[发明专利]一种时间敏感网络门控机制流量整形与路由规划调度方法

权利要求书

1.一种时间敏感网络门控机制流量整形与路由规划调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据实时需求和优先级的高低先对周期性的TC流进行路由和传输联合调度，在不影响TC流确定性实时传输的前提下再进行非TC流的通信传输调度；

步骤2、将交换机端口的输出队列分为k个TC队列和8-k个非TC队列，基于各个TC流周期以及GCL循环周期，确定第一个循环周期内需要传输调度的TC数据帧及数量；

步骤3、根据终端设备和交换机抽象的网络拓扑有向图，确定TC数据帧的起始节点和终止节点，并利用路由选择算法生成多个可选择通信传输路径集；

步骤4、按照通信重叠链路和路由跳数的总数目从小到大进行排序，依次编号为{1,2,…,m}；

步骤5、根据通信传输路径集构造一系列保证TC数据帧确定性实时传输的联合调度约束，生成一个循环周期内的TC数据帧确定性实时调度方案；

步骤6、筛选出调度成功的通信传输路径集，选取TC队列使用数量最小的通信传输路径集和相应确定性实时调度方案为TC流的最优联合调度方案；若多个调度成功的通信传输路径集具有相同的TC队列使用数量，选取编号最小的路径集；

步骤7、基于最优联合调度方案以及数据和队列之间映射关系，设计各个交换机端口TC队列的GCL，进一步得到每个交换机端口的每一个GCL循环空闲时段；

步骤8、根据网络拓扑有向图，确定非TC流的起始节点和终止节点，生成非TC流的最优通信路径集；

步骤9、规划交换机端口GCL循环的每一个空闲时段，划分为允许传输时段和保护带时段两个部分，所述允许传输时段用于传输非TC流，所述保护带时段用于保护TC流传输免受非TC流的干扰；

步骤10、根据TC队列GCL设计以及GCL循环空闲时段规划方案，生成各个交换机端口输出队列GCL，并基于TC流和非TC流的最优通信传输路径集，生成混合流量传输的最优联合调度方案，通过相关的配置软件生成交换机端口和终端设备的配置文件，将其配置到各个交换机以及终端设备上；

所述步骤2致力于第一个GCL循环周期内所有TC数据帧的确定性实时调度；

所述步骤8非TC流的最优通信路径集选取规则，包括非TC流之间通信传输链路重叠数目最小和通信传输链路上各个交换机端口一个GCL循环的总空闲时段最长。

2.如权利要求1所述的时间敏感网络门控机制流量整形与路由规划调度方法，其特征在于，所述步骤3通信传输路径集的选择满足通信路由选择约束，包括通信传输路径不闭环约束和网络拓扑有向图满足约束。

3.如权利要求1所述的时间敏感网络门控机制流量整形与路由规划调度方法，其特征在于，所述步骤5保证TC数据帧确定性实时传输的联合调度约束，包括冲突避免约束、GCL循环周期时域约束和实时性约束。

4.如权利要求3所述的时间敏感网络门控机制流量整形与路由规划调度方法，其特征在于，所述冲突避免约束，针对传输链路且缓存队列存在重叠的TC数据帧，通过限制传输时域和缓存时域不重叠来避免冲突，对于传输链路存在重叠但缓存队列不一致的TC数据帧，只限制传输时域不重叠。

5.如权利要求3所述的时间敏感网络门控机制流量整形与路由规划调度方法，其特征在于，所述GCL循环周期时域约束，每个TC数据帧在通信链路上的传输时刻需要在相应交换机端口的第一个GCL循环开启时刻和结束时刻之间，避免对下一个循环周期调度方案的干扰。

6.如权利要求3所述的时间敏感网络门控机制流量整形与路由规划调度方法，其特征在于，所述实时性约束，通过限制每个TC数据帧的端到端延迟小于截止时间来保证实时性需求。

7.如权利要求1所述的时间敏感网络门控机制流量整形与路由规划调度方法，其特征在于，所述步骤5第一个GCL循环开启时刻是基于TC数据帧的到达时间而确定。

8.如权利要求1所述的时间敏感网络门控机制流量整形与路由规划调度方法，其特征在于，所述步骤9每一个GCL循环的每一个空闲时段一开始关闭所有TC队列，开启所有非TC队列，按照优先级大小以及数据到达输出队列的时间进行非TC流的传输，当进入所述保护带时段时，关闭没有正在进行数据传输的非TC队列，对于正在进行数据传输的非TC队列，等完成当前TC数据帧的传输再关闭队列。