【摘 要】
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工业互联网技术如大数据、边缘计算,虽然推动了信息技术(Information Technology,IT)与操作技术(Operation Technology,OT)的融合,但也提高了工业现场设备对实时性的要求。时间敏感网络(Time Sensitve Network,TSN)能够满足工业通信低时延、低抖动、高可靠的数据传输要求,同时兼容现有的以太网体系,是工业互联网发展的重要通信平台。其中,时间
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工业互联网技术如大数据、边缘计算,虽然推动了信息技术(Information Technology,IT)与操作技术(Operation Technology,OT)的融合,但也提高了工业现场设备对实时性的要求。时间敏感网络(Time Sensitve Network,TSN)能够满足工业通信低时延、低抖动、高可靠的数据传输要求,同时兼容现有的以太网体系,是工业互联网发展的重要通信平台。其中,时间触发流是时间敏感网络中传输实时数据的关键流量,基于全局网络资源和设备的Qo S需求,为时间触发流设计高可调度性的路由和调度方案,一直是时间敏感网络研究领域的重要课题。随着工业互联网中智能设备类型和数量不断增加,时间触发流的数量也越来越多,对时间敏感网络容纳时间触发流的能力提出了新的挑战。该论文的主要工作内容如下:(1)针对TSN时间感知整形机制(Time Aware Shaper,TAS)中目前存在的两个问题:路由和调度问题分开求解的方法,在网络高负载情况下容易遗漏部分可行解;联合路由调度的方法,普遍基于整数线性规划,致使其时间成本难以估计。因此,该论文提出一种面向TAS的联合路由调度方法(TS-JRST),在路由方面,为每个时间触发流选择潜在流冲突较低以及松弛程度较大的路径;在调度方面,实现了一种基于自适应时隙的无等待调度方法。最后通过扰动阶段生成新解,使用禁忌搜索算法在搜索空间中寻找可调度性较高的解。(2)针对TSN循环排队转发机制(Cyclic Queuing and Forwarding,CQF)中,偏移时间触发流注入时隙的方法,可能会导致部分流不可调度的问题,提出一种面向CQF的联合路由调度方法(SA-JRSC)。该方法在进行联合路由调度的过程中,同时考虑了流的注入偏移量和网络负载程度,最后使用模拟退火算法来逼近可调度性较高的解。最后,评估了TS-JRST及其他四种基准算法在可调度性、时间成本和总时延三个方面的表现。实验结果表明,TS-JRST方法能够在可接受的时间成本内生成具有较高可调度性的路由和调度方案。此外,评估了SA-JRSC及其他两个基准算法在流映射数量、时间成本和资源利用率方面的表现。实验结果表明,SAJRSC算法能够有效解决上述问题的同时保障网络负载均衡。
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