1.一种面向工业现场的时间敏感网络流量分级调度方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1,定义网络拓扑中各流量特征参数;
S2,建立目标函数;
S3,利用时间感知整型器TAS设计门控制列表GCL并在传输过程中通过各个约束条件规定流量的传输规则;
S4,在传输过程中利用设计的影子队列方法对流量进行缓存调度;所述影子队列的缓存调度方法,该调度队列在物理上对应2个缓存区域:一个是可以写入或读出的队列,称为预装载队列,另一个是使用者看不见的,但是在使用中起到缓存作用的队列,称为影子队列;当发生高优先级TT流量丢包情况后,低优先级TT流量继续在预装载队列中传输,当紧迫的高优先级TT流量到来后,预装载队列中的低优先级TT流量进入影子队列中缓存,使紧迫的高优先级TT流量优先调度,高优先级TT流量调度完成后,影子队列中缓存的低优先级TT流量回到预装载队列继续调度;为了防止多个高优先级TT流量连续到来,低优先级TT流量在影子队列中一直缓存,设计了优先级反转的方法满足影子队列中缓存流量截止时间的要求,其数学模型可以表示为: 其中Lnw表示从当前缓存节点开始到目的节点的剩余无等待传输时间;di,re表示从当前缓存节点开始剩余的截止时间;紧迫度w∈(0,1),紧迫度w代表:缓存在影子队列中的流量满足其截止时间的紧迫程度,通过设置一阈值,当w超过这一阈值后发生优先级反转,在影子队列基础上结合S3中的调度约束优化S2中的目标函数;
S5,利用Z3求解器求解得出最终优化结果。
2.根据权利要求1所述一种面向工业现场的时间敏感网络流量分级调度方法,其特征在于,S2中,建立最大化吞吐量的目标函数: 其中,表示所有调度成功流量的大小总和;tu表示所有流量端到端总延时,并通过S4中设计的影子队列方法结合S3中的调度约束进行优化。
3.根据权利要求1所述一种面向工业现场的时间敏感网络流量分级调度方法,其特征在于,S3中包括如下步骤:
S31,在调度的开始阶段,为了确保第一个链路(ti,t'i)上发送的帧在发送端ti的发送时间ri之后开始传输;在调度结束阶段,为了确保帧必须在截止时间di之前完成传输,因此建立了帧约束条件:S32,为了防止链路上两个不同帧传输的时域同时重叠,即对于同一链路(a,b)上的每一对不同的帧q和w,流i中第q帧的传输必须在流j中第w帧的传输开始之前完成,因此建立了链路约束条件:φi,q,(a,b)+αTi≥φj,w,(a,b)+βTj+Lj,(a,b),反之亦然;
S33,为了保证在调度过程中组成流的每个帧的有序性,建立了顺序关系模型,即只有当帧被完全传递到交换机x并被处理之后,下一交换机a才能开始传输该帧,因此建立流量传输约束条件:φi,q,(a,b)≥φj,q,(x,a)+Li,(x,a)+δ;
S34,如果两个流的缓冲队列在同一节点a上,即流i从节点x流向节点a,流j从节点y流向节点a,为了确保确定性的传输,必须保证物理链路中的两个帧在时域上不重叠,即流i中第q帧的传输必须在流j中第w帧的传输开始之前完成,因此建立帧隔离约束条件:φi,q,(a,b)+αTi≥φj,w,(y,a)+βTj+Lj,(y,a),反之亦然;
S35,随着时间敏感流量可用队列的增加,非时间敏感流量的可用队列数量相应减少,导致非时间敏感流量的延迟界限可能会变大;最小化TT流量使用的队列数量可以提高非时间敏感流量的时效性和灵活性,进一步,确保在每个帧的出口端口上正确分配至少一个队列,因此建立队列使用约束条件: