一种基于SDN的时间敏感网络门控决策方法及装置

一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法及装置
技术领域
1.本发明涉及工业通信技术领域，特别是指一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法及装置。


背景技术：

2.时间敏感网络(time-sensitive networking, tsn)具有确定时延保障和多业务承载能力，解决了工业互联网的中数据在同一网络进行数据传输的难题，成为现在工业现场网络的研究热点。然而，tsn的标准协议中仅定义了数据转发和处理的方法，并未对tsn在工业环境下的组网进行规范。因此，在复杂工业网络环境下，面向时延、抖动、丢包率及速率等多业务服务质量要求(quality-of-service, qos)指标约束，建立时间敏感网络多节点组网环境下端到端时延分析模式，对网络在极端情况下的时延性能进行定量分析，是当前时间敏感网络应用面临的难题。
3.tsn是在传统以太网基础上构建的具有确定性时延数据传输能力的新型网络。传统以太网缺乏确定性的主要原因在于其本质上是一个共享传输介质，当网络中流量过大时会出现拥塞，排队时间便无法预测，确定性也就难以保证。对于tsn而言，其主要任务是保障时间敏感业务流的端到端时延和抖动要求，因此，端到端时延的有界性是tsn传输确定性的首要特征。网络演算是一种基于最小加代数的确定性排队理论，近年来被广泛引入对网络性能边界的刻画，包括对单独的网络节点或网络端到端时延上界的刻画。文献1[axer p, thiele d, ernst r, et al. exploiting shaper context to improve performance bounds of ethernet avb networks[c]//ieee design automation conference (dac). san francisco: ieee, 2014: 1
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6]利用以太网avb业务的固有特性，分析了在非帧抢占策略下，业务的端到端最差时延；文献2 [mohammadpour e, stai e, mohiuddin m, et al. latency and backlog bounds in time
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sensitive networking with credit based shapers and asynchronous traffic shaping[c]//2018 30th international teletraffic congress (itc30). vienna: ieee, 2018: 1
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6.]分析了在基于信用值的整形器(credit-based shaper, cbs)及异步流量整形器(asynchronous traffic shaping, ats)下网络拥塞的形成因素，并对不同速率下网络节点的时延性能进行了评估；文献3 [zhao l, paul p, craciunas s s. worst
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case latency analysis for ieee 802.1qbv time sensitive networks using network calculus[j]. ieee access, 2018, 6: 41803
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41815.]针对ieee 802.1qbv中门控列表(gate-control list, gcl)时间分配对端到端时延的影响，利用网络演算提出了一种基于灵活窗口的gcl调度模型，并对该模型在不同配置下的端到端时延的上界进行了分析。
[0004]
目前tsn中基于网络演算的时延上界分析，一方面，对业务的到达模型刻画十分简单，多数采用突发长度这个量进行描述；另一方面，现有研究主要基于ieee802.1 qav中定义的cbs机制进行业务的端到端时延分析。如何通过网络演算对业务进行建模，指导流量整形器的设计，是当前具有挑战和研究价值的。
[0005]
tas是由ieee 802.1qbv标准定义，通过gcl来指定每一时刻对应优先级业务能否进行消息传输，在全网时钟同步的情况下，tas中gcl周期性地控制各队列出门门控的开闭，并且遵循严格优先级的方式进行传输。然而ieee 802.1qbv仅仅对门控机制进行定义, 即在单交换节点中如何通过gcl的定义来保证高优先级业务的确定性. 在多节点组网场景下, 要保障时间敏感业务端到端时延确定性, 需对多交换节点的门控列表进行协同设置,这是ieee 802.1qbv在现实组网中所面临的难题。此外，在多节点协同组网时，为了防止低优先级业务对高优先级业务的干扰，一般不会将高优先级业务门控设置与低优先级门控“重叠”，这不仅增加了队列门控协同安排的难度，也牺牲了网络带宽以换取高优先级业务传输的“确定性”。


技术实现要素：

[0006]
针对现有技术中队列门控协同安排的难度大，牺牲了网络带宽以换取高优先级业务传输的“确定性”的问题，本发明提出了一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法及装置。
[0007]
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一方面，提供了一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法，该方法应用于电子设备，包括以下步骤：s1：采用全集中式控制架构模型，基于软件定义理念，构建用于时间敏感网络tsn交换设备管理及控制的装置框架；s2：基于所述tsn交换设备管理及控制的装置框架，采用软件定义网络sdn技术，建立基于sdn的tsn门控决策机制，获得集中式网络控制器；s3：基于所述集中式网络控制器，进行tsn端到端门控统一调度和编排，完成基于sdn的时间敏感网络门控决策。
[0008]
可选地，s2中，采用软件定义网络sdn技术，建立基于sdn的tsn门控决策机制，包括：采用软件定义网络sdn技术，获得tsn的全局网络拓扑视图，对网络交换设备进行集中管控，建立基于sdn的tsn门控决策机制。
[0009]
可选地，步骤s3中，基于所述集中式网络控制器，进行tsn端到端门控统一调度和编排，包括：s31：预设时间节点，在各节点时间同步的基础上，通过集中式用户配置对终端业务的时延性能qos需求进行采集；s32：将采集到的所述时延性能qos需求转换发给集中式网络控制器，通过集中式网络控制器进行tsn端到端门控统一调度和编排。
[0010]
可选地，步骤s31中，通过集中式用户配置对终端业务的时延性能qos需求进行采集，包括：通过集中式用户配置，对业务信息、tsn交换机的能力以及队列门控状态参数进行收集，其中，所述业务信息包括：数据帧长度、业务信息在发送端的产生时间及业务周期。
[0011]
可选地，步骤s32中，通过所述集中式网络控制器进行tsn端到端统一调度和编排，包括：
通过所述集中式网络控制器对tsn端到端时延的上界进行分析，根据时延上界，评估端到端路径上各交换机的门控设置是否满足终端业务的qos需求，输出满足用户时延性能qos需求的门控，将门控结果配置到相应的交换机。
[0012]
可选地，步骤s32还包括：对于不满足qos要求的业务，调整传输路径上的交换机门控，并返回交换机数据库，对门控信息更新后业务的时延上界进行重新分析，直至满足终端业务的qos需求。
[0013]
可选地，通过所述集中式网络控制器对tsn端到端时延的上界进行分析，包括：基于网络演算的时延上界分析模型，对多组网节点场景下端到端时延上界进行的定量分析，其中所述基于网络演算的时延上界分析模型包括：业务到达模型以及交换机服务模型。
[0014]
可选地，业务到达模型包括：针对周期性业务，根据通用信元速率算法gcra模型，以为目标流量，则到达模型表示为，对于一个网络拓扑，若流量从源端周期到达第一个交换机的输入端口，且周期为，则到达模型如公式（1）所示，其中，表示一个数据帧长度，为第个交换节点。
[0015]
一方面，提供了一种基于sdn的时间敏感网络门控决策装置，该装置应用于电子设备，该装置包括：集中式网络控制模块，用于采用全集中式控制架构模型，基于软件定义理念构建用于tsn交换设备管理及控制的装置框架；决策机制建立模块，用于基于所述tsn交换设备管理及控制的装置框架，采用软件定义网络sdn技术，建立基于sdn的tsn门控决策机制，获得集中式网络控制器；门控决策模块，用于基于所述集中式网络控制器进行tsn端到端门控统一调度和编排，完成基于sdn的时间敏感网络门控决策。
[0016]
可选地，决策机制建立模块，用于采用软件定义网络sdn，通过sdn获得网络的全局视图，对网络进行集中管控，建立基于sdn的门控决策机制。
[0017]
一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法。
[0018]
本发明实施例的上述技术方案至少具有如下有益效果：上述方案中，1）基于网络演算的时延上界量化分析模型：针对多节点组网应用场景，基于不同队列门控窗口间可“重叠”机制，引入了低优先级业务对高优先级业务的传输
干扰，该模型针对门控的最差情形，对tas机制下tsn端到端时延的上界进行求解，其中在交换机处，通过网络演算“业务到达-交换机服务”模型中两曲线间的最大水平偏差对其时延上界进行表示。基于网络演算时延量化分析及评估机制的建立，为门控设置可行性的评价提供了重要判别依据。
[0019]
2）基于sdn的tsn集中式控制架构及决策功能模块：基于sdn搭建tsn控制架构对网络进行集中管控，部署时延上界分析模型，根据收集到的业务特征及用户时延性能qos需求，实现对tsn交换机的门控配置是否满足要求的判别，从而用于tsn中多交换机门控列表配置的决策。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]
图1是本发明实施例提供的一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法的流程图；图2是本发明实施例提供的一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法的流程图；图3是本发明实施例提供的一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法的基于sdn的tsn集中式控制器及功能模块图；图4是本发明实施例提供的一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法的时延上界分析模型图；图5是本发明实施例提供的一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法的业务到达模型图；图6是本发明实施例提供的一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法的“业务到达-交换机服务”模型图；图7是本发明实施例提供的一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法的网络拓扑结构图；图8是本发明实施例提供的一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法的同一队列业务的到达过程示意图；图9是本发明实施例提供的一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法的交换机1高优先级业务的到达曲线图；图10是是本发明实施例提供的一种基于sdn的时间敏感网络门控决策装置框图；图11是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0022]
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0023]
本发明实施例提供了一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法，该方法可以由电子设备实现，该电子设备可以是终端或服务器。如图1所示的基于sdn的时间敏感网络门控决策方法流程图，该方法的处理流程可以包括如下的步骤：
s101：采用全集中式控制架构模型，基于软件定义理念构建用于tsn网络交换设备管理及控制的装置；s102：采用软件定义网络sdn技术，建立基于sdn的tsn门控决策机制；s103：基于所述sdn的门控决策机制进行tsn端到端门控统一调度和编排，完成基于sdn的时间敏感网络门控决策。
[0024]
可选地，步骤s102中，采用软件定义网络sdn，建立基于sdn的门控决策机制，包括：采用软件定义网络sdn技术，获得tsn网络的全局网络拓扑视图，对网络交换设备进行集中管控，建立基于sdn的tsn门控决策机制。
[0025]
可选地，步骤s103中，基于所述sdn的门控决策机制进行tsn端到端统一调度和编排，包括：s131：预设时间节点，在各节点时间同步的基础上，通过所述集中式用户配置对终端业务的时延性能qos需求进行采集；s132：将采集到的所述时延性能qos需求转换发给集中式网络控制器，通过所述集中式网络控制器进行tsn端到端统一调度和编排。
[0026]
可选地，步骤s131中，通过所述集中式用户配置对终端业务的时延性能qos需求进行采集，包括：通过所述集中式用户配置，对业务信息、tsn交换机的能力、队列门控状态参数进行收集，其中，所述业务信息包括：数据帧长度、其在发送端的产生时间及产生周期。
[0027]
可选地，步骤s132中，通过所述集中式网络控制器进行tsn端到端统一调度和编排，包括：通过所述集中式网络控制器对tsn端到端时延的上界进行分析，根据时延上界，评估端到端路径上各交换机的门控设置是否满足终端业务的qos需求，输出满足用户时延性能qos需求的门控，将所述门控配置到相应的交换机。
[0028]
可选地，步骤s132还包括：对于不满足qos要求的业务，调整其传输路径上的交换机门控，并返回交换机数据库，对门控信息更新后业务的时延上界进行重新分析，直至满足终端业务的qos需求。
[0029]
可选地，通过所述集中式网络控制器对tsn端到端时延的上界进行分析，包括：基于网络演算的时延上界分析模型，对多组网节点场景下端到端时延上界进行的定量分析，其中所述基于网络演算的时延上界分析模型包括：业务到达模型以及交换机服务模型。
[0030]
可选地，业务到达模型包括：针对周期性业务，根据通用信元速率算法gcra模型，以为目标流量，则到达模型表示为，对于一个网络拓扑，若流量从源端周期到达第一个交换机的输入端口，且周期为，则到达模型如公式（1）所示，
其中，表示一个数据帧长度，为第个交换节点。
[0031]
本发明实施例中，针对tsn在工业场景中广泛采用的tas机制，提出了一种基于网络演算的时延上界分析及评估机制，对多组网节点场景下业务的端到端时延上界进行定量分析；搭建基于sdn的tsn集中式控制架构，通过功能模块间的协同配合，对交换机进行gcl配置控制决策。在基于ieee802.1qbv和集中式集中式网络控制器架构下保障了业务的时延性能qos需求，简化门控设置复杂度的情况下，为基于队列的业务调度提供了一种可行的解决方案。
[0032]
本发明实施例提供了一种基于sdn的时间敏感网络门控决策方法，该方法可以由电子设备实现，该电子设备可以是终端或服务器。如图2所示的基于sdn的时间敏感网络门控决策方法流程图，图3为通感一体化网络能效优化的网络拓扑图。该方法的处理流程可以包括如下的步骤：s201：采用全集中式控制架构模型，基于软件定义理念，构建用于时间敏感网络tsn交换设备管理及控制的装置框架。
[0033]
本发明实施例中，采用全集中式控制架构模型，基于软件定义理念实现tsn控制架构，sdn (software-defined network, 软件定义网络)通过获得网络的全局视图对网络进行集中管控，从而提供高效的资源调度能力。
[0034]
s202：基于tsn交换设备管理及控制的装置框架，采用软件定义网络sdn技术，建立基于sdn的tsn门控决策机制，获得集中式网络控制器。
[0035]
本发明实施例中，全集中式控制架构模型在全网始终同步的前提下，将用户需求交给集中式用户配置集中式用户配置进行集中采集和统一转换，以此增加qos (quality-of-service, 服务质量)的保障能力，将其转换后通过北向接口发给集中式网络控制器，集中式网络控制器因具有计算拓扑路径等网络功能，在对全局网络视图实现最优的计算后，通过南向接口下发更新的路由路径、gcl等配置信息到tsn交换网络。
[0036]
s203：预设时间节点，在各节点时间同步的基础上，通过集中式用户配置对终端业务的时延性能qos需求进行采集。
[0037]
一种可行的实施方式中，通过所述集中式用户配置，对业务信息、tsn交换机的能力、队列门控状态等参数进行收集，其中，所述业务信息包括：数据帧长度、其在发送端的产生时间及产生周期。
[0038]
s204：将采集到的所述时延性能qos需求转换发给集中式网络控制器，通过集中式网络控制器进行tsn端到端门控统一调度和编排，完成基于sdn的时间敏感网络门控决策。
[0039]
一种可行的实施方式中，结合基于sdn的门控决策机制，在进行tsn端到端统一调度和编排时，首先在各节点时间同步的基础上由集中式用户配置对终端业务的时延性能qos需求进行采集，并将其转换发给集中式网络控制器，如图3所示，集中式网络控制器作为
基于sdn构建的控制器，首先对业务信息、tsn交换机的能力、队列门控状态等参数进行收集，以便进行集中化决策和评估，通过对数据帧端到端传输时延上界的评估，最终输出满足用户qos需求的门控，并将其配置到相应的交换机。
[0040]
如图3所示基于sdn的tsn集中式控制器及功能模块，包括：交换机数据库：保存当前网络下所有交换机的参数(包括交换机端口带宽、gcl等)；拓扑发现模块：统计网络中的业务信息(包括数据帧长度、其在发送端的产生时间及产生周期等)，并将其向下转发；时延上界分析及评估模块：通过上述信息对tsn端到端时延的上界进行分析，根据时延上界，评估端到端路径上各交换机的门控设置是否满足业务qos需求；gcl计算模块：对于不满足qos要求的业务，调整其传输路径上的交换机门控，并返回交换机数据库，对门控信息更新后业务的时延上界进行重新分析；网络配置模块：将满足所有业务时延性能qos需求的gcl值配置给交换机，最终完成基于队列的业务调度决策。
[0041]
一种可行的实施方式中，通过所述集中式网络控制器对tsn端到端时延的上界进行分析，根据时延上界，评估端到端路径上各交换机的门控设置是否满足终端业务的qos需求，输出满足用户时延性能qos需求的门控，将所述门控配置到相应的交换机。
[0042]
一种可行的实施方式中，对于不满足qos要求的业务，调整其传输路径上的交换机门控，并返回交换机数据库，对门控信息更新后业务的时延上界进行重新分析，直至满足终端业务的qos需求。
[0043]
一种可行的实施方式中，基于网络演算的时延上界分析模型，对多组网节点场景下端到端时延上界进行的定量分析，其中所述基于网络演算的时延上界分析模型包括：业务到达模型以及交换机服务模型。
[0044]
一种可行的实施方式中，在时延分析及评估模块中，对于时延上界的分析，是基于网络演算的时延上界分析模型，对多组网节点场景下端到端时延上界进行的定量分析。业务到达模型和交换机服务模型是网络演算的两个基本工具，是网络演算用于评估时延上界的重要依据。
[0045]
本发明在利用网络演算对tas机制下tsn的端到端时延上界进行分析时，交换机服务模型只与tsn交换机的gcl有关。而所求的端到端时延上界，即为最差情况下，两模型经过叠加而形成的最大水平差异。图4给出了时延上界的求解方案。
[0046]
一种可行的实施方式中，针对周期性业务，根据通用信元速率算法gcra模型，以为目标流量，则到达模型表示为，因为在交换机的出端口侧，同一优先级业务到达交换机会进入相同的队列。对于一个网络拓扑，若流量从源端周期到达第一个交换机的输入端口，且周期为，则到达模型如公式（1）所示，
其中，表示一个数据帧长度，为第个交换节点。
[0047]
根据公式(1)，将业务到达模型表示为图形，如图5所示。
[0048]
另外，交换机多输入端口的同一优先级业务数据帧存在”自排队”竞争，此时优先级业务的到达模型为各输入端口同一优先级业务的到达模型函数之和，表示为公式是，其中表示同一优先级业务的种类；为同一队列上同种业务的数目。
[0049]
路径后续交换节点的业务到达模型与当前节点的和时延上界有关，而时延上界是由“业务到达-交换机服务”模型中两条曲线间的最大水平距离所决定，所以还需要对交换机服务模型进行表示。因此在后续分析中再给出。
[0050]
一种可行的实施方式中，最差情况下交换机服务模型：交换机服务模型是指网络中交换节点的服务能力，与交换机内部队列门结构的开闭情况、窗口开启时长等因素相关。对于服务模型，当业务到达相应队列，因为窗口之间存在重叠，其在队列上的传输会受来自其他优先级队列的干扰，而本专利所求为时延上界，因此便考虑干扰情形最坏时的服务模型。
[0051]
与业务到达模型类似，交换机服务服务模型也是一个累积函数。对于tsn交换机而言，每个出端口都存在8个不同优先级队列，以流量为对象，在队列上对其进行服务，其中，而表示队列的集合，其服务模型由各个门控窗口传输时隙的服务模型函数确定，根据对它们求和得到。当业务在相应队列上进行非帧抢占传输时，会受到来自高、低优先级队列的干扰，同时还会受到保护带的影响。在以上三种干扰因素的影响下，经过对保证服务时隙、时隙间的偏移、最大等待时间等参数的公式表示，并将其代入至服务模型函数中，便可表示出交换机服务服务模型，
其中，为交换机的出队转发速率。
[0052]
而要表示任意一个传输时隙的服务模型，则需要以为起始点，对一个超周期内所有时隙的进行求和。
[0053]
这样目标流量在第个交换节点队列上的业务到达模型和交换机服务模型分别表示完成。将两模型置于同一张图中显示，便是本专利所应用的“业务到达-交换机服务“模型，如图6所示。
[0054]
图6中两条曲线之间的最大水平距离即为所求的时延上界，是位置上业务到达模型曲线在交换机服务模型曲线上方的情况下得到的。表示出当前节点的时延上界后，结合前述的到达模型，便可得到下一节点处业务的到达模型，表示为公式（4），一种可行的实施方式中，门控决策机制：通过上述技术方案，面向tas机制，针对多节点组网应用场景，基于网络演算的时延量化分析模型建立完成。通过与业务时延性能qos需求比较，对给定门控情况下端到端时延上界进行评估，以此来判断门控设置的合理性。若在比较时，时延上界 《 qos需求，可直接对交换机进行gcl配置；否则门控设置不满足时延的要求，需要计算新的gcl值，并进行多次时延上界分析，最终将满足业务qos要求的可行的gcl值配置到交换机。从而完成多交换机的门控决策，实现集中式网络控制器对交换机动态配置的需要，即图2的该机制的实现过程。
[0055]
一种可行的实施方式中，根据是上述方案，将基于网络演算的时延上界分析模型模块化，形成集中式网络控制器时延上界分析及评估模块，以此实现对给定拓扑下网络端到端时延的上界的计算。在实际应用中，因为是按照业务优先级的顺序，优先保证高优先级业务的端到端时延，因此本实施例中集中对高优先级业务的端到端时延上界进行考察。
[0056]
网络拓扑结构如图7所示，图中共有5个业务发送端、1个业务接收端和两个tsn交换机。
[0057]
本实施例采用的业务到达模型为阶梯函数，即业务由发送端周期产生并发送给交换机，因此业务到达交换机的时间也呈周期性，对于一条数据流，将其到达周期记作，为常量，因为数据帧在链路上的传播速率相同，故该周期与业务数据帧在发送端的产
生周期相同。
[0058]
首先定义业务优先级。优先级不同的业务，输入到交换机后，会进入不同的队列进行缓冲，优先级高的业务对于时间的敏感性较强，需要在一定时间内完成对其的传输，反之优先级低的业务对于时间的敏感性较差。人为设置流量的优先级与到达周期之间成反比关系，即越小，越高。由此可知，如果数据流的产生周期相同，其优先级也是相同的，相同优先级的业务在其到达交换机后，会进入同一队列进行缓冲，等到门控窗口开启后再传输。由于流量到达交换机的时间不同，会导致同一队列上数据流的到达模型是一个非周期函数，表示为图形是一个不规则图形。以一个队列上的两种同优先级业务为例进行说明，如图8所示。图中，表示一帧数据帧。
[0059]
设置四种业务，分别从五个业务发送端发往tsn交换机，按照到达周期将这四种业务分成三个优先级，它们到达交换机后，在其内部的三个队列上进行传输，因此将队列分别定义为高、中和低优先级队列。根据前述，本实施例只针对高优先级业务进行讨论，因此只需要给出高优先级业务信息，并表示出其到达模型函数即可，而无需对其他优先级业务信息进行定义。这四种业务中，有两种高优先级业务，用符号表示，分别由发送端1、发送端2和发送端5产生，其到达周期为。根据拓扑结构图，相对于0时刻，在初始周期内，由发送端1和发送端2产生的两种业务到达交换机1的时间分别为和，而由发送端5产生的业务到达交换机2的时间为。与求解目标相同，只对高优先级业务的到达模型进行拟合，以交换机1为例，高优先级业务的到达模型如图9所示。
[0060]
结合阶梯函数模型，将两个交换机高优先级业务的到达模型表示为公式，交换机1的到达曲线交换机1的到达曲线因为交换机2接收到的业务来自两部分，则其到达模型函数用加和形式来表示，以上两式中，表示相对于0时刻，高优先级业务到达交换机的时间偏移，其中、；表示业务流经交换机1的时延上界。
[0061]
对于交换机服务模型，其用于表明网络服务数据的能力，与网络状态有关，便涉及到交换机的门控设置问题。根据拓扑结构图，网络中共有两个tsn交换机，均需要进行门控
设置。已知队列门控窗口周期进行开启和关闭，因此参数设定包括初始周期内门控窗口的开闭时间，以及队列门控周期。已知“1”表示门控的开启状态，“0”表示关闭状态，当门控状态为“1”时，会对数据进行传输，反之数据则不再传输。因为得首先保证高优先级业务的端到端时延，因此根据队列优先级由高到低的顺序设置队列门控，并需要保证高优先级队列门控窗口具有一定的宽度。定义不同队列的门控周期为，交换机1初始周期内各个队列门控窗口的开启时间为、相应的关闭时间为，则其他周期门控窗口的开闭时间可通过、与加和的形式来表示：，，其中表示门控窗口的序号，因此门控周期确定后，只需要对初始周期内门控窗口的开闭时间进行定义即可。首先设定各个队列的门控周期相等，均为，根据队列的门控周期，交换机gcl超周期便也确定，也为，因此一个超周期内各个优先级队列均有一个门控窗口。其次按照优先级由高到低的顺序，结合数据帧到达交换机的时间，依次对初始周期内各个队列门控窗口的开闭时间进行设定，设定高优先级队列门控窗口的开闭时间分别为和，而在对其他两个优先级队列的门控窗口进行设定时，为说明问题，使其与高优先级队列门控窗口之间均具有一定程度的重叠，设定中优先级队列门控窗口的开闭时间为和，低优先级为和。此时交换机1的一组gcl便设置完成。
[0062]
同理，对交换机2的门控定义也是如此，其门控周期与交换机1相同，但队列门控窗口的开闭时间有所不同。确定了门控参数配置，便根据公式(5)和(6)，开始对相应gcl下，高优先级业务的端到端时延上界进行求解。
[0063]
式中，为优先级队列在一个内门控窗口的个数，其值等于；为两个交换机内部的时延上界。
[0064]
通过建立的端到端时延上界分析模型，对多组网节点场景下tsn端到端时延的上界进行定量分析，以此来判断门控设置能否满足业务的时延性能qos要求，从而完成对门控决策模型的构建，并将其部署在集中式网络控制器模块中以实现对多交换机的gcl配置。
[0065]
本发明实施例中，1）基于网络演算的时延上界量化分析模型：针对多节点组网应用场景，基于不同队列门控窗口间可“重叠”机制，引入了低优先级业务对高优先级业务的传输干扰，该模型针对门控的最差情形，对tas机制下tsn端到端时延的上界进行求解，其中
在交换机处，通过网络演算“业务到达-交换机服务”模型中两曲线间的最大水平偏差对其时延上界进行表示。基于网络演算时延量化分析及评估机制的建立，为门控设置可行性的评价提供了重要判别依据。
[0066]
2）基于sdn的tsn集中式控制架构及决策功能模块：基于sdn搭建tsn控制架构对网络进行集中管控，部署时延上界分析模型，根据收集到的业务特征及用户时延性能qos需求，实现对tsn交换机的门控配置是否满足要求的判别，从而用于tsn中多交换机门控列表配置的决策。
[0067]
图10是据一示例性实施例示出的一种基于sdn的时间敏感网络门控决策装置框图。参照图10该装置300包括：集中式网络控制器模块310，用于采用全集中式控制架构模型，基于软件定义理念，构建用于时间敏感网络tsn交换设备管理及控制的装置框架；决策机制建立模块320，用于基于所述tsn交换设备管理及控制的装置框架，采用软件定义网络sdn技术，建立基于sdn的tsn门控决策机制，获得集中式网络控制器；门控决策模块330，用于基于所述集中式网络控制器，进行tsn端到端门控统一调度和编排，完成基于sdn的时间敏感网络门控决策。
[0068]
可选地，决策机制建立模块，用于采用软件定义网络sdn技术，获得tsn的全局网络拓扑视图，对网络交换设备进行集中管控，建立基于sdn的tsn门控决策机制。
[0069]
可选地，门控决策模块330，用于预设时间节点，在各节点时间同步的基础上，通过所述集中式用户配置对终端业务的时延性能qos需求进行采集；将采集到的所述时延性能qos需求转换发给集中式网络控制器，通过所述集中式网络控制器进行tsn端到端统一调度和编排，完成基于sdn的时间敏感网络门控决策。
[0070]
可选地，门控决策模块330，用于通过所述集中式用户配置，对业务信息、tsn交换机的能力、队列门控状态等参数进行收集，其中，所述业务信息包括：数据帧长度、其在发送端的产生时间及产生周期。
[0071]
可选地，门控决策模块330，用于通过所述集中式网络控制器对tsn端到端时延的上界进行分析，根据时延上界，评估端到端路径上各交换机的门控设置是否满足终端业务的qos需求，输出满足用户时延性能qos需求的门控，将所述门控配置到相应的交换机。
[0072]
可选地，门控决策模块330，还用于：对于不满足qos要求的业务，调整传输路径上的交换机门控，并返回交换机数据库，对门控信息更新后业务的时延上界进行重新分析，直至满足终端业务的qos需求。
[0073]
可选地，门控决策模块330，用于基于网络演算的时延上界分析模型，对多组网节点场景下端到端时延上界进行的定量分析，其中所述基于网络演算的时延上界分析模型包括：业务到达模型以及交换机服务模型。
[0074]
可选地，业务到达模型包括：针对周期性业务，根据通用信元速率算法gcra模型，以为目标流量，则到达模型表示为，对于一个网络拓扑，若流量从源端周期到达第一个交换机的输入端口，且周期为，则到达模型可以表示为，
其中，表示一个数据帧长度，为第个交换节点。
[0075]
图11是本发明实施例提供的一种电子设备400的结构示意图，该电子设备400可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器（central processing units，cpu）401和一个或一个以上的存储器402，其中，所述存储器402中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器401加载并执行以实现下述基于sdn的时间敏感网络门控决策方法的步骤：s1：采用全集中式控制架构模型，基于软件定义理念，构建用于时间敏感网络tsn交换设备管理及控制的装置框架；s2：基于所述tsn交换设备管理及控制的装置框架，采用软件定义网络sdn技术，建立基于sdn的tsn门控决策机制，获得集中式网络控制器；s3：基于所述集中式网络控制器，进行tsn端到端门控统一调度和编排，完成基于sdn的时间敏感网络门控决策。
[0076]
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述基于sdn的时间敏感网络门控决策方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是rom、随机存取存储器（ram）、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
[0077]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也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，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0078]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。