下一代車載時間敏感網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計與調(diào)度評估*

趙曉敏,王 騰，李宗輝，宮新樂，黃 晉，魏 鵬

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院,合肥 230009；2.北京交通大學(xué) 計算機與信息技術(shù)學(xué)院,北京 100044；3.清華大學(xué) 車輛與運載學(xué)院,北京 100084；4.天津市宇航智能裝備技術(shù)企業(yè)重點實驗室,天津 300451)

0 引 言

時間敏感網(wǎng)絡(luò)(Time-sensitive Networking,TSN)是由IEEE 802.1TSN小組制定的一系列基于以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。TSN通過一系列協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)提供高帶寬、低時延以及確定性的端到端服務(wù)[2]，因此有望成為滿足未來汽車通信架構(gòu)需求的首選技術(shù)。

目前TSN的標(biāo)準(zhǔn)化工作還未完成，仍有部分協(xié)議處于草案階段，而針對TSN的研究工作業(yè)已展開。Zhou等[3]擴展了IEEE802.1Qbv中基于可滿足性模理論(Satisfiability Modulo Theories,SMT)的門控制列表(Gate Control Lists,GCLs)調(diào)度模型并進行了評估，驗證了TSN在大數(shù)據(jù)流、確定性和低延遲需求的汽車網(wǎng)絡(luò)中的潛力。Dürr等[4]引入了無等待數(shù)據(jù)包調(diào)度問題(No-wait Packet Scheduling Problem,NW-PSP)對時間敏感網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)度進行建模，并將其映射到作業(yè)研究領(lǐng)域的一個著名問題——無等待車間調(diào)度問題(No-wait Job-shop Scheduling Problem,NW-JSP)，提出了一種禁忌搜索算法來高效地計算調(diào)度問題，并提出了一種調(diào)度壓縮技術(shù)來減少調(diào)度中的保護帶數(shù)量。Kim等[5]針對車內(nèi)實時數(shù)據(jù)傳輸提出了一種啟發(fā)式的TSN調(diào)度算法，包括一種數(shù)據(jù)流在鏈路上的分配方法和一種減少端到端時延的調(diào)整過程，能夠在可接受的時間內(nèi)生成調(diào)度時間表。

同時，TSN作為車載網(wǎng)絡(luò)也面臨一些挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代汽車是一個高度互聯(lián)的分布式系統(tǒng)，具有上百個電子控制單元(Electronic Control Unit,ECU)和2 000多個信號[6]，這些ECU和信號執(zhí)行各種汽車功能，如何保證在大量數(shù)據(jù)流的情況下網(wǎng)絡(luò)中不同應(yīng)用程序的實時要求，是TSN所面臨的主要挑戰(zhàn)。……