【摘 要】
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时间敏感网络是目前国际产业界正在积极推动的通信技术,它是以标准以太网为网络基础,通过高精度的时间同步、流量整形、路径控制、资源预留和业务调度等一系列关键技术,为实时敏感业务提供可靠的数据传输保障,被广泛的应用在工业控制、车载网和航空航天等领域,因此对时间敏感网络进行研究是一项具有重要意义的工作。本文在研究了时间敏感网络中的关键技术以及标准协议的基础之上,通过对IEEE802.1 Qbv协议和保护带
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时间敏感网络是目前国际产业界正在积极推动的通信技术,它是以标准以太网为网络基础,通过高精度的时间同步、流量整形、路径控制、资源预留和业务调度等一系列关键技术,为实时敏感业务提供可靠的数据传输保障,被广泛的应用在工业控制、车载网和航空航天等领域,因此对时间敏感网络进行研究是一项具有重要意义的工作。本文在研究了时间敏感网络中的关键技术以及标准协议的基础之上,通过对IEEE802.1 Qbv协议和保护带机制的深入研究,明确了造成带宽资源浪费的根本原因,为解决带宽资源浪费的问题,分别针对三种场景提出了对尽力而为流（BE,Best Effort Traffic）调度的算法,旨在提高尽力而为流时隙的带宽资源利用率:（1）对缓存中的BE帧进行重新编排发送的顺序,不再按照先来先服务的原则,使新的发送顺序能够最大化的占用当前周期尽力而为流时隙的带宽资源。在对尽力而为流进行时序重排时,在尽力而为流时隙的起始处,建立时隙带宽资源利用率最大化的数学模型,得到使当前时隙带宽资源利用率最大化的一组帧,并对选中的这组帧按照一定的顺序完成发送。（2）考虑到在BE帧的发送过程中仍然会有新的BE帧到达缓存中,因此可将新到达的BE帧纳入考虑的范围内,扩大使时隙带宽资源利用率最大化的BE帧选择范围,从而进一步提高尽力而为流时隙的带宽资源利用率。这个过程采取每传输一个BE帧,就重新对缓存中所有的BE帧重新建立能够使剩余时隙带宽资源利用率最大化的数学模型,得到使剩余时隙带宽资源利用率最大化的一组帧,并按照顺序确定下一个要传输的BE帧。（3）在采用上述方法对尽力而为流的数据帧发送顺序进行重新编排,从而最大化占用时隙时,会出现一些BE帧长期无法选中而无法得到发送服务,在缓存中滞留时间过长的问题。针对这个问题,文中在提出算法的基础上增加最大时延保障机制,对缓存中滞留时间过久的BE帧进行优先处理,再对其余的BE帧进行处理。增加的最大时延保障机制是以牺牲带宽资源的利用率为代价,降低了缓存中BE帧的最大排队时延。（4）在IEEE 802.1 Qbv协议中引入抢占机制,能够保障高优先级流的传输,同时降低保护带造成的BE时隙带宽资源的浪费。本文分别在上述三种场景提出的尽力而为流的调度算法中引入抢占机制,形成抢占式尽力而为流调度算法,能够进一步提高带宽资源的利用率。
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