超周期级资源预留对时间触发以太网的吞吐量增益
网络与互联网体系结构
2025-06-16 v1
摘要
时间触发通信是许多安全关键系统的关键技术，应用涵盖航空航天和工业控制等领域。此类通信依赖时间触发流，每个流由来自源节点并目的节点为特定节点的周期性数据包组成。每个数据包需要在其截止时间前到达目的地。不同流可以具有不同的周期长度。为实现时间触发流的确定性传输，现有方法约束一个流的包沿相同路径循环传输。在这种固定周期调度（FCS）下，不同周期长度的流在共享链路上的资源预留可能不兼容，限制了可容许流的总数。考虑不同流的周期长度，超周期长度等于它们的最小公倍数（LCM），它决定了检查不同流调度兼容性的时间跨度。在本文中，我们提出了一种更灵活的调度方案——超周期级灵活调度（HFS）方案，其中流的资源预留可以在超周期内的不同周期间变化。HFS通过提供更多调度选项，在与现有时间触发以太网系统完全兼容的前提下显著增加了可容许流的数量。我们从理论上证明，HFS相对于FCS可能带来的容量增益是无界的。我们将HFS下的联合路径查找与调度问题建模为整数线性规划（ILP）问题，并证明其为NP难问题。为高效求解HFS，我们进一步提出最小负载优先启发式算法（HFS-LLF），将HFS求解为一系列最短路径问题。大量研究表明，HFS可容许的流数量可达FCS的6倍。此外，我们提出的HFS-LLF运行速度比使用通用求解器求解HFS快104倍。
引用
@article{arxiv.2506.11745,
title = {The Throughput Gain of Hypercycle-level Resource Reservation for Time-Triggered Ethernet},
author = {Peng Wang and Suman Sourav and Binbin Chen and Hongyan Li and Feng Wang and Fan Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.11745},
year = {2025}
}