一种时间内生确定性融合网络架构及数据通信方法技术

本发明专利技术公开了一种时间内生确定性融合网络架构及数据通信方法，该网络架构包括：时间内生服务层，用于获取数据的时间需求；时间内生适配层，用于根据所述时间需求调度网络资源进行网络配置；时间内生资源层，用于根据所述网络配置对数据进行传输。基于该网络架构的数据通信方法包括获取数据的时间需求，根据所述时间需求调度网络资源进行网络配置，根据所述网络配置对数据进行传输。对于具有不同的时间需求的数据，通过网络层级间的时间需求传递、信息共享，来实现网络资源的时间适配，进而支撑差异化时间需求的数据传输，提高网络通信的时间保障能力。时间保障能力。时间保障能力。

【技术实现步骤摘要】
一种时间内生确定性融合网络架构及数据通信方法


[0001]本专利技术涉及确定性网络通信
，尤其涉及一种时间内生确定性融合通信网络架构及数据通信方法。

技术介绍

[0002]随着通信网络技术的逐步发展，网络的业务承载能力得到了显著地提升，主要体现在高带宽、低时延和广连接。高性能的通信网络也促进了互联网新业态的产生，如视频直播、AR/VR、自动驾驶、远程医疗、工业控制等。与此同时，新型网络应用对网络时延及抖动的服务质量提出了更为严格的要求，例如在工业专用网络中控制信令严格要求毫秒级的时延和微秒级的抖动，在广域网中的视频交互类数据也要求端到端的时延小于20ms。这类对于时间的需求促使通信网络从提供尽力而为的服务向提供确定性服务演进。
[0003]然而，传统的互联网只能将端到端平均延迟降低到几十毫秒量级，且无法做到严格的时延上限保证。直观上不可控的端到端时延是由网络拥塞带来的长时排队时延导致的，但本质上是由于现存的网络构架以及协议栈体系的两大缺陷导致的。协议栈各层缺乏时间概念：在执行层内的流程时，无法获取数据的时间需求，导致时间保障能力的缺失。
[0004]针对上述缺陷，迫切需要探索构建更加完备的支持确定性通信的网络架构，以满足具有差异化实时通信等级的多种网络应用融合组网难题。由于通信网络具有跨学科复杂性系统的特性，要求必须从应用需求出发进行自顶向下的系统设计，才能使成果具有广泛适用意义。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种时间内生确定性融合网络架构及数据通信方法，以解决网络通信的时间保障能力缺失导致的难以保障确定性通信技术问题。
[0006]本专利技术提出的技术方案如下：本专利技术实施例第一方面提供一种时间内生确定性融合网络架构，包括：时间内生服务层，用于获取数据的时间需求；时间内生适配层，用于根据所述时间需求调度网络资源进行网络配置；时间内生资源层，用于根据所述网络配置对数据进行传输。
[0007]可选地，所述时间内生服务层包括：通用套接字，包括基础通信属性，用于实现所述时间需求为基础需求的数据的传输；高速套接字，包括基础通信属性和通信期限，用于实现所述时间需求为时延保障需求的数据的传输；时间触发套接字，包括基础通信属性和发送时间戳，用于实现所述时间需求为时间确定性需求的数据的传输。
[0008]可选地，所述时间内生适配层包括：通用适配模块，用于完成基础的转发路径调度和服务质量优先级配置；时间优先适配模块，用于根据所述通信期限实现转发拥塞控制的调整和转发路径的选择；严格时间触发适配模块，用于根据数据发送的特征信息、时间需求信息、当前网络的资源使用情况实现转发路径和传输时隙的联合调度。
[0009]可选地，所述时间内生资源层包括：传输组件层，包括通用传输协议模块、基于期
限感知的拥塞控制模块和实时检验的传输协议模块，所述通用传输协议模块用于使用第一预设传输协议封装数据，所述基于期限感知的拥塞控制模块用于将通信期限添加到数据中，通过第二预设传输协议将数据和所述通信期限共同进行封装，并根据所述通信期限和拥塞情况调整数据发送速率，所述实时检验的传输协议模块用于通过第三预设传输协议对数据和所述发送时间戳进行封装；网络组件层包括基础路由模块、基于时延的分布式路由模块、集中式路由模块，所述基础路由模块用于获取根据分布式路由协议生成的最短路径对数据进行转发，所述基于时延的分布式路由模块用于实时计算所有数据转发路径的路径质量，选择路径质量最好的转发路径进行数据转发；所述集中式路由模块用于根据数据发送的特征信息、时间需求信息、当前网络的资源使用情况进行转发路径和传输时隙的联合调度，预先获取数据转发的路由条目；链路组件层包括通用QoS模块、对称并行处理模块、基于期限的发送排序模块、快速数据通路模块、时间感知整形/时分复用模块和流过滤和监管模块，所述通用QoS模块用于根据服务质量实现发送侧的区分服务，所述对称并行处理模块用于通过对称并行处理的方式实现接收侧的数据接收，所述基于期限的发送排序模块用于根据所述通信期限调整数据发送顺序，所述快速数据通路模块用于通过将协议栈的报文处理与转发过程下沉到内核网卡驱动层实现数据快速接收，所述时间感知整形/时分复用模块用于使用时间感知整形或时分复用调度数据发送，所述流过滤和监管模块用于根据传输时隙对到达的数据进行过滤，并根据数据的流ID字段对数据进行监管。
[0010]可选地，所述时间内生资源层还包括物理组件层，所述物理组件层包括若干用于传输数据的传输介质，所述链路组件层还包括硬件时钟，所述硬件时钟将时间信息分别发送至所述时间内生服务层、时间内生适配层和时间内生资源层。
[0011]本专利技术实施例第二方面一种数据通信方法，包括：获取数据的时间需求；根据所述时间需求调度网络资源进行网络配置；根据所述网络配置对数据进行传输。
[0012]可选地，所述时间需求包括基础需求、时延保障需求和时间确定性需求；所述根据所述时间需求调度网络资源进行网络配置，包括：获取所述时间需求的类型；若所述时间需求为基础需求，则网络配置为通用适配；若所述时间需求为时延保障需求，则网络配置为时间优先适配；若所述时间需求为时间确定性需求，则网络配置为严格时间触发适配。
[0013]可选地，根据所述网络配置对数据进行传输，包括：获取所述网络配置的类型；若所述网络配置为通用适配，则根据面向传统互联网的尽力而为通信方法对数据进行传输；若所述网络配置为时间优先适配，则根据面向广域网的时延保障通信方法对数据进行传输；若所述网络配置为严格时间触发适配，则根据面向专用网络的时间确定性通信方法对数据进行传输。
[0014]可选地，根据面向传统互联网的尽力而为通信方法对数据进行传输，包括：使用第一预设传输协议封装数据；根据服务质量实现发送侧的区分服务；根据标识或IP协议的基础转发路由条目转发数据；通过对称并行处理的方式实现接收侧的数据接收。
[0015]可选地，根据面向广域网的时延保障通信方法对数据进行传输，包括：将通信期限添加到数据中，通过第二预设传输协议将数据和通信期限共同进行封装；根据所述通信期限和拥塞情况调整数据发送速率；实时计算所有数据转发路径的路径质量，选择路径质量最好的转发路径进行数据转发；根据通信期限调整数据发送顺序；使用快速数据通路接收数据。
[0016]可选地，根据面向专用网络的时间确定性通信方法对数据进行传输，包括：获取并保存应用为数据分配的发送时间戳，通过第三预设传输协议对数据和所述发送时间戳进行封装；根据数据的目的IP或目的标识获取对应的路由条目并根据获取的路由条目转发数据，对应的路由条目通过根据数据发送的特征信息、时间需求信息、当前网络的资源使用情况进行转发路径和传输时隙的联合调度预先获取；使用时间感知整形或时分复用机制调度数据发送；根据传输时隙对到达的数据进行过滤，根据数据的流ID字段对数据进行监管。
[0017]本专利技术实施例第三方面提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时间内生确定性融合网络架构，其特征在于，包括：时间内生服务层，用于获取数据的时间需求；时间内生适配层，用于根据所述时间需求调度网络资源进行网络配置；时间内生资源层，用于根据所述网络配置对数据进行传输。2.根据权利要求1所述的时间内生确定性融合网络架构，其特征在于，所述时间内生服务层包括：通用套接字，包括基础通信属性，用于实现所述时间需求为基础需求的数据的传输；高速套接字，包括基础通信属性和通信期限，用于实现所述时间需求为时延保障需求的数据的传输；时间触发套接字，包括基础通信属性和发送时间戳，用于实现所述时间需求为时间确定性需求的数据的传输。3.根据权利要求2所述的时间内生确定性融合网络架构，其特征在于，所述时间内生适配层包括：通用适配模块，用于完成基础的转发路径调度和服务质量优先级配置；时间优先适配模块，用于根据所述通信期限实现转发拥塞控制的调整和转发路径的选择；严格时间触发适配模块，用于根据数据发送的特征信息、时间需求信息、当前网络的资源使用情况实现转发路径和传输时隙的联合调度。4.根据权利要求3所述的时间内生确定性融合网络架构，其特征在于，所述时间内生资源层包括：传输组件层，包括通用传输协议模块、基于期限感知的拥塞控制模块和实时检验的传输协议模块，所述通用传输协议模块用于使用第一预设传输协议封装数据，所述基于期限感知的拥塞控制模块用于将通信期限添加到数据中，通过第二预设传输协议将数据和所述通信期限共同进行封装，并根据所述通信期限和拥塞情况调整数据发送速率，所述实时检验的传输协议模块用于通过第三预设传输协议对数据和所述发送时间戳进行封装；网络组件层包括基础路由模块、基于时延的分布式路由模块、集中式路由模块，所述基础路由模块用于获取根据分布式路由协议生成的最短路径对数据进行转发，所述基于时延的分布式路由模块用于实时计算所有数据转发路径的路径质量，选择路径质量最好的转发路径进行数据转发；所述集中式路由模块用于根据数据发送的特征信息、时间需求信息、当前网络的资源使用情况进行转发路径和传输时隙的联合调度，预先获取数据转发的路由条目；链路组件层包括通用QoS模块、对称并行处理模块、基于期限的发送排序模块、快速数据通路模块、时间感知整形/时分复用模块和流过滤和监管模块，所述通用QoS模块用于根据服务质量实现发送侧的区分服务，所述对称并行处理模块用于通过对称并行处理的方式实现接收侧的数据接收，所述基于期限的发送排序模块用于根据所述通信期限调整数据发送顺序，所述快速数据通路模块用于通过将协议栈的报文处理与转发过程下沉到内核网卡驱动层实现数据快速接收，所述时间感知整形/时分复用模块用于使用时间感知整形或时分复用调度数据发送，所述流过滤和监管模块用于根据传输时隙对到达的数据进行过滤，并根据数据的流ID字段对数据进行监管。
5.根据权利要求4所述的时间内生确定性融合网络架构，其特征在于，所述时间内生资源层还包括物理组件层，所述物理组件层包括若干用于传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冬，任杰，王洪超，张维庭，高德云，张宏科，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：