一种针对非周期时间触发业务流的时间敏感网络接入方法技术

本发明专利技术涉及网络连接技术领域，特别是指一种针对非周期时间触发业务流的时间敏感网络接入方法，该方法针对非周期时间触发数据流的传输提出了支持周期和非周期业务流的时间敏感网络系统架构及新增功能模块、非周期时间触发业务流的接入请求消息和接入请求反馈消息格式设计、针对非周期时间触发业务流的接入控制流程设计三部分，在基于IEEE 802.1Qbv和集中式网络配置CNC架构下保障了非周期时间触发业务流传输的实时性和确定性，为该数据流的调度传输提供了一种解决方案。度传输提供了一种解决方案。度传输提供了一种解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种针对非周期时间触发业务流的时间敏感网络接入方法


[0001]本专利技术涉及网络连接
，特别是指一种针对非周期时间触发业务流的网络接入方法。

技术介绍

[0002]时间敏感网络起源于音视频领域，主要是解决音视频数据传输的不确定性，在2005年建立了AVB（Ethernet Audio Video Bridging，以太网音视频桥接技术）任务组，建立了一些标准，在保持完全兼容现有以太网体系的基础上，对层二的数据进行转发、整型等部分进行扩展，使得以太网具有保障带宽、限制延时、精确时钟同步的能力，在标准的以太网架构下为音视频数据业务提供高质量、低时延、时间同步的保障，兼容其它数据业务的传输，提供多业务承载的解决方案。在2012年AVB工作组改名为时间敏感网络工作组，进一步研究工业控制网络中的数据传输，在传统以太网的基础上加入了时间同步、传输调度、路径控制、资源预留、可靠冗余的机制，保障了任务关键数据的服务质量，同时也解决多个数据业务不能统一承载的难题。
[0003]TAS (Time Aware Shaping，时间感知整形技术)是由IEEE 802.1Qbv提出的一种基于门控的时间片分配和管理机制，将数据业务在传输时间上进行了划分，允许时间触发业务流和其它的数据流混合传输，在特定的时间上暂停传输其他数据流，只允许时间触发业务流传输，从时间维度上隔离普通数据流对时间敏感数据流的影响。因此周期时间触发业务流可以通过预定义的方式来静态配置，来保障了数据传输的确定性和实时性。IEEE 802.1Qbv由于能够为工业业务提供确定是时延保障，因此受到工业界的广泛关注，也成为时间敏感网络调度整形机制中研究最多、应用较为广泛的标准协议。
[0004]时间敏感网络具有确定时延保障和多业务承载的能力，解决了工业互联网中的数据在同一网络进行数据传输的难题，成为现在工业现场网络的研究热点。当前时间敏感网络中，主要是基于时间感知整形技术上对数据流进行预定义传输，其将数据业务在传输时间上进行划分，允许时间触发业务流和其它数据流混合传输。通过在特定的时间上只允许时间触发业务流的传输，暂停其它业务流的数据传输，在时间维度上隔离了普通数据流对时间敏感数据流的传输影响。如图1所示，图1中黑色的框架代表的是受保护的时间窗口，在这个时间窗口中时间触发业务流可以访问网络进行数据传输，实际上是建立了一个受保护的“通道”，仅由指定的流量类使用。图1中白色的框架代表的是未受保护的时间窗口，该窗口用来传输非周期时间触发即普通数据业务流的传输，建立一个未受到保护的“通道”。不同的数据业务流在不同的时间片上进行传输，消除不同数据类之间传输的干扰。
[0005]时间感知整形技术对传输的数据流进行定时控制，业务数据包的传输变得可预测和确定的。时间感知整形技术的调度也是周期性的，对于周期性时间关键数据经过时间感知调度后的时延是确定的、可计算的,因此时间感知整形技术为周期性时间敏感数据传输提供低时延、低抖动、确定性的保障。
[0006]然而，对于非周期时间触发业务流的调度传输，传输周期和传输数据流的大小不
确定，无法来确定该数据流开始传输时间和数据流在交换机中到达时间等，时间感知整形技术无法对传输的数据流进行定时控制，业务数据包的传输变得不可预测和不可确定，更无法为其提供低时延、低抖动、确定性的传输保障。因此，如何动态的对交换机资源和门控进行调度成为非周期时间触发业务流确定性传输的关键。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中传输连接不稳定的问题，本专利技术实施例提供了一种针对非周期时间触发业务流的网络接入方法及系统。所述技术方案如下：一方面，提供了一种针对非周期时间触发业务流的网络接入方法，所述方法由针对非周期时间触发业务流的网络接入系统实现，所述针对非周期时间触发业务流的网络接入系统包括发送节点、边缘交换节点、CNC集中控制器以及核心交换节点，所述CNC集中控制器包括接入控制功能模块、动态资源调度模块以及配置模块；所述方法包括：S1、所述发送节点持续侦听非周期时间触发业务流的传输，当检测到非周期时间触发业务流数据到达时，所述发送节点向所述边缘交换节点发送接入请求消息；S2、所述边缘交换节点将所述接入请求消息转发至所述接入控制功能模块；S3、所述接入控制功能模块解封装所述接入请求消息，将解封装得到的数据信息发送至所述动态资源调度模块；S4、所述动态资源调度模块根据所述解封装得到的数据信息以及网络拓扑架构，选择出可选路径集合，根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源情况进行调度，分析得到的候选路径集合是否满足非周期时间触发业务流的传输要求；S5、如果得到的候选路径集合满足非周期时间触发业务流的传输要求，根据所述候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息；S6、如果得到的候选路径集合不能满足非周期时间触发业务流的传输要求，则不允许该用户接入，将信息填入相应字段，生成封装后的接入请求反馈消息；S7、将生成的接入请求反馈消息发送给所述边缘交换节点，所述边缘交换节点将所述接入请求反馈消息转发给所述发送节点。
[0008]可选地，所述根据所述候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息，包括：若所述候选路径集合中的路径不唯一，则选择端到端延迟最小的路径，将端到端延迟最小的路径的相关数据作为接入请求反馈消息进行封装；将所述非周期时间触发业务流数据的配置信息发送至所述配置模块，所述配置模块将所述配置信息下发到所述核心交换机节点；其中，所述非周期时间触发业务流数据的配置信息包括所述非周期时间触发业务流数据的传输路径方案、各个节点的交换机中队列资源映射和时间片的划分数据。
[0009]可选地，所述接入请求消息包括：数据包长度、业务预计持续时间、数据流的目的地址、端到端时延要求。
[0010]可选地，所述S4的所述动态资源调度模块根据所述解封装得到的数据信息以及网络拓扑架构，选择出可选路径集合，根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源情况进行调度，包括：所述动态资源调度模块根据接入控制功能模块解析的信息以及所述核心交换节
点的网络拓扑架构，选择出可选的非周期时间触发业务流的路径集合；根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源状况，对非周期时间触发业务流进行多队列资源调度和优先级映射，得到满足非周期时间触发业务流的候选路径集合以及所述核心交换节点中队列资源的占用配置；其中，所述可用资源状况是除了为周期性时间触发业务流静态配置的时间片资源以外的多队列可用资源。
[0011]可选地，所述S4还包括：所述动态资源调度模块允许非周期时间触发业务流的接入请求，并对接入请求消息进行修改。
[0012]可选地，所述对接入请求消息进行修改，包括：将接入请求消息中的目的地址修改为发送节点，将接入请求消息中的功能标志位由00改为11。
[0013]另一方面，提供了一种针对非周期时间触发业务流的网络接入系统，该系统应用于针对非周期时间触发业务流的网络接入方法，该系统包括：发送节点、边缘交换节点、CNC集中控制器以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对非周期时间触发业务流的时间敏感网络接入方法，其特征在于，所述方法由针对非周期时间触发业务流的网络接入系统实现，所述针对非周期时间触发业务流的网络接入系统包括发送节点、边缘交换节点、CNC集中控制器以及核心交换节点，所述CNC集中控制器包括接入控制功能模块、动态资源调度模块以及配置模块；所述方法包括：S1、所述发送节点持续侦听非周期时间触发业务流的传输，当检测到非周期时间触发业务流数据到达时，所述发送节点向所述边缘交换节点发送接入请求消息；S2、所述边缘交换节点将所述接入请求消息转发至所述接入控制功能模块；S3、所述接入控制功能模块解封装所述接入请求消息，将解封装得到的数据信息发送至所述动态资源调度模块；S4、所述动态资源调度模块根据所述解封装得到的数据信息以及网络拓扑架构，选择出可选路径集合，根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源情况进行调度，分析得到的候选路径集合是否满足非周期时间触发业务流的传输要求；S5、如果得到的候选路径集合满足非周期时间触发业务流的传输要求，根据所述候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息；S6、如果得到的候选路径集合不能满足非周期时间触发业务流的传输要求，则不允许用户接入，将信息填入相应字段，生成封装后的接入请求反馈消息；S7、将生成的接入请求反馈消息发送给所述边缘交换节点，所述边缘交换节点将所述接入请求反馈消息转发给所述发送节点。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息，包括：若候选路径集合中的路径不唯一，则选择端到端延迟最小的路径，将端到端延迟最小的路径的相关数据作为接入请求反馈消息进行封装；将非周期时间触发业务流数据的配置信息发送至所述配置模块，所述配置模块将配置信息下发到所述核心交换机节点；其中，所述非周期时间触发业务流数据的配置信息包括所述非周期时间触发业务流数据的传输路径方案、各个节点的交换机中队列资源映射和时间片的划分数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入请求消息包括：数据包长度、业务预计持续时间、数据流的目的地址以及端到端时延要求。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4的所述动态资源调度模块根据所述解封装得到的数据信息以及网络拓扑架构，选择出可选路径集合，根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源情况进行调度，包括：所述动态资源调度模块根据接入控制功能模块解析的信息以及所述核心交换节点的网络拓扑架构，选择出可选的非周期时间触发业务流的路径集合；根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源状况，对非周期时间触发业务流进行多队列资源调度和优先级映射，得到满足非周期时间触发业务流的候选路径集合以及所述核心交换节点中队列资源的占用配置；其中，所述可用资源状况是除了为周期性时间触发业务流静态配置的时间片资源以外的多队列可用资源。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙雷，王健全，毕紫航，朱渊，孙志权，吴思远，李卫，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：