一种降低以太网数据传输晃动的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种降低以太网数据传输晃动的方法和装置，所述方法包括：接收端获取数据帧中的采样起始点绝对时间；根据延迟配置值和绝对时间确定激活时刻；将所述激活时刻与本地时钟计数值对比，根据对比结果读取所述数据帧。本发明专利技术的发送端和接收端的频率和时间同步，消除了时钟的累积偏差，同步状态可以长时间保持记录数据采集的采集起始点绝对时间计数值，便于接收端接收后，可以还原数据帧的采集时间，从而消除延迟带来的时间晃动；同时，设有的多缓冲池机制，可解决不同采样通道数据帧延迟交错，数据帧到达时刻交错的问题。数据帧到达时刻交错的问题。数据帧到达时刻交错的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种降低以太网数据传输晃动的方法和装置


[0001]本专利技术涉及网络数据传输
，特别是涉及一种降低以太网数据传输晃动的方法和装置。

技术介绍

[0002]在网络运动控制系统的运行过程中，所有控制设备都是以网络形式连接的，可以实现远距离的调速及控制参数的设定等。现场总线把多个设备连接成网络，并按公开、规范的通信协议，实现网络上的设备与计算机的通讯和控制，可以方便地建立多节点分布式网络控制系统。
[0003]例如CAN，RS232,MODBUS等现场总线对网络拓扑和底层通信协议有严格的定义约束，通过精密规范的协议来预先配置网络。在这些网络中，数据传输延迟主要来自物理线缆的传播延迟和接口器件的处理延迟，没有交换转发过程带来的延迟变动，能够保证关键控制信息传输的实时性和确定性，其晃动很小。
[0004]但是在以太网中，网络结构更加复杂。数据帧(例如，以太网数据帧)从一个节点发到另一个节点，传输节点多，例如从端点到交换机(例如，网桥)，可能再从该交换机转发到其他交换机，最后到达另一个端点。该架构在很大程度上具有自我配置能力。交换机在转发数据帧之前先完全接收该数据帧。但这会带来很多问题：如果交换机某个端口缓冲区堆积的帧数过多，会导致新接收的帧被丢弃；以太网帧在交换路由设备的延迟时间和其长度相关，会导致延迟的抖动；由于目标端口可能存在其它正在发送的数据帧，会导致额外的延迟。
[0005]因此，现有技术中作为以太网重要特性的交换路由机制，并不能提供延迟保证，即数据在以太网这种复杂网络中传输时会产生较大的晃动，这种晃动导致数据帧可能会在传输过程中被丢弃，进而使得以太网很难应用于运动控制/闭环控制。
[0006]为了解决上述技术问题，工业界开发多种不同的实时工业以太网解决方案，来改善以太网等复杂网络的可靠性、实时性和确定性。典型性的几种方法：
[0007]PROFINET：该协议可提供两种不同性能的解决方案。PROFINET RT(实时通信)是一种工厂自动化解决方案，周期时间最长为1ms。RT直接以标准以太网为基础，通过以太网标准的一些扩展机制(例如，服务质量(QoS))来区分实时/非实时流量优先级。但QoS基于软件方式，改善程度非常有限，并不能完全解决资源和延迟问题。对于硬实时，PROFINET提供同步实时(IRT)扩展。在此，部分以太网带宽通过标准以太网硬件的扩展专门为IRT流量保留。这可以通过IRT节点中的时钟的精确同步来实现。因此，可以在每个周期阻止通道(红色阶段)中的正常流量。只有红色阶段中的IRT帧到达网络。此外，网络参与者准确地在预先计算的时间发送IRT帧，从而在红色阶段实现效率的最大化。IRT帧通过网络，几乎无周跳。
[0008]EtherCAT(以太网现场总线)是目前在以太网框架下实现实时性能最好的一种改进机制，但EtherCAT不仅在第2层针对现场总线应用和高吞吐量应用进行了优化，甚至在以太网物理层(即第1层)也做了重大的修改，实际上更像是一种现场总线。不同于普通以太网
每台设备发送单独的帧，通过交换机或路由器实现交换互传；EtherCAT没有经典的以太网桥，而是整个网络每个周期发送一个总串帧，此帧包含被寻址设备的所有数据。当EtherCAT总串帧经由设备转发时，该特定设备的数据被实时插入到该帧中并从该帧中取出。通过这种方式，可以实现极短的周期时间，并能提供确定的传输延迟和极小的延迟晃动，因此其在运动控制等领域取得了一定的成功。由于EtherCAT对以太网物理层和链路层的大量修改，其并不符合标准以太网的规范，存在很多兼容性和互联性的限制。
[0009]在工业运动控制应用中，随着用户对于服务质量要求的不断提高，对采集和控制信息传输过程的实时性也越来越提出了严苛的要求，控制算法必须在确定的时刻获得输入信息并产生控制结果。如果采样信息存在很大的时间偏差，会导致控制算法计算错误，控制精度下降。
[0010]因此，目前亟需一种降低以太网这种复杂网络的数据传输过程中产生的数据晃动的方法和装置。

技术实现思路

[0011]针对上述问题，本专利技术设计了一种降低以太网数据传输晃动的处理方法，具体如下：
[0012]本专利技术的一种降低网络中数据传输晃动的方法，所述方法包括：
[0013]接收端获取数据帧中的采样起始点绝对时间；
[0014]根据延迟配置值和绝对时间确定激活时刻；
[0015]将所述激活时刻与本地时钟计数值对比，根据对比结果读取所述数据帧。
[0016]进一步的，其中，
[0017]将延迟配置值和绝对时间信息相加得到所述激活时刻。
[0018]进一步的，其中，
[0019]获取所述数据帧中的标记信息，根据所述标记信息确定延迟配置信息。
[0020]进一步的，其中，
[0021]所述标记信息为网络层端口信息或应用层信息。
[0022]进一步的，其中，
[0023]将所述激活时刻和所述数据帧写入到选中的缓冲池；
[0024]以激活时刻信息加上该帧数据的预期读出持续时间作为该缓冲池的后续写入数据帧的允许激活时刻。
[0025]进一步的，其中，
[0026]后续写入该缓冲池的数据帧的激活时刻大于该允许激活时刻。
[0027]进一步的，其中，
[0028]将后续数据帧的激活时刻和所有缓冲池的允许激活时刻进行比对，结合缓冲池的剩余容量，选择合适的缓冲池。
[0029]进一步的，其中，所述将所述激活时刻与本地时钟计数值对比，根据对比结果读取所述数据帧，具体为：
[0030]预取出每个缓冲池内顶部的数据帧的激活时刻，并和本地实时运行的时钟计数值进行比对，当两者对比结果为时间相等时，将该数据帧全部从缓冲池中读出并从对应的采
样通道数据端口输出。
[0031]进一步的，其中，
[0032]所述采样起始点绝对时间为对数据进行采样时对应的当前时钟计数值。
[0033]进一步的，其中，在获取数据帧中的采样起始点绝对时间之前包括：
[0034]发送端和接收端进行频率同步，确定发送端和接收端之间的传输延迟并进行校正。
[0035]对应的，本专利技术提供一种降低网络中数据传输晃动的装置，所述装置包括：
[0036]提取部，用于获取数据帧中的采样起始点绝对时间；
[0037]激活时刻确定部，用于根据延迟配置值和绝对时间确定激活时刻；
[0038]缓冲激活处理部，用于将所述激活时刻与本地时钟计数值对比，根据对比结果读取所述数据帧。
[0039]进一步的，其中，
[0040]所述激活时刻为延迟配置值和绝对时间相加而得到的。
[0041]进一步的，所述装置还包括延迟配置部，其中，
[0042]延迟配置部，用于获取所述数据帧中的标记信息，根据所述标记信息确定延迟配置值。
[0043]进一步的，所述装置还包括缓冲排队调度部，所述缓冲排队调度部用于，
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低网络中数据传输晃动的方法，所述方法包括：接收端获取数据帧中的采样起始点绝对时间；根据延迟配置值和绝对时间确定激活时刻；将所述激活时刻与本地时钟计数值对比，根据对比结果读取所述数据帧。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将延迟配置值和绝对时间信息相加得到所述激活时刻。3.根据权利要求1所述的方法，其中，获取所述数据帧中的标记信息，根据所述标记信息确定延迟配置信息。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述标记信息为网络层端口信息或应用层信息。5.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述激活时刻和所述数据帧写入到选中的缓冲池；以激活时刻信息加上该帧数据的预期读出持续时间作为该缓冲池的后续写入数据帧的允许激活时刻。6.根据权利要求5所述的方法，其中，后续写入该缓冲池的数据帧的激活时刻大于该允许激活时刻。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，将后续数据帧的激活时刻和所有缓冲池的允许激活时刻进行比对，结合缓冲池的剩余容量，选择合适的缓冲池。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将所述激活时刻与本地时钟计数值对比，根据对比结果读取所述数据帧，具体为：预取出每个缓冲池内顶部的数据帧的激活时刻，并和本地实时运行的时钟计数值进行比对，当两者对比结果为时间相等时，将该数据帧全部从缓冲池中读出并从对应的采样通道数据端口输出。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述采样起始点绝对时间为对数据进行采样时对应的当前时钟计数值。10.根据权利要求1所述的方法，其中，在获取数据帧中的采样起始点绝对时间之前包括：发送端和接收端进行频率同步，确定发送端和接收端之间的传输延迟并进行校正。11.一种降低网络中数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志辉，赵晓东，周炜，
申请(专利权)人：北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：