一种无抖动链路层消息插入装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无抖动链路层消息插入装置及方法，在链路层数据正常发送且无实时消息数据发送需求时，链路层数据通过数据发送FIFO实现与发送端时钟的隔离。当数据边界检测模块检测到新的待发送数据帧边界后，将数据帧待发送状态信息发送至FIFO读取控制及发送模块，FIFO读取控制及发送模块向第一通道切换控制模块请求信道占用。如果信道空闲，将其分配给FIFO读取控制及发送模块，链路层数据直接从数据发送FIFO传输至FIFO读取控制及发送模块，再通过第一通道切换控制模块发送至物理层帧封装模块完成帧封装后经物理层链路对外发送。本发明专利技术能够解决TDM复用信道传输实时性和确定性要求高的信息时不确定性抖动的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种无抖动链路层消息插入装置及方法
本专利技术涉及数据通讯
，尤其是涉及一种应用于数据传输的无抖动链路层消息插入装置及方法。
技术介绍
在当前的通讯系统中，高优先级消息在通过链路层向下层传递时，若链路层存在未完成数据帧，则需要挂起当前数据帧等待高优先级消息发送完成后重新传输被挂起的数据帧。这种方式常常会造成之前传送的数据丢失，而当被挂起的数据帧等待较长时，对通讯效率的影响会极其严重。现有链路层传输一般采用两种方式来响应实时消息发送：第一种方式关注实时消息的实时性，采用抛弃现有帧，立即响应实时消息数据发送请求的方式，在实时消息数据发送完成后再整个帧从头开始重传的方式进行实时数据响应。这种方法将破坏正在发送的数据包，效率较低，尤其当信道正在发送较长帧数据时，如果在帧的最后阶段被实时消息打断时，数据重新传输带来的时间开销极大。第二种方式则关注信道利用的效率，因而其采用了挂起实时消息请求，待现有数据帧发送完成后再响应的缓冲等待方式进行实时消息响应。这种方式影响了实时消息的确定性，当正在发送的数据帧长度较长时，这种等待对于系统往往是难以容忍的。目前，在现有技术中，主要有以下技术方案与本专利技术申请相关：现有技术1为中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所于2016年12月12日申请，并于2018年08月28日公开，公开号为CN108462654A的中国专利技术申请《增强型GJB289A总线通信管理和调度方法》。该专利技术申请公开了一种对传统GJB289A总线通信管理和调度策略的一种改进方法，在传统GJB289A总线通信管理的基础上，增加对突发事件或消息的传输处理和调度。该总线通信管理和调度方法设计了三种消息队列：突发消息管理队列、网络管理消息队列、应用任务消息队列，在三个队列中突发消息管理队列优先级最高，网络管理消息队列优先级次之，应用任务消息队列优先级最低。GJB289A总线为串行数据总线，所有消息均按照串行的顺序依次发送到总线。增强型GJB289A总线通信管理和调度方法要求对三条队列的所有消息按照优先级依次查询，并将满足发送条件的消息启动发送操作。增强的GJB289A通信管理和调度方法能够通过对突发消息采取实时管理和控制为总线负载的实时动态调节提供实现的依据；通过实时、动态地调整总线负载能够有效地减小传输延迟和积累抖动；对于大数据的拆分传输可确保数据的发送和接收顺序的一致性；能够为应用层软件处理突发事件提供有效的处理机制。现有技术2为浙江工业大学于2016年07月08日申请，并于2016年11月16日公开，公开号为CN106130693A的中国专利技术申请《一种基于UDP的可靠传输方法》。该专利技术申请公开了一种基于UDP的可靠传输方法，可靠传输协议包括可靠传输、不可靠传输和乱序传输。可靠传输，用于在两个上层应用之间提供可靠的数据传输，接收的数据报需要进行确认，丢失的数据报需要进行重传，接收到的数据报按报文可靠序列号的顺序提交给上层应用。不可靠传输，用于在两个上层应用之间提供不可靠的数据传输，接收的数据报不需要进行确认，丢失的数据报不需要进行重传，接收到的数据报按报文不可靠序列号的顺序提交给上层应用。乱序传输，用于在两个上层应用之间提供乱序的数据传输，接收的数据报不需要进行确认，丢失的数据不需要进行重传，接收到的数据报直接按接收顺序提交给上层应用。然而，上述现有技术1主要是关于GJB289A总线通过通信管理和调度以降低通讯传输抖动以降低关键数据传输的抖动和延迟的方法，而无法通过端到端的专用链路层设计来保证实时消息的无抖动插入。上述现有技术2则是建立在传输层上的一种基于UDP包协议的可靠性传输方法，主要用于以太网UDP包传输中可靠性包的差错控制，也无法实现基于链路层的关键消息实时性传输控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种无抖动链路层消息插入装置及方法，以解决TDM(TimeDivisionMultiplexing，时分复用的简称)复用信道传输实时性和确定性要求高的信息时不确定性抖动的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了一种无抖动链路层消息插入装置的技术实现方案，无抖动链路层消息插入装置，包括发送端功能单元，所述发送端功能单元包括：数据发送FIFO、数据边界检测模块、FIFO读取控制及数据发送模块、第一通道切换控制模块及物理层帧封装模块。在链路层数据正常发送且无实时消息数据发送需求时，输出至数据边界检测模块的链路层数据通过数据发送FIFO实现与发送端时钟的隔离。当所述数据边界检测模块检测到新的待发送数据帧边界后，将数据帧待发送状态信息发送至FIFO读取控制及发送模块，所述FIFO读取控制及发送模块向第一通道切换控制模块请求信道占用。如果此时信道空闲，所述第一通道切换控制模块将信道分配给FIFO读取控制及发送模块，链路层数据直接从数据发送FIFO传输至FIFO读取控制及发送模块，再通过第一通道切换控制模块发送至物理层帧封装模块完成帧封装后经物理层链路对外发送。进一步的，所述装置还包括实时消息接收及通道请求模块。当出现实时消息数据发送需求时，实时消息接收及通道请求模块直接向第一通道切换控制模块请求信道占用。所述第一通道切换控制模块通知FIFO读取控制及数据发送模块信道占用被暂时中止。所述FIFO读取控制及数据发送模块在接收到信道发送暂停消息后停止读取数据发送FIFO内的待发送数据，新的链路层数据通过所述数据发送FIFO实现缓存等待。在设定的若干个发送周期延迟后，所述FIFO读取控制及发送模块占用信道并通过第一通道切换控制模块发送消息数据至物理层帧封装模块。所述物理层帧封装模块对实时消息数据的帧头进行独立封装，使得数据接收方能在由连续链路层数据构成的连续数据流中检测到实时消息数据。进一步的，所述装置还包括接收端功能单元，所述接收端功能单元包括：数据接收FIFO、数据帧边界插入模块、FIFO写入控制模块、第二通道切换控制模块、物理层帧解封模块及实时消息接收模块。来自解码子层的数据首先进入物理层帧解封模块，所述第二通道切换控制模块根据帧头控制符区分数据输出的信道并对数据流向进行切换选择。当数据为实时消息数据时，数据被切入实时消息接收模块，否则数据被导向FIFO写入控制模块用于写入数据接收FIFO。所述FIFO写入控制模块接收到的数据在写入数据接收FIFO之前经数据帧边界插入模块进行边界控制符插入，应用侧通过读取数据接收FIFO得到数据链路层数据并在上层做进一步解析。进一步的，所述第一通道切换控制模块用于实现基于数据类型的优先级通道切换控制。所述第一通道切换控制模块在空闲状态下等待信道占用请求，如果此时实时消息数据发送请求有效，则所述第一通道切换控制模块优先进入实时消息数据发送状态。如果此时无实时消息数据发送请求且链路层数据发送请求有效，则所述第一通道切换控制模块开始发送链路层数据帧头。在链路层数据帧头发送状态下，如果无实时消息数据发送请求打断，则所述第一通道切换控制模块进入链路层数据发送状态。如果有实时消息数据发送请求，则发送实时消息数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无抖动链路层消息插入装置，其特征在于，包括发送端功能单元(1)，所述发送端功能单元(1)包括：数据发送FIFO(11)、数据边界检测模块(12)、FIFO读取控制及数据发送模块(13)、第一通道切换控制模块(14)及物理层帧封装模块(15)；在链路层数据正常发送且无实时消息数据发送需求时，输出至数据边界检测模块(12)的链路层数据通过数据发送FIFO(11)实现与发送端时钟的隔离；当所述数据边界检测模块(12)检测到新的待发送数据帧边界后，将数据帧待发送状态信息发送至FIFO读取控制及发送模块(13)，所述FIFO读取控制及发送模块(13)向第一通道切换控制模块(14)请求信道占用；如果此时信道空闲，所述第一通道切换控制模块(14)将信道分配给FIFO读取控制及发送模块(13)，链路层数据直接从数据发送FIFO(11)传输至FIFO读取控制及发送模块(13)，再通过第一通道切换控制模块(14)发送至物理层帧封装模块(15)完成帧封装后经物理层链路对外发送。/n

【技术特征摘要】
1.一种无抖动链路层消息插入装置，其特征在于，包括发送端功能单元(1)，所述发送端功能单元(1)包括：数据发送FIFO(11)、数据边界检测模块(12)、FIFO读取控制及数据发送模块(13)、第一通道切换控制模块(14)及物理层帧封装模块(15)；在链路层数据正常发送且无实时消息数据发送需求时，输出至数据边界检测模块(12)的链路层数据通过数据发送FIFO(11)实现与发送端时钟的隔离；当所述数据边界检测模块(12)检测到新的待发送数据帧边界后，将数据帧待发送状态信息发送至FIFO读取控制及发送模块(13)，所述FIFO读取控制及发送模块(13)向第一通道切换控制模块(14)请求信道占用；如果此时信道空闲，所述第一通道切换控制模块(14)将信道分配给FIFO读取控制及发送模块(13)，链路层数据直接从数据发送FIFO(11)传输至FIFO读取控制及发送模块(13)，再通过第一通道切换控制模块(14)发送至物理层帧封装模块(15)完成帧封装后经物理层链路对外发送。


2.根据权利要求1所述的无抖动链路层消息插入装置，其特征在于：所述装置还包括实时消息接收及通道请求模块(16)；当出现实时消息数据发送需求时，实时消息接收及通道请求模块(16)直接向第一通道切换控制模块(14)请求信道占用；所述第一通道切换控制模块(14)通知FIFO读取控制及数据发送模块(13)信道占用被暂时中止；所述FIFO读取控制及数据发送模块(13)在接收到信道发送暂停消息后停止读取数据发送FIFO(11)内的待发送数据，新的链路层数据通过所述数据发送FIFO(11)实现缓存等待；在设定的若干个发送周期延迟后，所述FIFO读取控制及发送模块(13)占用信道并通过第一通道切换控制模块(14)发送消息数据至物理层帧封装模块(15)；所述物理层帧封装模块(15)对实时消息数据的帧头进行独立封装，使得数据接收方能在由连续链路层数据构成的连续数据流中检测到实时消息数据。


3.根据权利要求1或2所述的无抖动链路层消息插入装置，其特征在于，所述装置还包括接收端功能单元(2)，所述接收端功能单元(2)包括：数据接收FIFO(21)、数据帧边界插入模块(22)、FIFO写入控制模块(23)、第二通道切换控制模块(24)、物理层帧解封模块(25)及实时消息接收模块(26)；来自解码子层的数据首先进入物理层帧解封模块(25)，所述第二通道切换控制模块(24)根据帧头控制符区分数据输出的信道并对数据流向进行切换选择；当数据为实时消息数据时，数据被切入实时消息接收模块(26)，否则数据被导向FIFO写入控制模块(23)用于写入数据接收FIFO(21)；所述FIFO写入控制模块(23)接收到的数据在写入数据接收FIFO(21)之前经数据帧边界插入模块(22)进行边界控制符插入，应用侧通过读取数据接收FIFO(21)得到数据链路层数据并在上层做进一步解析。


4.根据权利要求3所述的无抖动链路层消息插入装置，其特征在于：所述第一通道切换控制模块(14)用于实现基于数据类型的优先级通道切换控制；所述第一通道切换控制模块(14)在空闲状态下等待信道占用请求，如果此时实时消息数据发送请求有效，则所述第一通道切换控制模块(14)优先进入实时消息数据发送状态；如果此时无实时消息数据发送请求且链路层数据发送请求有效，则所述第一通道切换控制模块(14)开始发送链路层数据帧头；在链路层数据帧头发送状态下，如果无实时消息数据发送请求打断，则所述第一通道切换控制模块(14)进入链路层数据发送状态；如果有实时消息数据发送请求，则发送实时消息数据；实时消息数据发送完成后，所述第一通道切换控制模块(14)重新进入被打断前的链路层数据帧头发送状态，并继续发送链路层数据。


5.根据权利要求4所述的无抖动链路层消息插入装置，其特征在于：所述第一通道切换控制模块(14)在链路层数据发送状态下，当存在实时消息数据发送请求，则发送实时消息数据，待完成实时消息数据发送后重新进入链路层数据发送状态继续发送数据；当数据发送完成后，所述第一通道切换控制模块(14)进入链路层数据帧尾发送状态，当有实时消息数据发送请求时，所述第一通道切换控制模块(14)直接进入实时消息数据发送状态；无实时消息数据发送请求时，所述第一通道切换控制模块(14)进入空闲状态；如果所述第一通道切换控制模块(14)进...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱岳烽，梅文庆，杨胜，凡林斌，李淼，郭赞，杨烁，段海波，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43