[发明专利]一种面向时间敏感网络的多等级业务调度引擎及实现方法

说明书

本发明公开了一种面向时间敏感网络的多等级业务调度引擎及实现方法，涉及有线通信网络技术领域，其特征在于，所述调度引擎包括路由生成模块、TT流调度模块、AVB流调度模块、链路资源信息库、调度方案库。所述路由生成模块用于生成调度实例的路由方案；所述TT流调度模块用于为所述调度实例中的TT数据集生成调度方案，并对时隙进行切片分区，计算各所述分区资源值；所述AVB流调度模块用于生成AVB流的调度方案；所述链路资源信息库，用于存储每个链路上时间槽的可分配资源值与所述时隙的分区状态；所述调度方案库用于存储TT流和AVB流的调度结果，并生成下发到终端和交换机的配置方案。本发明可以完善现有TSN混合业务调度技术的不足，使调度效率得到提升。

技术领域

本发明涉及有线通信网络技术领域，特别是涉及一种面向时间敏感网络的多等级业务调度引擎及实现方法。

背景技术

工业物联网(Industrial Internet of Things，IIoT)作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，是以数字化、网络化、智能化为主要特征的新工业革命的关键基础设施，这种新型的体系结构已经被广泛应用于工业自动化、汽车联网等各个应用领域。然而，IIoT面临着一个重大挑战，即满足大量物联网混合数据的高带宽需求，并保证对时间敏感的应用程序的确定性和实时传输。因此，具有确定性保证和高带宽服务的通信网络是协同工业物联网的关键要求。为了增强IEEE 802.1以太网的确定性和实时性，IEEE 802.1TSN任务组开发了时间敏感网络(Time Sensitive Networking，TSN)，其时间感知整形功能令工业自动化以及自动驾驶等领域的以太网具有安全关键和实时传输的行为。

TSN集成了多个等级的流量，因此它的出现为混合关键性分布式引擎的几种不同类型业务数据的传输带来可能：时间触发(time-triggered，TT)通信，音视频桥接(audioand video bridge，AVB)流，以及尽力而为(best-effort，BE)消息。TT流量支持那些对延迟和抖动有严格要求的硬实时应用，AVB流量通常适用于需要保证有限的端到端延迟的应用程序，BE流用于较弱时间保证的应用程序。TSN的子标准为上述不同需求的流量提出了一系列处理机制。IEEE 802.1Qbv提出了一种称为时间感知整型器(Time-Aware Shaper,TAS)的门控机制，通过门操作来管理队列转发时间。为了简化TAS模型的复杂配置，IEEE 802.1Qch提出了循环排队转发(Cyclic Queuing and Forwarding,CQF)模型，该模型通过循环切换乒乓队列来保证流量传输的确定性。此外，IEEE 802.1BA中提出了基于信用的整形器(credit-based shaper，CBS)，通过将信用值分配给不同的队列来保证低优先级的流量有机会被传输。然而包含TT,AVB和BE的混合业务调度问题时，TAS机制的使用会为交换机的调度配置带来很大的计算与加载开销，在大规模的工业物联网场景下可能不再适用。CQF机制会引入额外的抖动与时延，在工业场景中这对于有低时延和零抖动需求的关键控制流等数据流来说是不可接受的。而CBS不仅会提高调度的平均时延和抖动，在实现方面也具有一定的复杂度。并且之前提出的所有在TSN中路由或GCL合成完全确定性TT传输的方法都是孤立地看待TT流量，完全忽略了对AVB流量的影响，因此在TSN下使用单一的传输机制传输混合的时间敏感流是困难的，设计一种适用于工业现场混合业务流的调度方法是一项具有挑战的任务。