一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度方法及装置与流程

1.本发明涉及网络物理系统技术领域，尤其涉及一种混合时间敏感流量调度方法领域。


背景技术：

2.在许多网络物理系统(cps)中，如工业自动化和车载网络系统，传统的基于总线的专有网络技术无法满足实时应用的高带宽和确定性延迟要求。为了满足高带宽需求，标准以太网是最有前景的解决方案。然而，以太网最初被设计为只提供尽力而为的转发服务，这会导致不确定的排队延迟。为了满足确定性延迟要求，同时在一个网络上传输时间敏感和尽力而为的流量，迫切需要提升以太网的确定性时延保障能力。
3.其中一个提升机制是循环排队转发机制(cqf,cyclic
‑
queuing and forwarding)，该机制在每个交换机的每个输出端口队列的入队和出队处各放置一个门，该门具有“打开”或“关闭”两种状态，当门打开时包进行传输，当门关闭时禁止传输。循环排队转发机制将出端口的传输时间分为一系列相等的时间间隔，每个时间间隔称为一个周期。通过利用交替执行入队和出队操作的两个队列，cqf可以确保在一个周期内从上游节点发送数据包，并在同一周期内在下游节点接收到数据包。因此，端到端延迟仅取决于周期大小t和路径跳数h，其中最大延迟界限为(h 1)t，最小延迟界限为(h
‑
1)t。因此，cqf提供确定性的排队和转发操作以保证低时延，却不能避免2t的抖动。
4.然而，时间敏感的周期性流可以分为周期流和等时流，等时流不仅需要低的端到端时延，而且还需要接近于零的抖动。例如，同步帧应无干扰零抖动地传输，以确保整个网络中的时间同步；在工业场景中，电机控制环路要求传输抖动必须极其小，且没有丢包和来自其他流量的干扰。在车辆网络中，激光雷达和摄像机视频等传感器数据必须获得严格的零抖动的帧对齐。因此，如何基于cqf调度这种周期流和等时流的混合时间敏感流量，是一个关键问题。
5.尽管有许多时间敏感网络的流量调度解决方案，但它们通常忽略了cqf的混合流调度问题，无法满足低时延零抖动传输的目标。例如，具有无等待数据包调度模型的时间感知整形器(tas)可以调度等时流，但是分配每个数据包的时隙需要复杂的配置和门控列表的巨大网络开销；注入时间规划机制通过将周期流的注入时间映射到队列资源来实现cqf，这简化了门控列表的配置，但没有考虑等时流；此外，许多解决方案仅考虑了时间感知整形机制下的周期流，限速流和尽力而为流的混合流调度，所以不适用于循环排队转发机制。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
7.为此，本发明的第一个目的在于提出一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度方法，以实现零抖动传输等时流量、低时延的传输周期流量以及周期流和等时流的共网传输。
8.本发明的第二个目的在于提出一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度装置。
9.为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度方法，包括无等待整形器和循环排队整形器，所述无等待整形器被映射到交换机的第一类优先级队列以传输同步流，所述循环排队整形器被映射到所述交换机的第二类优先级队列以传输周期流，所述第一类优先级队列的优先级高于所述第二类优先级队列的优先级，所述调度方法包括：
10.开启所述无等待整形器步骤：获取待发送的时延敏感流量，利用时隙约束和邻边约束，根据所述已占用的时隙和所述时延敏感流量对应的最小化的传输开始时间，生成门控列表；
11.开启所述循环排队整形器步骤：在所述门控列表的驱动下，控制两个周期流队列交替执行入队操作和出队操作，并计算所述周期流队列中分组数据包在不同节点之间传输的时延抖动；
12.融合所述无等待整形器和所述循环排队整形器步骤：在所述门控列表中添加双重关闭状态，并确定入队接收状态，根据所述入队接收状态对所述无等待整形器和所述循环排队整形器进行融合，以实现所述低时延零抖动的混合时间敏感流量调度，其中，所述入队接收状态包括允许入队双接收状态或者不允许入队双接收状态。
13.可选地，在本技术的一个实施例中，其特征在于，
14.所述时隙约束包括：对于超周期内的周期流队列，在每个交换机的输出端口的传输时间不重叠，其中，所述超周期等于所有发包周期的最小公倍数；
15.所述邻边约束包括：前一条边的传输开始时间加上一跳延迟等于下一跳的边的传输开始时间。
16.可选地，在本技术的一个实施例中，根据所述已占用的时隙和所述时延敏感流量对应的最小化的传输开始时间，生成门控制列表，包括：
17.设定优化目标为最小化每个流的发包开始时间，选择最小发包开始时间以压缩等时流占用的时隙的总长度。
18.可选地，在本技术的一个实施例中，所述两个周期流队列包括奇数周期流队列和偶数周期流队列，所述控制两个周期流队列交替执行入队操作和出队操作，包括：
19.在偶数周期中，所述奇数周期流队列打开入队门控以接收来自上游节点的循环流，所述偶数周期流队列打开出队门控以将所述循环流传输到下游节点；
20.在奇数周期中，所述偶数周期流队列打开所述队门控以接收来自上游节点的循环流，所述奇数周期流队列打开所述出队门控以将所述循环流传输到下游节点。
21.可选地，在本技术的一个实施例中，在所述门控列表中添加双重关闭状态，包括：
22.当所述第一类优先级队列在第一时刻发送等时流时，将所述循环排队整形器的第二类优先级队列的出门门控关闭。
23.可选地，在本技术的一个实施例中，所述确定入队接收状态，根据所述入队接收状态对所述无等待整形器和所述循环排队整形器进行融合，包括：
24.在所述允许入队双接收状态下，所述第一类优先级队列接收入队等时流时允许所述第二类优先级队列入队周期流；
25.在所述不允许入队双接收状态下，所述第一类优先级队列接收入队等时流时所述
第二类优先级队列处于关闭状态，在所述第一类优先级队列传输完成后所述第二类优先级队列再接收入队周期流。
26.为达上述目的，本技术第二方面实施例提出本发明一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度装置，包括无等待整形器和循环排队整形器，所述无等待整形器被映射到交换机的第一类优先级队列以传输同步流，所述循环排队整形器被映射到所述交换机的第二类优先级队列以传输周期流，所述第一类优先级队列的优先级高于所述第二类优先级队列的优先级，所述调度装置包括：
27.第一开启模块，用于获取待发送的时延敏感流量，利用时隙约束和邻边约束，根据所述已占用的时隙和所述时延敏感流量对应的最小化的传输开始时间，生成门控列表；
28.第二开启模块，用于在所述门控列表的驱动下，控制两个周期流队列交替执行入队操作和出队操作，并计算所述周期流队列中分组数据包在不同节点之间传输的时延抖动；
29.融合模块，用于在所述门控列表中添加双重关闭状态，并确定入队接收状态，根据所述入队接收状态对所述无等待整形器和所述循环排队整形器进行融合，以实现所述低时延零抖动的混合时间敏感流量调度，其中，所述入队接收状态包括允许入队双接收状态或者不允许入队双接收状态。
30.可选地，在本技术的一个实施例中，所述时隙约束包括：对于超周期内的周期流队列，在每个交换机的输出端口的传输时间不重叠，其中，所述超周期等于所有发包周期的最小公倍数；
31.所述邻边约束包括：前一条边的传输开始时间加上一跳延迟等于下一跳的边的传输开始时间。
32.可选地，在本技术的一个实施例中，所述第一开启模块，还用于：
33.设定优化目标为最小化每个流的发包开始时间，选择最小发包开始时间以压缩等时流占用的时隙的总长度。
34.可选地，在本技术的一个实施例中，所述第二开启模块，还用于：
35.在偶数周期中，所述奇数周期流队列打开入队门控以接收来自上游节点的循环流，所述偶数周期流队列打开出队门控以将所述循环流传输到下游节点；
36.在奇数周期中，所述偶数周期流队列打开所述队门控以接收来自上游节点的循环流，所述奇数周期流队列打开所述出队门控以将所述循环流传输到下游节点。
37.本技术的技术效果：提出无等待整形器，以消除2t大小的传输抖动，实现零抖动传输等时流量；提出基于循环排队转发机制的循环排队整形器，实现低时延的传输周期流量；提出时间感知循环排队机制，融合无等待整形器和循环排队整形器，从而实现周期流和等时流的共网传输。
38.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
39.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
40.图1为本技术实施例的低时延零抖动的混合时间敏感流量调度方法的流程示意图；
41.图2是本技术实施例的时间感知循环排队机制的整体架构的示意图；
42.图3是本技术实施例的循环排队整形器的整体架构的示意图；
43.图4是本技术实施例的循环排队整形器的时延抖动计算的示意图；
44.图5为本技术实施例的入队融合机制对比的示意图；
45.图6是本技术实施例的仿真拓扑图；
46.图7是本技术实施例的循环排队转发(cqf)机制的实验结果的示意图；
47.图8是本技术实施例的时间感知循环排队(tacq)机制的实验结果的示意图；
48.图9是本技术实施例的无等待整形器的仿真结果的示意图；
49.图10是本技术实施例的低时延零抖动的混合时间敏感流量调度装置的示意图。
具体实施方式
50.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
51.下面参考附图描述本发明实施例的一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度方法。
52.如图1所示，为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度方法，包括无等待整形器和循环排队整形器，所述无等待整形器被映射到交换机的第一类优先级队列以传输同步流，所述循环排队整形器被映射到所述交换机的第二类优先级队列以传输周期流，所述第一类优先级队列的优先级高于所述第二类优先级队列的优先级，所述调度方法包括：
53.步骤s10、开启所述无等待整形器步骤：获取待发送的时延敏感流量，利用时隙约束和邻边约束，根据所述已占用的时隙和所述时延敏感流量对应的最小化的传输开始时间，生成门控列表；
54.步骤s20、开启所述循环排队整形器步骤：在所述门控列表的驱动下，控制两个周期流队列交替执行入队操作和出队操作，并计算所述周期流队列中分组数据包在不同节点之间传输的时延抖动；
55.步骤s30、融合所述无等待整形器和所述循环排队整形器步骤：在所述门控列表中添加双重关闭状态，并确定入队接收状态，根据所述入队接收状态对所述无等待整形器和所述循环排队整形器进行融合，以实现所述低时延零抖动的混合时间敏感流量调度，其中，所述入队接收状态包括允许入队双接收状态或者不允许入队双接收状态。
56.在本技术的一个实施例中，进一步地，具体而言，本技术实施例提出了一个低时延零抖动的混合时间敏感流量调度机制，主要目标是，等时流应实现零抖动，同时将对周期流的有界时延的影响降至最低。为了实现此目标，本技术实施例设计了一种新颖的无等待整形器(nws)，该整形器以尽可能少的时隙处理等时流。对于周期流，本技术实施例扩展循环排队转发机制以在出队门控(tx
‑
gate)上以双关闭状态调度流，并在入队门控(rx
‑
gate)上计算打开时间。仿真结果表明，与cqf相比，tacq显着降低了81.3％的等时流的时延，并实现
了零抖动传输。此外，nws在可行的执行时间内在500条流量的级别有效调度了87.2％的流量。
57.在本技术的一个实施例中，进一步地，具体而言，如上所述，本技术实施例提出了时间感知循环排队机制tacq，如图2所示。交换机有八个优先级队列，从七个到零，最高优先级是七。无等待整形器(nws)映射到第7类的优先级队列以传输同步流，循环排队整形器(cqs)被映射到六和五优先级队列以传输周期流，尽力而为流被标记为剩余的优先级。所有队列的出队门tx均由门控列表控制，此外，循环排队整形器还具有接收门rx门控制，门控列表中，“o”表示门处于open打开状态，“c”表示门处于close关闭状态，在每一个具体的时刻(比如t0)，门的状态会受到门控列表的驱动并切换状态。总体而言，tacq包括以下三个步骤：开启无等待整形器，开启循环排队整形器，融合无等待整形器和循环排队整形器。
58.在本技术的一个实施例中，进一步地，具体而言，无等待整形器需要解决两个问题：首先，如何在优先级为七的队列上分配时隙资源，以实现零抖动的传输等时流；第二，如何压缩等时流占用的时隙资源，以最小化对周期流的低时延传输的影响。
59.实现零抖动的传输等时流：时间敏感流量通常以特定的发包周期进行发包。整个调度过程中，有一个超周期的概念。超周期等于所有流量发包周期的最小公倍数。在每个超周期中，传输模式从全局角度看是重复的，因此调度只需要确保周期流在一个超周期长度内不会干扰的等时流。本方案采用无等待调度模型来解决零抖动传输问题，即在每个交换机的出端口每个时刻只有一个包被传输，没有包需要排队等待的模型，具体表现为时隙约束和邻边约束。其中，时隙约束为：对于超周期内的任何周期的流f1和f2，它们在每个交换机的出端口的传输时间都不重叠；邻边约束为：前一条边的传输开始时间加上一跳延迟(如果超出发包周期，则错开一个周期)等于下一跳的边的传输开始时间。
60.压缩等时流的时隙资源：当流在当前调度约束下可调度时，有许多方法可以选择流的传输开始时间。本解决方案设定优化目标为最小化每个流的发包开始时间(sst，sending start time)。由于全局调度是从零时间点开始的，选择最小发包开始时间可以压缩等时流占用的时隙的总长度，从而预留更多的资源给周期流，并减少门控制列表的条目数。
61.在本技术的一个实施例中，进一步地，其特征在于，
62.所述时隙约束包括：对于超周期内的周期流队列，在每个交换机的输出端口的传输时间不重叠，其中，所述超周期等于所有发包周期的最小公倍数；
63.所述邻边约束包括：前一条边的传输开始时间加上一跳延迟等于下一跳的边的传输开始时间。
64.在本技术的一个实施例中，进一步地，具体而言，
65.循环排队整形原理：循环排队整形器在每个交换机的输出端口上使用优先级为6和5的两个队列，分别带有rx门(入队门控)和tx门(出队门控)。在门控制列表的驱动下，两个队列交替执行入队和出队操作，这也称为乒乓队列。如图3所示，在偶数周期t0中，奇数队列q5打开rx门以接收来自上游节点的循环流，偶数队列q6打开tx门以将流传输到下游节点。在奇数周期t1中，操作相反地执行。
66.时延抖动计算：由于每个交换机上的时间都严格同步，并且周期大小设置为大于链接延迟，处理延迟和排队延迟之和，因此可以在一个周期内将数据包从当前节点传输到
下一个节点，如图4所示，当分组数据包是最后发送和最先接收的时(图中蓝色数据包)，它的最小的端到端延迟是(h
‑
1)t。当分组数据包是第一个发送并最后被接收时(图中橙色数据包)，最大的端到端延迟为(h 1)t，其中h是路径的跳数，h在从节点a到节点c中等于2跳。同时，循环排队整形器的端到端抖动依旧为2t。
67.在本技术的一个实施例中，进一步地，根据所述已占用的时隙和所述时延敏感流量对应的最小化的传输开始时间，生成门控制列表，包括：
68.设定优化目标为最小化每个流的发包开始时间，选择最小发包开始时间以压缩等时流占用的时隙的总长度。
69.在本技术的一个实施例中，进一步地，所述两个周期流队列包括奇数周期流队列和偶数周期流队列，所述控制两个周期流队列交替执行入队操作和出队操作，包括：
70.在偶数周期中，所述奇数周期流队列打开入队门控以接收来自上游节点的循环流，所述偶数周期流队列打开出队门控以将所述循环流传输到下游节点；
71.在奇数周期中，所述偶数周期流队列打开所述队门控以接收来自上游节点的循环流，所述奇数周期流队列打开所述出队门控以将所述循环流传输到下游节点。
72.在本技术的一个实施例中，进一步地，在所述门控列表中添加双重关闭状态，包括：
73.当所述第一类优先级队列在第一时刻发送等时流时，将所述循环排队整形器的第二类优先级队列的出门门控关闭。
74.在本技术的一个实施例中，进一步地，所述确定入队接收状态，根据所述入队接收状态对所述无等待整形器和所述循环排队整形器进行融合，包括：
75.在所述允许入队双接收状态下，所述第一类优先级队列接收入队等时流时允许所述第二类优先级队列入队周期流；
76.在所述不允许入队双接收状态下，所述第一类优先级队列接收入队等时流时所述第二类优先级队列处于关闭状态，在所述第一类优先级队列传输完成后所述第二类优先级队列再接收入队周期流。
77.在本技术的一个实施例中，进一步地，具体而言，融合无等待整形器和循环排队整形器：时间感知循环排队机制tacq融合了无等待整形器和循环排队整形器，从而实现周期流和等时流的共网传输。融合主要体现在两方面，一方面是在出队列增加双关闭状态，另一方面是在入队列计算入队时间。
78.出队增加双关闭状态：以前的循环排队转发机制要求tx出队门控交替打开和关闭。由于输出端口一次只能选择一个队列进行传输，因此循环排队整形器在tx门控列表中添加了双重关闭状态。如图2所示，当q7在t0的时间点发送等时流时，必须将循环排队整形器的q6和q5队列的出队门控双重关闭，以避免占用无等待整形器分配的时隙资源。
79.入队计算入队时间：入队融合有两种方式，一种是允许入队双接收状态，q7队列接收入队等时流时也允许q6队列入队周期流，如图5(a)所示；一种是不允许入队双接收状态，在q7队列接收入队等时流时，q6处于关闭状态，等q7队列传输完成后，再接收入队周期流量，如图5(b)所示。由于q7队列中等时流量存在变化，q6队列中数据包的累积是不可控制的。随着等时流的传输持续时间的增加，q6队列中的数据包数量可能超过队列长度，从而导致cqs机制无法正常工作，所以允许入队双接收状态的解决方案缺乏通用性和可行性。tacq
采用后一种不允许入队双接收状态的方案，当q7接收时q6的rx
‑
gate关闭，等时流完成传输后q6的rxg
‑
ate再打开。其打开时间为nws中的等时流发包开始时间sst的最大值加上等时流的最大数据包的传输时延。
80.在本技术的一个实施例中，进一步地，具体而言，时延抖动测试的结果：
81.第一步，方案实验参数及环境：
82.拓扑选择：我们使用基于omnet 的core4inet仿真框架来评估典型工业场景中的tacq机制。典型的工业自动化场景如图6所示。拓扑中有四个节点和一个交换机，所有链路带宽均为100mbps。节点1是执行器，该执行器生成等时流以将电机控制消息反馈到节点4。节点2是传感器，该传感器生成周期流以将实时环境信息更新到节点4，节点4是控制器。节点3用尽力而为流收集设备的状态信息。
83.流量特征：下表中定义了仿真中与流量相关的参数。在cqf机制下，同步流的优先级设置为6，在tacq机制下，设置为7。周期流交替映射到六个和五个优先级队列。为了呈现流聚集现象，我们将每个周期流设置为包含两个包，包的大小范围为1000到1500字节。
[0084][0085]
实验环境：我们所有的实验都是在一个2
‑
socket的计算机上进行的，该计算机配有4个intel(r)core(tm)i5
‑
8259u cpu，标准时钟速度为2.3ghz，内存总量为16gb。计算节点的操作系统是内核版本为4.4.0的linux操作系统。
[0086]
第二步，结果：
[0087]
cqf机制的评估结果如图7(a)所示。周期流的端到端延迟限制在一定范围内，该范围从0.21ms到0.37ms不等。由于同步流与循环流在同一队列中传输，因此排队操作会引起等时流的抖动。当数据包大小为1500字节的周期流阻止等时流的传输时，等时流的最大端到端延迟约为150us。尽力而为流量是随机生成的，并且没有有限的延迟保证，如图7(b)所示。
[0088]
tacq机制的评估结果如图8(a)所示。当tacq机制将等时流映射到优先级为7的队列并启用该队列上的无等待整形器时，等时流的端到端延迟约为28us。与cqf相比，tacq大大减少了等时流81.3％的延迟，并实现了精确的零抖动传输。在图8(b)中，tacq机制下尽力而为流的最大端到端延迟略大于cqf机制下的尽力流。这是因为额外队列中等时流的保护带宽增加了带宽浪费，并使尽力而为流需要在零优先级队列中等待更长的时间。
[0089]
在本技术的一个实施例中，进一步地，具体而言，大规模拓扑的仿真结果：
[0090]
第一步、方案实验参数及环境：
[0091]
拓扑选择：线性，环形和雪花形是工业控制网络的主要拓扑类型。我们用十二个节点设置每个拓扑。
[0092]
流量特征：流量按增量式进行逐流调度。对于集合中的每个等时流，通过从顶点集合中等概率的选择两个的值来创建源节点和目的节点。我们假设100mbps以太网中“合理大小”的帧(100字节)的基本传输延迟为8us，如果流包含多个帧，则保留的传输持续时间是基本传输时间的倍数。因此，从集合{8,16,24,32}us中选择每个流的预留传输时间。假设传播
延迟加上处理延迟为6us，对应的逐跳延迟则在{12,22,30,38}us中。每个流的周期通常为毫秒级，我们通过从{0.5，1，1.5，2}ms集合中随机抽取一个值来模拟发包周期。
[0093]
第二步、结果：
[0094]
可调度性表示为可调度流的数量。为了显示随着流量增加的调度性能，我们将流数量从100到500分为五个级别，每个级别进行了五次实验。图9(a)显示，在环形拓扑下，nws机制可以调度100级的所有同步流，以及500级的332个流。同时，与环形拓扑和雪花形拓扑相比，环形拓扑下的nws具有更好的可调度性，因为环形拓扑具有更多可分配的输出端口资源。通常，等时流量占用的带宽远小于周期流量占用的带宽。数百个等时流的可调度性可以满足工业网络的需求。
[0095]
nws方法的执行时间主要取决于拓扑大小和流数。图9(b)显示了评估结果的详细信息，其中涉及这些参数对执行时间的影响。雪花拓扑下的总执行时间从17.35秒到259.15秒不等，环形拓扑下的值保持与雪花拓扑类似的趋势。在线性拓扑下，该值从42.92秒到489.88秒不等。线性拓扑具有较高的概率来计算较长的路径，这很容易形成单点瓶颈，因此执行时间更长。显然，执行时间随着流程数量的增加而线性增加，并且在典型的工业场景中，nws算法具有可行的算法执行时间。
[0096]
还值得注意的是，在图9(c)中，在两个不同周期集下的三种拓扑中比较了nws算法。第一个周期设置为{0.5,1,1.5,2}ms，第二周期设置为{1.5,2}ms。与第一周期相比，第二周期设定的可调度流量急剧增加。原因是周期较小的流比周期较大的流占用更多的时隙资源。
[0097]
本技术的技术效果：
[0098]
第一点、可零抖动调度时间敏感的等时流量，本技术实施例，提出的无等待调度整形器能够保证每个出端口在每个时刻最多只有一个数据包正在被传输，即队列长度为一，保证流的出端口传输时间互不重叠，从而实现了零抖动调度时间敏感的等时流量。同时，本方案与时延敏感网络的门控机制兼容，调度算法基于软件，可以被应用到所有的符合ieee802.1qbv和ieee 802.1qch标准的网络中，通用性强。
[0099]
第二点、可满足时间敏感的周期流量的有界低时延要求，本技术实施例提出的循环排队整形器既继承了具有高带宽利用率和简单门控列表配置的循环排队转发的优点，又可以与无等待整形器集成。循环排队整形器可满足时间敏感的周期流量的有界低时延要求，和需要需要逐跳配置门控列表的时间感知整形方案相比，其乒乓队列特性大大减少了门控列表的复杂度和条目数，使配置大规模周期时间敏感流成为可能。且与无等待整形器集成，消除了周期流和等时流共网传输的困难。
[0100]
第三点、压缩等时流时隙资源，网络资源利用率高，本方案提出的压缩等时流时隙资源方法从零时刻开始根据包大小动态占用时隙资源，提高了时隙资源的利用率，相比于仅采用不排队的调度方案，融合了无等待整形器和循环排队整形器的时间感知循环排队机制能大大提高调度能力，在部分流存在时隙冲突的情况下依然可以调度。同时将优化目标设定为最小化等时流的发包开始时间，将等时流占用的时隙尽可能的压缩在一起，提高了网络资源利用率，并减少了门控列表条目数。
[0101]
如图10所示，为达上述目的，本技术第二方面实施例提出本发明一种低时延零抖动的混合时间敏感流量调度装置，包括无等待整形器和循环排队整形器，所述无等待整形
器被映射到交换机的第一类优先级队列以传输同步流，所述循环排队整形器被映射到所述交换机的第二类优先级队列以传输周期流，所述第一类优先级队列的优先级高于所述第二类优先级队列的优先级，所述调度装置包括：
[0102]
第一开启模块，用于获取待发送的时延敏感流量，利用时隙约束和邻边约束，根据所述已占用的时隙和所述时延敏感流量对应的最小化的传输开始时间，生成门控列表；
[0103]
第二开启模块，用于在所述门控列表的驱动下，控制两个周期流队列交替执行入队操作和出队操作，并计算所述周期流队列中分组数据包在不同节点之间传输的时延抖动；
[0104]
融合模块，用于在所述门控列表中添加双重关闭状态，并确定入队接收状态，根据所述入队接收状态对所述无等待整形器和所述循环排队整形器进行融合，以实现所述低时延零抖动的混合时间敏感流量调度，其中，所述入队接收状态包括允许入队双接收状态或者不允许入队双接收状态。
[0105]
在本技术的一个实施例中，进一步地，所述时隙约束包括：对于超周期内的周期流队列，在每个交换机的输出端口的传输时间不重叠，其中，所述超周期等于所有发包周期的最小公倍数；
[0106]
所述邻边约束包括：前一条边的传输开始时间加上一跳延迟等于下一跳的边的传输开始时间。
[0107]
在本技术的一个实施例中，进一步地，所述第一开启模块，还用于：
[0108]
设定优化目标为最小化每个流的发包开始时间，选择最小发包开始时间以压缩等时流占用的时隙的总长度。
[0109]
在本技术的一个实施例中，进一步地，所述第二开启模块，还用于：
[0110]
在偶数周期中，所述奇数周期流队列打开入队门控以接收来自上游节点的循环流，所述偶数周期流队列打开出队门控以将所述循环流传输到下游节点；
[0111]
在奇数周期中，所述偶数周期流队列打开所述队门控以接收来自上游节点的循环流，所述奇数周期流队列打开所述出队门控以将所述循环流传输到下游节点。
[0112]
本技术的技术效果：提出无等待整形器，以消除2t大小的传输抖动，实现零抖动传输等时流量；提出基于循环排队转发机制的循环排队整形器，实现低时延的传输周期流量；提出时间感知循环排队机制，融合无等待整形器和循环排队整形器，从而实现周期流和等时流的共网传输。
[0113]
尽管参考附图详地公开了本技术，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本技术的应用。本技术的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本技术保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。
[0114]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0115]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0116]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0117]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0118]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0119]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0120]
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0121]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。