[发明专利]一种基于拥塞控制的M/M/1排队模型调度方法

权利要求书

1.一种基于拥塞控制的M/M/1排队模型调度方法，其特征在于在M/M/1排队模型的基础上提出了一种基于拥塞控制的队列调度算法，该算法以输入流速率和输出流的速率比值作为拥塞的标志，并通过对拥塞概率值的调整达到控制拥塞的目的，同时考虑了全路径传输时延，经过综合调整使队列实现重调度，提高了工业以太网在列车通信网络应用上的传输速率，减小了网络传输时延。

2.根据权利要求1所述的一种基于拥塞控制的M/M/1排队模型调度方法其特征在于：

步骤1：建立工业以太网通信队列调度模型，将待调度的任务做出如下规划：实时任务集合可以描述为：

,

而网络的物理拓扑结构用无向图G（V,E,X）表示，终端系统和交换机用V表示，连接网络中的顶点的通信链路用E表示，在链路中的多分组队列用X表示，则数据流F从发送端S₁到接收端S_r的描述为如下所示：

其中，T_task表示缓存区中待调度排序的实时性任务，P_i表示当前任务的周期，D_i表示当前任务的相对截止期，E_i表示任务的执行时间，R_i表示任务的响应时间，在缓冲区中，存在多种类型调度任务，T_task只是其中一类对于实时性要求高的任务类型，对于不属于调度任务安排内的数据，均采取FIFO调度策略，而对于采取FIFO调度策略的数据，满足的数据任务到达满足公式如下：

并且在此模型中D_i≤P_i，E_i≤R_i，即任务在传输的过程中是满足在单位周期内执行完毕的状态，不存在同时出现两个或两个以上的任务在进行传输，上一个任务在传输过程中，如果系统调度算法已经对下一待调度任务排队完毕，那么一定会存在等待时延，而由于消息会预先存储在交换机中等待转发，所以在相邻的两个交换机之间的等待时间要足够，设MAX(waitdelay)是单个调度点的最大延迟配置的上限，则由多分组队列X造成的等待时间的值至少满足以下条件：

其中，offset表示离线的延迟配置的发送时间，指在数据流链接[V₁,V₂]上传输的帧f_i的长度，P表示由路由造成的帧f_i和[X,V_y]的数据流路径；

步骤2：初始化各个参数，设置仿真运行时间为0.5h,进程模型的服务速率为9600bit/s,数据的到达强度满足1.0s的负指数分布，交换机的服务机制采取M/M/1排队模型；

步骤3：定义缓冲区数据按先后顺序进入排；

步骤4：调度开始并按照相关设置传输数据；

步骤:5：判断输入数据流速率是否小于等于输出数据流速率，如果是则继续进行下一步骤，否则跳至步骤7，在上述分析的模型中，数据在产生拥塞状态下的时延主要是由单个调度队列上通过的数据是否可以合理传输来决定的，首先，将节点的输入速率和输出速率的比值作为网络是否拥塞的标志，以y(n)作为系统提前设定好的阈值，y_c作为某一节点的指定输入数据流速率，y_o(n)作为某一节点的指定输出数据流速率，且满足如下条件：

y_c≤y_o(n)

按照上式可知，此时系统是否已经达到了拥塞的状态；

步骤6：调整拥塞程度，并计算拥塞概率值f(X)，按照如下公式进行拥塞的调整，以一个概率值来表示降低拥塞的程度：

其中，f(X)由给定阈值和输入速率的和减去节点固定可缓存资源的输出速率和与当前给定阈值的比例相除得来，Q表示节点的固定可缓存数据资源，k_p表示提前给定的阈值大小，且满足给定阈值大于固定的可缓存数据资源，即k_p≥Q；

步骤7：重新分组，调整缓存区队列长度L_q，并计算拥塞时延，对于当前节点的可接收数据的概率g，以及当前节点正在存储的消息s，我们可以根据以下公式进行计算：

则相应的网络拥塞状态就可以用如下的公式进行调整：

基于上式可知，在拥塞状态下通过对待缓存区数据队列的长度的调整，可以改变网络拥塞时出现丢包，端到端延时增大的问题；

步骤8：判断新数据队列产生的逗留时间是否大于原数据队列的逗留时间Ws，如果是则继续计算全路径通道延迟时间，不是则丢弃数据包，Ws通过下式计算：

其中为数据流的到达速率，为数据流被服务的概率；

步骤9：计算队列等待时间期望值W_q和总传输时延T_delay，等待时间期望值W_q通过下式计算：

对于拥塞控制队列排序所产生的时延，可以表示成如下所示：

其中，C_v(n)表示数据流传输的速率，对于数据包流产生的时延，设这个受影响的参数由T_link来表示，那么：

T_link= f(X)·W_q

即平均拥塞等待概率乘以队列平均等待时间得到一个待传输数据全路径通道上经过的延迟时间，将拥塞控制和多分组队列X造成的等待结合在一起，那么相应的总传输时延为：

步骤10：算法流程结束。