本發(fā)明屬于有線通信網(wǎng)絡資源動態(tài)調(diào)度與規(guī)劃，尤其涉及一種總線網(wǎng)絡多優(yōu)先級流量準入控制與動態(tài)規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、電子系統(tǒng)總線網(wǎng)絡與以太網(wǎng)的合并，特別是通過時間敏感網(wǎng)絡(tsn)技術(shù)合并，是工業(yè)自動化發(fā)展的一個重要方向，能夠帶來數(shù)據(jù)集成、網(wǎng)絡簡化和互操作性增強等多方面的優(yōu)勢。tsn是一組ieee標準，旨在為以太網(wǎng)提供確定性和實時性，從而使得周期性和非周期性數(shù)據(jù)能夠在同一個網(wǎng)絡中傳輸，同時保持高帶寬和低延遲的特性。在tsn網(wǎng)絡中，tt(time-triggered)流的重新配置方案是確保網(wǎng)絡實時性和確定性的關(guān)鍵。在現(xiàn)有技術(shù)中，在重新配置tt流時，往往未考慮低優(yōu)先級流量的通信性能，忽略了對速率受限的低優(yōu)先級流量(rc流量)的端到端延遲的影響，導致可能引發(fā)一些相對關(guān)鍵的rc流量的服務質(zhì)量下降甚至通信中斷。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種總線網(wǎng)絡多優(yōu)先級流量準入控制與動態(tài)規(guī)劃方法，解決待準入tt流影響rc流量遲導致的rc流端到端超時的問題。

2、本發(fā)明方法具體包括如下步驟：

3、基于待準入的多個tt流，求解滿足各rc流端到端最壞情況時延均不超過相應的端到端時延期限的所述多個tt流的第一調(diào)度方案，若求解成功，則執(zhí)行所述第一調(diào)度方案；否則，

4、求解端到端最壞情況時延超過相應的端到端時延期限的rc流數(shù)量盡可能少的所述多個tt流的第二調(diào)度方案，若求解失敗，則所述多個tt流準入不通過；否則，

5、基于第二調(diào)度方案求解滿足所有rc流端到端最壞情況時延均不超過相應的端到端時延期限的部分rc流壓縮方案，若求解成功，則執(zhí)行所述第二調(diào)度方案和壓縮方案，否則，

6、執(zhí)行所述第二調(diào)度方案，并對最壞情況時延超過相應的端到端時延期限的rc流實施傳統(tǒng)rc流量重構(gòu)方法。

7、進一步的，當收到tt流的退網(wǎng)通知時，若網(wǎng)絡中存在壓縮狀態(tài)下的rc流，基于網(wǎng)絡中存在的壓縮狀態(tài)的rc流量集合和退網(wǎng)流量途經(jīng)路由，求解rc流的解壓縮方案并執(zhí)行該解壓縮方案。

8、進一步的，使用粒子群算法基于第二調(diào)度方案求解所述部分rc流壓縮方案，包括：

9、基于端到端最壞情況時延超過相應的端到端時延期限的rc流以及與其路由共用相同有向鏈路的rc流確定待求解rc流集合；

10、對待求解rc流集合各條rc流相應的壓縮方案進行編號；

11、以各所述相應的壓縮方案的組合作為粒子，以每個粒子中各相應的壓縮方案對應編號的組合描述粒子位置，基于所述待求解rc流集合各條rc流相應的壓縮方案隨機初始化粒子群；

12、基于所有受影響的rc流的端到端時延和最大帶寬約束構(gòu)建適應度函數(shù)；

13、基于適應度函數(shù)對粒子群求最優(yōu)解，得到部分rc流壓縮方案。

14、進一步的，所述適應度函數(shù)表示為：

15、f(x)＝q(x)+γe(x)；

16、其中，q(x)為目標函數(shù)，q(x)＝max{dave-min{δ}}；dave表示所有rc流的平均延遲時間率；min{δ}表示所有受影響rc流由于壓縮引發(fā)的延遲能夠滿足端到端時延不超過相應的端到端時延期限的最小值，δ滿足其中frc'表示待求解rc流集合，fh表示集合中第h條rc流，表示第h條rc流到達目的端的偏移量，表示第k條rc流的數(shù)據(jù)流路由vlh的初始偏移量，dlh表示第h條rc流的端到端時延期限；

17、γ為懲罰權(quán)重；

18、e(x)為懲罰函數(shù)，

19、

20、其中，表示影響的rc流的數(shù)量；vlj表示第j條所述待準入tt流或網(wǎng)絡中rc流的路由；eαβ表示連接網(wǎng)絡節(jié)點vα、vβ的有向邊；表示該rc流任意幀從網(wǎng)絡節(jié)點vα傳輸?shù)骄W(wǎng)絡節(jié)點vβ的最壞時間間隔；dli表示第i條rc流的端到端時延期限；e表示網(wǎng)絡拓撲節(jié)點之間的有向通信鏈路集合；e表示網(wǎng)絡拓撲節(jié)點之間的有向通信鏈路；lj表示第j條待準入tt流或網(wǎng)絡中rc流的數(shù)據(jù)流幀長度；pj表示第j條待準入tt流或網(wǎng)絡中rc流的數(shù)據(jù)流周期；cj表示有向鏈路的最大帶寬服務速率；表示期望待準入tt流和網(wǎng)絡中rc流滿足最大帶寬約束。

21、進一步的，所述基于網(wǎng)絡中存在的壓縮狀態(tài)的rc流量集合和退網(wǎng)流量途經(jīng)路由，求解rc流的解壓縮方案包括：

22、基于退網(wǎng)流量途經(jīng)路由確定退網(wǎng)流量涉及的rc流；

23、使用粒子群算法對退網(wǎng)流量涉及的rc流的集合和網(wǎng)絡中存在壓縮狀態(tài)的rc流量集合的交集求解rc流的解壓縮方案。

24、進一步的，所述基于待準入的多個tt流，求解滿足各rc流端到端最壞情況時延均不超過相應的端到端時延期限的所述多個tt流的第一調(diào)度方案包括：

25、基于待準入的多個tt流，逐條獲取多個可選路由方案；

26、基于所述可選路由方案求解滿足各rc流端到端最壞情況時延均不超過相應的端到端時延期限的第一路由方案，若求解成功，則基于第一路由方案求解所述多個tt流的第一調(diào)度方案；否則，求解第一調(diào)度方案失敗。

27、進一步的，所述基于所述可選路由方案中求解滿足各rc流端到端最壞情況時延均不超過相應的端到端時延期限的第一路由方案包括：

28、以優(yōu)化每條受所述tt流影響的rc流的延遲時間率為目標，基于所述可選路由方案迭代求解優(yōu)選路由方案；

29、在每一輪迭代中，基于該輪迭代求得的優(yōu)選路由方案判斷各rc流端到端最壞情況時延是否均不超過相應的端到端時延期限：

30、若是，則該輪迭代求得的優(yōu)選路由方案為第一路由方案；

31、若否，則繼續(xù)下一輪迭代，直到到達最大迭代次數(shù)。

32、進一步的，使用粒子群算法以優(yōu)化每條受所述tt流影響的rc流的延遲時間率為目標，使用粒子群算法基于所述可選路由方案迭代求解優(yōu)選路由方案，包括：

33、對所述可選路由方案進行編號；

34、以各待準入tt流的路由方案的組合作為粒子，以每個粒子中各待準入tt流的路由方案對應編號的組合描述粒子位置，基于所述多個可選路由方案隨機初始化粒子群；

35、基于受影響的rc流的延遲時間率和最大帶寬約束構(gòu)建適應度函數(shù)；

36、在每一輪迭代中，基于適應度函數(shù)對粒子群求最優(yōu)解，得到該輪迭代的優(yōu)選路由方案。

37、進一步的，所述基于受影響的rc流的延遲時間率和最大帶寬約束構(gòu)建適應度函數(shù)包括：

38、基于受影響的rc流的延遲時間率構(gòu)建目標函數(shù)；

39、基于最大帶寬約束構(gòu)建懲罰函數(shù)；

40、基于目標函數(shù)、懲罰函數(shù)和懲罰函數(shù)的權(quán)重系數(shù)構(gòu)建適應度函數(shù)。

41、進一步的，所述求解端到端最壞情況時延超過相應的端到端時延期限的rc流數(shù)量盡可能少的待準入tt流的第二調(diào)度方案包括：

42、基于所述各優(yōu)選路由方案迭代求解第二路由方案，在每一輪迭代中：

43、選取所述優(yōu)選路由方案中端到端時延超過相應的最壞延遲的rc流數(shù)量最少的優(yōu)選路由方案；

44、基于該優(yōu)選路由方案和調(diào)度約束求解第二調(diào)度方案：

45、若成功，則該優(yōu)選路由方案為第二路由方案，結(jié)束迭代；

46、若失敗，則繼續(xù)下一輪迭代，直到遍歷所有優(yōu)選路由方案。

47、本發(fā)明至少可以實現(xiàn)下述之一的有益效果：

48、通過考慮待準入的tt流對網(wǎng)絡中rc流的端到端時延的影響確定tt流的調(diào)度方案，將tsn網(wǎng)絡中tt流對rc流的影響降至最小，解決新準入的tt流影響rc流量端到端延遲導致的rc流端到端超時的問題。

49、通過求解滿足所有rc流端到端最壞情況時延均不超過相應的端到端時延期限的第一路由方案，從源頭上避免rc流的丟包與通信中斷；并且在求解第一路由方案失敗的情況下，降低準入要求，增加新tt流的準入概率，通過確定能滿足大多數(shù)rc流端到端最壞情況時延均不超過相應的端到端時延期限的第二調(diào)度方案，并在第二調(diào)度方案的基礎上，通過對部分rc流進行帶寬壓縮實現(xiàn)對rc流進行彈性重構(gòu)，用降低部分rc流的服務質(zhì)量換取全部rc流的通信連貫性，保證網(wǎng)絡的魯棒性和確定性，盡可能避免了rc流二次重構(gòu)(即重新分配)的情況。

50、通過在收到tt流退網(wǎng)通知的情況下對rc流進行解壓縮，充分利用網(wǎng)絡帶寬資源，進一步降低了對rc流傳輸質(zhì)量的影響。

51、通過基于rc流的延遲時間和最大帶寬約束構(gòu)建適應度函數(shù)，使用粒子群算法分別求解第一、第二路由方案、部分rc流壓縮方案和解壓縮方案，保證本發(fā)明方法的各個環(huán)節(jié)求得相應方案的最優(yōu)解。

52、本實施例，通過考慮待準入的tt流對網(wǎng)絡中rc流的端到端時延的影響確定tt流的調(diào)度方案，將tsn網(wǎng)絡中tt流對rc流的影響降至最小，能夠在求解第一調(diào)度方案失敗的情況下，降低準入要求，增加新tt流的準入概率，并通過對部分rc流進行帶寬壓縮實現(xiàn)對rc流進行彈性重構(gòu)，用降低部分rc流的服務質(zhì)量換取全部rc流的通信連貫性，避免rc流的丟包與通信中斷，從而保證網(wǎng)絡的魯棒性和確定性。

53、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優(yōu)點可從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的內(nèi)容中來實現(xiàn)和獲得。