一种基于SDN的时间敏感网络门控决策方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于SDN的时间敏感网络门控决策方法及装置，涉及工业通信技术领域。包括：基于软件定义理念建立TSN控制架构；采用全集中式控制架构模型，基于软件定义理念构建用于TSN网络交换设备管理及控制的装置；基于所述SDN的门控决策机制进行TSN端到端门控列表统一调度和编排，完成基于SDN的时间敏感网络门控决策。针对TSN在工业场景中广泛采用的TAS机制，对多组网节点场景下业务的端到端时延上界进行定量分析；搭建基于SDN的TSN集中式控制架构，通过功能模块间的协同配合，对交换机进行GCL配置控制决策。在基于集中式集中式网络控制器架构下保障了业务的时延性能QoS需求，简化门控设置复杂度的情况下，为基于队列的业务调度提供了可行的解决方案。的业务调度提供了可行的解决方案。的业务调度提供了可行的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SDN的时间敏感网络门控决策方法及装置


[0001]本专利技术涉及工业通信
，特别是指一种基于SDN的时间敏感网络门控决策方法及装置。

技术介绍

[0002]时间敏感网络(time
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sensitive networking, TSN)具有确定时延保障和多业务承载能力，解决了工业互联网的中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。然而，TSN的标准协议中仅定义了数据转发和处理的方法，并未对TSN在工业环境下的组网进行规范。因此，在复杂工业网络环境下，面向时延、抖动、丢包率及速率等多业务服务质量要求(quality
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of
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service, QoS)指标约束，建立时间敏感网络多节点组网环境下端到端时延分析模式，对网络在极端情况下的时延性能进行定量分析，是当前时间敏感网络应用面临的难题。
[0003]TSN是在传统以太网基础上构建的具有确定性时延数据传输能力的新型网络。传统以太网缺乏确定性的主要原因在于其本质上是一个共享传输介质，当网络中流量过大时会出现拥塞，排队时间便无法预测，确定性也就难以保证。对于TSN而言，其主要任务是保障时间敏感业务流的端到端时延和抖动要求，因此，端到端时延的有界性是TSN传输确定性的首要特征。网络演算是一种基于最小加代数的确定性排队理论，近年来被广泛引入对网络性能边界的刻画，包括对单独的网络节点或网络端到端时延上界的刻画。文献1[Axer P, Thiele D, Ernst R, et al. Exploiting shaper context to improve performance bounds of ethernet AVB networks[C]//IEEE Design Automation Conference (DAC). San Francisco: IEEE, 2014: 1
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6]利用以太网AVB业务的固有特性，分析了在非帧抢占策略下，业务的端到端最差时延；文献2 [Mohammadpour E, Stai E, Mohiuddin M, et al. Latency and backlog bounds in time
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sensitive networking with credit based shapers and asynchronous traffic shaping[C]//2018 30th International Teletraffic Congress (ITC30). Vienna: IEEE, 2018: 1
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6.]分析了在基于信用值的整形器(credit
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based shaper, CBS)及异步流量整形器(asynchronous traffic shaping, ATS)下网络拥塞的形成因素，并对不同速率下网络节点的时延性能进行了评估；文献3 [Zhao L, Paul P, Craciunas S S. Worst
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case latency analysis for IEEE 802.1Qbv time sensitive networks using network calculus[J]. IEEE Access, 2018, 6: 41803
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41815.]针对IEEE 802.1Qbv中门控列表(gate
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control list, GCL)时间分配对端到端时延的影响，利用网络演算提出了一种基于灵活窗口的GCL调度模型，并对该模型在不同配置下的端到端时延的上界进行了分析。
[0004]目前TSN中基于网络演算的时延上界分析，一方面，对业务的到达模型刻画十分简单，多数采用突发长度这个量进行描述；另一方面，现有研究主要基于IEEE802.1 Qav中定义的CBS机制进行业务的端到端时延分析。如何通过网络演算对业务进行建模，指导流量整形器的设计，是当前具有挑战和研究价值的。
[0005]TAS是由IEEE 802.1Qbv标准定义，通过GCL来指定每一时刻对应优先级业务能否进行消息传输，在全网时钟同步的情况下，TAS中GCL周期性地控制各队列出门门控的开闭，并且遵循严格优先级的方式进行传输。然而IEEE 802.1Qbv仅仅对门控机制进行定义, 即在单交换节点中如何通过GCL的定义来保证高优先级业务的确定性. 在多节点组网场景下, 要保障时间敏感业务端到端时延确定性, 需对多交换节点的门控列表进行协同设置,这是IEEE 802.1Qbv在现实组网中所面临的难题。此外，在多节点协同组网时，为了防止低优先级业务对高优先级业务的干扰，一般不会将高优先级业务门控设置与低优先级门控“重叠”，这不仅增加了队列门控协同安排的难度，也牺牲了网络带宽以换取高优先级业务传输的“确定性”。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中队列门控协同安排的难度大，牺牲了网络带宽以换取高优先级业务传输的“确定性”的问题，本专利技术提出了一种基于SDN的时间敏感网络门控决策方法及装置。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一方面，提供了一种基于SDN的时间敏感网络门控决策方法，该方法应用于电子设备，包括以下步骤：S1：采用全集中式控制架构模型，基于软件定义理念，构建用于时间敏感网络TSN交换设备管理及控制的装置框架；S2：基于所述TSN交换设备管理及控制的装置框架，采用软件定义网络SDN技术，建立基于SDN的TSN门控决策机制，获得集中式网络控制器；S3：基于所述集中式网络控制器，进行TSN端到端门控统一调度和编排，完成基于SDN的时间敏感网络门控决策。
[0008]可选地，S2中，采用软件定义网络SDN技术，建立基于SDN的TSN门控决策机制，包括：采用软件定义网络SDN技术，获得TSN的全局网络拓扑视图，对网络交换设备进行集中管控，建立基于SDN的TSN门控决策机制。
[0009]可选地，步骤S3中，基于所述集中式网络控制器，进行TSN端到端门控统一调度和编排，包括：S31：预设时间节点，在各节点时间同步的基础上，通过集中式用户配置对终端业务的时延性能QoS需求进行采集；S32：将采集到的所述时延性能QoS需求转换发给集中式网络控制器，通过集中式网络控制器进行TSN端到端门控统一调度和编排。
[0010]可选地，步骤S31中，通过集中式用户配置对终端业务的时延性能QoS需求进行采集，包括：通过集中式用户配置，对业务信息、TSN交换机的能力以及队列门控状态参数进行收集，其中，所述业务信息包括：数据帧长度、业务信息在发送端的产生时间及业务周期。
[0011]可选地，步骤S32中，通过所述集中式网络控制器进行TSN端到端统一调度和编排，包括：
通过所述集中式网络控制器对TSN端到端时延的上界进行分析，根据时延上界，评估端到端路径上各交换机的门控设置是否满足终端业务的QoS需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SDN的时间敏感网络门控决策方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采用全集中式控制架构模型，基于软件定义理念，构建用于时间敏感网络TSN交换设备管理及控制的装置框架；S2：基于所述TSN交换设备管理及控制的装置框架，采用软件定义网络SDN技术，建立基于SDN的TSN门控决策机制，获得集中式网络控制器；S3：基于所述集中式网络控制器，进行TSN端到端门控统一调度和编排，完成基于SDN的时间敏感网络门控决策。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用软件定义网络SDN技术，建立基于SDN的TSN门控决策机制，包括：采用软件定义网络SDN技术，获得TSN的全局网络拓扑视图，对网络交换设备进行集中管控，建立基于SDN的TSN门控决策机制。3.根据权利要2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，基于所述集中式网络控制器，进行TSN端到端门控统一调度和编排，包括：S31：预设时间节点，在各节点时间同步的基础上，通过集中式用户配置对终端业务的时延性能QoS需求进行采集；S32：将采集到的所述时延性能QoS需求转换发给集中式网络控制器，通过集中式网络控制器进行TSN端到端门控统一调度和编排，完成基于SDN的时间敏感网络门控决策。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S31中，通过集中式用户配置对终端业务的时延性能QoS需求进行采集，包括：通过集中式用户配置，对业务信息、TSN交换机的能力以及队列门控状态参数进行收集，其中，所述业务信息包括：数据帧长度、业务信息在发送端的产生时间及业务周期。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S32中，通过所述集中式网络控制器进行TSN端到端统一调度和编排，包括：通过所述集中式网络控制器对TSN端到端时延的上界进行分析，根据时延上界，评估端到端路径上各交换机的门控设置是否满足终端业务的QoS需...

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