传输通信信号帧的方法、实体和程序技术

本发明专利技术涉及由分组交换网络中的通信实体实施的方法，通信实体包括传输通信信号帧的至少一个端口，该帧包括要在规定了流量整形的多个流中传输的第一类型帧(SF)；以及第二类型帧(UF)，针对第二类型帧(UF)未规定流量整形，各个帧能够被分段，以便仅传输第二类型帧的分段。通信实体存储第一类型帧的多个第一队列，第一队列(Qi)分别与多个流相关联；以及第二类型帧的至少一个第二队列(Qu)。该实体还调度第一类型帧的传输，并且在至少两个第一类型帧之间调度至少一个第二类型帧的至少一个分段的传输。为了决定仅传输第二类型帧的分段，通信实体确定：要传输的分段大小是否大于阈值以及第二类型帧剩余分段的大小是否大于阈值，否则阻止分段传输。

Method, entity and program of transmitting communication signal frame

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传输通信信号帧的方法、实体和程序
本专利技术涉及分组交换网络管理。
技术介绍
由于引入了第二层(Layer-2)特性(其允许控制数据的传输不受时延以及传送延迟变化的影响)，分组交换网络被越来越多地用于工业控制应用。例如，低时延采样数据、(闭环)控制以及图像流(例如图像处理)具有非常严格的时延要求。图像流及其相关处理作为控制回路的一部分，其要求要高于尽力而为传输(bestefforttransport)在融合网络中所能提供的要求。同时，尽力而为流(besteffortstream)是没有时间限制的，其为干扰流提供了恒定的源。已经逐步开发出解决方案，尤其是针对使交换式以太网适应工业现场总线(EtherCAT、EthernetPowerlink、TCnet、PROFINET等)要求的解决方案。所有这些解决方案都依赖于为调度流提供支持的标准以太网协议的特定补充。这些适应所使用的通用方案均是基于在时间窗中组织的传输多路复用，每个窗都被保留用于特定的流。根据应用的要求来确定时间窗的数量和重复频率。考虑到生成调度流的(工业控制)应用具有周期性的活动，因此，以周期性循环来组织传输多路复用。参照图1，各个循环包含被保留用于调度(低时延)帧SF传输的一系列时间窗STW，其余的传输机会则专用于未调度流。
技术实现思路
技术问题然而，一些其它控制应用具有较不严格的时延或抖动要求：例如，嵌入式机动车控制网络就是这些应用其中之一。在这些环境中，可以避免调度计算和流量源与网络同步所需的额外网络工程，但前提是所选择的流量管理方法要保证关键控制流的有限抖动、有界时延和零丢包(zero-packet-loss)。根据在整个网络中保留并且由源与网络协商的预定义数据速率的流量整形是一种非常适合于实现这些性能目标的技术。它提供了保证传输延迟界限和整形流之间公平性的手段。为了进一步减少由于整形流与未整形流之间的干扰而导致的潜在时延根源，还可以引入抢占机制。如图2所示，抢占会干预在未整形流传输机会与整形流传输机会之间的转换。尤其是在这种转换时，整形流传输机会SFTO的开始可能会与未整形流传输机会的结束重叠。在这种情况下，在未整形流的帧UF的当前传输结束之前，不能传输整形流的帧SF。仍然如图2所示，通过抢占未整形帧UF的剩余部分的传输机会，可以避免使整形流SF经受额外延迟。为了便于抢占操作，可以将未整形流的帧分段(如图2的下半部分所示，其中传输了frag#1)，这使得剩余分段(图2示例中的frag#2)的传输被延迟直至整形流的传输机会完成为止。到目前为止，为了在调度流和未调度流之间提供有效的相互配合，已经提出：第一类型的标准，如IEEE802.1Qbv，其规定了调度方案，该调度方案依赖于对不同类型的流(调度的和未调度的)保留时间窗；第二类型的标准，如IEEE802.3br和IEEE802.1Qbu，其规定了抢占方案，该方案指定了在所谓“快速(express)”帧的并发传输时应用于所谓“正常(normal)”帧的分段机制；这通常属于调度流。IEEE802.1Qbv基于周期性日历表，其中，每个条目都规定了为特定类别的流(例如，调度的或未调度的)的传输而保留的时间窗。然后这些标准提供了一个完整的框架，用于以最小时延传送周期性调度流，这与上面引用的工业标准提供的服务类似。在IEEE802.3br中规定的机制允许具有“快速”流量(这里是整形流)的MAC客户端在整形流量的传输机会开始之前抢占“正常”帧的传输(属于未整形流)。当属于整形流的帧被调度用于传输时，其可以被立即传输。此外，IEEE802.3br标准规定了正常帧的每跳(per-hop)分段和重组方案，其允许停止正常帧传输，从而给予快速帧传输机会。正常帧分段和快速帧是由其前导码长度和“帧开始定界符”字段来区分的。这允许在传输非快速帧(正常帧)之前不用等待太长的时隙，使得正常流的时延得以有限地增加，并且使得链路容量被更好地使用。需要注意的是，在任何时间(在同一链路上或在同一传输端口中)只能对单个正常帧进行分段。最小抢占分段大小为64个字节。因此，长度小于128个字节的分组不能被抢占，最终也不能被分段(最终不会让分段小于64字节)。此外，非最终分段的长度是8个字节的倍数。到目前为止，由于专用于正常(非快速)流的传输窗的开始和结束的准确时间的可用性，可以避免由于属于未调度流的干扰帧或分段而导致的剩余时延的增加。实际上，知道下一快速流量传输窗何时开始使得可以在不与快速流量传输窗发生重叠的情况下，选择要传输的正常帧或分段。然而，当由整形流或至少速率可控流来支持关键数据传输时(即使这种传输不需要超低时延)，并没有规定任何机制来保证这些流不会因为非关键帧或分段传输的干扰而经受额外时延。使用基于当前分段标准(IEEE802.3br和802.1Qbu)的最先进解决方案，整形流和未整形流的多路复用可以获得抢占的益处，但仍会由于属于未整形流的帧分段的传输而经受剩余时延。[解决问题的技术方案]本专利技术旨在改善这种情况。为此，本专利技术提出了由分组交换网络中的通信实体的计算机装置实施的方法，所述通信实体包括传输通信信号帧的至少一个端口，所述帧包括：-第一类型帧，要在规定了流量整形的多个流中传输第一类型帧，以及-第二类型帧，针对第二类型帧未规定流量整形，各个帧能够被分段，以便仅传输所述第二类型帧的分段。更具体地，通信实体存储第一类型帧的多个第一队列，所述第一队列分别与所述多个流关联；以及第二类型帧的至少一个第二队列。因此，通信实体可以调度第一类型帧的传输，并且在至少两个第一类型帧之间传输至少一个第二类型帧的至少一个分段。而且为此，为了决定传输仅第二类型帧的分段，通信实体可以进一步确定要传输的分段的大小是否大于阈值，以及所述第二类型帧的剩余分段的大小是否大于该阈值。否则，如果不满足这两个条件，则通信实体阻止分段传输。因此，由于本专利技术的实施，可以组织属于整形流的帧的传输(上述“第一类型”帧)，从而随着整形流的传输，动态地确定为整形流量保留的传输机会的开始时间和结束时间，并且为未整形分段或帧(前述“第二类型”帧)的传输机会提供时间边界。在可能的实施方式中，在先进先出型缓冲器中存储各个第一队列和第二队列，并且根据第一类型帧的特征，按照该第一类型帧所属的流来确定分配有第一类型帧的队列。通常，在帧的头部中给出的信息可以用于确定该帧的类型(属于整形流量或未整形流量)。此外，所述第一类型帧的特征可以包括其长度以及所述第一类型帧所属的流的当前速率。因此，可以计算传输第一类型帧的队列中的各个第一类型帧所花费的时间(通常通过将帧长度除以流速率来计算)，并且因此可以为第一类型帧调度各个传输时间。因此，在该实施方式中，通过比较处于各个第一队列头部的帧的调度传输时间(下文中记为TTTi)，可以选择属于整形流的帧以用于传输，选择与最小的调度传输时间(记为miniTTTi)相关联的帧作为传输的下一候选。在实施方式中，其中通信实体可以执行计时以确定当前时间，如果满足以下条件，通信实体从而可以实施所述下一候选的传输：-与所述下一候选相关联的调度传输时间小于或等于当前时间，并且-当前没有正在传输其它第一类型帧，并且-当前没有正在传输第二类型帧或分段。此外，通信实体可以确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由分组交换网络中的通信实体的计算机装置实施的方法，所述通信实体包括用于传输通信信号帧的至少一个端口，所述帧包括：将在被规定了流量整形的多个流中传输的第一类型帧(SF)，以及未被规定流量整形的第二类型帧(UF)，各个帧能够被分段以便仅传输所述第二类型帧的分段，其中，所述通信实体：存储：所述第一类型帧的多个第一队列，所述第一队列(Qi)分别与所述多个流相关联，以及所述第二类型帧的至少一个第二队列(Qu)，以及，调度第一类型帧的传输，以及在至少两个第一类型帧之间调度至少一个第二类型帧的至少分段的传输，并且其中，为了决定仅发送第二类型帧的分段，所述通信实体确定：要传输的分段的大小是否大于阈值(MinFragSize)，以及所述第二类型帧的剩余分段的大小是否大于所述阈值，否则阻止分段传输。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.22 EP 17305325.7;2018.01.26 JP PCT/JP2018/1.一种由分组交换网络中的通信实体的计算机装置实施的方法，所述通信实体包括用于传输通信信号帧的至少一个端口，所述帧包括：将在被规定了流量整形的多个流中传输的第一类型帧(SF)，以及未被规定流量整形的第二类型帧(UF)，各个帧能够被分段以便仅传输所述第二类型帧的分段，其中，所述通信实体：存储：所述第一类型帧的多个第一队列，所述第一队列(Qi)分别与所述多个流相关联，以及所述第二类型帧的至少一个第二队列(Qu)，以及，调度第一类型帧的传输，以及在至少两个第一类型帧之间调度至少一个第二类型帧的至少分段的传输，并且其中，为了决定仅发送第二类型帧的分段，所述通信实体确定：要传输的分段的大小是否大于阈值(MinFragSize)，以及所述第二类型帧的剩余分段的大小是否大于所述阈值，否则阻止分段传输。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一队列和所述第二队列中的每一个队列存储在先进先出型缓冲器(BUFF)中，并且其中，根据第一类型帧的特征，按照所述第一类型帧所属的流来确定所述第一类型帧被分配到的队列。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一类型帧的所述特征包括帧长度以及所述第一类型帧所属的流的当前速率，并且其中，计算传输所述第一类型帧的队列中的每一个第一类型帧要花费的时间，并且根据传输所述第一类型帧要花费的各个时间，为所述第一类型帧调度所述各个传输时间。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，通过比较处于各个第一队列头部的帧的调度传输时间(TTTi)来选择属于整形流的帧以用于传输，与最小的调度传输时...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·芒然，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP