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申请/专利权人：重庆邮电大学;国网湖北省电力有限公司电力科学研究院

摘要：本发明涉及一种时间敏感网络中时间触发流量的路由与调度方法、装置及可读存储介质，属于时间敏感网络领域，本发明针对时间敏感网络中的TT流和非TT流的传输特征，考虑因传输链路重叠造成的流量冲突问题和流量低时延、低抖动和高可靠的传输要求，优先为不同周期的TT流计算端到端传输路径，最后为网络中的TT流计算调度方案，增加网络中能够容纳TT流的数量，提升网络的调度能力。

主权项：1.一种时间敏感网络中时间触发流量的路由与调度方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：CNC根据链路发现协议发现TSN网络拓扑并抽象为网络有向图，利用Q学习算法，将所述网络有向图中的每个交换机节点作为状态，将每个交换机节点的邻接节点集合作为该交换机节点的动作空间，从而构建出TSN网络拓扑的二维Q值矩阵并将其初始化；S2：CNC获取各个终端设备通过CUC发送的TSN流的信息；S3：CNC根据获得的TSN流的信息计算所有TT流中任一两两TT流之间发生冲突的冲突系数，并将TT流按照冲突系数之和的大小进行排序；步骤S3中，存在TT流集合根据TT流的帧的大小si和发送周期p，CNC计算TT流集合中处于同一链路中两两TT流进行传输时可能发生冲突的程度，并用与之间的冲突系数Ci,j表示，其中i,j∈[0,n]且i≠j；冲突系数Ci,j定义为： 其中，与的最大公约数表示为当为1时，表征两条TT流在同一链路上传输时存在冲突，此时冲突系数为当不为1时，表征两条TT流在同一链路上传输时不存在冲突，其冲突系数为0；和分别为TT流和的帧大小，与分别为TT流和的传输周期；设网络需要调度n条TT流，计算与网络中其他n-1条TT流的冲突系数Ci,j，并分别将与TT流相关的冲突系数Ci,j进行求和，得到在该集合中每一条的冲突系数之和Ci： 按照从大到小的顺序，将TT流根据Ci进行排序，生成排序后的时间触发流集合冲突系数Ci计算与排序算法具体执行步骤如下：S31：输入初始TT流集合S32：遍历TT流集合中的第i条TT流在每一次遍历中计算并累加与网络中其他TT流的冲突系数Ci,j，得到所有的Ci；S33：获得所有的Ci后，选取TT流集合中的第1、第n和第n-12条TT流，求得三条流对应三个Ci之中的中位数作为TT流集合FTT的枢轴元素值pivkey；S34：基于快速排序算法，将Ci大于pivkey的放置在TT流集合的低位子集中，将Ci小于pivkey的放置在TT流集合的高位子集中，递归地，在pivkey元素两侧的TT流子集中，按照步骤S33的方法分别求得上一层排序后pivkey元素两侧TT流子集的pivkey，并继续将TT流根据Ci和pivkey大小关系进行排序，获得按照Ci从大到小排列的TT流集合；S35：输出排序后的TT流集合S4：CNC按照TT流按照冲突系数之和的大小的排序结果，根据任一两两TT流之间发生冲突的系数，确定每一TT流的源节点和目的节点，分别作为Q学习模型的初始状态和目标状态，利用所述Q学习模型的初始状态和目标状态更新二维Q值矩阵；根据各节点的邻接节点信息，计算网络中除源节点外其他节点距离目的节点的最短路径跳数；S5：CNC基于Q学习的路由算法对TSN网络中的状态信息进行转换，对二维Q值矩阵进行多层次更新，得到当前TT流从源节点到目的节点的最佳决策Q值矩阵；步骤S5中所述的CNC利用TSN网络中的状态信息的转换对二维Q值矩阵进行多层次更新，得到当前TT流从源节点到目的节点的最佳决策Q值矩阵，是通过基于Q学习的路由算法实现的，所述基于Q学习的路由算法具体包括以下步骤：S51：输入初始化的二维Q值矩阵；S52：设置初始化的最大回合数epsmax、学习率a、折扣因子γ、跳数权重系数ω1，带宽权重系数ω2和冲突度权重系数ω3；设置多个预设状态及预设状态对应的预设策略，每一预设策略包括预设执行动作；S53：确定当前回合数episodes是否小于epsmax，若小于则进入步骤S54，否则终止迭代；S54：CNC作为智能体，根据ε-greedy策略和当前状态St选择执行动作At，所述St和At分别为状态空间和动作空间中的一个常量；S55：执行动作后智能体状态转移到新的状态St+1，获得奖励rt，更新Q值矩阵；S56：判断当前状态是否目的状态，若是目的状态进入步骤S57，否则返回步骤S54；S57：回合数episodes＝episodes+1；S58：若Q值矩阵收敛则终止迭代，否则返回步骤S53；S6：CNC根据最佳决策Q值矩阵为所有TT流选择最优转发路径；S7：根据TT流的最优传输路径、时延和无冲突传输的情况，确定每一条TT流的最优调度门控列表；S8：CNC将最优调度门控列表配置到TSN交换机，并将流量起始传输时刻和最优调度门控列表通过CUC发送到TSN终端设备，以使TSN终端设备根据最优调度门控列表将业务数据发送至对应TSN交换机。

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