【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于網絡傳輸，具體涉及一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法。
技術介紹
1、隨著智能制造和工業(yè)物聯(lián)網的快速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)對網絡的實時性、可靠性和資源利用率提出了更高的要求。尤其是在需要精確時序控制的關鍵任務中，時間敏感網絡(tsn,time?sensitive?network)逐漸成為滿足工業(yè)控制需求的重要技術之一。tsn通過引入高精度的時間調度和確定性路由，實現(xiàn)了對關鍵業(yè)務流量的低延遲、高可靠性傳輸，進而支持工業(yè)應用對確定性通信的嚴格要求。傳統(tǒng)的tsn調度方式多基于分布式控制，在復雜網絡場景和高密度關鍵流量環(huán)境下，分布式方法在資源利用率和調度靈活性方面存在局限性。面對不確定的流量變化和多優(yōu)先級業(yè)務需求，分布式調度難以快速調整資源分配，容易造成網絡資源利用不均衡，進而導致延遲增加和帶寬浪費。為此，越來越多的研究開始關注集中式控制模型，以期在復雜網絡拓撲中實現(xiàn)對資源的高效利用。因此，亟需一種基于集中式的路由與調度方法，既能確保關鍵業(yè)務流的確定性傳輸，又能夠有效提高網絡中剩余資源的利用效率。
技術實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術存在的不足，本專利技術提出了一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，該方法包括：
2、s1：cnc根據當前網絡狀態(tài)構建網絡拓撲并生成全局拓撲信息；
3、s2：cuc從各源節(jié)點收集每個待傳輸流量的需求信息，并根據需求信息劃分流量優(yōu)先級，包括高優(yōu)先級流量、中優(yōu)先級流量和低優(yōu)先級流量。流量的優(yōu)先級劃分依據帶寬需
4、s3：cnc根據全局拓撲信息為每個流量生成最優(yōu)傳輸路徑。高優(yōu)先級流量在路徑選擇過程中優(yōu)先考慮，以確保其傳輸時延最小。cnc會根據鏈路帶寬、延遲、負載狀態(tài)等因素，為每種優(yōu)先級流量選擇最佳路徑。路徑選擇時，高優(yōu)先級流量的路徑將避免負載高和丟包率高的鏈路。
5、s4：cnc為每個流量分配傳輸時隙并對傳輸時隙進行動態(tài)調整。高優(yōu)先級流量將優(yōu)先獲得時隙，確保其低時延需求得到滿足；低優(yōu)先級流量的時隙將根據剩余資源進行分配，可能容忍較高的時延。
6、s5：對最優(yōu)傳輸路徑和傳輸時隙進行同步分配，并優(yōu)化傳輸時延和抖動，完成路徑和時隙的最終分配；帶寬利用率和丟包率將被考慮在內，確保流量的高效傳輸，避免因帶寬不足或丟包率過高導致的延遲增加。
7、s6：根據路徑和時隙的最終分配結果生成調度表，cnc將調度表分發(fā)至各網絡設備；調度表的生成過程中，cnc會參考帶寬利用率和丟包率，優(yōu)化調度以提高網絡資源的使用效率。
8、s7：監(jiān)控網絡狀態(tài)，當網絡狀態(tài)發(fā)生變化時，cnc會根據鏈路的帶寬利用率、丟包率以及端口狀態(tài)等信息動態(tài)調整調度表，優(yōu)先調整高優(yōu)先級流量的傳輸路徑和時隙，確保關鍵流量的傳輸穩(wěn)定。
9、優(yōu)選的，生成全局拓撲信息的過程包括：
10、s11：cnc對網絡中的所有節(jié)點和鏈路進行掃描，生成拓撲結構圖；
11、s12：cnc記錄每條鏈路的基本屬性，包括帶寬、延遲、負載狀態(tài)、丟包率和端口狀態(tài)；
12、s13：cnc設定固定的時間間隔來刷新鏈路狀態(tài)，以獲取最新的鏈路信息。
13、優(yōu)選的，根據需求信息劃分流量優(yōu)先級的過程包括：
14、需求信息包括帶寬需求bwreq和時延需求dreq；
15、根據帶寬需求bwreq、時延要求dreq對流量進行優(yōu)先級劃分：高優(yōu)先級流量滿足dreq≤dth且bwreq≥bwth，中優(yōu)先級流量為dth<dreq≤dmax，低優(yōu)先級流量則滿足dreq>dmax；bwth表示帶寬需求閾值，dth表示時延需求閾值，dmax表示最大時延需求。
16、優(yōu)選的，為每個流量生成最優(yōu)傳輸路徑的過程包括：
17、s31：根據拓撲結構圖生成為每個流量生成候選路徑集合，每條候選路徑滿足流量的帶寬需求bwreq和延遲需求dreq；
18、s32：剔除候選路徑集合中不滿足鏈路負載和丟包率的候選路徑；
19、s33：計算適應度并根據適應度采用pso算法從候選路徑集合中找出最優(yōu)傳輸路徑。
20、進一步的，計算適應度的公式為：
21、fpath＝α·ltotal(p)+β·dtotal(p)
22、其中，fpath表示適應度，ltotal(p)表示候選路徑集合p的路徑總負載，
23、dtotal(p)表示候選路徑集合p的路徑總延遲；α、β表示負載權重和延遲權重。
24、優(yōu)選的，cnc為每個流量分配傳輸間隙并對傳輸時隙進行動態(tài)調整的過程包括：
25、s41：cnc為每種優(yōu)先級流量分配初始傳輸時隙；高優(yōu)先級流量具有最嚴格的時延需求，低優(yōu)先級流量可容忍更高的時延；
26、s42：采用sac算法并按優(yōu)先級順序從高到低對每個流量的時隙偏移進行優(yōu)化，得到最優(yōu)時隙偏移；根據最優(yōu)時隙偏移對傳輸時隙進行調整，得到為每個流量分配的傳輸間隙；
27、s43：根據時延需求、帶寬需求、抖動容忍度計算每種流量的得分；根據得分對流量進行排序；排序后的流量將根據優(yōu)先級順序依次分配時隙，確保高優(yōu)先級流量優(yōu)先獲得低時延的傳輸資源。
28、優(yōu)選的，對最優(yōu)傳輸路徑和傳輸時隙進行同步分配，并優(yōu)化傳輸時延和抖動的過程包括：
29、s51：按優(yōu)先級順序從高到低對每個流量的最優(yōu)傳輸路徑和傳輸時隙進行同步分配，以保證各流量的傳輸時隙安排在合適的時間窗內；
30、s52：根據流量的時延需求優(yōu)化傳輸時隙，通過動態(tài)調整時隙的位置和長度，減少關鍵流量的傳輸延遲。
31、s53：控制傳輸時隙抖動tjitter，使其滿足傳輸需求目標minimize?tjitter＝|tslot-treq|，tslot表示傳輸時隙，treq表示需求時隙。
32、優(yōu)選的，時間敏感網絡流量路由與調度方法還包括：當鏈路或節(jié)點發(fā)生故障時，cnc重新計算備用路徑；計算備用路徑的公式為：
33、
34、其中，pnew表示備用路徑，llink(i)表示路徑i的負載，dlimit(i)表示路徑i的延遲，fusa表示非鏈路故障集合。
35、本專利技術的有益效果為：本專利技術通過引入粒子群優(yōu)化(pso)和軟演員評論家(sac)算法，在集中控制模式下實現(xiàn)了流量的全局優(yōu)化配置。集中用戶配置管理器(cuc)負責收集和管理各業(yè)務流量的需求信息，包括帶寬、時延和抖動容忍度，將流量按優(yōu)先級分類。中央網絡控制器(cnc)基于實時更新的網絡拓撲信息和鏈路負載情況，為各類流量生成候選路徑集合，使用pso算法在候選路徑中選擇適合的最優(yōu)路徑。sac算法則進一步優(yōu)化關鍵流量的時隙分配，確保高優(yōu)先級流量在低延遲的時隙中傳輸。結合時間感知調度(qbv)與時間敏感調度(tas)機制，在路徑和時隙的同步優(yōu)化中降低本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，其特征在于，生成全局拓撲信息的過程包括：
3.根據權利要求1所述的一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，其特征在于，根據需求信息劃分流量優(yōu)先級的過程包括：
4.根據權利要求1所述的一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，其特征在于，為每個流量生成最優(yōu)傳輸路徑的過程包括：
5.根據權利要求4所述的一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，其特征在于，計算適應度的公式為：
6.根據權利要求1所述的一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，其特征在于，CNC為每個流量分配傳輸間隙并對傳輸時隙進行動態(tài)調整的過程包括：
7.根據權利要求1所述的一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，其特征在于，對最優(yōu)傳輸路徑和傳輸時隙進行同步分配，并優(yōu)化傳輸時延和抖動的過程包括：
8.根據權利要求1所述的一種基于集中
...【技術特征摘要】
1.一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，其特征在于，生成全局拓撲信息的過程包括：
3.根據權利要求1所述的一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，其特征在于，根據需求信息劃分流量優(yōu)先級的過程包括：
4.根據權利要求1所述的一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，其特征在于，為每個流量生成最優(yōu)傳輸路徑的過程包括：
5.根據權利要求4所述的一種基于集中式控制的時間敏感網絡流量路由與調度方法，其特...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：楊柳，余國球，魯銀芝，姜緒龍，謝海波，
申請(專利權)人：重慶郵電大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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