一种针对多样化现实世界TSN场景的性能平衡调度算法

《IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems》：A Performance-Balanced Scheduling Algorithm for Diverse Real-World TSN Scenarios

TSN通过调度机制实现低延迟和低抖动传输，但现有算法难以同时支持多路径、混合及多播流量，且平衡成功率、带宽利用率和计算开销困难。本文提出通用超低延迟零抖动调度模型，设计性能平衡算法通过联合路由提升成功率20%，混合调度提高带宽利用率18.3%，基于策略搜索降低计算开销至2分钟。

　　

摘要：

时间敏感网络（TSN）通过不同的流量调度机制实现了低延迟和低抖动的流量传输。然而，尽管基于这些机制开发了许多算法，但大多数算法无法同时支持多路径、混合和组播流量，而这些流量在现实世界场景中非常普遍。此外，对于这些算法来说，平衡成功率、带宽利用率和计算开销等性能指标仍然具有挑战性，这极大地限制了它们在各种TSN场景中的应用。为了解决这个问题，本文提出了一种通用的超低延迟和零抖动流量调度模型。基于该模型，本文进一步设计了一种性能平衡的算法。该算法通过联合路由和调度提高了流量调度的成功率，通过混合流量调度增加了网络带宽利用率，并通过基于策略的搜索实现了低计算开销。最后，广泛的实验表明，该算法能够在各种现实世界场景中有效平衡性能指标。在现实世界的流量负载下，该算法实现了较高的调度成功率（与非联合路由相比提高了[数学处理错误]20%），在混合流量存在的情况下提高了带宽利用率（比非混合流量调度提高了18.3%），并且计算开销较低（[数学处理错误]，仅需2分钟）。

引言

时间敏感网络（TSN）是一种基于标准以太网的先进实时以太网技术[1]。与传统以太网相比，TSN通过一系列流量调度机制（如时间感知整形器（TAS）和基于信用的整形器（CBS）[2]）实现了低延迟和低抖动的数据传输。TSN的这些能力确保了关键信号的确定性传输、实时协调控制以及高效的资源利用，使其特别适用于工业自动化、汽车和航空航天系统等实时应用[3]。