开题报告

学院必三|I号号I报告日期2021年11月20日论文（设计）题目基于改进CQFi英型的TSN资源调度算法的研究指导教师2019年11月20日至2020年5月20日（共16周）-、论文（设计）研究背景与意义工业控制网络和5G网络中包括时间敏感流、带宽约束型流量和Best-Effort流量，其中优先级最高的时间敏感流通常具有周期性的特点，对端到端延迟和抖动有着严格的要求，延迟通常在毫秒级别例如在能源开采应用中，网络时延在250M〜1ms之间，抖动不能超过1尔.如果不能保证服务质量，整个生产过程就会失败，甚至导致系统瘫痪因此，保证时间敏感流量的服务质量对系统的安全稳定运行至关重要标准以太网是竞争性网络，数据传输由于排队等因素具有不确定性，只能提供尽力而为的服务，无法保证时间敏感流的服务质量IEEE

802.1时间敏感网络任务组提出的实时以太网技术一一时间敏感网络（TSN）利用全局时间同步、确定性分组转发、帧复制及冗余消除等技术为时间敏感流提供低延迟、低抖动的确定性传输服务，目前已经逐渐应用到工业控制领域和5G网络中.保证TSN性能的关键在于时间同步和资源调度，时间同步是保证服务质量的前提，资源调度是实现确定性传输的关键目前时间同步已有详细的标准及算法，而资源调度在不同的调度模型和应用中存在很大差异随着网络规模不断增长、应用需求愈发复杂，研究高效的TSN资源调度算法对TSN的大规模应用具有重要意义

二、国内外发展现状IEEE于2002年发布了IEEE1588精确时钟同步协议2005年，IEEE

802.1成立了IEEE

802.1AVB工作组，开始制定基于以太网架构的音频/视频传输协议集，用于解决数据在以太网中的实时性、低延时以及流量整形的标准，同时又确保与以太网的兼容性AVB引起了汽车工业、工业领域的技术组织及企业的关注其成立了TSN工作组，进而开发了时钟同步、流量调度、网络配置系列标准集在这个过程中，由AVnu、IIC、OPCUA基金会等组织共同积极推进TSN技术的标准工业领域的企业（包括BR、TTTech、SEW、Schneider等）着手为工业领域的严格时间任务制定整形器，成立了整形器工作组，并于2016年9月在维也纳召开了第一次整形器工作组会议然后，有更多的企业和组织（包括德国工业

4.0组织LNI、美国工业互联网组织HC、中国的边缘计算产业联盟ECC、工业互联网产业联盟All等）加入TSN技术的研究，并构建了多个测试床2019年，IEC与IEEE合作成立IEC60802工作组，并在日本召开了第一次工作组会议，以便工业领域的TSN开发可以实现底层的互操作同时，在OPCUA基金会也成立了（fieldlevelcommunicationFLC工作组，将TSN技术与OPCUA规范融合，以提供适用于智能制造、工业互联网领域的高带宽、低延时、语义互操作的工业通信架构资源调度是保证TSN服务质量的关键技术之一现有的资源调度模型主要包括TTTech公司提出的时间触发以太网time-triggeredEthernetTTEthernet中的交换模型和TSN中的时间感知的整形器timeawareshaperTASTTEthernet根据静态的调度表scheduletable对时间敏感流进行逐跳的转发控制TAS的原理类似于TTEthernet中的调度表，但TTEthernet调度的粒度是数据流，而TAS调度的粒度则是队列控制平面的调度算法包括SMTSolver.OMTSolver、ILPSolver和禁忌搜索算法等，这些算法虽然能够得到可行的调度方案，但是逐跳地分配链路资源的计算复杂度通常较高为了降低复杂度，通过对TAS进行简单配置，提出了循环队列转发模型CQF.CQF根据奇偶时隙进行队列切换，每个时隙只有一个队列能够传输报文，另一个队列用于接收报文.目前缺乏基于CQF模型的资源调度算法.

三、论文的主要内容与章节安排章节安排如下第一章绪论主要介绍课题研究的背景与意义，分析了TSN相较于传统以太网的技术优势，以及资源调度在TSN当中的关键性对其在国内外的发展现状进行说明，最后阐述文章的主要内容以及章节安排第二章算法设计理论基础详细介绍CQF模型的组成以及数据传输方式，为SSA算法的设计做基础第三章系统模型构造资源调度模型，分析资源调度的过程与方式，提出数据流传输的约束条件第四章算法设计根据资源调度模型和约束条件设计算法第五章算法的实验评估与测试第六章总结与展望

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