裴金川，胡宇翔，田樂(lè)，胡濤，李子勇

（信息工程大學(xué)信息技術(shù)研究所，河南 鄭州 450002）

0 引言

近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)中多樣化應(yīng)用業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)，實(shí)時(shí)控制、沉浸式交互、邊緣計(jì)算等應(yīng)用領(lǐng)域提出了低時(shí)延、低抖動(dòng)的確定性傳輸需求[1]。例如，銀行高頻交易要求時(shí)延控制在1 ms 以內(nèi)，自動(dòng)駕駛的時(shí)延需求為100～250 μs，工控網(wǎng)絡(luò)中要求毫秒級(jí)時(shí)延和微秒級(jí)抖動(dòng)。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)中將會(huì)衍生出更多毫秒級(jí)乃至微秒級(jí)時(shí)延的業(yè)務(wù)需求。

然而，傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用的盡力而為分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制具有長(zhǎng)尾時(shí)延效應(yīng)，難以滿足上述業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的有界低時(shí)延需求[2]。為實(shí)現(xiàn)確定性有界低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)開始在面向用戶需求的新型網(wǎng)絡(luò)[3]基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)上攻堅(jiān)布局，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN,time-sensitive network）作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)[4]，可以支持時(shí)間敏感流量、盡力而為流量等多類型流量共同傳輸，全局規(guī)劃調(diào)度不同類型流量并在輸出端口消除沖突依次傳輸，保障時(shí)間敏感流量在時(shí)延、抖動(dòng)和可靠性等方面的確定性傳輸需求[5]。

TSN 工作組致力于在傳統(tǒng)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)流量的確定性轉(zhuǎn)發(fā)，修訂了IEEE 802.1AS 時(shí)鐘同步[6]、IEEE 802.1Qbv 流量調(diào)度[7]、IEEE 802.1CB可靠性保障[8]和IEEE 802.1Qcc 網(wǎng)絡(luò)配置[9]等一系列機(jī)制的標(biāo)準(zhǔn)。

作為TSN 的核心機(jī)制，流量調(diào)度是保障TSN數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)[10]。學(xué)術(shù)界針對(duì)具有嚴(yán)格周期性要求的時(shí)間敏感流量調(diào)度展開了大量的研究，文獻(xiàn)[11]采用基于拓?fù)湫藜艉妥V聚類的分組調(diào)度策略，可保證在大規(guī)模流量場(chǎng)景下具有較高調(diào)度成功率的同時(shí)降低調(diào)度時(shí)間。文獻(xiàn)[12]結(jié)合TSN 的流量特性設(shè)計(jì)了一種基于混合遺傳算法的調(diào)度計(jì)算方法，提出的調(diào)度壓縮機(jī)制可以提供更優(yōu)的帶寬分配。為保證網(wǎng)絡(luò)更新過(guò)程的數(shù)據(jù)傳輸一致性，文獻(xiàn)[13]結(jié)合軟件定義網(wǎng)絡(luò)建立了一個(gè)新的整數(shù)線性規(guī)劃調(diào)度模型，該調(diào)度模型中采用的離線調(diào)度和在線調(diào)度2 種方法均實(shí)現(xiàn)了零幀丟失。

此外，流量的可調(diào)度性不僅取決于上述研究中對(duì)TSN 門控的配置及時(shí)隙的映射，良好的路由策略同樣可以突破調(diào)度瓶頸[14]。研究人員針對(duì)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的流量路由已經(jīng)進(jìn)行了大量的探索，文獻(xiàn)[15]采用了K 最短路徑算法進(jìn)行時(shí)間敏感流量路由的選取，并應(yīng)用貪心隨機(jī)自適應(yīng)搜索得到解決方案，但僅憑路由跳數(shù)進(jìn)行路由規(guī)劃會(huì)導(dǎo)致鏈路擁塞及調(diào)度超時(shí)。文獻(xiàn)[16-20]均強(qiáng)調(diào)了時(shí)間敏感流量的路由選擇對(duì)實(shí)現(xiàn)低時(shí)延低成本的調(diào)度具有重要作用。其中，文獻(xiàn)[16]通過(guò)定義網(wǎng)絡(luò)鏈路成本和流量時(shí)延優(yōu)化TSN 拓?fù)浜土髁柯酚梢源_定冗余鏈路，使時(shí)間敏感流量的路由傳輸具有容錯(cuò)保障，但冗余傳輸?shù)谋Ｕ闲枰^大的資源開銷。文獻(xiàn)[17]提出一種調(diào)度感知路由算法，即改進(jìn)Dijkstra 算法，對(duì)傳輸路徑設(shè)置權(quán)重來(lái)確定每條時(shí)間敏感流的路徑。文獻(xiàn)[18]分析了時(shí)間敏感流量之間的結(jié)合性，提出了一種路由感知的方法，通過(guò)評(píng)估不同周期流量的可組合性以減少流量調(diào)度的瓶頸，但對(duì)流量分組調(diào)度的粒度較粗，難以精細(xì)化把控全局流量的調(diào)度時(shí)延。文獻(xiàn)[19]在整數(shù)線性規(guī)劃的基礎(chǔ)上提出了基于最大調(diào)度流量負(fù)載的路由算法以實(shí)現(xiàn)最小化流量負(fù)載和流量路由跳數(shù)的目標(biāo)，相比最短路徑算法提高了60%的可調(diào)度性。文獻(xiàn)[20]利用時(shí)間敏感軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)了時(shí)間敏感流量的增量調(diào)度方法，采用最短路徑和均衡鏈路可用容量2 種路由算法計(jì)算時(shí)間敏感流量的調(diào)度配置。文獻(xiàn)[21]針對(duì)TSN 中的時(shí)間敏感流量提出了一種實(shí)時(shí)路由調(diào)度算法，將到達(dá)流量的周期升序排列后，通過(guò)計(jì)算最壞端到端時(shí)延為新到達(dá)流生成調(diào)度路徑，且不影響已經(jīng)調(diào)度成功的流量，保證全局流量在截止時(shí)間內(nèi)全部完成傳輸。Ojewale 等[22]針對(duì)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)提出了一種鏈路負(fù)載均衡的路由策略，將最小化全局鏈路負(fù)載作為優(yōu)化目標(biāo)，但在流量路由時(shí)未考慮可能導(dǎo)致流間沖突的因素。

目前，關(guān)于TSN 流量調(diào)度的研究多基于最短路徑等給定的路由方案[11,15,23]，然而采用最短路徑優(yōu)先（SPF,shortest path first）路由算法時(shí)，雖然每條時(shí)間敏感流按照最少跳數(shù)傳輸，但在單一鏈路上傳輸多條時(shí)間敏感流時(shí)，發(fā)生流間沖突導(dǎo)致排隊(duì)擁塞甚至丟包的可能性較大。調(diào)度與路由聯(lián)合規(guī)劃是TSN 流量調(diào)度發(fā)展的主要趨勢(shì)[10]，現(xiàn)有的聯(lián)合路由調(diào)度研究中考慮了路徑長(zhǎng)度和傳輸跳數(shù)等路由指標(biāo)[20,24]，但并未結(jié)合時(shí)間敏感流量的發(fā)送周期、流量負(fù)載等特性進(jìn)行調(diào)度，可能導(dǎo)致多條時(shí)間敏感流分配到同一條傳輸鏈路上發(fā)生時(shí)隙爭(zhēng)用。

上述流量路由調(diào)度機(jī)制的研究從調(diào)度約束的角度對(duì)TSN 流量進(jìn)行傳輸設(shè)計(jì)，此處的TSN 流量類型均為時(shí)間敏感流量，即具有低抖動(dòng)和有界低時(shí)延傳輸需求的周期性實(shí)時(shí)流量。因此，關(guān)于TSN 流量的路由調(diào)度的研究在考慮調(diào)度約束和路由指標(biāo)的基礎(chǔ)上需要進(jìn)一步考慮流量本身的特性，并結(jié)合TSN 流量的傳輸機(jī)制研究解決方案才能取得更優(yōu)的流量調(diào)度性能。

綜上分析，現(xiàn)有研究存在以下不足。1) 現(xiàn)有調(diào)度方案忽略了網(wǎng)絡(luò)中部署時(shí)間敏感流量之間的路由沖突和依賴關(guān)系，使時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)全局的通信調(diào)度能力受到限制。2) 聯(lián)合路由調(diào)度研究中未考慮流量本身特性，只是簡(jiǎn)單根據(jù)路由指標(biāo)規(guī)定流量路徑，導(dǎo)致流量調(diào)度時(shí)延性能難以得到保證。

為此，面向時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中時(shí)間敏感流量的聯(lián)合路由調(diào)度問(wèn)題，本文基于時(shí)空聯(lián)合規(guī)劃的思想，多維度規(guī)劃TSN 流量調(diào)度，即在空間上進(jìn)行無(wú)沖突（CF,conflict-free）路由規(guī)劃，時(shí)間上聯(lián)合路由對(duì)流量整形約束調(diào)度，提出了一種聯(lián)合無(wú)沖突路由的多約束流量調(diào)度方法，具體研究?jī)?nèi)容如下。

1) 概述了時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)模型，并對(duì)時(shí)間敏感流量傳輸時(shí)延的構(gòu)成和流量調(diào)度時(shí)發(fā)生路由沖突的情況進(jìn)行分析。

2) 針對(duì)目前時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中流量調(diào)度與路由分離的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種時(shí)間敏感流量調(diào)度與路由聯(lián)合規(guī)劃的策略，考慮流量之間的路由沖突和依賴關(guān)系，通過(guò)定義流間沖突度函數(shù)，靈活分配流量路由以避免網(wǎng)絡(luò)隊(duì)列沖突丟包，在均衡鏈路負(fù)載的同時(shí)獲得更優(yōu)的流量傳輸時(shí)延性能。

3) 根據(jù)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間感知整形機(jī)制，在考慮路由指標(biāo)的基礎(chǔ)上結(jié)合影響時(shí)間敏感流量傳輸?shù)闹芷诩柏?fù)載等因素，以降低時(shí)間敏感流量傳輸時(shí)延為目標(biāo)，基于時(shí)分多址（TDMA,time division multiple access）的思想設(shè)計(jì)了聯(lián)合路由的流量調(diào)度約束。

4) 仿真結(jié)果表明，與經(jīng)典調(diào)度方法對(duì)比，本文方法可以很好地適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洵h(huán)境，在保證網(wǎng)絡(luò)鏈路低負(fù)載的同時(shí)為時(shí)間敏感流量提供確定性低時(shí)延服務(wù)。

1 TSN 模型

1.1 網(wǎng)絡(luò)模型

本文將時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)抽象建模為無(wú)向圖G=(V,E)，其中，V=H∪S為時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)集，H為發(fā)送和接收兩類終端節(jié)點(diǎn)，S為時(shí)間敏感交換節(jié)點(diǎn)；E為2 個(gè)節(jié)點(diǎn)連接組成的鏈路集，(vi ,vj)∈E，vi和vj分別為源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)。圖1 為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫纠渲邪? 個(gè)節(jié)點(diǎn)和9 條鏈路，2 個(gè)終端節(jié)點(diǎn)之間的路由用多個(gè)不同鏈路的集合表示，其中ri={[H1,S1],[S1,S2],[S2,H3]}表示由終端H1到H3的一條路由。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫纠?/p>

1.2 通信模型

時(shí)間感知整形機(jī)制如圖2 所示，采用TDMA的思想，將流量傳輸?shù)耐ㄐ艜r(shí)間分割為若干個(gè)傳輸周期，每個(gè)傳輸周期又劃分為若干個(gè)時(shí)間片。網(wǎng)絡(luò)中所有數(shù)據(jù)幀經(jīng)過(guò)傳輸選擇后，結(jié)合門控制策略控制傳輸?shù)臅r(shí)間偏移量，每個(gè)時(shí)間感知門都有2 個(gè)狀態(tài)，決定隊(duì)列中排隊(duì)的幀是否進(jìn)行傳輸，狀態(tài)為0表示門關(guān)閉不允許傳輸數(shù)據(jù)，狀態(tài)為1 表示門打開可以傳輸新到達(dá)的數(shù)據(jù)流。每個(gè)時(shí)間片對(duì)應(yīng)的門狀態(tài)由門控列表決定，故時(shí)間整形機(jī)制可通過(guò)為高優(yōu)先級(jí)的時(shí)間敏感流量提供確定的傳輸時(shí)隙來(lái)保證確定的端到端傳輸時(shí)延。

圖2 時(shí)間感知整形機(jī)制

傳播時(shí)延dtran、處理時(shí)延dproc、排隊(duì)時(shí)延dqueu和發(fā)送時(shí)延dprop共同構(gòu)成了時(shí)間敏感流量在兩節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)亩说蕉藭r(shí)延D，如式(1)所示。

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的高精度、高可靠流量傳輸依賴于全局的時(shí)鐘同步和流量調(diào)度時(shí)隙的精確規(guī)劃，考慮到本文主要研究時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的流量調(diào)度，假設(shè)TSN 中設(shè)備已完成全局時(shí)鐘同步，且信道中數(shù)據(jù)的發(fā)送速率一致，均為1 Gbit/s，交換機(jī)處理時(shí)延為1 μs。流量傳輸過(guò)程的時(shí)延構(gòu)成中，排隊(duì)時(shí)延具有較大的不確定性，故時(shí)間敏感流量調(diào)度在進(jìn)行全局門控規(guī)劃時(shí)應(yīng)避免流量排隊(duì)或降低排隊(duì)時(shí)延。

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中流量傳輸時(shí)間的精確控制依賴于門控列表中對(duì)時(shí)隙的劃分，門控列表由各流量傳輸周期驅(qū)動(dòng)控制，由于網(wǎng)絡(luò)中部署的流周期不同，故將所有時(shí)間觸發(fā)流周期的最小公倍數(shù)作為傳輸?shù)某芷趆p。超周期為TSN 門控列表調(diào)度循環(huán)的單位，如式(2)所示。

每條時(shí)間敏感流在超周期內(nèi)的傳輸次數(shù)為

2 聯(lián)合路由調(diào)度策略

由于TSN 流量調(diào)度規(guī)劃時(shí)可能發(fā)生流間沖突導(dǎo)致時(shí)隙爭(zhēng)用[25]，本文將TSN 中的時(shí)間敏感流量的調(diào)度與路由聯(lián)合規(guī)劃。聯(lián)合路由調(diào)度策略由排序、無(wú)沖突路由和聯(lián)合調(diào)度3 個(gè)階段組成，排序階段將流量按周期和負(fù)載排序，篩選出周期較小、負(fù)載較大的時(shí)間敏感流量為優(yōu)先路由；無(wú)沖突路由階段在路由規(guī)劃的過(guò)程中考慮產(chǎn)生調(diào)度沖突的因素，以時(shí)延為指標(biāo)確定啟發(fā)式評(píng)估函數(shù)，目標(biāo)為得到時(shí)間敏感流量的無(wú)沖突路由，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的搜索，選取全局時(shí)延代價(jià)值最小的節(jié)點(diǎn)作為路由節(jié)點(diǎn)，依次搜索到目的節(jié)點(diǎn)后的路徑即最優(yōu)的時(shí)間敏感流量路由選擇；最后進(jìn)行聯(lián)合路由的全局調(diào)度約束規(guī)劃，盡可能降低流量傳輸時(shí)延等調(diào)度指標(biāo)，在增大調(diào)度解空間的同時(shí)獲得最小化的端到端時(shí)延。

2.1 無(wú)沖突路由規(guī)劃

IEEE 802.1 Qca 中，TSN 的時(shí)間敏感流量默認(rèn)采用最短路徑進(jìn)行傳輸，文獻(xiàn)[26]表明，TSN 系統(tǒng)中時(shí)間敏感流量若采用最短路徑優(yōu)先路由，在交換設(shè)備和鏈路上傳輸時(shí)則可能發(fā)生路由沖突或鏈路故障，產(chǎn)生不確定時(shí)延甚至丟包，并不能實(shí)現(xiàn)低時(shí)延的最優(yōu)調(diào)度。

圖3 為時(shí)間敏感流間沖突示例。時(shí)間敏感流f1、f2和f3的周期分別為100 μs、150 μs 和300 μs，數(shù)據(jù)大小分別為3 000 B、4 500 B 和8 000 B，在300 μs 的一個(gè)超周期內(nèi)，f1發(fā)送3 次，f2發(fā)送2 次，f3發(fā)送一次，若不進(jìn)行路由調(diào)度直接選取最短路徑傳輸，不同時(shí)間敏感流間發(fā)生沖突擁塞的概率較大，如f1和f3均路由到 [S1,S2]鏈路且需要在同一時(shí)隙內(nèi)完成傳輸，當(dāng)f1到達(dá)交換機(jī)S1時(shí)，由于f3尚未發(fā)送完成，可能與f1發(fā)生沖突丟包；若將f1緩存在當(dāng)前隊(duì)列中，待其到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)可能已超過(guò)端到端響應(yīng)截止時(shí)間，同樣無(wú)法滿足TSN 的時(shí)延調(diào)度要求。

圖3 時(shí)間敏感流間沖突示例

為避免調(diào)度時(shí)發(fā)生沖突丟包，本文提出一種無(wú)沖突路由規(guī)劃方法，綜合考慮當(dāng)前路由節(jié)點(diǎn)的已有代價(jià)和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的預(yù)估代價(jià)，不同于盲目隨機(jī)路由搜索，可以優(yōu)化傳輸路徑的選擇與搜索效率。設(shè)置無(wú)沖突路由規(guī)劃的全局代價(jià)函數(shù)為l(n)=g(n)+h(n)，其中，g(n)為當(dāng)前代價(jià)函數(shù)，表示從源節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)n的代價(jià)；h(n) 為啟發(fā)式評(píng)估代價(jià)函數(shù)，表示從當(dāng)前節(jié)點(diǎn)n到目的節(jié)點(diǎn)的預(yù)估代價(jià)。

聯(lián)合無(wú)沖突路由調(diào)度的核心思想是考慮時(shí)間敏感流量調(diào)度過(guò)程中可能引發(fā)沖突的因素，篩選TSN 中未訪問(wèn)的路由節(jié)點(diǎn)，獲得最小的全局代價(jià)函數(shù)值后依次確定無(wú)沖突調(diào)度的最佳路由節(jié)點(diǎn)。結(jié)合TSN 的時(shí)延敏感特性，設(shè)置當(dāng)前代價(jià)函數(shù)g(n) 為第i條流傳輸?shù)街虚g節(jié)點(diǎn)時(shí)已產(chǎn)生的傳輸時(shí)延，即端到端時(shí)延D。

聯(lián)合路由調(diào)度的方法應(yīng)盡量將時(shí)間敏感流量分散到不同路徑的不同時(shí)隙以避免流間沖突。本文基于路徑集相似度[11]，結(jié)合時(shí)間感知整形機(jī)制及時(shí)間敏感流量特征，定義流間沖突度函數(shù)為

其中，max(f .S) 和min(f.T) 分別表示本次調(diào)度流量集合中的流量負(fù)載最大值和流周期最小值。結(jié)合時(shí)間敏感流量特性，表示任意2 條具有重疊路徑的流之間發(fā)生最大調(diào)度沖突的程度。

式(4)表示任意2 條不同流fi與fj之間的沖突度Ci,j受路徑重疊數(shù)量|pi∩pj |、幀大小fi.S和幀周期fi.T這3 個(gè)因素影響。若待調(diào)度流源節(jié)點(diǎn)和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的路徑與其他流的傳輸路徑存在重疊，則幀發(fā)送周期越頻繁且流負(fù)載越大的2 條流之間越容易發(fā)生擁塞沖突，該重疊路徑的啟發(fā)式評(píng)估代價(jià)越高。

當(dāng)路徑重疊程度為0 時(shí)，表明不與任何其他流發(fā)生調(diào)度沖突；若2 條流之間所經(jīng)過(guò)的鏈路發(fā)生重疊，規(guī)劃調(diào)度時(shí)便有發(fā)生沖突的可能，故選取流間沖突度最大值與其傳播時(shí)延的乘積進(jìn)行時(shí)延預(yù)留，沖突預(yù)留時(shí)延為

本文方法中的啟發(fā)式評(píng)估代價(jià)函數(shù)設(shè)定傾向于接近實(shí)際的代價(jià)值，設(shè)置評(píng)估代價(jià)函數(shù)以調(diào)度時(shí)延為指標(biāo)，若代價(jià)值越接近實(shí)際的傳輸時(shí)延，則無(wú)沖突路由規(guī)劃的效果越好。由于無(wú)沖突路由規(guī)劃的目標(biāo)是得到最優(yōu)路徑，但啟發(fā)式評(píng)估代價(jià)函數(shù)值作為路徑時(shí)延評(píng)估代價(jià)，并非最終調(diào)度的端到端時(shí)延值，故假設(shè)流量到達(dá)當(dāng)前中間傳輸節(jié)點(diǎn)時(shí)，后續(xù)鏈路的傳輸時(shí)延為采用SPF路由傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的預(yù)估時(shí)延D*，則啟發(fā)式評(píng)估代價(jià)函數(shù)h(n) 為

綜上，本文針對(duì)時(shí)間敏感流量無(wú)沖突路由規(guī)劃的全局代價(jià)函數(shù)為

無(wú)沖突路由規(guī)劃策略的流程如圖4 所示，其中open 列表（openlist）存放路由過(guò)程中未訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)，close 列表（closelist）存放已訪問(wèn)過(guò)的節(jié)點(diǎn)。通過(guò)查找比較TSN 中當(dāng)前時(shí)間敏感流量的所有路由節(jié)點(diǎn)代價(jià)值，選取出open 列表中代價(jià)值最小的節(jié)點(diǎn)作為路由節(jié)點(diǎn)。

圖4 無(wú)沖突路由規(guī)劃策略的流程

應(yīng)用無(wú)沖突路由規(guī)劃后，圖1 中的f3選擇{[S1,S3],[S3,S4]}這一中間交換鏈路，即可避免與f1之間發(fā)生調(diào)度沖突，且每條流均滿足端到端截止時(shí)延要求，如圖5 所示。

圖5 時(shí)間敏感流間無(wú)沖突示例

2.2 TSN 傳輸調(diào)度約束

雖然IEEE 802.1Qbv 標(biāo)準(zhǔn)中定義了TSN 的門控策略，但并未規(guī)定具體的門控調(diào)度方法。為保障時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的低時(shí)延低抖動(dòng)特性，在2.1 節(jié)無(wú)沖突路由規(guī)劃的基礎(chǔ)上，本節(jié)設(shè)計(jì)了時(shí)間感知整形調(diào)度約束和聯(lián)合路由調(diào)度約束。

2.2.1 時(shí)間感知整形調(diào)度約束

由時(shí)間感知整形機(jī)制可知，TSN 中時(shí)間敏感流量的傳輸過(guò)程中具有逐跳的確定性時(shí)延，本節(jié)根據(jù)流量傳輸?shù)膸屏考罢加脮r(shí)隙，定義了如下約束保證時(shí)間敏感流量的確定性調(diào)度時(shí)延。

1) 幀偏移約束

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中流量傳輸?shù)膸屏坎荒茉缬趥鬏旈_始時(shí)間，且應(yīng)在其流周期內(nèi)完成傳輸。本文假設(shè)全局最早傳輸開始時(shí)間為0，此外，將幀偏移量約束在周期范圍內(nèi)，可以減少流偏移的搜索空間，幀偏移約束為

2) 端到端時(shí)延約束

為保障服務(wù)傳輸質(zhì)量，接收端接收與發(fā)送端發(fā)送的流之間的時(shí)延必須小于或等于規(guī)定的最大端到端響應(yīng)時(shí)延，否則調(diào)度失敗。引入端到端時(shí)延約束來(lái)規(guī)定發(fā)送端和接收端之間的時(shí)延，即

其中，θ表示網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步的精度偏差。

3) 周期性約束

根據(jù)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中時(shí)間觸發(fā)流量的周期性特性，同一終端設(shè)備的所有時(shí)間敏感數(shù)據(jù)流需要周期性發(fā)送，且每2 條流之間需要間隔固定的周期時(shí)長(zhǎng)，即同一條流的同一幀發(fā)送偏移時(shí)間相同，如式(10)所示。

4) 流抖動(dòng)約束

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中的周期性通信需要對(duì)流量傳輸抖動(dòng)進(jìn)行約束，由于在接收端對(duì)流量傳輸?shù)牡投秳?dòng)服務(wù)質(zhì)量較敏感，對(duì)中間節(jié)點(diǎn)的傳輸抖動(dòng)感知較弱，故此處的流抖動(dòng)約束僅針對(duì)接收端前最后一跳的發(fā)送節(jié)點(diǎn)，如式(11)所示。

其中，幀傳輸時(shí)間Wi,j為fi的數(shù)據(jù)幀j在最后一跳的到達(dá)時(shí)間減去第一跳的發(fā)送時(shí)間。取同一條流任意2 個(gè)幀傳輸時(shí)間的差值，判斷是否小于流抖動(dòng)最大約束值。

流抖動(dòng)約束通過(guò)流量傳輸過(guò)程中最后一跳與第一跳的時(shí)間差值以控制時(shí)延抖動(dòng)上限。若用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中的中間節(jié)點(diǎn)時(shí)延抖動(dòng)有定制化服務(wù)需求，可將流抖動(dòng)約束進(jìn)一步擴(kuò)展到中間節(jié)點(diǎn)。

2.2.2聯(lián)合路由調(diào)度約束

本節(jié)綜合時(shí)間和空間因素，在設(shè)計(jì)無(wú)沖突路由約束時(shí)考慮時(shí)隙約束，設(shè)計(jì)了聯(lián)合路由的調(diào)度約束。

1) 路徑順序約束

若時(shí)間敏感交換機(jī)沒(méi)有收到前驅(qū)鏈路發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)幀，則無(wú)法處理并轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)流在鏈路中傳輸時(shí)必須遵循既定的順序，即同一條流在當(dāng)前鏈路的傳輸結(jié)束時(shí)間必須小于或等于這條數(shù)據(jù)流在后續(xù)鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始時(shí)間，即

2) 多播約束

為實(shí)現(xiàn)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫冗余機(jī)制，時(shí)間觸發(fā)流需要在發(fā)送端或之后的某一節(jié)點(diǎn)復(fù)制多個(gè)副本同時(shí)發(fā)送到不同的傳輸分支鏈路中。

3) 幀隔離約束

在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中，若多條流在交換機(jī)的同一隊(duì)列中同時(shí)到達(dá)后發(fā)生排隊(duì)，則會(huì)產(chǎn)生擁塞沖突導(dǎo)致丟包，無(wú)法保證端到端時(shí)延的確定性，故需要約束同一隊(duì)列內(nèi)傳輸?shù)娜我? 條數(shù)據(jù)流的幀之間不產(chǎn)生交錯(cuò)重疊，不同時(shí)占用同一調(diào)度周期的同一時(shí)隙資源。

當(dāng)2 條來(lái)自不同前驅(qū)鏈路的流同時(shí)到達(dá)交換機(jī)時(shí)，若無(wú)幀隔離約束則可能發(fā)生包亂序或丟包[27]，可采用按時(shí)間隔離的方法對(duì)其轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間進(jìn)行約束，即控制前一交換節(jié)點(diǎn)隊(duì)列的開門時(shí)間，數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到后續(xù)鏈路時(shí)，此交換節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)鏈路數(shù)據(jù)才能進(jìn)入隊(duì)列，即隊(duì)列中同一時(shí)刻只能容納一條數(shù)據(jù)流，如圖6(a)所示；若隊(duì)列資源充足，可采用按空間隔離的方法，將同時(shí)到達(dá)的2 條流分配給不同的隊(duì)列，控制隊(duì)列的開門時(shí)間從而實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)流的空間隔離，避免數(shù)據(jù)幀交叉沖突，如圖6(b)所示。

圖6 幀隔離示意

幀隔離約束可表示為

4) 鏈路無(wú)沖突約束

在同一傳輸鏈路傳輸?shù)娜我? 條流需要滿足在相同時(shí)隙內(nèi)無(wú)重疊的要求，即流相互之間不對(duì)同一鏈路資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，保證兩者的發(fā)送順序在空間上沒(méi)有沖突。

2.2.3優(yōu)化目標(biāo)

綜合上述約束，時(shí)間感知整形機(jī)制下的時(shí)間敏感流量可以在時(shí)間和空間2 個(gè)維度實(shí)現(xiàn)無(wú)沖突傳輸，為滿足時(shí)間敏感流量全局傳輸中具有上界的低時(shí)延低抖動(dòng)的服務(wù)質(zhì)量要求，本文將最優(yōu)化目標(biāo)設(shè)為最小化所有時(shí)間敏感流量的最壞端到端傳輸時(shí)延之和，即盡可能降低每條時(shí)間敏感流的傳輸時(shí)延上界，如式(16)所示。

其中，幀傳輸時(shí)間Wi,j為數(shù)據(jù)幀j在最后一跳的到達(dá)時(shí)間與第一跳的發(fā)送時(shí)間之差，并由式(8)～式(15)約束。

2.3 算法設(shè)計(jì)

聯(lián)合無(wú)沖突路由調(diào)度方法的整體流程如算法1所示，輸入為所有待調(diào)度的時(shí)間敏感流量集合F及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)G，輸出為每條時(shí)間敏感流的無(wú)沖突路徑Ri、傳輸路徑中每個(gè)節(jié)點(diǎn)交換機(jī)的發(fā)送時(shí)間及流量端到端時(shí)延Wi,j。

算法1聯(lián)合無(wú)沖突路由調(diào)度

路由規(guī)劃中，根據(jù)每條時(shí)間敏感流量的初始偏移時(shí)間、負(fù)載、周期等變量計(jì)算出無(wú)沖突路由決策結(jié)果。首先，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)n到源節(jié)點(diǎn)的傳輸時(shí)延得到當(dāng)前時(shí)延代價(jià)值g(n) 。然后，根據(jù)流間沖突度函數(shù)得到?jīng)_突預(yù)留時(shí)延Dc，與后續(xù)預(yù)估時(shí)延D*共同組成啟發(fā)式評(píng)估代價(jià)（步驟3)～步驟6)）；得到全局代價(jià)值l(n) 后篩選出openlist 中值最小的節(jié)點(diǎn)n，若節(jié)點(diǎn)n不是目的節(jié)點(diǎn)，將其鄰接節(jié)點(diǎn)加入openlist中并將節(jié)點(diǎn)n移入closelist（步驟7)～步驟12)），循環(huán)上述步驟直到篩選出當(dāng)前流的無(wú)沖突路由（步驟14)），并把當(dāng)前流的調(diào)度約束條件式(8)～式(15)加入全局約束集合中（步驟15)）。最后，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)對(duì)TSN 中的全局流量約束求解調(diào)度得到調(diào)度結(jié)果（步驟17)～步驟20)）。上述算法流程只需遍歷待調(diào)度的時(shí)間敏感流量集合，依據(jù)無(wú)沖突全局代價(jià)值對(duì)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限次數(shù)搜索后即可得到可行的無(wú)沖突路由，最終通過(guò)多約束求解出最優(yōu)的聯(lián)合路由調(diào)度決策。

算法復(fù)雜度分析如下。對(duì)時(shí)間敏感流量集合中所有流量依次遍歷，其時(shí)間復(fù)雜度為O(n)，對(duì)每條流規(guī)劃無(wú)沖突路由時(shí)的復(fù)雜度也為O(n)；TSN 中共有n個(gè)交換節(jié)點(diǎn)，故對(duì)應(yīng)的openlist 和closelist 最大也為n，可得算法空間復(fù)雜度為O(n)。綜上，聯(lián)合無(wú)沖突路由規(guī)劃算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(n2)，空間復(fù)雜度為O(n) 。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及參數(shù)設(shè)置

本文仿真實(shí)驗(yàn)使用 IBM ILOG CPLEX Optimization Studio 和MATLAB2018b，運(yùn)行在具有Intel(R)Core(TM) i7-10700 2.90 GHz CPU 和 32 GB RAM的Windows 計(jì)算機(jī)上。

當(dāng)前針對(duì)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)流量調(diào)度尚未有標(biāo)準(zhǔn)的流量數(shù)據(jù)集，因此仿真中的周期性時(shí)間敏感流量數(shù)據(jù)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景隨機(jī)生成，隨機(jī)選取2 個(gè)不重復(fù)的終端節(jié)點(diǎn)為流量的源節(jié)點(diǎn)及目的節(jié)點(diǎn)，依據(jù)DetNet 用例標(biāo)準(zhǔn)[28]中的工業(yè)互聯(lián)通信流量特性指導(dǎo)，設(shè)置實(shí)驗(yàn)所用時(shí)間敏感流量數(shù)據(jù)包負(fù)載大小fi.S為100～ 4 500 B，發(fā)送周期fi.T為80～500 μs，為保證時(shí)間敏感流量調(diào)度驗(yàn)證的有效性，設(shè)置截止時(shí)間fi.Dmax小于該流的發(fā)送周期，則圖1中的時(shí)間敏感流f1可表示為元組{H1,H3,0,1 000B,150μs,120 μs,5μs} 。網(wǎng)絡(luò)中的物理傳輸鏈路的時(shí)間粒度和速度分別為1 μs 和1 Gbit/s。

為驗(yàn)證本文提出的聯(lián)合CF 路由調(diào)度方法，在仿真實(shí)驗(yàn)中將CF 調(diào)度方法與動(dòng)態(tài)最短可用路徑（D/SAP,dynamic/shortest available path）方法[20]、動(dòng)態(tài)最小化鏈路最大占用（D/MM,dynamic/mini-max）方法[20]和實(shí)時(shí)路由調(diào)度（RTRS,real-time routing scheduler）方法[21]進(jìn)行對(duì)比。D/SAP 方法最小化時(shí)間敏感流量路由的鏈路數(shù)量；D/MM 方法旨在最小化網(wǎng)絡(luò)中的最大負(fù)載率，將鏈路負(fù)載較均勻地分布在所有鏈路上；RTRS 方法將流量按周期升序排列后，計(jì)算得到流量最壞端到端時(shí)延最小的路徑作為時(shí)間敏感流量路由。

3.2 不同網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下的性能驗(yàn)證

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多應(yīng)用于局域網(wǎng)，先前研究中多選取線形、環(huán)形和星形等工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的常見的簡(jiǎn)單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[25.29]，為驗(yàn)證本文方法在不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱?chǎng)景下的適用性，采用文獻(xiàn)[30-31]的拓?fù)漕愋停S機(jī)生成Barabási-Albert 網(wǎng)絡(luò)[32]和Erd?s-Rényi 網(wǎng)絡(luò)[33]進(jìn)行仿真驗(yàn)證，所需的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)如表1 所示。

表1 不同場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)

當(dāng)時(shí)間敏感流數(shù)量為10 和20 時(shí)，不同拓?fù)鋱?chǎng)景下不同調(diào)度方法的平均端到端時(shí)延如圖 7所示。從圖7 可以看出，采用D/SAP 方法的平均調(diào)度時(shí)延最大且拓?fù)溥m應(yīng)能力最差，在 ER2拓?fù)鋱?chǎng)景下流數(shù)量增加到20 條時(shí)，與其他拓?fù)鋱?chǎng)景的平均端到端時(shí)延差值最大高達(dá)77.3 μs。所提CF 調(diào)度方法表現(xiàn)出最優(yōu)的調(diào)度適應(yīng)能力，其可以根據(jù)時(shí)間敏感流量特性綜合時(shí)間和空間2 個(gè)維度以避免流間沖突，在表1 所示的4 種拓?fù)潋?yàn)證下，其平均端到端時(shí)延均保持在70 μs 以內(nèi)，整體時(shí)延浮動(dòng)均小于20 μs。而采用D/MM和RTRS 方法雖然可以平衡TSN 鏈路上傳輸?shù)臅r(shí)間敏感流數(shù)量分布，但調(diào)度過(guò)程中無(wú)法結(jié)合流量傳輸偏移時(shí)間及周期等時(shí)間敏感特性，且D/MM 方法對(duì)非對(duì)稱的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜拓?fù)載差異較大的流量感知能力較差，無(wú)法最大限度地避免流間沖突。

圖7 不同拓?fù)鋱?chǎng)景下不同調(diào)度方法的平均端到端時(shí)延

綜合以上4 種拓?fù)洵h(huán)境及流量調(diào)度時(shí)延可得，CF 調(diào)度方法的拓?fù)溥m應(yīng)能力最佳，相較于表現(xiàn)較好的RTRS 方法，CF 調(diào)度方法在時(shí)間敏感流數(shù)量為10 和20 時(shí)分別可以將平均端到端時(shí)延降低6.23%和24.07%，且當(dāng)流數(shù)量為20 并采用ER2拓?fù)溥M(jìn)行傳輸驗(yàn)證時(shí)，平均端到端時(shí)延降低37.55%。

因此，本文的聯(lián)合無(wú)沖突路由調(diào)度方法能在不同網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下降低時(shí)間敏感流量的調(diào)度時(shí)延，且不同網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下的端到端時(shí)延抖動(dòng)較小，具有較強(qiáng)的拓?fù)溥m應(yīng)能力。

3.3 不同流量規(guī)模下的性能驗(yàn)證

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)所應(yīng)用的工業(yè)控制、車載網(wǎng)絡(luò)等場(chǎng)景具有節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、鏈路交錯(cuò)等特性，為更好地驗(yàn)證本文所提出聯(lián)合路由規(guī)劃流量調(diào)度方法的有效性，應(yīng)選取多節(jié)點(diǎn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹１竟?jié)選取CEV（crew exploration vehicle）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋄34]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，CEV 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥鳛榈湫颓抑匾腡SN 應(yīng)用場(chǎng)景，已經(jīng)在多數(shù)TSN 時(shí)間敏感流量調(diào)度的相關(guān)研究[13,21]中作為實(shí)驗(yàn)測(cè)試拓?fù)?。CEV 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖8 所示，包括31 個(gè)終端節(jié)點(diǎn)和15 個(gè)交換節(jié)點(diǎn)，滿足聯(lián)合路由調(diào)度實(shí)驗(yàn)的拓?fù)涔?jié)點(diǎn)需求。

圖8 CEV 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.3.1不同流量規(guī)模對(duì)鏈路負(fù)載的影響

不同流量規(guī)模對(duì)鏈路負(fù)載的影響如表2 和表3所示。由于本文聯(lián)合路由調(diào)度的流量類型僅針對(duì)時(shí)間敏感流量，在實(shí)際的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，若時(shí)間敏感流量所占負(fù)載較高，則對(duì)其他類型的低優(yōu)先級(jí)流量的傳輸造成過(guò)多的時(shí)隙搶占，且無(wú)法保障時(shí)間敏感流量的交付質(zhì)量[35]，故TSN 的流量調(diào)度規(guī)劃應(yīng)在保障時(shí)延性能的前提下盡可能地預(yù)留更多的鏈路資源。

表2 最大鏈路負(fù)載率

表3 平均鏈路負(fù)載率

由表2 和表3 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，聯(lián)合無(wú)沖突路由調(diào)度方法相較于D/SAP 方法，最大鏈路負(fù)載率均有大幅度降低，當(dāng)流數(shù)量?jī)H為5 時(shí)，最大鏈路負(fù)載率由32.27%降低至16.27%，且隨著流數(shù)量增加，采用CF 調(diào)度方法的最大鏈路負(fù)載率增幅平穩(wěn)且較小。RTRS 和D/SAP 方法的鏈路負(fù)載率表現(xiàn)差于D/MM方法。當(dāng)流數(shù)量小于30 條時(shí)，聯(lián)合無(wú)沖突路由調(diào)度與D/MM 方法所產(chǎn)生的最大鏈路負(fù)載率和平均鏈路負(fù)載率相當(dāng)；當(dāng)流數(shù)量繼續(xù)增加時(shí)，聯(lián)合無(wú)沖突路由調(diào)度的最大鏈路負(fù)載率和平均負(fù)載率均低于D/MM 方法，當(dāng)流數(shù)量為40 時(shí)，最大鏈路負(fù)載率同比D/MM 方法降低了12.06%，原因是D/MM方法僅考慮鏈路數(shù)量及所流經(jīng)的時(shí)間敏感流量自身屬性，而聯(lián)合無(wú)沖突路由方法通過(guò)時(shí)間敏感流的周期及負(fù)載大小計(jì)算流間沖突并預(yù)估調(diào)度時(shí)延，從而在流數(shù)量較多時(shí)避免多條流量擁塞以優(yōu)化鏈路中流量分布。

在時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中分別選取20 條和40 條時(shí)間敏感流量進(jìn)行全局調(diào)度時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中所有活躍鏈路負(fù)載率累積分布函數(shù)如圖9 所示。與D/MM 方法一樣，采用聯(lián)合無(wú)沖突路由調(diào)度可使交換鏈路的最大負(fù)載率均保持在40%以下；且當(dāng)流數(shù)量由20 條增長(zhǎng)到40 條后，聯(lián)合無(wú)沖突路由調(diào)度方法可使全局98.9%的鏈路負(fù)載率仍保持在30%以下，整體鏈路負(fù)載并無(wú)較大變化，且相較于其他方法，網(wǎng)絡(luò)中的每條活躍鏈路的負(fù)載分布更加均衡。因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中流量規(guī)模增長(zhǎng)時(shí)，采用本文方法不會(huì)造成鏈路的瞬間擁塞，保證了流量部署的穩(wěn)定性。

圖9 活躍鏈路負(fù)載率累積分布函數(shù)

3.3.2不同流量規(guī)模對(duì)端到端時(shí)延的影響

本文已驗(yàn)證了采用本文方法所產(chǎn)生的鏈路負(fù)載性能可與D/MM 方法持平甚至更優(yōu)。由于D/MM 方法對(duì)流間沖突的感知能力較差，仍可能導(dǎo)致流間沖突影響調(diào)度時(shí)延性能。為了探究本文方法在不同流量規(guī)模下對(duì)流量端到端時(shí)延的影響，本節(jié)在CEV 拓?fù)湎买?yàn)證了4 種方法的平均和最壞端到端時(shí)延，結(jié)果如圖10 和圖11 所示。采用RTRS、D/SAP 和D/MM 方法時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)中流量規(guī)模的增大，新增加流量的部署難度增加越來(lái)越大。在時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)部署中的流量逐漸增加到40 條的過(guò)程中，采用聯(lián)合無(wú)沖突路由調(diào)度的方法所產(chǎn)生的平均端到端時(shí)延可以在60 μs 內(nèi)小幅度平穩(wěn)增長(zhǎng)，最大波動(dòng)僅為6.03%，最壞端到端時(shí)延增長(zhǎng)波動(dòng)也僅為7.18%。表現(xiàn)次優(yōu)的D/MM 方法產(chǎn)生了最大為15.12%的平均端到端時(shí)延增長(zhǎng)波動(dòng)和13.83%的最壞端到端時(shí)延增長(zhǎng)波動(dòng)。采用D/SAP 方法產(chǎn)生的平均及最壞端到端時(shí)延波動(dòng)則達(dá)到了22.46%和26.40%。當(dāng)流數(shù)量小于20 條時(shí)，RTRS 方法調(diào)度時(shí)延性能略優(yōu)于D/MM 方法，但隨著流數(shù)量的增加，RTRS 方法會(huì)影響后續(xù)流量的時(shí)延性能，故不適用于時(shí)間敏感流數(shù)量較多的場(chǎng)景。

圖10 平均端到端時(shí)延

圖11 最壞端到端時(shí)延

顯然，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中部署的時(shí)間敏感流量規(guī)模增長(zhǎng)時(shí)，采用本文方法進(jìn)行流量調(diào)度所產(chǎn)生的平均和最壞端到端時(shí)延增長(zhǎng)平穩(wěn)，故相較于其他方法所產(chǎn)生的大幅度波動(dòng)時(shí)延增長(zhǎng)，本文方法可以在不同規(guī)模的時(shí)間敏感流量下實(shí)現(xiàn)部署調(diào)度的低時(shí)延穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中時(shí)間敏感流量的調(diào)度與路由分離問(wèn)題，采用時(shí)空聯(lián)合規(guī)劃的思想，提出了一種聯(lián)合無(wú)沖突路由規(guī)劃的調(diào)度方法，時(shí)間上基于時(shí)分多址的技術(shù)建立時(shí)間敏感流量的調(diào)度約束模型，空間上結(jié)合時(shí)間敏感流量調(diào)度特性，為時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合路由規(guī)劃調(diào)度提供了新的解決思路。在不同網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景和不同流量規(guī)模下進(jìn)行流量調(diào)度驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提的聯(lián)合無(wú)沖突路由調(diào)度方法能適應(yīng)不同類型的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱?chǎng)景，與現(xiàn)有的最短路徑優(yōu)先和負(fù)載均衡路由調(diào)度方法相比，可以實(shí)現(xiàn)全局時(shí)間敏感流量部署的低時(shí)延穩(wěn)定傳輸。

后續(xù)工作中，為實(shí)現(xiàn)TSN 中多類型流量的融合增量傳輸，可以嘗試在待完善的時(shí)間敏感數(shù)據(jù)集標(biāo)準(zhǔn)下調(diào)整評(píng)估函數(shù)，設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)資源利用的優(yōu)化方案并得到全局網(wǎng)絡(luò)門控的配置。