流的路由代价和交换机端口队列的可用资源情况共同作为可调度条件进行综合考量，从而使得目标网络在调度时间敏感流时能够最大化的利用其网络资源，进而有效地缓解了现有的时间敏感流的调度方法存在的网络负载不均衡的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为本发明实施例提供的一种时间敏感流的调度方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种分别采用本发明实施例方法与现有的最短路径算法调度时间敏感流时最大链路负载率的对比图；
图3为本发明实施例提供的一种分别采用本发明实施例方法与现有的最短路径算法调度时间敏感流时的结果示意图；
图4为本发明实施例提供的一种时间敏感流的调度装置的功能模块图；
图5为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
CQF（Cyclic queuing and forwarding，循环排队和转发）是实现流量调度和整形的重要方式，CQF是一种基于乒乓队列的模型，通过循环切换乒乓队列传输状态，以保证时间敏感流量的确定性传输。交换机的每个输出端口包含8个队列，其中优先级最高的两个队列用作CQF队列，CQF在交换机的每个输出端口上维护一个循环计时器和两个队列。在奇数时隙中，队列Q6缓冲输入端口接收的帧，队列Q7传输在最后一个偶数时隙的队列中缓冲的帧。在偶数时隙中，队列Q7缓冲输入端口接收的帧，队列Q6传输在最后一个奇数时隙的队列中排队的帧。CQF使用门控制列表来控制和调度交换机输出端口中每个队列的帧。它是由一组有序的闸门操作组成的，每个操作都控制相应队列门的状态，当队列门为打开状态时，才允许在队列中传输排队的帧。
现有的时间敏感网络调度方法包括基于CQF的每队列进行调度的方法，虽然该方法结合了TAS整形器的门控列表，降低了网络配置的复杂性，但上述方法将路由作为一个先验知识，没有考虑路由的影响，导致可调度的流（时间敏感流）数量很少，进而造成网络负载不均衡的问题。有鉴于此，本发明实施例提供了一种时间敏感流的调度方法，用以缓解上文中所提出的技术问题。
实施例一
图1为本发明实施例提供的一种时间敏感流的调度方法的流程图，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤S102，获取待调度的时间敏感流集合和目标网络的网络拓扑信息。
具体的，待调度的时间敏感流集合为所有待调度的时间敏感流组成的集合，一般地，时间敏感流可以用一个六元组进行表示，待调度的时间敏感流集合F中的时间敏感流
Figure P_220616093343576_576406001
表示为：
Figure P_220616093343607_607651002
，其中，
Figure P_220616093343638_638899003
表示时间敏感流
Figure P_220616093343654_654552004
的源地址，
Figure P_220616093343685_685827005
表示时间敏感流
Figure P_220616093343701_701401006
的目的地址，
Figure P_220616093343732_732655007
表示目的地址接收数据的截止时间，
Figure P_220616093343749_749213008
表示时间敏感流
Figure P_220616093343765_765357009
的传输周期，
Figure P_220616093343796_796621010
表示时间敏感流
Figure P_220616093343812_812244011
在每个传输周期传输的数据大小，
Figure P_220616093343843_843520012
表示时间敏感流
Figure P_220616093343859_859158013
在网络中的传输路径。其中，
Figure P_220616093343890_890416014
，
Figure P_220616093343905_905523015
表示时隙
Figure P_220616093343937_937287016
时的链路，
Figure P_220616093343954_954301017
表示链路
Figure P_220616093343970_970446018
的起始节点，
Figure P_220616093344001_001701019
表示链路
Figure P_220616093344017_017333020
的终止节点。
在本发明实施例中，目标网络即表示具体对上述待调度的时间敏感流集合进行调度的网络，因此，要确定具体时间敏感流的调度方案，不仅要获取待调度的时间敏感流集合，还应获取目标网络的网络拓扑信息，根据网络拓扑信息可以确定目标网络中各个交换机端口之间的连接关系。
步骤S104，基于时间敏感流集合和网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系。
已知待调度的时间敏感流集合中各个时间敏感流的具体信息和具体调度流（时间敏感流）的网络拓扑信息，根据设定的调度约束条件即可确定出目标网络具体可以承载的目标时间敏感流集合以及目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系，其中，目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流为最小路由代价路径中各个交换机端口队列的可用资源均满足其资源需求的时间敏感流；目标时隙队列映射关系为时隙与目标网络中交换机端口队列的映射关系。目标时隙队列映射关系可以具体以目标时隙队列映射表的形式呈现，包含时隙与具体交换机端口队列映射，也即，某个交换机端口队列在某个时隙的可用资源。
具体的，本发明实施例对目标网络能够承载的目标时间敏感流设置了约束条件，在判断某一时间敏感流是否可被目标网络成功调度时，需要确定该时间敏感流的最小路由代价路径中各个交换机端口队列的可用资源是否均满足其资源需求，其中，最小路由代价路径表示目标网络中路由代价最小的最短路径，上述最短路径为根据网络拓扑信息确定的上述时间敏感流的最短路径集合中的路径。也即，在确定出最小路由代价路径之后，还需要进一步判断该路径中各个交换机端口队列的可用资源是否均满足该时间敏感流的资源需求。
如果不满足，则表明目标网络无法成功调度上述时间敏感流，返回判断待调度的时间敏感流集合中的下一时间敏感流能否进入目标时间敏感流集合（也即，能够被目标网络成功调度）。
如果满足，则表明目标网络可以成功调度上述时间敏感流，同时应更新目标时隙队列映射关系。也即，已为该时间敏感流找到了一条符合条件的最短路径，并沿该最短路径为其预留时间和队列资源，保证其确定性传输。因此，在判断待调度的时间敏感流集合中的下一时间敏感流能否进入目标时间敏感流集合时，应基于更新后的目标时隙队列映射关系（已经为目标时间敏感流预留了时隙和队列资源）进行判断。
步骤S106，基于目标时隙队列映射关系对目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流进行调度。
在确定出目标时间敏感流集合和相应的目标时隙队列映射关系之后，根据确定的目标时间敏感流信息、相应的最小路由代价路径、目标时隙队列映射关系中各个时隙与各个交换机端口队列的映射关系，即可对目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流进行调度。
本发明提供的时间敏感流的调度方法，在从待调度的时间敏感流集合中确定目标时间敏感流时，将时间敏感流的路由代价和交换机端口队列的可用资源情况共同作为可调度条件进行综合考量，从而使得目标网络在调度时间敏感流时能够最大化的利用其网络资源，进而有效地缓解了现有的时间敏感流的调度方法存在的网络负载不均衡的技术问题。
在一个可选的实施方式中，在执行上述步骤S104，基于时间敏感流集合和网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系之前，本发明方法还包括如下步骤：
步骤S1031，计算时间敏感流集合的超周期。
具体的，根据上文中所介绍的目标时隙队列映射关系的含义可知，要确定上述映射关系，首先应明确各个时隙的具体时间长度以及具体需要维护目标网络中哪些交换机的端口队列，在本发明实施例中，时隙的时间长度需要基于时间敏感流集合的超周期确定，而待维护的交换机端口队列则需要根据网络拓扑信息确定，因为只需要维护存在链路关系的交换机端口即可。
时间敏感流集合的超周期为时间敏感流集合中所有时间敏感流的传输周期的最小公倍数，也即，
Figure P_220616093344048_048561001
，其中，
Figure P_220616093344064_064207002
表示时间敏感流集合的超周期，F表示（待调度的）时间敏感流集合。
步骤S1032，基于超周期确定用于转发时间敏感流的时隙集合。
在CQF模型中，将超周期等分为n个时隙，即可得到用于转发时间敏感流的时隙集合，时隙集合表示为：
Figure P_220616093344095_095443001
，其中，每个时隙的时间长度为
Figure P_220616093344126_126711002
。
步骤S1033，基于网络拓扑信息和时隙集合，初始化目标网络的时隙队列映射关系。
最后结合已知的网络拓扑关系和计算得到的时隙集合，即可初始化目标网络的时隙队列映射关系，初始状态下，各个交换机端口队列均为空。
在一个可选的实施方式中，上述步骤S104，基于时间敏感流集合和网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系，具体包括如下内容：
重复执行下述步骤S1041至步骤S1043，直至时间敏感流集合为空：
步骤S1041，基于网络拓扑信息确定第一时间敏感流的最短路径集合。
步骤S1042，计算最短路径集合中每条最短路径传输第一时间敏感流的路由代价，并将第一时间敏感流从时间敏感流集合中移出。
步骤S1043，确定最小路由代价对应的最短路径中各个交换机端口队列的可用资源均满足第一时间敏感流的资源需求时，将第一时间敏感流作为目标时间敏感流，并基于最小路由代价更新时隙队列映射关系。
具体的，在从待调度的时间敏感流集合中筛选目标时间敏感流时，用户可以根据实际需要将时间敏感流集合中的所有时间敏感流按照指定排序方式进行排序，然后按照排序后所确定的优先级顺序依次对各个时间敏感流进行判断，从而有针对性的提升具有指定特征的时间敏感流能够被成功调度的概率，时间敏感流的排序方式包括但不限于：传输周期，数据大小，目的地址接收数据的截止时间。或者，也可以不预先确定时间敏感流的调度顺序，每次随机从待调度的时间敏感流集合中选择一个时间敏感流进行计算。
为了便于描述，下面对如何确定第一时间敏感流是否为目标时间敏感流的方法进行介绍，其中，第一时间敏感流表示时间敏感流集合中的任一时间敏感流，或者，将时间敏感流集合中的所有时间敏感流按照指定排序方式排序后的第一个时间敏感流。
首先，已知第一时间敏感流的源地址和目的地址，因此，根据网络拓扑信息即可确定第一时间敏感流的最短路径集合，本发明实施例不对如何确定最短路径集合的方法进行具体限定，用户可以根据实际需求进行选择，例如，采用Dijkstra算法计算上述最短路径集合。
在确定出最短路径集合之后，为了使得目标网络能够尽可能的调度更多的时间敏感流，因此，在为第一时间敏感流确定实际的路由路径时，应选择其最短路径集合中具有最小路由代价的最短路径。所以进一步需计算最短路径集合中每条最短路径传输第一时间敏感流的路由代价，并从中选择最小路由代价对应的最短路径拟定为在目标网络中传输的路由，同时将第一时间敏感流从时间敏感流集合中移出。
在确定出最小路由代价对应的最短路径之后，还应考虑该最短路径中所涉及的各个交换机端口队列能否满足第一时间敏感流的资源需求，如果各个交换机端口队列的可用资源均满足第一时间敏感流的资源需求，则表明目标网络可以成功调度上述第一时间敏感流，因此，将第一时间敏感流作为目标时间敏感流，同时，本发明实施例中，最短路径的路由代价计算与时间敏感流的注入时隙存在关联，因此，时隙队列映射关系应基于最小路由代价进行更新。
如果最小路由代价对应的最短路径中，存在至少一个交换机端口队列的可用资源不满足第一时间敏感流的资源需求，则表明目标网络无法成功调度上述第一时间敏感流。此时若当前的时间敏感流集合不是空集，那么返回执行步骤S1041，再继续判断下一个第一时间敏感流是否为目标时间敏感流。以此类推，即可确定出目标时间敏感流集合和目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系。
在一个可选的实施方式中，上述步骤S1042中，计算最短路径集合中每条最短路径传输第一时间敏感流的路由代价，具体包括如下步骤：
步骤S10421，获取第一时间敏感流的传输周期、时隙集合中每个时隙的时长和第一最短路径的跳数。
步骤S10422，基于传输周期、时长和跳数，确定第一时间敏感流的最晚注入时隙。
具体的，CQF在交换机的每个输出端口上维护一个循环计时器和两个队列，在奇数时隙中，队列Q6缓冲输入端口接收的帧，队列Q7传输在最后一个偶数时隙的队列中缓冲的帧；在偶数时隙中，队列Q7缓冲输入端口接收的帧，队列Q6传输在最后一个奇数时隙的队列中排队的帧。也就是说，由时隙T1中的上游交换机发送的帧必须由下游交换机在同一时隙T1处接收，并在时隙T2结束前发送。因此，一帧的最大可能延迟是时隙T1的开始到时隙T2的结束期间的时间。类似地，最小可能延迟是时隙T1的结束到时隙T2的开始期间的时间。根据CQF机制可知，时间敏感流的端到端时延计算公式为：
Figure P_220616093344143_143753001
，其中，h表示路径的跳数，
Figure P_220616093344175_175526002
表示每个时隙的时间长度，
Figure P_220616093344191_191162003
表示时间敏感流的端到端时延。
在本发明实施例中，最晚注入时隙指的是在发送端注入时间敏感流数据包的最晚时隙，如果超过这个时隙，该时间敏感流将不能在其截止时间前到达目的地址。因此，第一时间敏感流的最晚注入时隙可通过以下算式得到：
Figure P_220616093344222_222402001
，其中，
Figure P_220616093344253_253640002
表示第一时间敏感流
Figure P_220616093344269_269273003
的最晚注入时隙，
Figure P_220616093344300_300522004
表示第一时间敏感流
Figure P_220616093344316_316161005
的传输周期，
Figure P_220616093344349_349813006
表示第一时间敏感流
Figure P_220616093344381_381594007
的端到端时延，计算
Figure P_220616093344397_397205008
时，将第一最短路径的跳数和时隙集合中每个时隙的时长代入上述计算
Figure P_220616093344412_412864009
的算式即可，其中，第一最短路径表示最短路径集合中的任一最短路径。
步骤S10423，计算第一最短路径的最大链路负载率。
步骤S10424，基于最晚注入时隙和最大链路负载率，确定第一最短路径传输第一时间敏感流的路由代价。
具体的，结合上文中对本发明实施例所提供方法的介绍可知，本发明实施例属于一种基于负载均衡的联合路由和调度优化算法，该算法的前期由两个阶段组成：第一阶段为计算时间敏感流的所有最短路径的路由代价，第二阶段为从中选择路由代价最低的最短路径，算法的后期再判定最终选择的最短路径（最小路由代价路径）的可用资源是否满足时间敏感流的资源需求。
在本发明实施例中，第一最短路径传输第一时间敏感流的路由代价具体是基于第一时间敏感流的最晚注入时隙和第一最短路径的最大链路负载率计算得到的，其中，最大链路负载率表示第一最短路径中各条链路在对应时隙的链路负载率的最大值。也即，要确定第一最短路径的最大链路负载率，首先需要计算第一最短路径上的每条链路在对应时隙的链路负载率，然后再取所有链路负载率中的最大值。
在一个可选的实施方式中，上述步骤S10423，计算第一最短路径的最大链路负载率，具体包括如下内容：
首先，利用算式
Figure P_220616093344444_444086001
计算第一最短路径中链路
Figure P_220616093344475_475327002
在对应时隙
Figure P_220616093344506_506571003
的链路负载率；其中，
Figure P_220616093344522_522200004
表示在时隙
Figure P_220616093344558_558307005
下链路
Figure P_220616093344574_574485006
的负载；
Figure P_220616093344605_605698007
表示链路
Figure P_220616093344621_621337008
的起始节点，
Figure P_220616093344652_652576009
表示链路
Figure P_220616093344668_668202010
的终止节点；
Figure P_220616093344699_699485011
表示在时隙
Figure P_220616093344730_730702012
下第一最短路径中所有链路的最小负载；
Figure P_220616093344749_749245013
表示在时隙
Figure P_220616093344765_765402014
下第一最短路径中所有链路的最大负载。
然后，将第一最短路径中所有链路在对应时隙的链路负载率的最大值作为第一最短路径的最大链路负载率。
在一个可选的实施方式中，上述步骤S10424，基于最晚注入时隙和最大链路负载率，确定第一最短路径传输第一时间敏感流的路由代价，具体包括如下步骤：
步骤S104241，基于最晚注入时隙确定第一时间敏感流的所有可选注入时隙。
具体的，已知第一时间敏感流的最晚注入时隙，那么第一时间敏感流则存在至少一个可选注入时隙，例如，假设最晚注入时隙为T3，那么第一时间敏感流的所有可选注入时隙即为：{T1，T2，T3}。
步骤S104242，计算第一时间敏感流在目标可选注入时隙的注入时隙偏移。
步骤S104243，基于最晚注入时隙、最大链路负载率和注入时隙偏移，计算第一时间敏感流在目标可选注入时隙注入第一最短路径的路由代价。
步骤S104244，将所有可选注入时隙对应的路由代价的最小值，作为第一最短路径传输第一时间敏感流的路由代价。
在本发明实施例中，不同的注入时隙偏移对应不同的路由代价，且路由代价由第一时间敏感流的最晚注入时隙、第一最短路径的最大链路负载率和第一时间敏感流的注入时隙偏移通过计算得出。其中，注入时隙偏移指的是第一时间敏感流的源地址发出流的时隙相对目标网络开始调度流的起始时隙的偏移。在计算出每个可选注入时隙偏移对应的路由代价之后，再将路由代价中的最小值作为第一最短路径传输第一时间敏感流的路由代价。
在一个可选的实施方式中，上述步骤S104243，基于最晚注入时隙、最大链路负载率和注入时隙偏移，计算第一时间敏感流在目标可选注入时隙注入第一最短路径的路由代价，具体包括如下内容：
利用算式
Figure P_220616093344796_796687001
计算第一时间敏感流
Figure P_220616093344827_827907002
在目标可选注入时隙注入第一最短路径
Figure P_220616093344843_843504003
的路由代价；其中，
Figure P_220616093344874_874765004
表示最大链路负载率；
Figure P_220616093344890_890379005
表示第一最短路径中链路
Figure P_220616093344921_921680006
在对应时隙
Figure P_220616093344955_955281007
的链路负载率；
Figure P_220616093345002_002699008
表示链路
Figure P_220616093345018_018315009
的起始节点，
Figure P_220616093345049_049547010
表示链路
Figure P_220616093345065_065183011
的终止节点；
Figure P_220616093345096_096426012
表示第一时间敏感流在目标可选注入时隙的注入时隙偏移，
Figure P_220616093345127_127676013
表示第一时间敏感流的最晚注入时隙。
综上所述，本发明实施例提供的时间敏感流的调度方法，在从待调度的时间敏感流集合中确定目标时间敏感流时，将时间敏感流的路由代价和交换机端口队列的可用资源情况共同作为可调度条件进行综合考量，从而使得目标网络在调度时间敏感流时能够最大化的利用其网络资源，进而有效地缓解了现有的时间敏感流的调度方法存在的网络负载不均衡的技术问题。
图2为分别采用本发明实施例方法与现有的最短路径算法调度时间敏感流时最大链路负载率的对比图，图3为分别采用本发明实施例方法与现有的最短路径算法调度时间敏感流时的结果示意图，图2-图3中JRS-LB代表本发明实施例方法，Dijkstra代表现有的最短路径算法，由图2可知，本发明实施例所提供的方法与最短路径算法相比，可以有效降低网络的最大链路负载率，使网络资源更加负载均衡。由图3可知，本发明实施例所提供的方法比最短路径算法在相同条件下可以成功调度更多的时间敏感流量。
实施例二
本发明实施例还提供了一种时间敏感流的调度装置，该时间敏感流的调度装置主要用于执行上述实施例一所提供的时间敏感流的调度方法，以下对本发明实施例提供的时间敏感流的调度装置做具体介绍。
图4是本发明实施例提供的一种时间敏感流的调度装置的功能模块图，如图4所示，该装置主要包括：获取模块10，第一确定模块20，调度模块30，其中：
获取模块10，用于获取待调度的时间敏感流集合和目标网络的网络拓扑信息。
第一确定模块20，用于基于时间敏感流集合和网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系；其中，目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流为最小路由代价路径中各个交换机端口队列的可用资源均满足其资源需求的时间敏感流；目标时隙队列映射关系为时隙与目标网络中交换机端口队列的映射关系。
调度模块30，用于基于目标时隙队列映射关系对目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流进行调度。
本发明实施例提供的时间敏感流的调度装置所执行的时间敏感流的调度方法，在从待调度的时间敏感流集合中确定目标时间敏感流时，将时间敏感流的路由代价和交换机端口队列的可用资源情况共同作为可调度条件进行综合考量，从而使得目标网络在调度时间敏感流时能够最大化的利用其网络资源，进而有效地缓解了现有的时间敏感流的调度方法存在的网络负载不均衡的技术问题。
可选地，该装置还包括：
计算模块，用于计算时间敏感流集合的超周期。
第二确定模块，用于基于超周期确定用于转发时间敏感流的时隙集合。
初始化模块，用于基于网络拓扑信息和时隙集合，初始化目标网络的时隙队列映射关系。
可选地，第一确定模块包括：
重复执行模块，用于重复执行下述步骤，直至时间敏感流集合为空：
确定单元，用于基于网络拓扑信息确定第一时间敏感流的最短路径集合；其中，第一时间敏感流表示时间敏感流集合中的任一时间敏感流，或者，将时间敏感流集合中的所有时间敏感流按照指定排序方式排序后的第一个时间敏感流。
计算和移出单元，用于计算最短路径集合中每条最短路径传输第一时间敏感流的路由代价，并将第一时间敏感流从时间敏感流集合中移出。
确定和更新单元，用于确定最小路由代价对应的最短路径中各个交换机端口队列的可用资源均满足第一时间敏感流的资源需求时，将第一时间敏感流作为目标时间敏感流，并基于最小路由代价更新时隙队列映射关系。
可选地，计算和移出单元包括：
获取子单元，用于获取第一时间敏感流的传输周期、时隙集合中每个时隙的时长和第一最短路径的跳数；其中，第一最短路径表示最短路径集合中的任一最短路径。
第一确定子单元，用于基于传输周期、时长和跳数，确定第一时间敏感流的最晚注入时隙。
计算子单元，用于计算第一最短路径的最大链路负载率；其中，最大链路负载率表示第一最短路径中各条链路在对应时隙的链路负载率的最大值。
第二确定子单元，用于基于最晚注入时隙和最大链路负载率，确定第一最短路径传输第一时间敏感流的路由代价。
可选地，计算子单元具体用于：利用算式
Figure P_220616093345145_145209001
计算第一最短路径中链路
Figure P_220616093345177_177016002
在对应时隙
Figure P_220616093345192_192620003
的链路负载率；其中，
Figure P_220616093345223_223869004
表示在时隙
Figure P_220616093345239_239497005
下链路
Figure P_220616093345270_270753006
的负载；
Figure P_220616093345301_301988007
表示链路
Figure P_220616093345317_317603008
的起始节点，
Figure P_220616093345350_350783009
表示链路
Figure P_220616093345366_366935010
的终止节点；
Figure P_220616093345398_398217011
表示在时隙
Figure P_220616093345413_413795012
下第一最短路径中所有链路的最小负载；
Figure P_220616093345445_445068013
表示在时隙
Figure P_220616093345491_491918014
下第一最短路径中所有链路的最大负载。
将第一最短路径中所有链路在对应时隙的链路负载率的最大值作为第一最短路径的最大链路负载率。
可选地，第二确定子单元包括：
第一确定模组，用于基于最晚注入时隙确定第一时间敏感流的所有可选注入时隙。
第一计算模组，用于计算第一时间敏感流在目标可选注入时隙的注入时隙偏移。
第二计算模组，用于基于最晚注入时隙、最大链路负载率和注入时隙偏移，计算第一时间敏感流在目标可选注入时隙注入第一最短路径的路由代价。
第二确定模组，用于将所有可选注入时隙对应的路由代价的最小值，作为第一最短路径传输第一时间敏感流的路由代价。
可选地，第二计算模组具体用于：利用算式
Figure P_220616093345538_538808001
计算第一时间敏感流
Figure P_220616093345557_557811002
在目标可选注入时隙注入第一最短路径
Figure P_220616093345589_589602003
的路由代价；其中，
Figure P_220616093345620_620831004
表示最大链路负载率；
Figure P_220616093345636_636491005
表示第一最短路径中链路
Figure P_220616093345667_667715006
在对应时隙
Figure P_220616093345698_698987007
的链路负载率；
Figure P_220616093345730_730211008
表示链路
Figure P_220616093345768_768777009
的起始节点，
Figure P_220616093345800_800070010
表示链路
Figure P_220616093345831_831319011
的终止节点；
Figure P_220616093345846_846910012
表示第一时间敏感流在目标可选注入时隙的注入时隙偏移，
Figure P_220616093345878_878151013
表示第一时间敏感流的最晚注入时隙。
实施例三
参见图5，本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：处理器60，存储器61，总线62和通信接口63，所述处理器60、通信接口63和存储器61通过总线62连接；处理器60用于执行存储器61中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器61可能包含高速随机存取存储器（RAM，Random Access Memory），也可能还包括非易失性存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口63（可以是有线或者无线）实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线62可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器61用于存储程序，所述处理器60在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器60中，或者由处理器60实现。
处理器60可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器60中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器60可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61，处理器60读取存储器61中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本发明实施例所提供的一种时间敏感流的调度方法、装置和电子设备的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种时间敏感流的调度方法，其特征在于，包括：
获取待调度的时间敏感流集合和目标网络的网络拓扑信息；
基于所述时间敏感流集合和所述网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和所述目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系；其中，所述目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流为最小路由代价路径中各个交换机端口队列的可用资源均满足其资源需求的时间敏感流；所述目标时隙队列映射关系为时隙与所述目标网络中交换机端口队列的映射关系；
基于所述目标时隙队列映射关系对所述目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流进行调度。
2.根据权利要求1所述的时间敏感流的调度方法，其特征在于，在基于所述时间敏感流集合和所述网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和所述目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系之前，还包括：
计算所述时间敏感流集合的超周期；
基于所述超周期确定用于转发时间敏感流的时隙集合；
基于所述网络拓扑信息和所述时隙集合，初始化所述目标网络的时隙队列映射关系。
3.根据权利要求2所述的时间敏感流的调度方法，其特征在于，基于所述时间敏感流集合和所述网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和所述目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系，包括：
重复执行下述步骤，直至所述时间敏感流集合为空：
基于所述网络拓扑信息确定第一时间敏感流的最短路径集合；其中，所述第一时间敏感流表示所述时间敏感流集合中的任一时间敏感流，或者，将所述时间敏感流集合中的所有时间敏感流按照指定排序方式排序后的第一个时间敏感流；
计算所述最短路径集合中每条最短路径传输所述第一时间敏感流的路由代价，并将所述第一时间敏感流从所述时间敏感流集合中移出；
确定最小路由代价对应的最短路径中各个交换机端口队列的可用资源均满足所述第一时间敏感流的资源需求时，将所述第一时间敏感流作为所述目标时间敏感流，并基于所述最小路由代价更新所述时隙队列映射关系。
4.根据权利要求3所述的时间敏感流的调度方法，其特征在于，计算所述最短路径集合中每条最短路径传输所述第一时间敏感流的路由代价，包括：
获取所述第一时间敏感流的传输周期、所述时隙集合中每个时隙的时长和第一最短路径的跳数；其中，所述第一最短路径表示所述最短路径集合中的任一最短路径；
基于所述传输周期、所述时长和所述跳数，确定所述第一时间敏感流的最晚注入时隙；
计算所述第一最短路径的最大链路负载率；其中，所述最大链路负载率表示所述第一最短路径中各条链路在对应时隙的链路负载率的最大值；
基于所述最晚注入时隙和所述最大链路负载率，确定所述第一最短路径传输所述第一时间敏感流的路由代价。
5.根据权利要求4所述的时间敏感流的调度方法，其特征在于，计算所述第一最短路径的最大链路负载率，包括：
利用算式
Figure P_220616093339508_508070001
计算所述第一最短路径中链路
Figure P_220616093339561_561723002
在对应时隙
Figure P_220616093339593_593499003
的链路负载率；其中，
Figure P_220616093339624_624759004
表示在时隙
Figure P_220616093339640_640369005
下所述链路
Figure P_220616093339655_655996006
的负载；
Figure P_220616093339687_687226007
表示链路
Figure P_220616093339702_702880008
的起始节点，
Figure P_220616093339734_734128009
表示链路
Figure P_220616093339751_751179010
的终止节点；
Figure P_220616093339767_767326011
表示在时隙
Figure P_220616093339798_798559012
下所述第一最短路径中所有链路的最小负载；
Figure P_220616093339814_814195013
表示在时隙
Figure P_220616093339845_845444014
下所述第一最短路径中所有链路的最大负载；
将所述第一最短路径中所有链路在对应时隙的链路负载率的最大值作为所述第一最短路径的最大链路负载率。
6.根据权利要求4所述的时间敏感流的调度方法，其特征在于，基于所述最晚注入时隙和所述最大链路负载率，确定所述第一最短路径传输所述第一时间敏感流的路由代价，包括：
基于所述最晚注入时隙确定所述第一时间敏感流的所有可选注入时隙；
计算所述第一时间敏感流在目标可选注入时隙的注入时隙偏移；
基于所述最晚注入时隙、所述最大链路负载率和所述注入时隙偏移，计算所述第一时间敏感流在所述目标可选注入时隙注入所述第一最短路径的路由代价；
将所有所述可选注入时隙对应的路由代价的最小值，作为所述第一最短路径传输所述第一时间敏感流的路由代价。
7.根据权利要求6所述的时间敏感流的调度方法，其特征在于，基于所述最晚注入时隙、所述最大链路负载率和所述注入时隙偏移，计算所述第一时间敏感流在所述目标可选注入时隙注入所述第一最短路径的路由代价，包括：
利用算式
Figure P_220616093339861_861099001
计算第一时间敏感流
Figure P_220616093339892_892341002
在目标可选注入时隙注入所述第一最短路径
Figure P_220616093339923_923581003
的路由代价；其中，
Figure P_220616093339939_939189004
表示所述最大链路负载率；
Figure P_220616093339960_960192005
表示所述第一最短路径中链路
Figure P_220616093339991_991948006
在对应时隙
Figure P_220616093340023_023233007
的链路负载率；
Figure P_220616093340038_038802008
表示链路
Figure P_220616093340070_070070009
的起始节点，
Figure P_220616093340086_086583010
表示链路
Figure P_220616093340116_116928011
的终止节点；
Figure P_220616093340132_132556012
表示所述第一时间敏感流在所述目标可选注入时隙的注入时隙偏移，
Figure P_220616093340166_166234013
表示所述第一时间敏感流的最晚注入时隙。
8.一种时间敏感流的调度装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取待调度的时间敏感流集合和目标网络的网络拓扑信息；
第一确定模块，用于基于所述时间敏感流集合和所述网络拓扑信息，确定目标时间敏感流集合和所述目标时间敏感流集合对应的目标时隙队列映射关系；其中，所述目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流为最小路由代价路径中各个交换机端口队列的可用资源均满足其资源需求的时间敏感流；所述目标时隙队列映射关系为时隙与所述目标网络中交换机端口队列的映射关系；
调度模块，用于基于所述目标时隙队列映射关系对所述目标时间敏感流集合中的目标时间敏感流进行调度。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至7中任一项所述的时间敏感流的调度方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述时间敏感流的调度方法。
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