一种确定性网络时延控制方法、系统及可读存储介质技术方案

本发明专利技术公开一种确定性网络时延控制方法、系统及可读存储介质，方法包括:获取网络信息和网络中的时间敏感流的信息并建模；用预路由的方式给每条时间敏感流分配路由；计算出每个流的最优时隙大小和注入时隙偏移量范围，得到最优时隙集合；选取最优时隙集合中的时隙作为时隙大小；使用贪婪算法进行调度，若调度成功率达到100％或者最优时隙集合内每个时隙都遍历完成，就输出最佳调度成功率和其所对应的最优时隙大小和所对应的注入时隙偏移量。通过综合考虑时隙大小，注入时隙偏移量对流调度的影响，通过获取最优的时隙大小集合，采用贪婪调度算法得到最佳的注入时隙偏移量，在保障流的确定性延迟要求的情况下，降低了流的确定性抖动值。动值。

【技术实现步骤摘要】
一种确定性网络时延控制方法、系统及可读存储介质


[0001]本专利技术属于确定性网络
，尤其涉及一种确定性网络时延控制方法、系统及可读存储介质。

技术介绍

[0002]工业互联网在5G的大背景下蓬勃发展，边缘设备的使用情况也越来越高，这对边缘设备的计算能力提出了巨大的要求，但边缘设备的异构性与其有限的计算能力却难以支撑确定性的端到端延迟抖动与符合链路传输的大带宽需求。传统的以太网以“尽力而为”的方式传输数据流，由于其简单的网络结构和扩展性兼容性强的特点，在很长一段时间内得到很好的效果，但是工业互联网中如工业数据控制，闭环工业监控，数字孪生，精确的时间同步等应用都具备微秒级时延，几乎零抖动的传输要求，传统以太网毫秒级别的传输时延容易导致大量的数据拥塞崩溃，过大的端到端传输延迟抖动，无法保障传输的确定性。
[0003]时间敏感网(TSN)网络中提供了许多的流量整形和调度的方案:目前对时间敏感流而言最常用的两类流量整形器分别为时间感知整形器(TAS)和循环队列转发(CQF)。TAS可以提供更精确的确定性时延保障，利用门控列表控制不同优先级队列的传输。TAS能够有效减小传输时延和抖动，但是由于每个交换机上都有多个队列，门控列表的配置十分复杂，并且要求对网络节点完全时间同步，实现难度困难。CQF是基于TAS机制的一种变种形式，它被形象的比喻为“乒乓队列”，占据两个队列作为接收和发送队列，通过接收发送队列的交替转换来传输流。同时保障每一个时隙中流的数据包只能进行一跳，这样可以简单地通过流的跳数计算出流的端到端时延。其门控列表设置比TAS机制下简单很多，能实现与网络拓扑无关的零拥塞丢失和有界延迟，是实际中更容易实现的一种机制。CQF不按每帧来调度流而是按每个队列调度流会导致时间精度下降，从而使端到端时延要比TAS机制下高，但是在确定性网络中并不要求流的提前到达，更加强调流到达的准时性，而使用CQF机制所导致时延的增加在可接受的范围内，更容易实现确定性传输。
[0004]CQF机制中将时间划分成多个相同长度的区间，这个区间被称为时隙长度。时隙长度越短，在一个超周期内被划分成的时隙数量就会越多，可选择的注入时隙偏移量就会越多，相应能够提高流的调度成功率。但是由于每个流的确定性时延约束和CQF的队列容量约束，时隙大小不可以无限的小，否则将无法保障流的确定性时延，降低流的调度成功率。所以如何选择最优的时隙大小对流进行调度是一个十分重要的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种确定性网络时延控制方法、系统及可读存储介质，用于解决无法选择最优的时隙大小对流进行调度的技术问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种确定性网络时延控制方法，包括：
[0007]获取确定性网络中的时间敏感流和网络拓扑结构；
[0008]采用预路由的方式给各个时间敏感流分配路由路径；
[0009]根据所述时间敏感流和所述网络拓扑结构，以最小化所有时间敏感流的确定性抖动为优化目标构建优化模型，并对所述优化模型进行求解得到最优时隙大小集合，其中，所述最优时隙大小集合中包含在所有时间敏感流的确定性抖动最小时，各个时间敏感流的最优时隙大小；
[0010]选取所述最优时隙大小集合中的任一最优时隙大小，通过最优时隙大小计算出相对应的注入时隙偏移量范围；
[0011]根据映射分数和队列资源均衡度的值采用贪婪算法对所述确定性网络进行调度，并计算对所述确定性网络进行调度的调度成功率；
[0012]判断所述调度成功率是否大于预设阈值或当前迭代是否完成；
[0013]若所述调度成功率大于预设阈值，则输出当前迭代次数对应的最优时隙大小和注入时隙偏移量；
[0014]若当前迭代完成，则输出迭代过程中的最大调度成功率，以及所述最大调度成功率所在迭代次数对应的最优时隙大小和注入时隙偏移量。
[0015]第二方面，本专利技术提供一种确定性网络时延控制系统，包括：
[0016]获取模块，配置为获取确定性网络中的时间敏感流和网络拓扑结构；
[0017]分配模块，配置为采用预路由的方式给各个时间敏感流分配路由路径；
[0018]求解模块，配置为根据所述时间敏感流和所述网络拓扑结构，以最小化所有时间敏感流的确定性抖动为优化目标构建优化模型，并对所述优化模型进行求解得到最优时隙大小集合，其中，所述最优时隙大小集合中包含在所有时间敏感流的确定性抖动最小时，各个时间敏感流的最优时隙大小；
[0019]选取模块，配置为选取所述最优时隙大小集合中的任一最优时隙大小，通过最优时隙大小计算出相对应的注入时隙偏移量范围；
[0020]计算模块，配置为根据映射分数和队列资源均衡度的值采用贪婪算法对所述确定性网络进行调度，并计算对所述确定性网络进行调度的调度成功率；
[0021]判断模块，配置为判断所述调度成功率是否大于预设阈值或当前迭代是否完成；
[0022]第一输出模块，配置为若所述调度成功率大于预设阈值，则输出当前迭代次数对应的最优时隙大小和注入时隙偏移量；
[0023]第二输出模块，配置为若当前迭代完成，则输出迭代过程中的最大调度成功率，以及所述最大调度成功率所在迭代次数对应的最优时隙大小和注入时隙偏移量。
[0024]第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本专利技术任一实施例的确定性网络时延控制方法的步骤。
[0025]第四方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本专利技术任一实施例的确定性网络时延控制方法的步骤。
[0026]本申请的确定性网络时延控制方法、系统及可读存储介质，在保障时间敏感流的确定性时延下降低了流的确定性抖动，综合考虑时隙大小，注入时隙偏移量调度算法，从而提高流传输的确定性。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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。
[0028]图1为本专利技术一实施例提供的一种确定性网络时延控制方法的流程图；
[0029]图2为本专利技术一实施例提供一个具体实施例的一种确定性网络时延控制方法的流程图；
[0030]图3为本专利技术一实施例提供的关于不同队列容量下的调度成功率仿真图；
[0031]图4为本专利技术一实施例提供的关于不同拓扑下的调度成功率仿真图；
[0032]图5为本专利技术一实施例提供的一种确定性网络时延控制系统的结构框图；
[0033]图6是本专利技术一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定性网络时延控制方法，其特征在于，包括：获取确定性网络中的时间敏感流和网络拓扑结构；采用预路由的方式给各个时间敏感流分配路由路径；根据所述时间敏感流和所述网络拓扑结构，以最小化所有时间敏感流的确定性抖动为优化目标构建优化模型，并对所述优化模型进行求解得到最优时隙大小集合，其中，所述最优时隙大小集合中包含在所有时间敏感流的确定性抖动最小时，各个时间敏感流的最优时隙大小；选取所述最优时隙大小集合中的任一最优时隙大小，通过最优时隙大小计算出相对应的注入时隙偏移量范围；根据映射分数和队列资源均衡度的值采用贪婪算法对所述确定性网络进行调度，并计算对所述确定性网络进行调度的调度成功率；判断所述调度成功率是否大于预设阈值或当前迭代是否完成；若所述调度成功率大于预设阈值，则输出当前迭代次数对应的最优时隙大小和注入时隙偏移量；若当前迭代完成，则输出迭代过程中的最大调度成功率，以及所述最大调度成功率所在迭代次数对应的最优时隙大小和注入时隙偏移量。2.根据权利要求1所述的一种确定性网络时延控制方法，其特征在于，其中，将每一时间敏感流定义为一个九元组式中，s
i
为第i个时间敏感流的源节点，d
i
为第i个时间敏感流的端节点，p
i
为第i个时间敏感流的产生周期，l
i
为第i个时间敏感流的数据包长度，R
i
为第i个时间敏感流在网络中的路由路径，o
i
为第i个时间敏感流的注入时隙偏移量，为第i个时间敏感流可容忍的最大确定性端到端延迟，为第i个时间敏感流所需要的最小确定性端到端延迟，J
i
为第i个时间敏感流可容忍的最大抖动。3.根据权利要求2所述的一种确定性网络时延控制方法，其特征在于，其中，所述优化模型的优化目标的表达式为：式中，o
i
为第i个时间敏感流的注入时隙偏移量，t为时隙长度大小，N
f
为时间敏感流的数量；所述优化模型的约束条件包括确定性时延约束、注入时隙约束和时隙大小约束；所述确定性时延约束的表达式为：确定性时延约束的表达式为：式中，为第i个时间敏感流可容忍的最大确定性端到端延迟，为第i个时间敏感流所需要的最小确定性端到端延迟，h
i
为第i个时间敏感流路由路径的总跳数，(o
i
+h
i
+1)t为第i个时间敏感流在分配路由和注入时隙后的最大端到端时延，(o
i
+h
i
‑
1)t为第i个时间
敏感流在分配路由和注入时隙后的最小端到端时延；所述注入时隙约束的表达式为：式中，p
i
为第i个时间敏感流的产生周期；所述时隙大小约束的表达式为：式中，d
proc
为处理时延，d<...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌雨诗，苏志鹏，陈明豪，刘元，马力，张琦，蔡亚永，黄超，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：