申请/专利权人：北京航空航天大学

申请日：2021-09-28

公开（公告）日：2022-08-05

公开（公告）号：CN113783756B

主分类号：H04L43/08

分类号：H04L43/08;H04L43/0852;H04L43/0876;H04L41/142;H04L47/22;H04L47/21;H04L67/12

优先权：["20200929 CN 2020110508881"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.08.05#授权;2021.12.28#实质审查的生效;2021.12.10#公开

摘要：本发明公开了一种基于CBS整形机制的流量排队的网络性能评估方法，该方法是对建设中的TSN网络进行网络性能评估。本发明分析了CBS整形机制对流量传输产生的约束作用，针对TSN网络基于TAS机制进行CDT类型流量的发送，将CDT类型流量分配的时间槽考虑为漏桶模型，经构建的CBS整形机制下ClassA与ClassB类型流量的到达曲线和网络节点的服务曲线，分别计算了ClassA与ClassB类型流量的最大延迟值，以及ClassA与ClassB类型流量排队时队列的最大积压量。通过本发明方法，能够降低CBS整形机制下流量排队造成的网络延迟，从而为建设中的TSN网络的优化提供指导。

主权项：1.一种基于CBS整形机制的流量排队的网络性能评估方法，其特征在于包括有下列步骤：步骤一：建立网络节点基于CBS整形机制的服务曲线模型；步骤101：从航空电子全双工交换式以太网中获取调度信息；从调度表中提取运行时间t、时间窗口长度信息LT、类型流量TrafficClass和类型流量的优先级PTC构成一条调度信息，记为MM＝t，LT，TrafficClass，PTC；所述类型流量的优先级PTC的排序为：CDT类流SR_A类流SR_B类流BE类流；由于调度表中的类型流量具有优先级关系，最高优先级的CDT类流和最低优先级的BE类流会影响SR_A类流和SR_B类流在网络中的传输行为，该传输行为将影响SR_A类流和SR_B类流在网络中的性能评估结果，只针对SR_A类流和SR_B类流进行下述分析；步骤102，依据漏桶模型获取CDT类型流量的流量到达曲线；根据CDT类型流量发送所分配的时间槽，计算漏桶模型下CDT类型流量的到达曲线为αCDTt＝bCDT+rCDTt，且bCDT＝rCDT×T0；αCDTt表示CDT类型流量的到达曲线；bCDT表示将发送CDT类型流量的时间槽考虑为漏桶模型下的最大稳定速率；rCDT表示将发送CDT类型流量的时间槽考虑为漏桶模型下的最大突发量；C表示网络链路带宽；T0表示GCL调度表中属于CDT类型流量的时间槽长度；T2表示GCL调度表中保护带的时间长度；TTAS表示GCL调度表运行的循环周期时间长度；步骤103，计算ClassA类型流量的信用量；ClassA类型流量的经历时间的总长度为则ClassA类型流量的信用量满足公式CRE_A＝CreditAt-CreditAs，以及CDT类型流量满足条件将ClassA类型流量的上升阶段的信用量，记为将ClassA类型流量的下降阶段的信用量，记为ΔtA表示ClassA类型流量经历时间的总长度； 表示ClassA类型流量的信用量上升时的时间段总长度； 表示ClassA类型流量的信用量冻结时的时间段总长度； 表示ClassA类型流量的信用量下降时的时间段总长度；CRE_A表示ClassA类型流量的信用量；CreditAt表示ClassA类型流量的输出时信用量；CreditAs表示ClassA类型流量在输入时信用量； 表示ClassA类型流量信用量的增加速率； 表示ClassA类型流量信用量的减少速率；步骤104，计算ClassA类型流量的流量值；在区间为[s,t]的时间段内，可以计算网络节点上传输服务ClassA类型流量的流量值为OO_A＝OAt-IAs，且OO_A表示网络节点上传输服务ClassA类型流量的流量值；OAt表示ClassA类型流量经过网络节点的输出时累积函数；IAs表示ClassA类型流量经过网络节点的输入时累积函数；初始时，所述IAs赋值为0；步骤105，计算ClassB类型流量的信用量；ClassB类型流量的经历时间的总长度为则ClassB类型流量的信用量满足公式CRE_B＝CreditBt-CreditBs，以及CDT类型流量满足条件将ClassB类型流量的上升阶段的信用量，记为将ClassB类型流量的下降阶段的信用量，记为ΔtB表示ClassB类型流量经历时间的总长度； 表示ClassB类型流量的信用量上升时的时间段总长度； 表示ClassB类型流量的信用量冻结时的时间段总长度； 表示ClassB类型流量的信用量下降时的时间段总长度；CRE_B表示ClassB类型流量的信用量；CreditBt表示ClassB类型流量的输出时信用量；CreditBs表示ClassB类型流量在输入时信用量； 表示ClassB类型流量信用量的增加速率； 表示ClassB类型流量信用量的减少速率；步骤106，计算ClassB类型流量的流量值；在区间为[s,t]的时间段内，可以计算网络节点上传输服务ClassB类型流量的流量值为OO_B＝OBt-IBs，且OO_B表示网络节点上传输服务ClassB类型流量的流量值；OBt表示ClassB类型流量经过网络节点的输出时累积函数；IBs表示ClassB类型流量经过网络节点的输入时累积函数；初始时，所述IBs赋值为0；步骤107，计算ClassA类型流量的最大信用量；计算ClassA类型流量的信用量最大值为 表示ClassA类型流量信用量的最大值；L0表示BE类型流量的最大数据帧长；步骤108，计算ClassB类型流量的最大信用量；计算ClassB类型流量的信用量最大值为 表示ClassB类型流量信用量的最大值；LA表示ClassA类型流量的最大数据帧长；步骤109，获取ClassA类型流量服务曲线；计算了ClassA类型流量服务曲线中的初始延迟TA和服务速率RA，最终得到了ClassA类型流量服务曲线的形式为βAt＝RA×t-TA，其中上角标A代表ClassA类型流量的标识符号；βAt表示ClassA类型流量的服务曲线；RA表示ClassA类型流量服务曲线中的服务速率；t表示运行时间；TA表示ClassA类型流量服务曲线中的初始延迟；C表示网络链路带宽； 表示ClassA类型流量信用量的增加速率；L0表示BE类型流量的最大数据帧长；rCDT表示将发送CDT类型流量的时间槽考虑为漏桶模型下的最大突发量；bCDT表示将发送CDT类型流量的时间槽考虑为漏桶模型下的最大稳定速率；步骤110，获取ClassB类型流量服务曲线；计算了ClassB类型流量服务曲线中的初始延迟TB和服务速率RB，最终得到了ClassB类型流量服务曲线的形式为βBt＝RB×t-TB，其中上角标B代表ClassB类型流量的标识符号；βBt表示ClassB类型流量的服务曲线；RA表示ClassB类型流量服务曲线中的服务速率；t表示运行时间；TB表示ClassB类型流量服务曲线中的初始延迟；C表示网络链路带宽； 表示ClassA类型流量信用量的增加速率； 表示ClassA类型流量信用量的减少速率； 表示ClassB类型流量信用量的增加速率；L0表示BE类型流量的最大数据帧长；LA表示ClassA类型流量的最大数据帧长；rCDT表示将发送CDT类型流量的时间槽考虑为漏桶模型下的最大突发量；bCDT表示将发送CDT类型流量的时间槽考虑为漏桶模型下的最大稳定速率；步骤二：建立网络流量的到达曲线模型；调度表中提取的类型流量至少具有流周期和流帧长的两个特征属性；步骤201，获取ClassA类型流量的到达曲线；根据ClassA类型流量的特征属性，即ClassA类型流量的流周期和流帧长以及网络链路速率C，建立的ClassA类型流量的到达曲线为步骤202，获取ClassA类型流量的聚合到达曲线；ClassA类型流量的流总条数，记为M；任意一条流标记为i，且i＝1，2，…，M；当第i条的ClassA类型流量在网络节点中聚合时，则ClassA类型流量的流量聚合到达曲线为步骤203，获取ClassB类型流量的到达曲线；根据ClassB类型流量的特征属性，即ClassB类型流量的周期和帧长以及网络链路速率C，建立的ClassB类型流量的到达曲线为步骤204，获取ClassB类型流量的聚合到达曲线；ClassB类型流量的流总条数，记为N；任意一条流标记为j，且j＝1，2，…，N；当第j条的ClassB类型流量在网络节点中聚合时，则ClassB类型流量的流量聚合到达曲线为步骤205，获取ClassA类型流量的整形到达曲线；CBS整形机制对ClassA类型流量传输的约束作用体现在ClassA类型流量输出至下一跳网络节点的上包络到达曲线上，并考虑TAS机制下为进行CDT类型流量发送所分配的时间槽，得到ClassA类型流量的整形到达曲线；ClassA类型流量的整形到达曲线为最终建立ClassA类型流量在TSN网络中的到达曲线为 表示ClassA类型流量的整形到达曲线； 表示ClassA类型流量可持续发送的最大平均传输速率； 表示ClassA类型流量可持续发送的最大突发量；αAt表示ClassA类型流量的到达曲线；所述的所述的 表示ClassA类型流量可进行持续发送的周期时间长度；tA表示ClassA类型流量可持续发送的最大时间；t0表示BE类型流量的最大帧长数据的传输时间；L0表示BE类型流量的最大数据帧长；LA表示ClassA类型流量的最大数据帧长；步骤206，获取ClassB类型流量的整形到达曲线；CBS整形机制对ClassB类型流量传输的约束作用体现在ClassB类型流量输出至下一跳网络节点的上包络到达曲线上，并考虑TAS机制下为进行CDT类型流量发送所分配的时间槽，得到ClassB类型流量的整形到达曲线；ClassB类型流量的整形到达曲线为最终建立ClassB类型流量在TSN网络中的到达曲线为 表示ClassB类型流量的整形到达曲线； 表示ClassB类型流量可持续发送的最大平均传输速率； 表示ClassB类型流量可持续发送的最大突发量；αBt表示ClassB类型流量的到达曲线；所述的所述的 表示ClassB类型流量可进行持续发送的周期时间长度；tB表示ClassB类型流量可持续发送的最大时间；t0表示BE类型流量的最大帧长数据的传输时间；L0表示BE类型流量的最大数据帧长；LA表示ClassA类型流量的最大数据帧长；LB表示ClassB类型流量的最大数据帧长；步骤三：评估网络节点的网络性能；步骤301，计算ClassA类型流量的到达曲线与服务曲线的最大水平距离和最大垂直距离；针对ClassA类型流量，利用服务曲线βAt和到达曲线αAt，能够计算得到ClassA流量排队的最大延迟值为hA，且即到达曲线与服务曲线的最大水平距离；δ表示[s,t]时间段中的任意一个时刻；τ表示到达曲线与服务曲线相等时的最小时间差；αAδ表示ClassA类型流量的到达曲线在δ时刻的取值；βAδ+τ表示ClassA类型流量的服务曲线在δ+τ时刻的取值；sup是个数学计算符，表示函数的上确界；inf是个数学计算符，表示函数的下确界；针对ClassA类型流量，利用服务曲线βAt和到达曲线αAt，能够计算得到ClassA流量排队的最大积压量为vA，且即到达曲线与服务曲线的最大垂直距离；γ表示[s,t]时间段中的任意一个时刻，时刻δ与时刻γ不是同一时刻；αAγ表示ClassA类型流量的到达曲线在γ时刻的取值；βAγ表示ClassA类型流量的服务曲线在γ时刻的取值；步骤302，计算ClassB类型流量的到达曲线与服务曲线的最大水平距离和最大垂直距离；针对ClassB类型流量，利用服务曲线βBt和到达曲线αBt，能够计算得到ClassB流量排队的最大延迟值为hB，且即到达曲线与服务曲线的最大水平距离；αBδ表示ClassB类型流量的到达曲线在δ时刻的取值；βBδ+τ表示ClassB类型流量的服务曲线在δ+τ时刻的取值；针对ClassB类型流量，利用服务曲线βBt和到达曲线αBt，能够计算得到ClassB流量排队的最大积压量为vB，且即到达曲线与服务曲线的最大垂直距离；αBγ表示ClassB类型流量的到达曲线在γ时刻的取值；βBγ表示ClassB类型流量的服务曲线在γ时刻的取值。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京航空航天大学 一种基于CBS整形机制的流量排队的网络性能评估方法

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