一种异步低延时时间敏感数据处理方法技术

本发明专利技术提出了一种异步低延时时间敏感数据处理方法，数据的处理方式兼容之前的时间同步的处理机制，可以依据实际的应用场景选择是时间同步配置还是一部配置，提高了时间敏感网络的兼容性；通过在数据处理机制中的双通道数据处理方式，对非时间敏感的数据直接按照QoS机制进行传输，提高带宽的利用率，解决了时间同步触发数据传输式的带宽资源浪费问题；端口参数表格的数据和变量将会被所有与接受端口关联的异步整形器共享。从而实现整个网络的数据传输路径和调度配置。有利于实现大规模网络化设备的组网。化设备的组网。化设备的组网。

【技术实现步骤摘要】
一种异步低延时时间敏感数据处理方法


[0001]本专利技术涉及工业控制系统的时间敏感网络
，特别涉及一种异步低延时时间敏感数据处理方法。

技术介绍

[0002]本专利技术主要是针对工业控制系统的低延时数据的异步整形处理的技术和方法，适用于高可靠性时间敏感网络域，提高数据传输的准确性和实时性以及网络的健壮性。
[0003]对于当今工业化技术的发展，对设备的效率、低延时高可靠的通信网络和确定性数据传输提出了更高的要求。随着IIoT的发展和大规模化设备的数据涌入，网络的流量和带宽问题变得越来越突出。工业自动化网络始终存在着数据高实时传输的要求，但是随着现场层接入的不同类型的设备越来越多，可用网络带宽和不同流量类型共存成为工厂骨干网络上的一个重要问题。当时间敏感型流量和普通型流量共享相同的网络基础设施时，标准以太网就无法提供可靠的实时保证。
[0004]为了解决工业化网络发展的技术瓶颈，目前正在使用的时间敏感网络旨在通过容错机制以及时间关键型流量和背景流量的共存方法，提高标准以太网的可靠性。
[0005]在大规模化网络中，每跳时延可分为链路传播时延、交换机处理时延、出端口排队时延三部分，而端到端时延为逐跳时延求和。链路时延和处理时延基本为固定值，所以减少时延必须要减少排队时延，先通过优先级属性配置将时间敏感流和尽力而为流分开传输，再从时间上（划分时隙）或空间上（规划路由）将不同优先级的时间敏感流隔开。
[0006]在时间敏感网络领域中，不同类型的整形器在实施流量调度方面表现良好，但是该调度方法对网络域具有严格的时间同步要求，特别是对时钟同步精度要求很高的跨越时间敏感域，但是这种跨域的方式增加了网络的复杂性，同时对时间敏感网络域的可靠性也提出了较高的要求。如果有任何同步的时钟对齐发生偏差，或者时钟同步信息的信号帧发生倾斜或漂移，时钟的不准确和丢失同步时钟帧会导致最佳主时钟将不准确的主时钟信息同步到其他下游域中的设备。
[0007]随着工业化网络大规模的设备接入，时钟同步的复杂性也在增加，网络链路上得时钟同步偏差也越来越大。为了解决大规模化网络的时钟同步复杂性以及可靠性问题，该方法提供了一套兼容性的流量调度方法而不需要严格的时间同步。又进一步优化那些对于时间同步非严苛任务的带宽利用。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种异步低延时时间敏感数据处理方法，以克服现有技术中的不足。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本申请公开了一种异步低延时时间敏感数据处理方法，包括以下步骤： S1、端口接收到以太网数据帧，判断是否具有时间敏感属性； S2、若数据帧不具备时间敏感属性，根
据数据帧的帧头信息进行数据分类计数处理，在端口处进行排队转发； S3、若数据帧具有时间敏感属性，按照帧头信息和优先级进行数据帧过滤和监管决策，并支持后续的队列和传输选择决策； S4、过滤后的数据帧将会进行最大SDU大小识别，数据帧的SDU大小超过了相关流过滤器的最大SDU大小参数，该帧将被丢弃；反之，则进入下一步； S5、经过步骤S4的数据帧按照数据帧门控的ID进入对应的stream Gate，同时检查门的开关状态；若门的状态为开，则数据进入下一级的过滤和监管处理，若门的状态为关，则数据停止处理； S6、数据帧按照序列ID进行过滤，按照用户对端口的CBS和CIR的定义值进行规划流量的调度，调度参数组ID主要用于后续的排队决策； S7、按照本地时钟基准以及序列组参数表格中用户根据实际应用场景自定义队列数据的停留时间，若队列指定的资格时间早于或在当前时间，则该队列的数据帧是符合传输条件的；反之，对于不满足传输条件的数据帧丢弃。 S8、数据帧经过上述流过滤之后进入下一级数据排队传输，按照具备时间敏感属性的数据帧的原始优先级进行传输； S9、整形后的数据将会在规划时间内进入出口处排队转发，在出口处的转发机制和时间同步机制保持相同。
[0010]作为优选，所述步骤S2和步骤S3中的帧头信息包括目的MAC、源MAC和VLAN ID。
[0011]作为优选，所述步骤S3中数据帧过滤为根据数据帧字段的stream_handle、priority规范、流量门控的ID值和序列ID值在端口处匹配需要转发的具有时间敏感属性的数据帧的参数。
[0012]作为优选，所述步骤S5中数据帧门控将数据帧的优先级映射到一个内部优先级值，所述内部优先级值用于异步数据帧的队列映射，同时保留帧的原始优先级用于传输和后续的排队策略。
[0013]作为优选，所述步骤S6中还包括一个用来处理数据帧的流量计数功能的流量计，倘若数据帧的流量超过所述流量计的流量限制，数据帧会被丢弃或标记为drop eligible。
[0014]本专利技术的有益效果：1、数据的处理方式兼容之前的时间同步的处理机制，可以依据实际的应用场景选择是时间同步配置还是一部配置，提高了时间敏感网络的兼容性；2、通过在数据处理机制中的双通道数据处理方式，对非时间敏感的数据直接按照QoS机制进行传输，提高带宽的利用率，解决了时间同步触发数据传输式的带宽资源浪费问题；3、通过建立端口驻留的时间表，来摆脱设备对时间同步的需求，仅依靠设备的本地时钟就可实现数据的低延时排队传输，有效提高网络的可靠性。在时间敏感流量同步整形的模块上通过建立一种新的调度表格，采用规划数据的最大驻足时间来控制门的开关，根据不同数据的传输时间需求进行规划调度表格，流量到达端口时触发调度机制，依靠本地的时钟进行计数，到达事件触发刻度时传输数据。采用该方法可以兼容同步时钟机制，两种方法可以混用，同时为传统的以太网数据提供单独的处理机制，简化端口处理时间，当网络带宽空闲时，就可以直接传输数据；4、端口参数表格的数据和变量将会被所有与接受端口关联的异步整形器共享。从而实现整个网络的数据传输路径和调度配置。有利于实现大规模网络化设备的组网；本专利技术的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
[0015]图1是本专利技术一种异步低延时时间敏感数据处理方法的流程图；图2是本专利技术一种异步低延时时间敏感数据处理方法的具体实施参数示意图。
具体实施方式
[0016]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0017]为了解决大规模工业化网络的低延时以及高可靠的需求，解决传统的时间敏感网络系统中的时钟同步导致的时钟复杂性以及可靠性问题，通过提出一种新型的方法，该方法提供了一种异步低延时时间敏感数据处理方法，系统采用本地时钟作为量度，而不需要严格的时间同步作为基准，在该方法中流量的调度主要采用的是基于令牌桶的方法进行的。
[0018]该方法主要采用的是速率控制服务规则，是一种非工作保存类的分组服务规程，包括速率控制静态优先级和速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异步低延时时间敏感数据处理方法，包括以下步骤： S1、端口接收到以太网数据帧，判断是否具有时间敏感属性； S2、若数据帧不具备时间敏感属性，根据数据帧的帧头信息进行数据分类计数处理，在端口处进行排队转发； S3、若数据帧具有时间敏感属性，按照帧头信息和优先级进行数据帧过滤和监管决策，并支持后续的队列和传输选择决策； S4、过滤后的数据帧将会进行最大SDU大小识别，数据帧的SDU大小超过了相关流过滤器的最大SDU大小参数，该帧将被丢弃；反之，则进入下一步； S5、经过步骤S4的数据帧按照数据帧门控的ID进入对应的stream Gate，同时检查门的开关状态；若门的状态为开，则数据进入下一级的过滤和监管处理，若门的状态为关，则数据停止处理； S6、数据帧按照序列ID进行过滤，按照用户对端口的CBS和CIR的定义值进行规划流量的调度，调度参数组ID主要用于后续的排队决策； S7、按照本地时钟基准以及序列组参数表格中用户根据实际应用场景自定义队列数据的停留时间，若队列指定的资格时间早于或在当前时间，则该队列的数据帧是符合传输条件的；反之，对于不满足传输条件的数据帧丢弃；S8、数据帧经过上述流过滤之后进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵许阳，杨汶佼，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：