1.一种时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：集中式网络配置模块CNC发现时间敏感网络TSN网络拓扑，并将TSN网络拓扑抽象为网络有向图；

S2：终端设备通过用户配置协议向集中式用户配置模块CUC发送TSN连接请求，CUC将所述连接请求通过用户网络接口UNI发送到CNC；

S3：CNC收到路径选择的需求时，执行融合路径选择与门控调度算法选出K条最短路径作为备选路径；步骤S3中所述选出K条最短路径作为备选路径，具体为：采用K最短路径算法KSP，对于所有ESi，ES′i∈H，基于它们的最短路径递增排序，通过输入网络有向图G、发送端ESi、接收端ES′i和路径的条数K，输出K条路径集pK，然后将路径集pK作为步骤S4的输入；具体执行步骤如下：S31：输入网络有向图G、发送端ESi、接收端ES′i和备选路径数K；

S32：CNC使用融合路径选择与门控调度算法求出ESi到ES′i的最短路径，并记为pn(n＝

1)：

pn＝ESi→BRa→BRb→…→BRn→ES′i

S33：判断n是否小于等于K，且仍有候选路径存在，如果存在执行S34，否则表示找到K条备选路径；

S34：在求出pn的基础上，根据偏离点和Dijkstra算法求出pn+1，把位于pn上除去接收端ES′i的每个节点分别看作偏离点，共有x个；将每个偏离点记为BRi(i＝1，2，...，x)；

S35：开始遍历偏离点，从BRi(i＝0)开始遍历每一个偏离点，并对每一个偏离点求BRi到接收端ES′i的最短路径；

S36：将pn上从起点到BRi的路径加上求得的BRi到接收端ES′i的最短路径作为求pn+1的候选路径，放到候选路径列表U中；

S37：偏离点遍历结束；

S38：判断此时候选路径列表U是否为空；

S39：如果此时候选路径列表U不为空，则遍历完偏离点后，找出B中权值最小的路径即为所求的pn+1，将该路径从U中移除，并放入备选路径列表L中，在求得pn+1的基础之上，当n+1≤K时，继续执行步骤S33‑S38，否则表示找到K条备选路径；

S310：若候选路径列表U为空，则表示已经找到了K条备选路径，最后确定路径集合为Pk＝{p1,p2,…，pn，pk}∈Psd，Psd表示从ESi到ES′i的路径集合；

S4：CNC将步骤S3中选出的K条备选路径利用路径关键度ηk来选择出m条优选路径；步骤S4具体包括：路径pk的跳数HC为除发送端和接收端之外的路径pk的TSN交换机数量(用pk.HC表示)，定义如下：pk.HC＝len(pk)‑2 (1)

路径pk的剩余带宽SBW为其所有组成链路中的剩余带宽的最小值，假设pk＝{ESi,BR1,BR2,…，BRn，ES′i}，令S＝len(pk)‑2，路径pk的剩余带宽SBW由如下公式表示：路径pk的端到端时延DL为其链路时延 之和，表示为；

函数Δ(HC,SBW,DL)用于映射其路径关键度ηk为一个介于0和1之间的值；在所有备选路径集pk中，选择ηk最大的路径作为路径选择阶段的输入路径；对于路径pk∈Psd，ηk表示如下：ω1+ω2+ω3＝1 (5)

其中 SBWmax表示所有路径pk∈Psd中的最大值SBW；HCmin是所有pk∈Psd中最小的HC，DLmin是所有pk∈Psd中最小的DL；ηk的值越大则表示网络的跳数越小，剩余带宽越大，网络延迟越小；

通过以上方式计算每一条路径pk的路径关键度ηk的值，选取前m条ηk值最大的路径作为优选路径，并存入优选路径集Rant中；

S5：CNC将步骤S4中选出的m条优选路径作为路径选择阶段的输入，根据TSN流量类型的特征，基于链路传输的代价和信息素更新的方式为一对发送端到接收端的TT流找到一条最优的传输路径，并将该条路径存入路径信息表ω中，同时为非TT流找到合适的传输路径；所述步骤S5中，基于蚁群算法找到最优传输路径，具体包括以下步骤：S51：先设置初始化参数，从预选路径阶段输出融合路径选择和门控调度算法的初始路径表Rant；设置蚂蚁禁忌表Rb，算法最大循环次数Ncyc，蚂蚁的最大数量Nant，信息素总量Q；

S52：判断流量类型，根据TT流和非TT流分别设置影响因子α和β，链路权重因子δ和ε，信息素挥发系数ρ，信息素增量Δτ；蚂蚁置于发送端，并将发送端存入Rb中；

S53：循环次数ncyc＝ncyc+1；

S54：蚂蚁数量nant＝nant+1；

S55：蚂蚁根据公式(6)选择下一个节点：

其中，P(BRi,BRj)表示蚂蚁a从节点BRi到BRj的传输概率，allowa表示从节点到下一个节点的集合，α越大，信息素的指导作用越强，β越大，蚂蚁决策受路径距离信息影响越大，贪婪当前效果；δ和ε为权重因子且δ+ε＝1，0＜δ＜1，0＜ε＜1，δ和ε的取值根据当前流量类型而定，当数据流为TT流时，δ的取值小于ε；τ(BRi,BRj)表示链路(BRi,BRj)的信息素数量；μ(BRi,BRj)表示节点选择的启发因子； 表示链路(BRi，BRj)的剩余带宽； 表示链路(BRi，BRj)的延迟；

S56：判断是否到达接收端，如果未达到接收端，返回S55；如果到达接收端，将该蚂蚁的走过的路径存入路径表Rte中，将该路径节点存入禁忌表Rb中，避免与下一只蚂蚁的路径产生交叉，然后跳转至S57；

S57：判断nant是否等于Nant，如果nant＜Nant，则返回S54，如果nant＝Nant，从Rte中选取传输代价TV最小的路径作为该次循环得出的最优路径存入最佳路径集合R中，跳转至S58；

S58：判断ncyc是否等于Ncyc，如果ncyc≠Ncyc，返回S53，根据公式(8)更新链路中的信息素，清空Rb；如果ncyc＝Ncyc，则跳转到S59；

ρ表示信息素的挥发系数，0＜p＜1，τ(BRi,BRj)表示链路(BRi,BRj)的信息素数量，Δτ(BRi,BRj)表示链路(BRi,BRj)的信息素增量；

Δτ(BRi,BRj)取值根据TSN数据流类型而确定，其表达式如下所示：Q表示信息素的总数量， 表示链路(BRi,BRj)的传输延迟，路径选择系数的表达式如下所示：

S59：根据TSN流量类型，分别输出TT流和非TT流的最优传输路径；如果是TT流fi，从路径集合R中选择延迟最小的路径作为最优路径，可表示为 如果是非TT流f′i，从路径集合R中选择N非TT流条路径作为输出最优解，并且进行转发；

S6：CNC遍历是否存在还没有被计算发送端和接收端的路径，如果有则返回执行步骤S3‑S6，并将计算的每对发送端到接收端TT流的最优路径存到路径信息表ω中，如果没有则执行步骤S7；

S7：将步骤S6中计算出的TT流量的最优传输路径信息表ω作为输入，设置流量传输约束条件，为每一对终端设备的TT流最优传输路径配置门控列表；

S8：CNC将计算的结果封装为门控调度表，并配置到TSN交换机，再将流量传输计算结果通过CUC发送到TSN终端设备。

2.根据权利要求1所述的时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法，其特征在于：步骤S1具体包括：CNC根据链路发现协议LLDP来发现TSN网络拓扑，并通过网络建模方法将TSN网络拓扑抽象为网络有向图；

TSN的网络拓扑表示为有向图G＝(V，E)，其中V是TSN网络中的节点集合，其中S是TSN交换机的集合，H是终端设备的集合；E是边集合，是一组二元组，表示TSN网络中的所有链接，使得E≡{(BRi,BRj)|BRi,BRj∈V，BRi≠BRj并且BRi和BRj之间存在联系}，其中(BRi,BRj)表示交换机BRi和交换机BRj之间的链路；

与每个链路(BRi,BRj)∈E相关联的是由元组(b，ld)表示的测量值列表，其中 是链路(BRi，BRj)的剩余带宽； 是链路延迟，由 和 组成； 是有界的；

把从发送端开始，按照一定要求传输到接收端的有序数据序列称为流，将所有的TSN流的集合记为F；对于不同类型的流，其中的主要参数包括TSN流的传输路径Ri、TSN流的端到端时延Di、TSN流的传输周期Ti和TSN流的大小Si；每个TSN流Fi表示为四元组Fi≡(Ri,Di,Ti,Si)；

对于发送端ESi和接收端ES′i，中间经过的交换机BR1,BR2,…，BRn共有n个节点，将其第i对发送端到接收端的路径表示为Ri＝{ESi,BR1,BR2,…，BRn，ES′i}，每个帧的最大长度为以太网的最大传输单元MTU。

3.根据权利要求1所述的时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法，其特征在于：步骤S2具体包括：终端设备通过用户配置协议将备选路径数K、路径关键度ηk选出的优选路径数量m、算法最大循环次数Ncyc、蚂蚁的最大数量Nant、信息素总量Q、TSN流的周期Ti、大小Si和时延Di发送给CUC，CUC将连接请求通过用户网络接口UNI发送到CNC。

4.根据权利要求1所述的时间敏感网络中路径选择和门控调度的联合优化方法，其特征在于：步骤S7中，门控列表的循环周期GC表示为：GC＝lcm(T) (11)

其中，lcm表示最小公倍数，T为所有数据流的周期，

T＝{f0.T0，f1.T1，...，fn.Tn}

其中fn.Tn表示流fn的周期Tn；

假设流fi∈F的每个后续帧出现的时间距离始终等于Ti，TT流fi在(BRi，BRj)上传输偏移量为 存储的队列ID为 (BRi,BRj)∈E，则流fi在链路(BRi,BRj)上的传输任意数据帧所用的时间 表示为：

根据GCL的传输规则，对时隙长度LOS进行分析，最大的时隙长度为：MAX(LOS)＝GCD(T) (13)

即LOS的最大值为数据流周期的最大公约数；

最小的时隙长度为：

其中，LOG是传输队列的长度， 即队列资源全部被占用时，最后1 byte发送到链路上所花费的时间；

传输路径为{ESi,BR1,BR2,…，BRn，ES′i}，交换机BRn的GCL循环开始时间 的计算公式如下：表示发送端发送第一个数据帧的发送时间， 表示流fi在链路(ESi,BR1)上的传输任意数据帧所用的时间， 表示BRi中的处理延迟， 表示BRi中的传输延迟， 表示流fi在链路(BRj‑1，BRj)上的传输任意数据帧所用的时间，synPre表示两个节点设备的时间同步最大差值；

一个交换机到下一个交换机之间的时延D的表达式如下：

表示BRn中的处理延迟， 表示BRn‑1中的传输延迟， 表示(BRn‑1，BRn)中的传播延迟；

端到端的时延约束表示为：

帧约束表示为：

链接约束表示为：

无传输持续时间的帧隔离约束表示为：

其中，

带有传输持续时间的帧隔离约束表示为：

流量传输约束表示为：

优化目标为：

引入辅助变量 表示任何流的端到端延迟与其周期之比，要求该变量的值在[0，1]中即表示调度为最优；

通过将以上的约束条件进行建模并使用求解器求解，根据每一对终端设备中TT流的最优传输路径 计算出TT流量传输路径上交换机的门控列表。