一种基于网络演算的TSN帧抢占机制的时延分析方法技术

技术编号：41290521 阅读：2 留言：0更新日期：2024-05-13 14:41

一种基于网络演算的TSN帧抢占机制的时延分析方法，包括如下步骤：步骤1：对高速帧的到达曲线进行建模；步骤2：根据高速帧相对于可抢占帧传输时隙的不同到达时刻分析高速帧的帧抢占时延；步骤3：根据帧抢占时延对高速帧的服务曲线进行建模；步骤4：基于步骤1和步骤3得到的高速帧的到达曲线和服务曲线计算高速帧的时延上界。该方法可以反映网络性能，评估帧抢占机制对于网络高速数据流传输时延的影响。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于网络通信领域，具体涉及一种基于网络演算的tsn帧抢占机制的时延分析方法。

技术介绍

1、时间敏感网络(time-sensitivenetworking，tsn)是由电气与电子工程师协会提出的一种网桥组网标准。tsn在虚拟局域网技术之上制定了一系列数据帧控制和流量调度机制，为时间敏感数据在物理层和数据链路层实现确定性传输时延提供技术保障。由于tsn流调度机制可以让时间关键数据免受非时间敏感流量的影响，保障传输时延和抖动的确定性，实现数据帧传输的零拥塞，所以，被广泛用于实时性和可靠性要求较高的电力系统等工业互联网网络通信场景。在复杂的工业网络环境下，面向时延、抖动、丢包率等多业务服务质量指标约束，建立tsn组网环境下的时延分析模型，对网络在极端情况下的时延性能进行定量分析，是tsn提供确定性网络服务的保障。

2、为了避免网络资源的浪费，tsn颁布了帧抢占机制标准ieee802.1qbv。通过划分高速帧和可抢占帧，来保证高优先级业务流量的时延要求。由于tsn帧抢占机制具有随机占用网络资源的特征，所以高速帧的传输时延呈现出复杂的动态性，现有资料仅对于帧抢占机制的时延特性进行了描述，忽略的对帧抢占机制时延上界的分析，通过对帧抢占机制时延上界的推导，可以从理论上刻画网络在帧抢占机制下的最大时延，用于评估网络的确定性性能。

技术实现思路

1、本专利技术提供一种基于网络演算的tsn帧抢占机制的时延分析方法，为tsn网络中帧抢占机制下高速帧传输的时延提供确定性的上界分析。</p>

2、实现本专利技术的具体技术方案是：一种基于网络演算的tsn帧抢占机制的时延分析方法，包括如下步骤：

3、步骤1：对高速帧的到达曲线进行建模；

4、步骤2：根据高速帧相对于可抢占帧传输时隙的不同到达时刻分析高速帧的帧抢占时延；

5、步骤3：根据帧抢占时延对高速帧的服务曲线进行建模；

6、步骤4：基于步骤1和步骤3得到的高速帧的到达曲线和服务曲线计算高速帧的时延上界。

7、步骤1中，对高速帧的到达曲线进行建模，具体为：

8、αef(t)＝reft+bef；

9、其中ref表示高速帧的平均比特率，bef表示高速帧的最大突发比特数。

10、步骤2中，高速帧的帧抢占时延包括：

11、帧抢占的条件为可抢占帧已发送部分和未发送部分的数据字节数都需要大于等于60，因此高速帧的抢占时延分为以下4种情况：

12、1)等待抢占，

13、2)直接抢占，

14、3)无法抢占，或lpf＜132

15、4)无需抢占，t＝0，tef,ja≥tpf,je，

16、其中t为帧抢占时延，c为链路传输速率，tef,ja为高速帧的到达时刻，tpf,js为可抢占帧的传输开始时刻，tpf,je为可抢占帧的传输结束时刻，lpf为可抢占帧长度，lpre为前导码长度，lsmd为帧起始定界符长度，lcrc为循环冗余校验码长度，ligf为最小帧间隔，lpf-w为等待抢占情况下高速帧需等待可抢占帧传输的剩余帧长，lpf-r为无法抢占情况下高速帧需等待可抢占帧传输的剩余帧长。

17、步骤3中高速帧的服务曲线建模为n个传输时隙的累加：

18、

19、其中，

20、其中b(t)表示高速帧的服务曲线，bj(t)表示高速帧在第j个传输时隙的服务曲线；

21、tef,js表示高速帧的传输开始时刻：tef,js＝tef,ja+t；

22、tef,je表示高速帧的传输结束时刻：lef表示高速帧的长度；

23、c(t-tef,js)表示在第j个传输时隙内的服务量，c(tef,je-tef,js)表示在传输结束时刻之后的服务量，t表示服务曲线的自变量时间。

24、步骤4中，高速帧的时延上界为到达曲线和服务曲线的最大水平偏差：

25、

26、其中，sup表示上界，inf表示下界，t为曲线横坐标，s表示坐标偏移量，α(t)表示高速帧的到达曲线，b(t)表示高速帧的服务曲线，b(t+s)表示向左偏移量为s的服务曲线。

27、通过上述方案的设计，本专利技术的有益效果在于：

28、通过到达曲线和服务曲线计算tsn帧抢占机制下的最大时延，可以用于反映网络性能，评估帧抢占机制性能，对tsn网络的帧抢占机制的优化设计和应用具有参考价值，保证网络的确定性边界。

29、本专利技术通过网络演算的方法对帧抢占机制下的时延上界进行理论推导。通过理论推导的结果可以用于评估网络性能，辅助帧抢占机制的优化和设计，当该理论时延上界越小时，则网络性能越好。

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【技术保护点】

1.一种基于网络演算的TSN帧抢占机制的时延分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于网络演算的TSN帧抢占机制的时延分析方法，其特征在于：步骤1中，对高速帧的到达曲线进行建模，具体为：

3.根据权利要求1所述的一种基于网络演算的TSN帧抢占机制的时延分析方法，其特征在于：步骤2中，高速帧的帧抢占时延包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于网络演算的TSN帧抢占机制的时延分析方法，其特征在于：步骤3中高速帧的服务曲线建模为n个传输时隙的累加：

5.根据权利要求1所述的一种基于网络演算的TSN帧抢占机制的时延分析方法，其特征在于：步骤4中，高速帧的时延上界为到达曲线和服务曲线的最大水平偏差：

【技术特征摘要】

1.一种基于网络演算的tsn帧抢占机制的时延分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于网络演算的tsn帧抢占机制的时延分析方法，其特征在于：步骤1中，对高速帧的到达曲线进行建模，具体为：

3.根据权利要求1所述的一种基于网络演算的tsn帧抢占机制的时延分析方法，其特征在于：步骤2中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，刘昕，李德识，廖荣涛，王逸兮，王晟玮，胡欢君，叶宇轩，张剑，宁昊，张玉洁，郭岳，罗弦，王敬靖，李想，王博涛，陈家璘，郑蕾，徐宁，胡晨，邱学晶，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司信息通信公司，
类型：发明
国别省市：

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