使用优先级再生的时间敏感网络中的可变抢占制造技术

本公开的各实施例涉及使用优先级再生的时间敏感网络中的可变抢占。一种用于操作时间敏感网络TSN的方法，其中该TSN至少包括第一高重要性段和第二低重要性段，使得一方面第一段内的流量和另一方面第二段内的流量通过TSN中的不同物理链路集传递，第一段被连接到边界网络元件的第一端口，该边界网络元件连接第一段和第二段，并且第二段被连接到该边界网络元件的第二端口，方法包括以下步骤：在边界网络元件上，使用每个端口的TSN优先级再生，将被附加到数据流的优先级标签重新映射到更新的优先级标签；在边界网络元件上，将数据流拆分为“抢占”类和“可抢占”类；以及将数据流从边界网络元件转发到至少一个下一跳网络元件。元件转发到至少一个下一跳网络元件。元件转发到至少一个下一跳网络元件。

【技术实现步骤摘要】
使用优先级再生的时间敏感网络中的可变抢占


[0001]本专利技术涉及时间敏感网络TSN领域，时间敏感网络TSN例如可以用作工业工厂中分布式控制系统DCS中的通信介质。

技术介绍

[0002]用于工业工厂的分布式控制系统DCS包括多个控制器、传感器和致动器。例如，传感器可以递送来自在工厂上执行的工业过程内的测量值。然后，控制器可以例如与致动器通信，致动器物理地作用于过程，目的是将测量值(诸如温度或压力)保持在期望的设定点值处。
[0003]DCS内的通信要求数据流的快速和可靠的递送。专用现场总线网络被设计为提供所需的低延时和可靠性，但它旨在利用标准化的高性能网络代替多个专有现场总线系统。为此目的，建立在传统以太网网络上的时间敏感网络TSN在本领域中是众所周知的。WO2020/136487A2公开了一种用于过程工厂的控制器，该控制器能够在网络中与TSN设备和非TSN设备的混合进行通信。
[0004]根据参与者的数目，整个TSN的配置可能非常复杂和耗时。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术的一个目的是促进并允许TSN的配置的部分自动化。
[0006]该目的通过根据第一独立权利要求的用于操作TSN的方法以及通过根据第二独立权利要求的用于配置TSN的方法来实现。在相应的从属权利要求中详述了进一步的有利实施例。
[0007]本专利技术提供了一种用于操作时间敏感网络TSN的方法。该TSN至少包括第一高重要性段和第二低重要性段。术语“高重要性”和“低重要性”是相对于手头的具体应用的相对术语。在每一个应用中，将存在一些数据流，这些数据流的及时和可靠递送比其他数据流的递送更关键。例如，在工业过程中的某处捕获并且仅在控制室的某处显示的测量值在某种程度上仍然很重要(否则它不会首先被测量)。但是与更新作为闭合反馈回路的一部分的测量值相比，更新该测量值的时间要求较低。
[0008]段是独立的，因为一方面第一段内的流量和另一方面第二段内的流量通过TSN中的不同物理链路集传递。第一段和第二段通过边界网络元件连接。第一段被连接到边界网络元件的第一端口，第二段被连接到边界网络元件的第二端口。通过第三端口和更多端口，边界网络元件可以将第一段和第二段连接到外界，即TSN的另外段或因特网。
[0009]在第一端口和第二端口上接收的数据流具有被附加到它们的优先级标签。例如，这些优先级标签可以是时间感知流量整形TAS优先级。根据TSN标准，存在八种不同的TAS优先级。在该方法的过程中，边界网络元件将这些优先级标签重新映射到更新的优先级标签，使得最初在第一端口上接收的数据流与最初在第二端口上接收的任何数据流不具有相同的更新的优先级标签。
[0010]基于从更新的优先级标签到类的映射，边界网络元件将数据流拆分成“抢占”类和“可抢占”类。例如，如果存在从0到7的8个优先级水平，则优先级水平7到4可以被映射到“抢占”类，并且优先级水平3到0可以被映射到“可抢占”类。
[0011]边界网络元件将数据流转发到至少一个下一跳网络元件。至少在到下一跳网络元件的链路上拥塞的情况下，“抢占”数据流的转发优先于“可抢占”数据流的转发。即，“可抢占”数据流的帧可能必须在队列中等待被传送，直到属于“抢占”数据流的帧的传输完成。
[0012]第一网络段和第二网络段可以被独立管理。这意指第一网络段中的第一数据流可以被分配特定的优先级标签(例如，5)，并且第二网络段中的第二数据流可以被分配相同的优先级标签。在重新映射后，两个数据流将具有不同的更新的优先级标签。因此，在拆分为“抢占”类和“可抢占”类时，更新的优先级标签反映了第一数据流比第二数据流重要，因为它源自更重要的第一网络段。因此，第一数据流可以被映射到“抢占”类，并且第二数据流可以被映射到“可抢占”类，以便以牺牲第二数据流为代价，以更好的确定性递送第一数据流。
[0013]在最初在第一端口上接收的数据流与最初在第二端口上接收的任何数据流不具有相同的更新的优先级标签的条件上，重新映射和后续的拆分可以根据考虑到每个数据流相对于手头应用的重要性的任何适当规则集来进行。
[0014]在一个简单的示例中，来自第一高重要性段的所有数据流可以被分配将导致它们在拆分期间被映射到“抢占”类的更新的优先级标签，而来自第二低重要性段的所有数据流可以被分配将导致它们在拆分期间被映射到“可抢占”类的更新的优先级标签。
[0015]在另一个示例中，重新映射可以提高来自第一段的数据流的优先级标签，并且降低来自第二段的数据流的优先级标签。在拆分期间，具有高于预先确定阈值的优先级标签的所有数据流可以被映射到“抢占”类，而具有低于该阈值的优先级标签的数据流可以被映射到“可抢占”类。以该方式，数据流的原始优先级标签(该标签反映了它们在相应网络段内的相对优先级)，仍然对这些数据流将被映射到“抢占”还是将被映射到“可抢占”的最终决策有一定的影响。
[0016]因此，每个网络段内的优先级划分和边界网络元件上的处理可以协同工作，以改进通过TSN传送系统重要流量的确定性。但是，如果照原样采用现有的TSN并且仅边界网络元件上的处理被修改，也可以实现该确定性的改进。即，也可以通过仅在单个地方进行改变来改进确定性。仅在一个地方进行改变的一个优点是，在各个网络段内现有的、经过试验和测试的优先级和配置可以保持不变。在诸如化学或核过程的一些高风险应用中，任何配置改变都可能取决于事先的监管批准。对于只影响边界网络元件，并且因此使每个网络段内的通信保持原样的改变，获得这种批准要比对TSN的完全重新设计获得批准要容易得多。
[0017]在一个有利实施例中，下一跳网络元件可以恢复数据流的原始优先级标签。以该方式，重新映射的效果可以被限制于边界网络元件与下一跳网络元件之间的链路。例如，边界网络元件上的重新映射和拆分可以专门用于缓解边界网络元件与下一跳网络元件之间的链路上的拥塞，该链路是TSN内的瓶颈，但是一旦通过该瓶颈，就可以重新使用原始的优先级信息。例如，如果边界网络元件与下一跳网络元件之间的链路必须运载进出数个网络段的流量并且它具有比所述数个网络段的组合带宽小的带宽，则它可能变得易于成为瓶颈。
[0018]在另外的有利实施例中，数据流可以已经在第一段和第二段中的网络元件上被拆
分成“抢占”类和“可抢占”类。然后，这些网络元件可以将数据流转发到相应的下一跳网络元件，使得至少在到相应的下一跳网络元件的链路上拥塞的情况下，“抢占”数据流的转发优先于“可抢占”的数据流的转发。从优先级标签到类的映射在第一段与第二段之间不同。即，存在逐段抢占的配置。在该情况下，根据本方法的在边界网络元件上重新映射和拆分的组合，允许在从边界网络元件到外界的上行链路上使用TSN抢占机制，同时保留各个网络段中的现有抢占配置不变。但在各个网络段的配置与边界网络元件的配置之间也可以存在任何程度的协调和协作。
[0019]在一个示例中，在第一网络段和/或第二网络段内的优先级标签与类之间的映射、在边界网络元件上的优先级标签的重新映本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于操作时间敏感网络TSN(1)的方法(100)，其中所述TSN至少包括第一高重要性段(1a)和第二低重要性段(1b)，使得一方面第一段(1a)内的流量和另一方面第二段(1b)内的流量通过所述TSN(1)中的不同物理链路集(2a
‑
2b；2c
‑
2e)传递，所述第一段(1a)被连接到边界网络元件(4)的第一端口(4a)，所述边界网络元件(4)连接所述第一段(1a)和所述第二段(1b)，并且所述第二段(1b)被连接到所述边界网络元件(4)的第二端口(4b)，所述方法(100)包括以下步骤：
·
在所述边界网络元件(4)上，使用每个端口的TSN优先级再生，将被附加到在所述第一端口(4a)和所述第二端口(4b)上接收的数据流(5a
‑
5g)的优先级标签(6a
‑
6g)重新映射(130)到更新的优先级标签(6a*
‑
6g*)，使得最初在所述第一端口(4a)上接收的数据流(5a
‑
5c)与最初在所述第二端口(4b)上接收的任何数据流(5d
‑
5g)不具有相同的更新的优先级标签(6a*
‑
6g*)；
·
在所述边界网络元件(4)上，基于从更新的优先级标签(6a*
‑
6g*)到类(7a，7b)的映射，将所述数据流(5a
‑
5g)拆分(140)为“抢占”类(7a)和“可抢占”类(7b)；以及
·
将所述数据流(5a
‑
5g)从所述边界网络元件(4)转发(150)到至少一个下一跳网络元件(8)，其中至少在到所述下一跳网络元件(8)的链路(2f)上拥塞的情况下，“抢占”数据流(5a
‑
5g)的转发优先于“可抢占”数据流(5a
‑
5g)的转发。2.根据权利要求1所述的方法(100)，还包括：由所述下一跳网络元件(8)恢复(160)所述数据流(5a
‑
5g)的原始优先级标签(6a
‑
6g)。3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法(100)，还包括：
·
在所述第一段(1a)和所述第二段(1b)中的网络元件(3a
‑
3e)上，基于从被附加到数据流(5a
‑
5g)的优先级标签(6a
‑
6g)到类(7a，7b)的映射，将这些数据流(5a
‑
5g)拆分(110)为“抢占”类(7a)和“可抢占”类(7b)；以及
·
将所述数据流(5a
‑
5g)转发(120)到相应的下一跳网络元件(3a
‑
3e，4)，其中至少在到所述相应的下一跳网络元件(3a
‑
3e，4)的链路(2a
‑
2e)上拥塞的情况下，“抢占”数据流的转发优先于“可抢占”数据流的转发，其中从优先级标签(5a
‑
5g)到类(7a，7b)的映射在所述第一段(1a)与所述第二段(1b)之间不同。4.根据权利要求3所述的方法(100)，其中在所述第一网络段(1a)和/或所述第二网络段(1b)内的优先级标签(5a
‑
5g)与类(7a，7b)之间的所述映射、在所述边界网络元件(4)上的优先级标签(6a
‑
6g)的所述重新映射、以及在所述边界网络元件(4)上的从更新的优先级标签(6a*
‑
6g*)到类(7a，7b)的所述映射被协调，使得在从所述边界网络元件(4)转发时，在所述第一网络段(1a)和/或所述第二网络段(1b)内的所述“可抢占”类(7b)中的数据流(5a
‑
5g)都不在所述“抢占”类(7a)中。5.根据权利要求3至4中任一项所述的方法(100)，其中在所述第一网络段(1a)和/或所述第二网络段(1b)内的优先级标签(5a
‑
5g)与类(7a，7b)之间的所述映射、在所述边界网络元件(4)上的优先级标签(6a
‑
6g)的所述重新映射、以及在所述边界网络元件(4)上的从更新的优先级标签(6a*
‑
6g*)到类(7a，7b)的所述映射被协调，使得在所述第一网络段(1a)和/或所述第二网络段(1b)内以及在从所述边界网络元件(4)转发时，至少一个系统重要数据流(5a
‑
5g)均在所述“抢占”类(7a)中。
6.根据权利要求1至5中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：