一种端到端的跨广域确定性传输网络架构和方法技术

本发明专利技术公开了一种端到端的跨广域确定性传输网络架构和方法，架构主要包括：源站、第一接入网、核心网、第二接入网、目的站，其特征在于：所述第一接入网与核心网之间，以及核心网与第二接入网之间，均运行基于周期映射关系的边缘整形机制，以建立端到端的跨广域确定性传输。本发明专利技术建立了一个分层确定性网络架构，在接入网中应用CQF机制实现确定性流量汇聚；在核心网中应用DIP机制实现长距确定性传输，并在接入网与核心网边缘设计边缘整形机制，保障流量在传输过程中时延抖动确定有界，实现CQF机制与DIP机制的无缝融合传输。机制与DIP机制的无缝融合传输。机制与DIP机制的无缝融合传输。

【技术实现步骤摘要】
一种端到端的跨广域确定性传输网络架构和方法


[0001]本专利技术属于通信
，具体涉及一种端到端的跨广域确定性传输网络架构和方法。

技术介绍

[0002]确定性网络是为确定性业务流提供服务的网络，与传统网络尽力而为的服务方式不同，确定性网络通过各种技术/机制(如队列控制技术、帧抢占等)，支持业务流传输时延、抖动的确定性控制，实现传输质量(包括时延、抖动)确定有界。
[0003]当前主要的确定性网络技术包括面向二层的时间敏感网络(Time
‑
Sensitive Networking，简称TSN)和面向三层的确定性网络(Deterministic Networking，简称DetNet)。循环队列转发技术(Cyclic Queuingand Forwarding，简称CQF)是TSN中的一项流量转发控制机制，由于其简洁高效，应用前景十分广泛。确定性IP技术(Deterministic IP，简称DIP)是DetNet技术的一个方案，可以实现大规模确定性传输。
[0004]在CQF机制中，时间被划分为等长的周期d。所有执行CQF的设备之间要实现精确的时间同步。每个设备的每个出端口存在两个队列。在一个周期内，一个队列处于传输状态，另一个队列则处于接收状态。到下一个周期，两个队列的状态互换，实现循环队列。这意味着，在某个周期c接收到的数据包将在周期(c+1)中被转发。同时，CQF要求在上游节点周期c发出的数据包一定要在同一周期内(即c)被相邻下游节点接收。在CQF机制下，数据包的时延上下界为：
[0005]D
max
＝(h+1)
×
d
[0006]D
min
＝(h
‑
1)
×
d
[0007]其中D
max
和D
min
分别为时延上界和下界，h表示跳数，d表示周期长度。
[0008]然而，当前的CQF技术仅能运行于局域网场景，无法实现跨广域的端到端确定性传输，这一问题又被称为“局域信息孤岛问题”。
[0009]为了实现长距离、广域范围的确定性传输，提出了DIP转发机制。在DIP转发机制中，时间同样被划分为等长的时间周期T。与CQF不同的是，DIP只需要设备之间实现频率同步，并且不需要相邻的上下游节点在同一周期内完成发送与接收，这极大地增加了DIP机制的可扩展性。为了控制数据包的转发，数据包在传输过程中会携带有关其在下一跳的转发周期的信息。通过链路时延以及设备之间传输周期的偏移值，可以计算设备之间的周期映射关系，确定数据包在每一跳的转发周期。DIP机制可以保证数据包的端到端传输时延抖动上界为2T。
[0010]然而，DIP机制只解决了长距离、广域范围内的确定性传输问题，如何将DIP机制与CQF机制结合，实现端到端、跨广域的确定性传输这一技术问题亟待解决。

技术实现思路

[0011]本专利技术提供了一种端到端的跨广域确定性传输网络架构和方法，用于解决将DIP
机制与CQF机制结合，实现端到端、跨广域的确定性传输这一技术问题。
[0012]本专利技术提出的技术方案如下：
[0013]一方面本专利技术公开了一种端到端的跨广域确定性传输网络架构，该网络架构包括：源站，用于发送流量；第一接入网，与源站建立连接，将源站发送的流量传输至核心网；核心网，接收第一接入网的流量并传输至第二接入网；第二接入网，与目的站建立连接，将流量传输至目的站；目的站，用于接收流量，其特征在于：所述第一接入网与核心网之间，以及核心网与第二接入网之间，均运行基于周期映射关系的边缘整形机制，以建立端到端的跨广域确定性传输。
[0014]进一步的：
[0015]所述第一接入网与核心网运行基于周期映射关系的边缘整形机制以建立端到端的跨广域确定性传输具体包括：
[0016]建立流量在第一接入网边缘传输设备上的发送周期和核心网边缘传输设备上的最晚接收周期之间的映射关系，基于所述映射关系计算流量在核心网边缘传输设备上的发送周期；
[0017]所述核心网与第二接入网运行基于周期映射关系的边缘整形机制以建立端到端的跨广域确定性传输具体包括：
[0018]建立流量在核心网边缘传输设备上的发送周期和第二接入网边缘传输设备上的最晚接收周期之间的映射关系，基于所述映射关系计算流量在第二接入网边缘传输设备上的发送周期；
[0019]基于流量在第二接入网边缘传输设备上的发送周期确定流量在目的站的接收周期；
[0020]基于所述流量在目的站的接收周期引入传输时延。
[0021]进一步的：
[0022]第一接入网内传输设备包括第一CQF交换机和第一CQF边缘交换机，第二接入网内传输设备包括第二CQF交换机和第二CQF边缘交换机，所述第一CQF交换机、第一CQF边缘交换机、第二CQF交换机和第二CQF边缘交换机运行CQF转发机制；
[0023]核心网域内传输设备包括DIP路由器和DIP边缘路由器，所述DIP路由器和DIP边缘路由器运行DIP转发机制；
[0024]第一CQF交换机与第一CQF边缘交换机、DIP路由器与DIP边缘路由器、第二CQF交换机与第二CQF边缘交换机之间保持时钟同步。
[0025]进一步的，所述第一CQF边缘交换机、第二CQF边缘交换机和DIP边缘路由器采用边缘整形机制，其中边缘整形机制工作过程包括：
[0026]建立流量在第一CQF边缘交换机上的发送周期与流量在DIP边缘路由器上的最晚接收周期之间的映射关系，基于所述映射关系计算流量在DIP边缘路由器上的发送周期；
[0027]建立流量在DIP边缘路由器上的发送周期与流量在第二CQF边缘交换机上的最晚接收周期之间的映射关系，基于所述映射关系计算流量在第二CQF边缘交换机上的发送周期；
[0028]基于流量在第二CQF边缘交换机上的发送周期确定流量在目的站的接收周期；
[0029]基于流量在目的站的接收周期，引入传输时延。
[0030]进一步的，所述流量在第一CQF边缘交换机上的发送周期与流量在DIP边缘路由器上的最晚接收周期之间的映射关系通过以下公式建立：
[0031][0032]其中，
[0033]式中，Δ
hc
是资源分配周期的时间长度，Δ
A
为第一CQF边缘交换机A的传输周期长度，Δ
B
为DIP边缘路由器B的传输周期长度，Δ
(A,B)
为流量链路(A,B)的传播时延，其中(A,B)表示流量从A发往B，是第一CQF边缘交换机A的资源分配周期的起点与DIP边缘路由器B的资源分配周期的起点之间的时间差。
[0034]进一步的，所述流量在DIP边缘路由器上的发送周期根据下述公式计算：
[0035][0036]式中，φ
(A,B)
(x)为第一CQF边缘交换机A和DIP边缘路由器B之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种端到端的跨广域确定性传输网络架构，该网络架构包括：源站，用于发送流量；第一接入网，与源站建立连接，将源站发送的流量传输至核心网；核心网，接收第一接入网的流量并传输至第二接入网；第二接入网，与目的站建立连接，将流量传输至目的站；目的站，用于接收流量，其特征在于：所述第一接入网与核心网之间，以及核心网与第二接入网之间，均运行基于周期映射关系的边缘整形机制，以建立端到端的跨广域确定性传输。2.根据权利要求1所述的一种端到端的跨广域确定性传输网络架构，其特征在于：所述第一接入网与核心网运行基于周期映射关系的边缘整形机制以建立端到端的跨广域确定性传输具体包括：建立流量在第一接入网边缘传输设备上的发送周期和核心网边缘传输设备上的最晚接收周期之间的映射关系，基于所述映射关系计算流量在核心网边缘传输设备上的发送周期；所述核心网与第二接入网运行基于周期映射关系的边缘整形机制以建立端到端的跨广域确定性传输具体包括：建立流量在核心网边缘传输设备上的发送周期和第二接入网边缘传输设备上的最晚接收周期之间的映射关系，基于所述映射关系计算流量在第二接入网边缘传输设备上的发送周期；基于流量在第二接入网边缘传输设备上的发送周期确定流量在目的站的接收周期；基于所述流量在目的站的接收周期引入传输时延。3.根据权利要求1所述的一种端到端的跨广域确定性传输网络架构，其特征在于：第一接入网内传输设备包括第一CQF交换机和第一CQF边缘交换机，第二接入网内传输设备包括第二CQF交换机和第二CQF边缘交换机，所述第一CQF交换机、第一CQF边缘交换机、第二CQF交换机和第二CQF边缘交换机运行CQF转发机制；核心网域内传输设备包括DIP路由器和DIP边缘路由器，所述DIP路由器和DIP边缘路由器运行DIP转发机制；第一CQF交换机与第一CQF边缘交换机、DIP路由器与DIP边缘路由器、第二CQF交换机与第二CQF边缘交换机之间保持时钟同步。4.根据权利要求3所述的一种端到端的跨广域确定性传输网络架构，其特征在于，所述第一CQF边缘交换机、第二CQF边缘交换机和DIP边缘路由器采用边缘整形机制，其中边缘整形机制工作过程包括：建立流量在第一CQF边缘交换机上的发送周期与流量在DIP边缘路由器上的最晚接收周期之间的映射关系，基于所述映射关系计算流量在DIP边缘路由器上的发送周期；建立流量在DIP边缘路由器上的发送周期与流量在第二CQF边缘交换机上的最晚接收周期之间的映射关系，基于所述映射关系计算流量在第二CQF边缘交换机上的发送周期；基于流量在第二CQF边缘交换机上的发送周期确定流量在目的站的接收周期；基于流量在目的站的接收周期，引入传输时延。5.根据权利要求4所述的一种端到端的跨广域确定性传输网络架构，其特征在于，所述流量在第一CQF边缘交换机上的发送周期与流量在DIP边缘路由器上的最晚接收周期之间的映射关系通过以下公式建立：
其中，式中，Δ
hc
是资源分配周期的时间长度，Δ
A
为第一CQF边缘交换机A的传输周期长度，Δ
B
为DIP边缘路由器B的传输周期长度，Δ
(A,B)
为流量链路(A,B)的传播时延，其中(A,B)表示流量从A发往B，是第一CQF边缘交换机A的资源分配周期的起点与DIP边缘路由器B的资源分配周期的起点之间的时间差。6.根据权利要求4所述的一种端到端的跨广域确定性传输网络架构，其特征在于，所述流量在DIP边缘路由器上的发送周期根据下述公式计算：式中，φ
(A,B)
(x)为第一CQF边缘交换机A和DIP边缘路由器B之间的周期映射关系，为流量f在DIP边缘路由器B上的等待周期值。7.根据权利要求5所述的一种端到端的跨广域确定性传输网络架构，其特征在于，所述资源分配周期的时间长度为第一CQF边缘交换机、第二CQF边缘交换机和DIP边缘路由器传输周期长度的公倍数。8.根据权利要求6所述的一种端到端的跨广域确定性传输网络架构，其特征在于，所述等待周期值为整数且取值范围是[1,9.一种端到端的跨广域确定性传...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭炜骞，吴斌伟，汪硕，黄韬，
申请(专利权)人：网络通信与安全紫金山实验室，
类型：发明
国别省市：