CN116708282A - 面向ieee 802.1 tsn时间感知整形器的容错调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明的面向IEEE 802.1TSN时间感知整形器的容错调度方法，包括离线容错调度与在线可靠度恢复调度。离线容错调度阶段，根据实时流属性和网络系统硬件属性，选择出所有需要调度实时流的冗余路由和备用路由；将实时流属性、冗余路由与网络系统硬件属性作为输入进行ILP调度问题求解得到实时流在系统中的调度。在线可靠度恢复阶段，针对链路失效而导致可靠度降低的实时流，为这些实时流在备用路由中选择新的冗余路由并进行在线调度来恢复可靠度；当备用路由不足时通过已有路由进行瞬时冗余度恢复来恢复可靠度。本方法在实时流调度算法中加入永久冗余度和瞬时冗余度，通过离线调度与在线调度结合的方式提高了网络系统在运行时的实时性与可靠性。

Description

面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法

技术领域

本发明属于网络资源调度技术领域，涉及一种面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法。

背景技术

随着智能制造与无人驾驶的发展，工业互联网中需要连接的设备急剧增加，传统的总线结构如CAN无法满足数据传输带宽的需求，增加了软件系统与网络系统的设计难度与生产成本。传统以太网拥有的传输速率，但是无法满足工业互联网对于确定性与实时性的需求，因此IEEE在以太网协议的基础上推出了TSN协议，通过全局时钟同步和时间敏感整型器保证实时流在以太网上的确定性与实时性传输。

在TSN运行的场景中环境干扰会使网络中的链路暂时或永久性失效，导致实时流传输失败，无法保证网络系统的实时性与可靠性。差错重传技术可以检测到暂时性失效，但是重传机制引入了不确定性破坏了实时性，并且无法解决永久性失效。

虽然目前已经有关于TSN容错的技术，TSN协议中也给出了FRER协议通过空间进行容错，但是大多数容错技术只使用空间冗余或只使用时间冗余，而没有将两者结合使用。

目前的技术基本只在离线调度阶段通过时间或空间冗余进行容错，没有有效的手段在运行时发生永久性故障时通过在线调度对空间和时间冗余进行恢复以保证系统继续安全运行。

发明内容

针对现有技术在TSN实时调度上缺少将离线容错调度与在线容错调度结合的容错调度技术以及在网络系统发生故障时不能实时恢复网络系统可靠性的不足，本发明的目的是提供一种面向IEEE 802.1TSN时间感知整形器的容错调度方法。

本发明提供一种面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法，包括：

(a)离线容错调度阶段：

步骤1：获取实时流的属性和网络系统的硬件属性，根据这些属性计算实时网络系统的超周期并初始化链路占用情况记录与输出端口等待队列占用情况记录；

步骤2：为每条实时流计算出多条候选路由并在其中选择用来进行下一步离线流调度的冗余路由和用于在发生故障时进行流恢复的备用路由；

步骤3：将实时流的属性和其对应的冗余路由作为已知量与网络系统的硬件属性一起构造出一个离线ILP优化问题并使用求解器求解得到调度的最优解；

(b)在线可靠度恢复调度阶段：

步骤4：当检测到链路故障时，筛选出由于链路故障导致传输受影响的所有实时流，回收这些实时流受影响的冗余路由上的所有占用资源，更新在当前硬件属性下仍能作为候选的备用路由；

步骤5：按传输受影响的所有实时流的传输周期升序排序，循环执行步骤6-8进行每个实时流的在线路由选择和在线流调度；

步骤6：计算受影响的实时流的所有备用路由的端到端传输延迟上界，选择延迟上界最小的备用路由作为下一步在线流调度的输入，如果没有备用路由则执行步骤8；

步骤7：使用在线流调度算法对受影响的实时流的备用路由进行实时流的调度，若调度成功实时流的永久冗余度恢复，更新调度和资源占用即结束该实时流的恢复操作，否则进入下一步；

步骤8：选出无法恢复永久冗余度的实时流中仍可用已调度的路由，进行瞬时冗余度恢复。

在本发明的面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法中：

实时流属性包括：源节点、目的节点、传输周期、传输数据大小、流的优先级、永久冗余度需求和瞬时冗余度需求；

网络系统硬件属性包括：网络系统中的终端节点、交换机、连接终端节点和交换机的链路、每条可用链路上各个方向传输信息的速度。

在本发明的面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法中，所述步骤2具体包括：

步骤2.1：根据每条实时流的源节点与目的节点使用广度优先搜索生成所有经过链路数小于等于5的候选路由P_i；

步骤2.2：计算每条候选路由的负载均衡度量值；

步骤2.3：根据度量值升序选择前条候选路由作为进行下一步离线流调度的冗余路由，其它路由保存作为在发生故障时进行流恢复的备用路由，优先对优先级高周期短的流进行路由选择；/>为永久冗余度需求。

在本发明的面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法中，所述步骤2.2中根据下式计算每条候选路由的负载均衡度量值：

其中，NH_min为该实时流所有候选路由中跳数最少值；NH_i ⁿ为当前计算度量值的路由的跳数；为正在计算度量值的路由的所有途经链路中剩余带宽量最小的链路的剩余带宽量，即当前路由中链路瓶颈的剩余带宽；/>为所有候选路由中链路瓶颈剩余带宽最大的值。

在本发明的面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法中，所述步骤6中根据下式计算端到端传输延迟上界：

其中，CP_i＝{CP_i ¹,CP_i ²,…,CP_i ⁿ}为受影响的实时流f_i的所有备用路由的集合，为实时流在CP_i ⁿ的链路[v_a,v_b]上的延迟上界；

公式(3)是一个迭代计算式，其迭代初始值为不断计算更新迭代值直到收敛或是超出截止期；/>是受影响的实时流f_i在链路[v_a,v_b]上的链路传输时间；

其中，I_s(i,Δ,v_a)是受影响的实时流f_i由于实时流之间的链路冲突进行的等待上界，是所有经过[v_a,v_b]的已调度实时流，Δ为任意一段时间在计算时带入当前迭代值；T_j是已调度的实时流f_j的传输周期，/>是已调度的实时流f_j在链路[v_a,v_b]上的链路传输时间；

其中，I_o(i,Δ,v_a)是受影响的实时流f_i由于实时流之间的输出端口等待队列冲突进行的等待上界，Q_i为f_i的优先级，Q_j为f_j的优先级。

在本发明的面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法中，所述步骤7具体为：

步骤7.1：根据要恢复可靠度的实时流的传输周期和网络系统全局超周期，计算出本次在线流调度需要完成的传输次数和这些传输的最早开始传输时间与截止期；依次对每个周期的传输进行调度，一次传输周期内的流调度需要通过资源占用情况记录来确定；

步骤7.2：本次传输的最早开始时刻就是本次传输周期的开始时间，从最早开始传输时刻进行搜索，寻找给定冗余路由每一跳链路的开始传输时刻；

步骤7.3：检查该开始传输时刻上要进行传输的链路是否正在被其他已调度实时流占用进行传输或是链路空闲时间不足以完成流的完整传输，如果不能传输则将搜索时间向后推移继续进行搜索，直到找到一个满足链路传输条件的开始传输时间或没有找到调度失败；

步骤7.4：找到满足链路传输条件的开始传输时刻后，检查该开始传输是否会产生输出端口等待队列的冲突，通过查询本链路的下一跳链路对应输出端口的等待队列在这个时刻是否被其他已调度实时流占用传输或是空闲的等待队列传输时间不足以完成实时流的完整传输，若不满足条件则不能使用该时刻作为本链路的开始传输时刻，将搜索时间向后推移并退回步骤7.3重新搜索，直到找到既满足链路传输条件又满足输出端口等待队列传输条件的开始传输时刻，作为实时流在本条链路的开始传输时刻，记录这个时刻并将搜索时间推移到本条链路完成传输之后；

步骤7.5：如果这时本次传输整条路由的所有链路的开始传输时刻都已确定，且到达目的节点的时间小于本次传输的截止期，则本次传输的在线流调度成功；

步骤7.6：如果本条实时流还有需要调度的传输周期则回到步骤7.2进行下一次传输的调度，若所有传输的调度都已完成，则记录该实时流在新冗余路由上的调度并更新资源占用，回到步骤2进行下一条需要恢复冗余度的实时流的在线路由选择和在线流调度。

步骤7.7：如果在恢复实时流的永久冗余度失败，则本实时流无法恢复永久冗余度。

在本发明的面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法中，所述步骤8具体为：

步骤8.1：将无法恢复永久冗余度的实时流中的仍可用已调度的路由选出，若这该实时流已没有仍可用已调度的路由，则该实时流已没有任何方法恢复冗余度，并且本实时流处于无法调度的状态，需要报告问题并请求停机；

步骤8.2：使用步骤6相同方法计算仍可用已调度的路由的端到端传输延迟上界，并选出其中端到端传输延迟上界最小的路由进行在线流调度尝试；

步骤8.3：在这条路由上使用步骤7相同的在线流调度算法进行数次实时流的调度，通过在截止期内传输消息多次达成瞬时冗余度的恢复；若调度成功则实时流的冗余度恢复成功，更新调度和资源占用结束恢复操作，否则恢复操作失败，进行停机通知并尝试使用离线路由调度算法和修复网络系统的方法重新构建整个网络系统以排除安全隐患。

本发明的面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法，至少具有以下效果：

1.本发明在保证实时性的基础上，同时使用离线容错调度与在线容错调度，增加了网络系统运行时的实时性和可靠性。

2.本发明通过在离线调度阶段使用负载均衡的离线路由选择，减少了实时流之间冲突的同时尽量选择较短的路由，在保证确定性和实时性的同时，减小在线阶段的计算难度。

3.本发明通过在在线调度阶段使用端到端延迟上界估计的路由选择，快速选出可调度性最强的路由进行在线流调度，减少了在线调度所需的执行时间，增加了可调度性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法的主流程图；

图2是离线容错调度阶段的流程图；

图3是在线可靠度恢复调度阶段的流程图。

具体实施方式

如图1是本发明的一种面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法的主流程图，主流程分别两个部分：(a)离线容错调度阶段和(b)在线可靠度恢复调度阶段。

首先，在离线容错调度阶段，将实时流的属性和网络系统的硬件属性作为输入进行离线容错调度，得到一个满足实时性和可靠性要求的调度结果和可以用于在线可靠度恢复调度的一些中间信息与占用情况记录，根据得到的调度结果运行整个网络系统。

当网络系统遭遇链路永久性断开的故障并因此导致实时流受到影响时，网络系统需要根据网络系统变化修改硬件属性(将永久断开的链路从网络硬件属性中删除)并回收受影响需要重新调度的实时流调度结果(那些传输过程中经过了永久断开的链路的实时流对应的路由和调度)更新网络系统中资源的占用情况(将这些需要重新调度的流之前已经失效的占用资源从占用情况记录中删除)。将处理好的网络当前状态、离线调度时保存的中间结果和需要恢复可靠度的实时流作为输入进行在线可靠性恢复调度，如果恢复成功则将新增的调度结果占用的资源更新到记录中，并将新增的调度结果写入网络系统继续运行整个实时网络系统。如果调度失败则认为当前网络系统的硬件条件已经不能保证系统运行的实时性和可靠性，发出警报请求停止运行。

如图2所示，主流程的第一部分离线容错调度阶段包括如下步骤：

步骤1：获取实时流的属性和网络系统的硬件属性，根据这些属性计算实时网络系统的超周期并初始化链路占用情况记录与输出端口等待队列占用情况记录；

实时流属性包括：源节点、目的节点、传输周期、传输信息大小、流的优先级、永久冗余度需求和瞬时冗余度需求；每条实时流都有对应的输出端口等待队列，分配规则为优先级与队列索引数值一一对应。

网络系统硬件属性包括：网络系统中的终端节点、交换机、连接终端节点和交换机的链路、每条可用链路上各个方向传输信息的速度。链路传输方向上的输出端口等待队列有8条索引为0-7。

网络系统全局超周期：超周期即为给出的所有实时流传输周期的最小公倍数，当给出的实时流在超周期内的每个传输周期都能将消息按时送达时认为实时流的实时调度成功。

链路占用情况记录：记录网络系统中每条链路在超周期内的哪些时间段为哪条实时流进行消息传输保证网络资源是互斥占用的。

输出端口等待队列占用情况记录：记录网络系统中每个输出端口的各个等待队列在超周期内哪些时间段被哪个实时流占有用来完成完整的消息传输，保证实时流传输之间的队列隔离减少实时流相互之间的影响，当不同的实时流共用对列时至少要保证一个流在将消息完整地放入等待队列之前其他的实时流不能向这个等待队列传输自己的消息以防止消息乱序。

其中，实时流属性通过网络系统设计中传输的实时流需求由人工转化输入得到。网络系统的硬件属性可以通过人工输入得到，也可以通过网络系统中的集中式网络控制器通过在网络系统中收集数据获得。通过网络系统硬件属性和网络系统全局超周期就可以确定链路占用情况记录和输出端口等待队列占用情况记录都需要记录哪些链路和输出端口等待队列的占用情况(所有用到的链路和输出端口队列)与需要记录的时间长度(超周期)。初始状态两个记录都没有占用。

步骤2：为每条实时流计算出多条候选路由并在其中选择用来进行下一步离线流调度的冗余路由和用于在发生故障时进行流恢复的备用路由，并且为了保证所有选择的路由尽量没有链路重叠需要在选择路由的过程中将与已选择的路由有链路重叠的候选路由跳过。所述步骤2具体包括：

步骤2.1：根据每条实时流的源节点与目的节点使用广度优先搜索生成所有经过链路数小于等于5的候选路由P_i；

步骤2.2：计算每条候选路由的负载均衡度量值；

根据下式计算每条候选路由的负载均衡度量值：

其中，NH_min为该实时流所有候选路由中跳数最少值；为当前计算度量值的路由的跳数；/>为正在计算度量值的路由的所有途经链路中剩余带宽量最小的链路的剩余带宽量，即当前路由中链路瓶颈的剩余带宽；/>为所有候选路由中链路瓶颈剩余带宽最大的值。

步骤2.3：根据度量值升序选择前条候选路由作为进行下一步离线流调度的冗余路由，其它路由保存作为在发生故障时进行流恢复的备用路由，优先对优先级高周期短的流进行路由选择。

步骤3：将实时流的属性和其对应的冗余路由作为已知量与网络系统的硬件属性一起构造出一个离线ILP优化问题并使用求解器求解得到调度的最优解；

如图3所示，主流程的第二部分在线可靠度恢复调度阶段包括如下步骤：

步骤4：当检测到链路故障时，筛选出由于链路故障导致传输受影响的所有实时流，回收这些实时流受影响的冗余路由上的所有占用资源，删除失效的备用路由，更新在当前硬件属性下仍能作为候选的备用路由；

步骤5：按传输受影响的所有实时流的传输周期升序排序，循环执行步骤6-8进行每个实时流的在线路由选择和在线流调度；

步骤6：计算受影响的实时流的所有备用路由的端到端传输延迟上界，选择延迟上界最小的备用路由作为下一步在线流调度的输入，如果没有备用路由则执行步骤8；

根据下式计算端到端传输延迟上界：

其中，CP_i＝{CP_i ¹,CP_i ²,…,CP_i ⁿ}为受影响的实时流f_i的所有备用路由的集合，为实时流在/>的链路[v_a,v_b]上的延迟上界；

公式(3)是一个迭代计算式，其迭代初始值为不断计算更新迭代值直到收敛或是超出截止期；/>是受影响的实时流f_i在链路[v_a,v_b]上的链路传输时间；

其中，I_s(i,Δ,v_a)是受影响的实时流f_i由于实时流之间的链路冲突进行的等待上界，是所有经过[v_a,v_b]的已调度实时流，Δ为任意一段时间在计算时带入当前迭代值；T_j是已调度的实时流f_j的传输周期，/>是已调度的实时流f_j在链路[v_a,v_b]上的链路传输时间；

其中，I_o(i,Δ,v_a)是受影响的实时流f_i由于实时流之间的输出端口等待队列冲突进行的等待上界，Q_i为f_i的优先级，Q_j为f_j的优先级。

步骤7：使用在线流调度算法对受影响的实时流的备用路由进行实时流的调度，如果调度成功实时流的永久冗余度需求和瞬时冗余度需求分别增加1，实时流的永久冗余度恢复，更新调度和资源占用即结束该实时流的恢复操作，否则进入下一步，所述步骤7具体为：

步骤7.1：根据要恢复可靠度的实时流的传输周期和网络系统全局超周期，计算出本次在线流调度需要完成的传输次数和这些传输的最早开始传输时间与截止期；依次对每个周期的传输进行调度，一次传输周期内的流调度需要通过资源占用情况记录来确定，即链路占用情况记录和输出端口等待队列占用情况记录。

步骤7.2：本次传输的最早开始时刻就是本次传输周期的开始时间，从最早开始传输时刻进行搜索，寻找给定冗余路由每一跳链路的开始传输时刻。

步骤7.3：检查该开始传输时刻上要进行传输的链路是否正在被其他已调度实时流占用进行传输或是链路空闲时间不足以完成流的完整传输，这是通过查询链路占用情况记录实现的；如果不能传输则将搜索时间向后推移继续进行搜索，直到找到一个满足链路传输条件的开始传输时间或没有找到调度失败。

步骤7.4：找到满足链路传输条件的开始传输时刻后，检查该开始传输是否会产生输出端口等待队列的冲突，这是通过查询输出端口等待队列占用情况记录实现的；通过查询本链路的下一跳链路对应输出端口的等待队列在这个时刻是否被其他已调度实时流占用传输或是空闲的等待队列传输时间不足以完成实时流的完整传输，若不满足条件则不能使用该时刻作为本链路的开始传输时刻，将搜索时间向后推移并退回步骤7.3重新搜索，直到找到既满足链路传输条件又满足输出端口等待队列传输条件的开始传输时刻，作为实时流在本条链路的开始传输时刻，记录这个时刻并将搜索时间推移到本条链路完成传输之后。

步骤7.5：如果这时本次传输整条路由的所有链路的开始传输时刻都已确定，且到达目的节点的时间小于本次传输的截止期，则本次传输的在线流调度成功。

步骤7.6：如果本条实时流还有需要调度的传输周期则回到步骤7.2进行下一次传输的调度，若所有传输的调度都已完成，则记录该实时流在新冗余路由上的调度并更新资源占用，回到步骤2进行下一条需要恢复冗余度的实时流的在线路由选择和在线流调度。

步骤7.7：如果在恢复实时流的永久冗余度失败，则本实时流无法恢复永久冗余度。

步骤8：选出无法恢复永久冗余度的实时流中仍可用已调度的路由，进行瞬时冗余度恢复，如果调度成功那么实时流的瞬时冗余度需求增加1，更新调度和资源占用，跳转到步骤5继续进行剩余流的恢复操作。否则所有可靠度恢复尝试失败，这时需要进行停机通知并尝试使用离线路由调度算法和修复网络系统的方法重新构建整个网络系统已排除安全隐患。所述步骤8具体为：

步骤8.1：将无法恢复永久冗余度的实时流中的仍可用已调度的路由选出，若这该实时流已没有仍可用已调度的路由，则该实时流已没有任何方法恢复冗余度，并且本实时流处于无法调度的状态，需要报告问题并请求停机。

步骤8.2：使用步骤6相同方法计算仍可用已调度的路由的端到端传输延迟上界，并选出其中端到端传输延迟上界最小的路由进行在线流调度尝试。

步骤8.3：在这条路由上使用步骤7相同的在线流调度算法进行数次实时流的调度，通过在截止期内传输消息多次达成瞬时冗余度的恢复。若调度成功则实时流的冗余度恢复成功，更新调度和资源占用结束恢复操作，否则恢复操作失败，这时需要进行停机通知并尝试使用离线路由调度算法和修复网络系统的方法重新构建整个网络系统以排除安全隐患。

本发明方法提出了在实时流调度算法中加入永久冗余度和瞬时冗余度的概念，并将调度分为离线调度和在线恢复两个阶段，在离线调度阶段充分计算实时流调度得到满足实时性和冗余度的最优解，通过负载均衡减少链路发生故障时影响的实时流数量，并通过保存一些离线路由时多出的备用路由用于加速在线恢复；在在线恢复阶段通过对备用路由计算端到端传输延迟上界并选出其中的值最小的路由进行在线调度尝试，达到减少搜索可调度路由的时间并减少与网络中已有实时流的冲突防止之后的恢复会受到影响，增加了网络系统在运行时的可靠性。通过这些举措实现了可以为智能工厂和车载通信的网络通信需求进行保证实时性和可靠性的调度。

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 (7)

1.一种面向IEEE 802.1TSN时间感知整形器的容错调度方法，其特征在于，包括：

(a)离线容错调度阶段：

步骤1：获取实时流的属性和网络系统的硬件属性，根据这些属性计算实时网络系统的超周期并初始化链路占用情况记录与输出端口等待队列占用情况记录；

步骤2：为每条实时流计算出多条候选路由并在其中选择用来进行下一步离线流调度的冗余路由和用于在发生故障时进行流恢复的备用路由；

步骤3：将实时流的属性和其对应的冗余路由作为已知量与网络系统的硬件属性一起构造出一个离线ILP优化问题并使用求解器求解得到调度的最优解；

(b)在线可靠度恢复调度阶段：

步骤4：当检测到链路故障时，筛选出由于链路故障导致传输受影响的所有实时流，回收这些实时流受影响的冗余路由上的所有占用资源，更新在当前硬件属性下仍能作为候选的备用路由；

步骤5：按传输受影响的所有实时流的传输周期升序排序，循环执行步骤6-8进行每个实时流的在线路由选择和在线流调度；

步骤6：计算受影响的实时流的所有备用路由的端到端传输延迟上界，选择延迟上界最小的备用路由作为下一步在线流调度的输入，如果没有备用路由则执行步骤8；

步骤7：使用在线流调度算法对受影响的实时流的备用路由进行实时流的调度，若调度成功实时流的永久冗余度恢复，更新调度和资源占用即结束该实时流的恢复操作，否则进入下一步；

步骤8：选出无法恢复永久冗余度的实时流中仍可用已调度的路由，进行瞬时冗余度恢复。

2.如权利要求1所述的面向IEEE 802.1TSN时间感知整形器的容错调度方法，其特征在于：

实时流属性包括：源节点、目的节点、传输周期、传输数据大小、流的优先级、永久冗余度需求和瞬时冗余度需求；

网络系统硬件属性包括：网络系统中的终端节点、交换机、连接终端节点和交换机的链路、每条可用链路上各个方向传输信息的速度。

3.如权利要求1所述的面向IEEE 802.1TSN时间感知整形器的容错调度方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

步骤2.1：根据每条实时流的源节点与目的节点使用广度优先搜索生成所有经过链路数小于等于5的候选路由P_i；

步骤2.2：计算每条候选路由的负载均衡度量值；

步骤2.3：根据度量值升序选择前K_i ^p条候选路由作为进行下一步离线流调度的冗余路由，其它路由保存作为在发生故障时进行流恢复的备用路由，优先对优先级高周期短的流进行路由选择；K_i ^p为永久冗余度需求。

4.如权利要求3所述的面向IEEE 802.1TSN时间感知整形器的容错调度方法，其特征在于，所述步骤2.2中根据下式计算每条候选路由的负载均衡度量值：

其中，NH_min为该实时流所有候选路由中跳数最少值；为当前计算度量值的路由的跳数；/>为正在计算度量值的路由的所有途经链路中剩余带宽量最小的链路的剩余带宽量，即当前路由中链路瓶颈的剩余带宽；/>为所有候选路由中链路瓶颈剩余带宽最大的值。

5.如权利要求1所述的面向IEEE 802.1TSN时间感知整形器的容错调度方法，其特征在于，所述步骤6中根据下式计算端到端传输延迟上界：

其中，CP_i＝{CP_i ¹,CP_i ²,…,CP_i ⁿ}为受影响的实时流f_i的所有备用路由的集合，为实时流在CP_i ⁿ的链路[v_a,v_b]上的延迟上界；

公式(3)是一个迭代计算式，其迭代初始值为不断计算更新迭代值直到收敛或是超出截止期；/>是受影响的实时流f_i在链路[v_a,v_b]上的链路传输时间；

其中，I_s(i,Δ,v_a)是受影响的实时流f_i由于实时流之间的链路冲突进行的等待上界，是所有经过[v_a,v_b]的已调度实时流，Δ为任意一段时间在计算时带入当前/>迭代值；T_j是已调度的实时流f_j的传输周期，/>是已调度的实时流f_j在链路[v_a,v_b]上的链路传输时间；

其中，I_o(i,Δ,v_a)是受影响的实时流f_i由于实时流之间的输出端口等待队列冲突进行的等待上界，Q_i为f_i的优先级，Q_j为f_j的优先级。

6.如权利要求2所述的面向IEEE 802.1TSN时间感知整形器的容错调度方法，其特征在于，所述步骤7具体为：

步骤7.1：根据要恢复可靠度的实时流的传输周期和网络系统全局超周期，计算出本次在线流调度需要完成的传输次数和这些传输的最早开始传输时间与截止期；依次对每个周期的传输进行调度，一次传输周期内的流调度需要通过资源占用情况记录来确定；

步骤7.2：本次传输的最早开始时刻就是本次传输周期的开始时间，从最早开始传输时刻进行搜索，寻找给定冗余路由每一跳链路的开始传输时刻；

步骤7.3：检查该开始传输时刻上要进行传输的链路是否正在被其他已调度实时流占用进行传输或是链路空闲时间不足以完成流的完整传输，如果不能传输则将搜索时间向后推移继续进行搜索，直到找到一个满足链路传输条件的开始传输时间或没有找到调度失败；

步骤7.4：找到满足链路传输条件的开始传输时刻后，检查该开始传输是否会产生输出端口等待队列的冲突，通过查询本链路的下一跳链路对应输出端口的等待队列在这个时刻是否被其他已调度实时流占用传输或是空闲的等待队列传输时间不足以完成实时流的完整传输，若不满足条件则不能使用该时刻作为本链路的开始传输时刻，将搜索时间向后推移并退回步骤7.3重新搜索，直到找到既满足链路传输条件又满足输出端口等待队列传输条件的开始传输时刻，作为实时流在本条链路的开始传输时刻，记录这个时刻并将搜索时间推移到本条链路完成传输之后；

步骤7.5：如果这时本次传输整条路由的所有链路的开始传输时刻都已确定，且到达目的节点的时间小于本次传输的截止期，则本次传输的在线流调度成功；

步骤7.6：如果本条实时流还有需要调度的传输周期则回到步骤7.2进行下一次传输的调度，若所有传输的调度都已完成，则记录该实时流在新冗余路由上的调度并更新资源占用，回到步骤2进行下一条需要恢复冗余度的实时流的在线路由选择和在线流调度。

步骤7.7：如果在恢复实时流的永久冗余度失败，则本实时流无法恢复永久冗余度。

7.如权利要求1所述的面向IEEE 802.1 TSN时间感知整形器的容错调度方法，其特征在于，所述步骤8具体为：

步骤8.1：将无法恢复永久冗余度的实时流中的仍可用已调度的路由选出，若这该实时流已没有仍可用已调度的路由，则该实时流已没有任何方法恢复冗余度，并且本实时流处于无法调度的状态，需要报告问题并请求停机；

步骤8.2：使用步骤6相同方法计算仍可用已调度的路由的端到端传输延迟上界，并选出其中端到端传输延迟上界最小的路由进行在线流调度尝试；

步骤8.3：在这条路由上使用步骤7相同的在线流调度算法进行数次实时流的调度，通过在截止期内传输消息多次达成瞬时冗余度的恢复；若调度成功则实时流的冗余度恢复成功，更新调度和资源占用结束恢复操作，否则恢复操作失败，进行停机通知并尝试使用离线路由调度算法和修复网络系统的方法重新构建整个网络系统以排除安全隐患。