通信学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (6): 119-132.doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2022103
尹长川1, 李妍珏1, 朱海龙2, 何欣欣1, 韩文璇1
Changchuan YIN1, Yanjue LI1, Hailong ZHU2, Xinxin HE1, Wenxuan HAN1
摘要:
目的:随着工业4.0时代的到来,工业生产控制系统智能化程度越来越高,对信息的实时性和确定性传输提出了更高要求,时间敏感网络(Time-Sensitive Networking, TSN)由于具有良好的兼容性、低时延抖动等特性,被引入工业网络。为借助 TSN 实现工业网络中混合流高效传输,本文对TSN中的新型流量调度机制进行探索。
方法:研究新型 TSN 系统设计方案,基于集中式软件定义网络(SDN, software defined network)架构,设计了一种确定网络最小调度时隙的方法,并基于该最小时隙调整预订流(ST, scheduled traffic)类流量的采样周期,通过降低ST流对发送带宽的占用,为流预留(SR, stream reservation)类流量预留更多传输资源,从而提升网络可调度性。进一步针对SR流,提出奇偶映射的流映射策略,并且,当网络中出现SR流不可调度的情况时,设计流偏移规划(FOP, flow offset planning)算法,对SR流的注入时间进行偏移调整,通过提高系统资源利用率,进一步提升网络可调度性。
结果:为验证所提HSTC机制核心算法的性能,本文搭建实验平台,从ST流带宽占用、流调度优先级、SR 流映射、注入时隙选择等角度,将本文所提机制与现有机制进行性能仿真对比验证。实验设置网络最大帧长MTU=1500B,交换机单队列的最大缓存值BufSize=6MTU,链路速率1000 Mbit/s。每条ST流的最大采样周期和包长分别从集合{0.6, 0.8, 1, 1.2, 1.6}ms,{0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1}kB中随机选取,所有ST流的最小采样周期均设为0.1 ms,ST流的截止时间为其实际采样周期。SR流采样周期和包长分别从集合{4, 6, 8, 10, 12, 16, 20}ms,{1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5}kB中随机选取,每条SR流的截止时间取
结论:目前,如何在工业网络中充分发挥 TSN 精准的流量调度能力,为生产控制系统提供确定性和实时性保障,仍是TSN的一个研究重点。为此,本文提出一种HSTC混合流量调度机制,该机制将TAS与CQF这2种现有方案进行有机结合,并根据时间敏感流和大带宽流的流特性,为两类流制定不同的调度策略。实验结果表明,HSTC机制通过提升系统资源利用率显著提高了网络可调度性,实现了TSN混合流的高效调度。现有对TSN的网络规划多基于离线调度场景,但在实际工业网络中,还存在由事件触发的少量突发流量,这些流无固定参数,但对系统的正常运转有着重要影响,因此如何改进现有方案,使之同时支持突发流的混合传输,是本文下一步的研究方向。
中图分类号:
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