一种用于车载TSN网络的动态调度与路由方法和系统

本发明涉及车载网络通讯，具体涉及一种用于车载tsn网络的动态调度与路由方法和系统。

背景技术：

1、随着汽车电子的发展，自动驾驶(高级辅助驾驶)系统、智能座舱系统的出现使得传统车载网络在带宽和线束等方面的瓶颈凸显，车载网络不仅要处理车载传感器产生的大量不可或缺的数据，还要利用来自其他车辆、路边单元(rsu)等的数据，管理混合关键数据需要在车载网络(ivn)基础设施内进行智能的时间敏感调度和路由，与自适应性(包括车辆通信)、嵌入式虚拟化相关的异常情况需要在运行时改变ivn的配置，最先进的ieee时间敏感网络(tsn)标准在处理运行时重配置方面面临着严峻的挑战，尤其是在实时变动的组网路条件下，需要在已运行的静态调度基础上为某些动态流量找到最合适的调度和路由，来实现汽车应用可以动态重新配置的功能，以满足不断发展的新功能的要求。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是如何在车载通讯网络中对动态网络的路由和调度进行优化。

2、根据第一方面，一种实施例中提供一种用于车载tsn网络的动态调度与路由方法,所述动态调度与路由方法包括：

3、将所述车载tsn网络拓扑建模为无权重的有向图模型g<α,β>；其中，α表示为所述以太网络节点的集合，β表示为与两个所述总线网络连接的链路端点之间的链路集合；

4、将所述车载tsn网络拓扑传输数据流集合fa转换为所述有向图模型g<α,β>的二进制装箱问题；其中，所述数据流集合fa中每个元素在所述车载tsn网络的传输过程，在所述有向图模型g<α,β>中定义具有d维的资源需求向量的传输流，d的数值与对应所述数据流集合fa中这个元素的出口端和入口端之间不同传输路径的数量相关；所述数据流集合fa中每个元素对应的所述传输流在所述有向图模型g<α,β>中的传输发生在不同的冗余路径上时，则该传输流包括至少两个资源需求向量，每个不同的所述冗余路径上至少经过两个所述以太网络节点；

5、应用一预设装箱算法获取所述车载tsn网络拓扑传输数据流集合fa中任一个元素对应的在所述有向图模型g<α,β>中所述传输流每个维度的向量值；

6、依据所述传输流的每个维度的向量值选取对应所述车载tsn网络拓扑传输数据流集合fa中该元素的传输路径。

7、一实施例中，所述预设装箱算法为启发示算法。

8、一实施例中，所述依据所述传输流的每个维度的向量值选取对应所述车载tsn网络拓扑传输数据流集合fa中该元素的传输路径，包括：

9、依据对应所述传输流的向量值中最小的作为对应所述车载tsn网络拓扑传输数据流集合fa中该元素的传输路径。

10、一实施例中，所述动态调度与路由方法还包括：

11、当所述车载tsn网络接收到的新传输任务时，将所述车载tsn网络的原运行配置表更新为新运行配置表；所述原运行配置表用s表示，所述新运行配置表用s＇表示，则：

12、s≡(f,d,bs)；

13、s＇≡(f＇,d＇,bs＇)；

14、其中，f和f＇分别表示车载tsn网络中的原配置流量集和新配置流量集,d和d＇分别表示将流量映射到车载tsn网络的原出口端口集和新出口端口集，bs和bs＇分别表示原运行配置表和新运行配置表的二进制装箱状态；

15、所述将所述车载tsn网络的原运行配置表更新为新运行配置表，包括：

16、获取原运行配置表s、预插入数据流集合fa和待删除数据流集合fb；

17、从所述原运行配置表s中的车载tsn网络中的配置流量f集移除待删除数据流集合fb；

18、依据一预设约束条件，依次将预插入数据流集合fa中的每个元素及对应的出口端口分别添加到原运行配置表s中的原配置流量集f和原出口端口集d中，以获取新运行配置表s＇中的新配置流量集f＇和新出口端口集d＇；

19、对新配置流量集f＇中每个元素重新计算在所述有向图模型g<α,β>中的二进制装箱状态，以获取新运行配置表的二进制装箱状态bs＇；

20、实现将所述车载tsn网络的原运行配置表s更新为新运行配置表s＇。

21、一实施例中，当所述车载tsn网络拓扑传输数据流集合fa时，设定所述有向图模型g<α,β>中的模型参数包括源节点srcj、目标节点dstj是，周期性tj、数据流wj；

22、数据流wj用于表示数据流集合fa中的一个元素；

23、源节点srcj用于表示与发出所述数据流wj的所述总线网络连接的链路端点；

24、目标节点dstj用于表示与接收所述数据流wj的所述总线网络连接的链路端点；

25、周期性tj用于表示所述数据流wj在所述以太网络传输的时间值，其中，每个所述以太网络设置有最大周期tmax和最小周期tmin。

26、一实施例中，所述预设约束条件包括容量约束、实例约束、路径约束、周期约束和/或延迟约束；

27、所述容量约束用于确保在将流量放置在装箱维度中时，每个装箱维度的容量不应超过限制；所述实例约束指必须满足在最大传输周期内出现的流量数量；所述路径约束是指在所有可能路径中只能选择一条路径；所述周期约束是指根据周期性来放置流量的其他实例；所述延迟约束指必须满足流量的提供的延迟要求。

28、一实施例中，所述将所述车载tsn网络拓扑传输数据流集合fa转换为所述有向图模型g<α,β>的二进制装箱问题，包括：

29、将所述车载tsn网络拓扑传输数据流集合fa定义为所述有向图模型g<α,β>中所述传输流具有d维度资源需求向量的传输流；所述资源需求向量用于告知所述车载tsn网络所需的出口端；其中，所述车载tsn网络所需的出口端为所述有向图模型g<α,β>中模型参数的目标节点dstj。

30、一实施例中，所述将所述车载tsn网络拓扑传输数据流集合fa转换为所述有向图模型g<α,β>的二进制装箱问题，还包括：

31、所述资源需求向量的传输流的大小由传输时间来定义，且在每个维度上都相同。

32、根据第二方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如第一方面所述的动态调度与路由方法。

33、根据第三方面，一种实施例中提供一种用于车载tsn网络的动态调度与路由系统，用于应用如地方面所述的动态调度与路由方法，所述动态调度与路由系统包括：

34、建模模块，用于将车载tsn网络拓扑建模为无权重的有向图模型g<α,β>；其中，α表示为所述以太网络节点的集合，β表示为与两个总线网络连接的链路端点之间的链路集合；所述车载tsn网络包括至少一个以太网络和至少两个总线网络，每个所述总线网络之间通过所述以太网络进行信息交互；所述以太网络包括至少两个具有交换能力的以太网络节点，每个所述以太网络节点包括至少两个链路端点，每个所述链路端点与一个所述总线网络或另一个所述以太网络节点连接；

35、装箱转换模块，用于将所述车载tsn网络拓扑传输数据流集合fa转换为所述有向图模型g<α,β>的二进制装箱问题；其中，所述数据流集合fa中每个元素在所述车载tsn网络的传输过程，在所述有向图模型g<α,β>中被定义为具有d维资源需求向量的传输流，其中，d的数值与对应所述数据流集合fa中这个元素的出口端和入口端之间不同传输路径的数量相关；所述数据流集合fa中每个元素对应的所述传输流在所述有向图模型g<α,β>中的传输发生在不同的冗余路径上时，则该传输流包括至少两个资源需求向量，每个不同的所述冗余路径上至少经过两个所述以太网络节点；

36、向量运算模块，用于应用一预设装箱算法获取所述车载tsn网络拓扑传输数据流集合fa中任一个元素对应的在所述有向图模型g<α,β>中所述传输流每个维度的向量值；

37、路径设定模块，用于依据所述传输流的每个维度的向量值选取对应所述车载tsn网络拓扑传输数据流集合fa中该元素的传输路径。

38、据上述实施例的网络动态调度与路由方法，将车载tsn网络中的调度与路由转换为有向图模型中的二进制装箱问题，使得用于网络调度与路由的计算更简单，路径设计更合理。