时间触发以太网综合业务调度算法与管控平台研究

发布时间：2020-04-03 05:06

【摘要】：为了将实时确定性和安全可靠性集成于具有高带宽、低成本和结构简单优势的传统以太网中,时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTE)应运而生。但是,时间触发以太网仍然存在着一定的缺陷,如网络可管控性较差以及业务调度严重依赖人工手动配置。借鉴软件定义网络(Software Defined Network,SDN)中由控制器统一管理网络的思想,本文尝试对时间触发以太网进行集中化管控,并针对实时确定性业务的综合调度部署提出相应的解决方案。本文根据时间触发以太网当前所面临的问题来设计具有实用价值的时间触发综合管控系统平台,同时利用集中化管控的优势设计时间触发综合业务调度算法以自动化综合调度部署所有实时确定性业务。本文的主要研究成果如下:(1)基于时间触发以太网的管控需求,设计和实现了包括网元层、管控层和应用层在内的三层时间触发综合管控系统(Time-triggered Integrated Management and Control System,TTIMCS),并将整个时间触发综合管控系统划分为时间触发业务管控协议、时间触发管控中心和网元节点管控代理三个组成部分。其中,时间触发业务管控协议为时间触发以太网提供了一套包括网元设备管控、网络拓扑发现以及数据可靠传输等功能的完整的网络管控解决方案。时间触发管控中心依托于插件层、服务层和适配层完成了网元节点的统一管理,同时支持资源拓扑管理和用户业务调度等功能,并完成了对核心功能服务的API接口化。网元节点管控代理则运行于网元节点之上,提供与时间触发管控中心的可靠协议连接,并使用时间触发业务管控协议进行信息交换。(2)基于时间触发综合业务调度问题,设计和实现了两阶段多业务调度算法(Two-phase Multi-business Scheduling Algorithm,TPMBSA)。由于实时确定性业务的最终部署结果包括业务数据传输路径和业务节点调度规则两部分,本文基于分阶段处理思想设计了时间触发综合业务的两阶段调度算法。在第一阶段,利用改进的K短路算法为每个业务计算出相应的备选数据传输路径集合,并使用遗传算法以网络负载均衡为目标完成对业务的数据传输路径的组合优化;在第二阶段,基于业务时延最小贪心搜索以及迭代设置业务优先级思想来完成业务的传输时隙分配。经仿真测试验证,该算法具有一定的实用价值,能够为一些业务应用场景提供业务调度支持。
【图文】：

图 3-4 节点调度时刻表树形结构图4.4 节点配置部署对于时间触发业务管控协议，其管控底层网元节点数据转发的功能是通节点配置不同的调度时刻表来实现的。对于协议服务器，其根据时间触发计算出每个节点的调度时刻表，然后通过协议控制连接分布式地下发到各个协议客户端。对于节点配置部署过程，主要分为两个步骤，分别是：（1）协议服务器运行时间触发综合业务调度算法为每个节点计算调度时通过节点配置请求消息承载对特定协议客户端的更新调度时刻表数据，送到协议客户端；（2）协议客户端解析接收到的节点配置请求消息，，调用相应的系统 API度时刻表下发到节点设备的硬件寄存器中。当配置下发成功后，则向协议回节点配置响应消息。节点配置部署过程是管控中心管理和控制网元节点数据转发行为的唯一

电子科技大学硕士学位论文功能测试 3-10 罗列了整个时间触发管控中心的核心 API 信息，在进行功能于核心 API 信息并使用 Postman 谷歌浏览器插件来对上文描述的三行测试。1）全网资源拓扑信息获取整个系统运行起来之后，管控中心通过网络拓扑管理模块获取到整信息，同时保存在数据库之中。于是，上层应用可以调用相应的 RES全网资源拓扑信息，如GET /ttetopo/node/ nodeid 和GET /ttetop 。图 3-16 所示，本文通过调用GET /ttetopo/all的 API，可以获取相应息，这些信息通过 JSON 文本返回。经验证，该 JSON 文本信息与图拓扑完全符合。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.11

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本文编号：2612975