10、汽车CPS的实时TSN调度

汽车CPS的实时TSN调度

1. TSN流量调度概述

在解决控制器 - 网络协同设计问题时，我们可以先从单个TSN交换机的调度入手，后续再将其扩展到整个网络。为了便于分析问题本质，我们做了一些理想化假设：
- 队列深度足够，不会出现流量溢出的情况。
- 通信信道无错误，且传输速率恒定。

在实际应用中，对这些假设进行调整所需的修改非常有限，后续会进一步探讨。网络中的流量主要分为两种基本类型：
|流量类型|描述|
| ---- | ---- |
|调度流量|有一定服务质量（QoS）要求|
|非调度流量|无严格时间要求，使用关键流量剩余的带宽尽力传输|

TSN具备时间同步和时分传输功能，可通过全局配置列表（GCL）实现全局调度。不过，随着网络复杂度增加和数据包增多，手动设计调度方案变得不切实际。因此，我们在考虑控制系统的情况下，为TSN制定了调度策略，旨在减少数据包（包括控制任务发送的数据包）的阻塞，提高调度性和控制性能。同时，我们还引入了细粒度的响应时间分析方法，用于界定单个Qbv交换机中数据包的最坏情况延迟。

1.1 系统模型

系统包含N个周期性数据包，用集合 $\Gamma = {\tau_1, \tau_2, \ldots, \tau_N}$ 表示，其中包括控制数据包 $\Gamma_c$ 和非控制数据包 $\Gamma_{nc}$。每个数据包 $\tau_i$ 可建模为一个7元组 ${L_i, C_i, T_i, D_i, P_i, R_i, \Lambda_i}$，具体含义如下：
- $L_i$：数据包的最坏情况长度。
- $C_i$：传输时间，$C_