基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法及装置，该方法包括：获取待转发的时间敏感网络流，并获取其中的每一数据帧的生存时间；在转发前，根据各数据帧的生存时间，为时间敏感网络流中每一数据帧分别赋予转发优先级；其中，数据帧的生存时间越短，则对应的转发优先级越高；在转发时，按照各数据帧当前的转发优先级顺序将各数据帧放进转发队列，实现时间敏感网络流的调度；在转发过程中，基于数据在交换设备的响应时间实时更新其转发优先级。本发明专利技术可提升时间敏感流在网络中高负载下的调度成功率，降低流量调度所需的时间，提升时间敏感流对网络规模的适应性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法及装置


[0001]本专利技术涉及网络通信
，特别涉及一种基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法及装置。

技术介绍

[0002]随着通信界对6G网络以及元宇宙研究的不断深入，“时间敏感网络”(Time
‑
Sensitive Networking,TSN)的技术变得愈发重要，其属于IEEE 802.1工作小组中的TSN工作小组发展的系列标准，是在非确定性的以太网中实现确定性的最小时间延时的协议族。该标准的主要定义内容是以太网数据传输的时间敏感机制，把确定性和可靠性作为标准以太网的附加内容，以确保数据实时、确定和可靠地传输，并特别强调了流量传输的超低延迟以及高可用性，克服了当下包括5G在内的网络通信技术的局限性，能够极大地帮助6G网络以及元宇宙的落地实现。
[0003]时间敏感网络的核心技术是流量调度与整形算法，这也是学术界深入研究的重点。图2展示了一种支持时间敏感网络协议的交换设备结构，为了避免网络拥塞导致数据包丢失或超出生存周期，IEEE 802.1为其中的每一个流量调度队列都设置了一个优先级，并由一个“门控制列表”按照映射在列表中的一组0
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1字符串，使包含有较高优先级流量的队列优先进行转发。然而，由于流量调度队列按照“先入先出”规则对流量进行转发，已经进入队列的流量无法以任何理由改变转发顺序，这会带来以下几个问题：
[0004]一是队列优先级方案让处在高优先级队列中的流量优先被转发，但是这并不能保障高优先级队列中每一个数据包都需要这么高的转发优先度。举例来说，尽管IEEE规定视频流的整体优先级小于音频流，但并不是视频流里的每一个数据包转发优先级都小于音频流数据包，某些快要超出生命周期的视频流数据包优先级就是要高于某些新到的音频流包。
[0005]二是即便是同一类数据流，由于生存周期等因素的影响，各数据包需要被转发的优先级不同。然而IEEE 802.1Qbv方案仅仅在队列级设置优先度，导致交换设备不能优先考虑生存时间更短，但却排在队列末尾的分组，忽视了数据包的实际转发优先级需求。
[0006]三是如果不将优先级建立在数据包上，那么如果数据包因网络抖动和/或偏移的影响而改变到达时间，容易造成延迟、错位和拥塞。
[0007]除上述问题之外，由于时间敏感网络需要全局的高精度时间控制，这在交换设备和节点的数量增加时，导致网络可扩展性和利用率急剧下降，不利于网络规模的扩张。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法及装置，以至少在一定程度上解决现有技术所存在的上述技术问题。实现时间敏感流的高效率、高质量的调度，以显著提升时间敏感流在网络中高负载下的调度成功率，降低流量调度所需的时间，提升时间敏感流对网络规模的适应性。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
[0010]一方面，本专利技术提供了一种基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法，所述基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法包括：
[0011]对时间敏感网络的数据信息进行采集，得到待转发的时间敏感网络流；
[0012]针对所述时间敏感网络流，获取其中每一数据包的每一数据帧的生存时间；
[0013]在转发前，根据各数据帧的生存时间，为时间敏感网络流中每一数据帧分别赋予转发优先级；其中，数据帧的生存时间越短，则对应的转发优先级越高；
[0014]在转发时，按照各数据帧当前的转发优先级顺序将各数据帧放进转发队列，实现时间敏感网络流的调度；其中，在转发过程中，数据帧每到达一个交换设备时，都需要计算其在当前交换设备的响应时间，并与其在之前的交换设备的响应时间进行累加，得到累计时间；然后根据所述累计时间和生存时间实时更新其转发优先级，在下一次转发时，按照更新后的转发优先级对数据帧进行转发。
[0015]进一步地，针对所述时间敏感网络流，获取其中每一数据包的每一数据帧的生存时间，包括：
[0016]针对所述时间敏感网络流，采用网络数据帧分析技术获取其中每一数据包的每一数据帧的生存时间。
[0017]进一步地，每一数据包中的数据帧个数其中，L
i
表示数据包长度，M表示发送大小等于最大传输单元MTU的数据的传输时间。
[0018]进一步地，当数据帧到达一个交换设备时，通过实时流量响应分析技术分析得出各数据帧在转发过程中的每一台交换设备处所经历的响应时间。
[0019]进一步地，根据所述累计时间和生存时间实时更新其转发优先级，包括：
[0020]分别求出各数据帧对应的累计时间与其生存时间之间的差值；
[0021]对求出各差值以升序进行排序，并按照差值的排序为对应的数据帧更新转发优先级；其中，越靠前的差值所对应的数据帧的转发优先级越高。
[0022]另一方面，本专利技术还提供了一种基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度装置，所述基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度装置包括：
[0023]数据获取模块，用于：
[0024]对时间敏感网络的数据信息进行采集，得到待转发的时间敏感网络流；
[0025]针对所述时间敏感网络流，获取其中每一数据包的每一数据帧的生存时间；
[0026]转发优先级设置模块，用于在转发前，根据所述数据获取模块所获取的各数据帧的生存时间，为时间敏感网络流中每一数据帧分别赋予转发优先级；其中，数据帧的生存时间越短，则对应的转发优先级越高；
[0027]数据转发及转发优先级更新模块，用于在转发时，按照所述转发优先级设置模块所设置的各数据帧当前的转发优先级顺序将各数据帧放进转发队列，实现时间敏感网络流的调度；其中，在转发过程中，数据帧每到达一个交换设备时，都需要计算其在当前交换设备的响应时间，并与其在之前的交换设备的响应时间进行累加，得到累计时间；然后根据所述累计时间和生存时间实时更新其转发优先级，在下一次转发时，按照更新后的转发优先级对数据帧进行转发。
[0028]进一步地，数据获取模块具体用于：
[0029]针对所述时间敏感网络流，采用网络数据帧分析技术获取其中每一数据包的每一数据帧的生存时间。
[0030]进一步地，每一数据包中的数据帧个数其中，L
i
表示数据包长度，M表示发送大小等于最大传输单元MTU的数据的传输时间。
[0031]进一步地，数据获取模块具体还用于：
[0032]当数据帧到达一个交换设备时，通过实时流量响应分析技术分析得出各数据帧在转发过程中的每一台交换设备处所经历的响应时间。
[0033]进一步地，根据所述累计时间和生存时间实时更新其转发优先级，包括：
[0034]分别求出各数据帧对应的累计时间与其生存时间之间的差值；
[0035]对求出各差值以升序进行排序，并按照差值的排序为对应的数据帧更新转发优先级；其中，越靠前的差值所对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法，其特征在于，所述基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法包括：对时间敏感网络的数据信息进行采集，得到待转发的时间敏感网络流；针对所述时间敏感网络流，获取其中每一数据包的每一数据帧的生存时间；在转发前，根据各数据帧的生存时间，为时间敏感网络流中每一数据帧分别赋予转发优先级；其中，数据帧的生存时间越短，则对应的转发优先级越高；在转发时，按照各数据帧当前的转发优先级顺序将各数据帧放进转发队列，实现时间敏感网络流的调度；其中，在转发过程中，数据帧每到达一个交换设备时，都需要计算其在当前交换设备的响应时间，并与其在之前的交换设备的响应时间进行累加，得到累计时间；然后根据所述累计时间和生存时间实时更新其转发优先级，在下一次转发时，按照更新后的转发优先级对数据帧进行转发。2.如权利要求1所述的基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法，其特征在于，针对所述时间敏感网络流，获取其中每一数据包的每一数据帧的生存时间，包括：针对所述时间敏感网络流，采用网络数据帧分析技术获取其中每一数据包的每一数据帧的生存时间。3.如权利要求1所述的基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法，其特征在于，每一数据包中的数据帧个数其中，L
i
表示数据包长度，M表示发送大小等于最大传输单元MTU的数据的传输时间。4.如权利要求1所述的基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法，其特征在于，当数据帧到达一个交换设备时，通过实时流量响应分析技术分析得出各数据帧在转发过程中的每一台交换设备处所经历的响应时间。5.如权利要求1所述的基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度方法，其特征在于，根据所述累计时间和生存时间实时更新其转发优先级，包括：分别求出各数据帧对应的累计时间与其生存时间之间的差值；对求出各差值以升序进行排序，并按照差值的排序为对应的数据帧更新转发优先级；其中，越靠前的差值所对应的数据帧的转发优先级越高。6.一种基于数据帧动态优先级的时间敏感网络流调度装置，其特征在于，所述基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海君，孙海桐，刘向南，管婉青，王东，吴子君，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：