[发明专利]一种基于拥塞控制的M/M/1排队模型调度方法

说明书

本发明涉及一种工业以太网通信队列调度方法，特别是一种基于拥塞控制的M/M/1排队模型调度方法。本发明主要应用在工业以太网列车通信系统。本发明在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。

技术领域

本发明涉及一种基于拥塞控制的M/M/1排队模型调度方法，属于工业以太网通信队列调度领域。

背景技术

随着列车技术的飞速发展，作为当代轨道交通系统的关键技术之一，列车通信网络(Train Communication Network, TCN)已成为研究热点。尤其是随着列车对安全性、舒适性要求的提高，现有MVB等网络无法满足需求，于是高宽带的工业以太网被应用于列车通信。但由于传统工业以太网不能直接应用于列车复杂工况，特别是其无法保障控制等信息实时传输，所以如何提高列车工业以太网的可靠性、实时性和高效率传输特性，减小端到端时延，提高链路利用率就显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有工业以太网通信网络拥塞造成的数据包丢弃和大传输时延的问题。本发明提供一种拥塞控制的M/M/1排队模型调度方法，在M/M/1排队模型传输过程出现拥塞的基础上，以节点的输出速率和输出速率的比值作为网络是否拥塞的标志，且以一个概率值来表示降低拥塞的程度，对拥塞故障状态进行队列重排和调整，在一定程度上减小在队列数据传输过程中由网络拥塞造成的排队时延，重新规划队列排序，实现数据的重调度，改善工业以太网在出现拥塞问题时的队列调度问题，保障工业以太网的传输实时性从而解决上述问题。

基于此，有必要对对现有工业以太网队列调度中由于网络拥塞造成的数据包丢弃和大传输时延的问题，提出一种基于拥塞控制的M/M/1排队模型调度方法，该方法包括如下实施步骤。

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：

(1)

, (2)

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：

(3)

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。

步骤2：初始化各个参数。

步骤3：定义缓冲区数据按先后顺序进入排队。

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。

步骤6：调整拥塞程度，并计算拥塞概率值f(X)。

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。

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W_s，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。

步骤9：计算队列等待时间期望值W_q和总传输时延T_delay。

步骤10：算法流程结束。

附图说明