一种基于QSILP算法的列车通信网络实时流调度优化方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115022182A(43)申请公布日2022.09.06(21)申请号202210604051.X(22)申请日2022.05.31(71)申请人广西大学地址530004广西壮族自治区南宁市西乡塘区大学路100号(72)发明人贺德强陈泽前孙大亮梁晨任子阳刘铁相苗剑陈彦君(74)专利代理机构南宁智卓专利代理事务所(普通合伙)45129专利代理师邓世江(51)Int.Cl.H04L41/12(2022.01)H04L41/14(2022.01)H04L47/125(2022.01)H04L45/12(2022.01)权利要求书4页说明书11页附图3页(54)发明名称一种基于QSILP算法的列车通信网络实时流调度优化方法(57)摘要本发明公开了一种基于QSILP算法的列车通信网络实时流调度优化方法，包括以下步骤：建立基于TSN网络的列车通信网络拓扑结构模型，对列车通信网络拓扑结构模型中各通信终端设备的性能参数进行定义；在列车通信网络拓扑结构模型下，建立TT流量单播与多播混合传输的流量模型；构建基于QSILP调度算法的列车通信网络实时流传输约束模型和目标函数，以便计算每条链路数据流的传输延时；根据约束条件和目标函数，对基于TSN网络的TT流量单播和多播混合传输的流量模型进行调度特性分析，获取QSILP算法的列车通信网络实时流调度优化方案。本发明可以更好的保证实时性，提高调度效率，有效解决列车通信网络大量数据通信趋势下的实时性低和不可调度的现象。CN115022182ACN115022182A权利要求书1/4页1.一种基于QSILP算法的列车通信网络实时流调度优化方法，其特征在于：将流量调度优化转化为设备之间实时流的传输时隙分配规划过程，所述优化过程包括以下步骤：步骤1：建立基于TSN网络的列车通信网络拓扑结构模型，对列车通信网络拓扑结构模型中各通信终端设备的性能参数进行定义；步骤2：在列车通信网络拓扑结构模型下，建立TT流量单播与多播混合传输的流量模型，对基于TSN网络的列车通信网络实时流的传输过程进行模拟，获取终端设备之间实时流传输时所有TT流的信息、AVB流的信息和BE流的信息；步骤3：基于负载均衡KSP/RALB算法选择最优路径，在算法中输入列车通信网络拓扑结构模型，将各条终端设备之间的链路初始负载值设置为0，然后在终端设备上输入TT流，通过KSP/RALB算法寻找数每条链路的数据帧大小、源端地址、目的端地址和流量负载的属性，从而使流量从对应节点发送的时刻获取每条链路传输路径的更优的路由；步骤4：构建基于QSILP调度算法的列车通信网络实时流传输约束模型和目标函数，以便计算每条链路数据流的传输延时，获得本地通信网络的时钟的调度时刻表，使得流量调度的时延更小；步骤5：根据约束条件和目标函数，对基于TSN网络的TT流量单播和多播混合传输的流量模型进行调度特性分析，获取QSILP算法的列车通信网络实时流调度优化方案。2.根据权利要求1所述的一种基于QSILP算法的列车通信网络实时流调度优化方法，其特征在于，对列车通信网络拓扑结构模型中各通信节点的性能参数进行定义主要包括对交换节点、终端设备、链路参数和网络通信时延的性能参数进行定义；对所述交换节点的定义主要包括对交换节点数目、交换节点端口数和交换节点处理时延；对所述终端设备定义主要包括终端节点数目和终端系统处理时延；对所述链路参数的定义主要包括链路数目和链路带宽。3.根据权利要求1所述的一种基于QSILP算法的列车通信网络实时流调度优化方法，其特征在于，所述步骤2中，终端设备之间实时流传输时，TT流的信息传输由两个阶段组成，在第一阶段传输中，当终端设备的源端主时钟等于TT流所在源端的发送时刻时，源端的发送模块将TT流的数据帧发送到网口，此过程TT流的信息传输特征fi.表示为：fi＝{fi.o,fi.p,fi.et,fi.rt,fi.ddl}；式中，fi表示从源端发送到链路上的TT流；fi.o表示TT流由源端发送的时刻，是TT流在基本周期起始时刻的偏移值；fi.p表示TT流的周期；fi.et表示TT流传输到相邻链路上所用的最大执行时间；fi.rt表示TT流的响应时延；fi.ddl表示TT流的截止时间；在第二阶段传输中，TT流从源端的网口发出后，经过传输链路到达下一级终端设备，在链路上传输的TT流特征表示为：φi＝{φi.o,φi.p,φi.tp,φi.td}；式中，φi表示从交换机发送到链路上的TT流；φi,o表示TT流在每条传输路径上发送时刻的传输偏移；φi,p表示链路上TT流的周期；φi,tp表示TT流的传输路径，即从链路起始时刻到接收端的路由信息；φi,td表示TT流的传输时延，所有TT流在TSN中均以帧为传输单位，