一种链式业务流调度的规划方法和系统架构技术方案

本发明专利技术公开了一种链式业务流调度的规划方法和系统架构，其中方法包括：获取工业网络的网络架构信息，以及在工业网络中传输的业务流信息，以匹配网络架构信息和业务流信息构建业务流模型，业务流信息至少包括业务流逻辑关联关系，用于表示业务流及其子业务流的逻辑关联关系；利用业务流模型中信息的约束条件生成工业网络的时间确定性约束条件；以时间确定性约束条件为前提生成业务流模型的业务流时隙调度方案。本发明专利技术提供的技术方案完成了对工业网络业务流在规定时间内的整体调度的规划，克服了TSN调度业务困难复杂，以及单个调度业务流可能产生不良影响的问题。流可能产生不良影响的问题。流可能产生不良影响的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种链式业务流调度的规划方法和系统架构


[0001]本专利技术涉及工业网络
，具体涉及一种链式业务流调度的规划方法和系统架构。

技术介绍

[0002]在新智能制造行业的推动下，个性化定制和网络协作等新的制造生产模式得到了广泛的发展。新模式下制造设备和工业应用信息系统之间需要通过工业网络进行频繁的数据交互。而企业内部有线网络技术的信息技术(IT)和运营技术(OT)系统是独立联网的；另一方面，工业控制技术系统使用各种不兼容的现场工业总线网络和工业以太网，使得工业数据交互繁琐。因此，为了灵活地处理业务流，并兼容工业以太网的特性，例如确定的时间延迟和抖动，研究新工业网络架构是目前的热门方向。目前工业网络正在向基于广泛使用的以太网的时间敏感网络(TSN)发展。TSN可以支持OT系统对网络实时性和可靠性的要求，并且与IT网络使用的标准以太网兼容。因此，TSN可以有效解决以上两个问题，被认为是未来工业网络的关键技术。
[0003]但是，尽管时间敏感网络具有时间确定性保证和网络灵活调度的特点，但是在实际工业生产中常常需要多个子网的业务流合作完成任务，而同时规划多个业务流将给TSN调度带来新的挑战。在时间确定性网络中，所有任务需要在规定时间内完成，由于在服务链中的业务流程具有相应的顺序逻辑关系，单个调度业务流可能会不满足整体业务流的延迟和抖动范围，从而导致不可预测的后果。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施方式提供了一种链式业务流调度的规划方法和系统架构，从而实现了为工业链式业务流的确定性网络调度提供合适的调度方案。
[0005]根据第一方面，一种链式业务流调度的规划方法，所述方法包括：
[0006]获取工业网络的网络架构信息，以及在所述工业网络中传输的业务流信息，以根据所述网络架构信息和所述业务流信息构建业务流模型，所述业务流信息至少包含用于表示所述业务流及其子业务流的逻辑关联关系；
[0007]利用所述业务流模型中信息的约束条件生成所述工业网络的时间确定性约束条件；
[0008]以所述时间确定性约束条件为前提生成所述业务流模型的业务流时隙调度方案。
[0009]可选地，利用所述业务流模型中的信息的约束条件生成所述工业网络的时间确定性约束条件，包括：
[0010]获取至少包含链式业务流帧时隙约束、网络路由约束、业务流时延需求约束、中继节点的处理时间约束的约束集合，所述约束集合即为所述时间确定性约束条件。
[0011]可选地，所述网络路由约束为至少包括起点约束、终点约束和中继节点约束的约束集合。
[0012]可选地，所述链式业务流帧时隙约束、所述业务流时延需求约束、所述中继节点的处理时间约束的表达式如下：
[0013]其中，所述链式业务流帧时隙约束表达式如下：
[0014][0015]t
vi.start
‑
t
vi
‑
1.start
≥T
trans
+T
propa
+T
handle
[0016][0017]式中v
a
和v
b
分别表示一个业务流的流转的两个终端，v
i
表示一个业务流中的中继节点，表示一个业务流，F表示全业务流，ε表示网络边，t
vi.start
和t
vi
‑
1.start
分别表示一个业务流中的两个相邻节点，T
trans
、T
propa
和T
handle
分别表示数据帧传输时延、交换机处理时延和网口排队时延，T
delay.max
表示总时延；
[0018]其中，所述业务流时延需求约束表达式如下：
[0019][0020]式中表示网络路由标识符，表示业务流的延迟期限，v
r
表示业务流两个终端中的中继节点,表示子业务流之间的时间延迟占总延迟要求的比例，表示两个子业务流之间的处理时延，其中和分别表示业务流的两个子业务流；
[0021]其中，所述中继节点的处理时间约束表达式如下：
[0022][0023][0024]式中，表示两个子业务流之间的处理时延，P
i
表示流优先级，n表示业务流个数，表示两个子业务流之间的时间延迟占总延迟要求的比例，表示网络路由标识符，TT是工控时间触发流。
[0025]可选地，所述起点约束、终点约束和中继节点约束的表达式如下：
[0026]其中，起点约束表达式为：
[0027][0028][0029][0030]其中，终点约束表达式为：
[0031][0032][0033]其中，中继节点约束表达式为：
[0034][0035][0036][0037]式中，TT是工控时间触发流，v
a
和v
b
分别表示业物流的起点和终点，v
i
、v
j
和v
r
分别表示一个业务流中的中继节点，f
()
表示业务流，rel表示两个子业务流之间的时间延迟占总延迟要求的比例，表示网络路由标识符。
[0038]可选地，以所述时间确定性约束条件为前提生成所述业务流模型的业务流时隙调度方案，包括：
[0039]以所述业务流信息为解算器的输入，所述时间确定性约束条件为解算器的约束，通过解算器解算出所有满足约束条件的所述业务流时隙调度方案。
[0040]可选地，所述方法还包括：
[0041]获取优化目标函数，并将所述优化目标函数在解算前与所述解算器相匹配；
[0042]根据所述优化目标函数的优化目标进行解算，生成在所有满足约束条件的所述业务流时隙调度方案中的最优方案。
[0043]可选地，所述逻辑关联关系使用流关联标识REL
i
表示，其表达式为：
[0044][0045]其中，f
i
,f
j
代表两个不同的子业务流，表示子业务流之间的时间延迟占总延迟要求的比例，表示两个子业务流之间的处理时延；
[0046]其中，
[0047]k表示比例值，TT是工控时间触发流；
[0048]其中，
[0049]P
i
表示流优先级，n表示业务流个数。
[0050]根据第二方面，一种链式业务流调度的系统架构，所述系统包括：
[0051]信息采集模块，获取工业网络的网络架构信息，以及在所述工业网络中传输的业务流信息，以根据所述网络架构信息和所述业务流信息构建业务流模型，所述业务流信息至少包含用于表示所述业务流及其子业务流的逻辑关联关系；
[0052]约束模块，利用所述业务流模型中的信息的约束条件生成所述工业网络的时间确定性约束条件；
[0053]解算模块，以所述时间确定性约束条件为前提生成所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种链式业务流调度的规划方法，其特征在于，所述方法包括：获取工业网络的网络架构信息，以及在所述工业网络中传输的业务流信息，以根据所述网络架构信息和所述业务流信息构建业务流模型，所述业务流信息至少包含用于表示所述业务流及其子业务流的逻辑关联关系；利用所述业务流模型中信息的约束条件生成所述工业网络的时间确定性约束条件；以所述时间确定性约束条件为前提生成所述业务流模型的业务流时隙调度方案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述业务流模型中的信息的约束条件生成所述工业网络的时间确定性约束条件，包括：获取至少包含链式业务流帧时隙约束、网络路由约束、业务流时延需求约束、中继节点的处理时间约束的约束集合，所述约束集合即为所述时间确定性约束条件。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述网络路由约束为至少包括起点约束、终点约束和中继节点约束的约束集合。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述链式业务流帧时隙约束、所述业务流时延需求约束、所述中继节点的处理时间约束的表达式如下：其中，所述链式业务流帧时隙约束表达式如下：t
vi.start
‑
t
vi
‑
1.start
≥T
trans
+T
propa
+T
handle
式中v
a
和v
b
分别表示一个业务流的流转的两个终端，v
i
表示一个业务流中的中继节点，表示一个业务流，F表示全业务流，v表示网络边，t
vi.start
和t
vi
‑
1.start
分别表示一个业务流中的两个相邻节点，T
trans
、T
propa
和T
handle
分别表示数据帧传输时延、交换机处理时延和网口排队时延，T
delay.max
表示总时延；其中，所述业务流时延需求约束表达式如下：式中表示网络路由标识符，表示业务流的延迟期限，v
r
表示业务流两个终端中的中继节点，表示子业务流之间的时间延迟占总延迟要求的比例，表示两个子业务流之间的处理时延，其中和分别表示业务流的两个子业务流；其中，所述中继节点的处理时间约束表达式如下：
式中，表示两个子业务流之间的处理时延，P
i
表示流优先级，n表示业务流个数，表示两个子业务流之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冬，龚恺，王洪超，高德云，张宏科，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：