[发明专利]一种时间敏感网络尽力而为流调度方法

说明书

本发明属于网络通信技术领域，公开了一种时间敏感网络尽力而为流调度方法，该方法包括：获取当前时间敏感网络数据；从缓存中选择使尽力而为流带宽利用率最大化的一组帧；获取尽力而为流调度结果；对尽力而为流进行调度。本发明针对Qbv协议中在每个带宽周期都使尽力而为流时隙的带宽利用率达到最大化，提高了尽力而为流的带宽资源利用率。随着带宽周期的累积，在整体服务上很大程度的提高了带宽资源的利用率。

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及一种时间敏感网络尽力而为流调度方法。

背景技术

目前：随着网络通信技术的不断发展，新的信息技术不断涌现出来，比如像音视频技术等对实时性有要求的业务不断增多，而标准以太网只提供尽力而为的服务，无法满足这些对时延和抖动要求比较高的实时性业务。因此时间敏感网络(Time SensitiveNetworking，TSN)应运而生，时间敏感网络是对IEEE802.1的一组修订，旨在将实时功能引入基于以太网的网络中，时间敏感网络具有高精度的时间同步、有界的时延和零抖动、多种业务共存、高可靠性和兼容性等优势被广泛的应用在工业自动化、车载网络和远程遥控等领域。迄今为止，TSN的标准仍在开发中，对TSN中的各个子协议进行研究以及各个协议之间的协同工作，研究TSN各个协议技术保障实时通信的本质，对以后将TSN更广泛更好的应用于各个领域具有深刻的实践意义。

时间敏感网络的技术核心就是流量调度和整形算法，这也是学术界深入研究的热点。大多数调度算法的研究都集中在如何保障时间敏感流的确定性时延上，如时间感知整形器(Time-aware Shaper，TAS)，该调度算法旨在将以太网络上的通信分为固定长度，重复时间周期。在这些周期内，按照时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)的思想可以配置不同的时间片，这些时间片可以分配给八个以太网优先级中的一个或几个。通过这样做，可以将时间关键型业务与非关键性业务流量分离，并严格按照周期和时隙进行发送，保证了时间敏感流的有限延迟和抖动。TAS考虑两种主要的流类型，即高优先级调度流(Scheduled Traffic，ST)和低优先级尽力而为流(Best Effort Traffic，BE)，ST在ST队列中缓冲，BE在BE队列中缓冲。TAS通过流量类别实现帧优先级隔离。TAS确保ST延迟是有界的，并保护ST不受任何交叉流量的影响干涉。在每一个时间周期内，ST流和BE流在相应时间片内发送。

当BE流在对应带宽内未能完成发送时，会占用下一周期ST流的带宽，则无法保障ST流的时延，影响了高优先级流的服务质量。因此在2015年TSN任务组在增强Qbv协议中提出了保护带机制，该标准协议的名称为“IEEE Std802.1QbvTM-2015.IEEE Standard forLocal and metropolitan area networks-Bridges and Bridge Networks Amendment25:Enhancement for Scheduled Traffic”，保护带机制的原理是在尽力而为流时间片结束前放置一个保护带，即在保护带内不允许传输新的帧，但是可以继续传输正在传输的帧，因此保护带的大小应设置为传输以太网中最大帧的大小的时间。引入保护带虽然保障了高优先级业务的确定性可靠传输，但是也造成了严重的带宽资源浪费的问题。TSN任务组提出了一个长度感知调度机制为了部分缓解由于保护带造成的带宽浪费。此长度感知调度机制的原理是当使用存储和转发传输时，需要在保护带时隙内传输以太网帧时，调度程序将检查要发送帧的长度，如果帧可以完全在保护带内完成发送，而又不侵占下一个周期时间敏感流时间片时，那么尽管在保护带时隙内，调度程序仍然可以发送该帧，以减小保护带造成的带宽资源的浪费。这种长度感知调度机制虽然缓解了带宽资源的浪费，但是仍然存在较为严重的带宽资源浪费的问题。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有Qbv协议中的保护带机制以及长度感知调度机制存在带宽资源浪费的问题，每个周期保护带都会造成带宽资源的浪费，随着周期时间的累积，造成的带宽资源浪费的问题是不容小觑的。当缓存中BE帧比较多时，会存在造成大量BE帧滞留在缓存中的情况，严重时会造成缓存的溢出，继而数据的丢失。