一种异步低延时时间敏感数据处理方法转让专利
申请号 : CN202110408417.1
文献号 : CN112821977B
文献日 : 2021-07-09
发明人 : 赵许阳 , 杨汶佼
申请人 : 之江实验室
摘要 :
权利要求 :
1.一种异步低延时时间敏感数据处理方法,包括以下步骤: S1、端口接收到以太网数据帧,判断是否具有时间敏感属性; S2、若数据帧不具备时间敏感属性,根据数据帧的帧头信息进行数据分类计数处理,在端口处进行排队转发; S3、若数据帧具有时间敏感属性,根据数据帧字段的stream_handle、priority规范、流量门控的ID值和序列ID值在端口处匹配需要转发的具有时间敏感属性的数据帧的参数,并支持后续的队列和传输选择决策; S4、过滤后的数据帧将会进行最大业务数据单元SDU大小识别,数据帧的业务数据单元SDU大小超过了相关流过滤器的最大业务数据单元SDU大小参数,该帧将被丢弃;反之,则进入下一步; S5、经过步骤S4的数据帧按照数据帧门控的ID进入对应的stream Gate,同时检查门的开关状态;若门的状态为开,则数据进入下一级的过滤和监管处理,若门的状态为关,则数据停止处理; S6、数据帧按照序列ID进行过滤,按照用户对端口的承诺突发尺寸CBS和承诺信息速率CIR的定义值进行规划流量的调度,调度参数组ID主要用于后续的排队决策; S7、按照本地时钟基准以及组调度参数表中根据调度参数组ID查询的最大驻留时间,若队列指定的资格时间早于或在当前时间,则该队列的数据帧是符合传输条件的;反之,对于不满足传输条件的数据帧丢弃;S8、数据帧经过上述流过滤之后进入下一级数据排队传输,按照具备时间敏感属性的数据帧的原始优先级进行传输; S9、整形后的数据将会在规划时间内进入出口处排队转发,在出口处的转发机制和时间同步机制保持相同。
2.如权利要求1所述的一种异步低延时时间敏感数据处理方法,其特征在于:所述步骤S2和步骤S3中的帧头信息包括目的MAC、源MAC和VLAN ID。
3.如权利要求1所述的一种异步低延时时间敏感数据处理方法,其特征在于:所述步骤S5中数据帧门控将数据帧的优先级映射到一个内部优先级值,所述内部优先级值用于异步数据帧的队列映射,同时保留帧的原始优先级用于传输和后续的排队策略。
4.如权利要求1所述的一种异步低延时时间敏感数据处理方法,其特征在于:所述步骤S6中还包括一个用来处理数据帧的流量计数功能的流量计,倘若数据帧的流量超过所述流量计的流量限制,数据帧会被丢弃或标记为drop eligible。
说明书 :
一种异步低延时时间敏感数据处理方法
技术领域
背景技术
带宽问题变得越来越突出。工业自动化网络始终存在着数据高实时传输的要求,但是随着
现场层接入的不同类型的设备越来越多,可用网络带宽和不同流量类型共存成为工厂骨干
网络上的一个重要问题。当时间敏感型流量和普通型流量共享相同的网络基础设施时,标
准以太网就无法提供可靠的实时保证。
时延必须要减少排队时延,先通过优先级属性配置将时间敏感流和尽力而为流分开传输,
再从时间上(划分时隙)或空间上(规划路由)将不同优先级的时间敏感流隔开。
间敏感域,但是这种跨域的方式增加了网络的复杂性,同时对时间敏感网络域的可靠性也
提出了较高的要求。如果有任何同步的时钟对齐发生偏差,或者时钟同步信息的信号帧发
生倾斜或漂移,时钟的不准确和丢失同步时钟帧会导致最佳主时钟将不准确的主时钟信息
同步到其他下游域中的设备。
方法提供了一套兼容性的流量调度方法而不需要严格的时间同步。又进一步优化那些对于
时间同步非严苛任务的带宽利用。
是指在网络端口遇到突发情况时,允许最大网络流量突发的大小,由用户根据控制的信息
流进行定义。
发明内容
据数据帧的帧头信息进行数据分类计数处理,在端口处进行排队转发; S3、若数据帧具有
时间敏感属性,为根据数据帧字段的stream_handle、priority规范、流量门控的ID值和序
列ID值在端口处匹配需要转发的具有时间敏感属性的数据帧的参数,并支持后续的队列和
传输选择决策; S4、过滤后的数据帧将会进行最大业务数据单元SDU大小识别,数据帧的业
务数据单元SDU大小超过了相关流过滤器的最大业务数据单元SDU大小参数,该帧将被丢
弃;反之,则进入下一步; S5、经过步骤S4的数据帧按照数据帧门控的ID进入对应的stream
Gate,同时检查门的开关状态;若门的状态为开,则数据进入下一级的过滤和监管处理,若
门的状态为关,则数据停止处理; S6、数据帧按照序列ID进行过滤,按照用户对端口的承诺
突发尺寸CBS和承诺信息速率CIR的定义值进行规划流量的调度,调度参数组ID主要用于后
续的排队决策; S7、按照本地时钟基准以及组调度参数表中根据调度参数组ID查询的最大
驻留时间,若队列指定的资格时间早于或在当前时间,则该队列的数据帧是符合传输条件
的;反之,对于不满足传输条件的数据帧丢弃;S8、数据帧经过上述流过滤之后进入下一级
数据排队传输,按照具备时间敏感属性的数据帧的原始优先级进行传输; S9、整形后的数
据将会在规划时间内进入出口处排队转发,在出口处的转发机制和时间同步机制保持相
同。
后续的排队策略。
题;
形的模块上通过建立一种新的调度表格,采用规划数据的最大驻足时间来控制门的开关,
根据不同数据的传输时间需求进行规划调度表格,流量到达端口时触发调度机制,依靠本
地的时钟进行计数,到达事件触发刻度时传输数据。采用该方法可以兼容同步时钟机制,两
种方法可以混用,同时为传统的以太网数据提供单独的处理机制,简化端口处理时间,当网
络带宽空闲时,就可以直接传输数据;
附图说明
具体实施方式
并不用于限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避
免不必要地混淆本发明的概念。
法提供了一种异步低延时时间敏感数据处理方法,系统采用本地时钟作为量度,而不需要
严格的时间同步作为基准,在该方法中流量的调度主要采用的是基于令牌桶的方法进行
的。
组成:速率控制器实现速率控制策略,调度器根据一些调度策略实现分组调度,例如静态优
先级、先到先服务或最早到期日期。通过分离速率控制器和调度器,速率控制服务规则有效
地将每个流的带宽与其延迟界限解耦,为单个流分配规定量的带宽与延迟界限无关。速率
控制服务可以支持低延迟和低带宽流。
同步整形的模块上通过建立一种新的调度表格,采用规划数据的最大驻足时间来控制门的
开关,根据不同数据的传输时间需求进行规划调度表格,流量到达端口时触发调度机制,依
靠本地的时钟进行计数,到达事件触发刻度时传输数据。采用该方法可以兼容同步时钟机
制,两种方法可以混用,同时为传统的以太网数据提供单独的处理机制,简化端口处理时
间,当网络带宽空闲时,就可以直接传输数据。
制门控的开关,在新的时间敏感数据方法中为每一个桥设备提供一个异步整形器表,异步
整形器中表中的数据和变量更新到MaxShaperInstances中,并独立于异步整形器表。端口
参数表格的数据和变量将会被所有与接受端口关联的异步整形器共享。从而实现整个网络
的数据传输路径和调度配置。
的整形实例。这个状态机相关状态变量主要基于TokenRatesize参数、TokenBurstsize参
数、MaxResidenceTime参数、帧到达时间和帧长度来更新桶空时间和组时间分配变量。
开,并且只采用内部的优先级(IPV)分配、传统的队列仲裁和管理,所有接收到的数据帧再
被允许进入队列前需要经过异步整形器,异步整形器引导根据异步整形器状态变量、传输
分配需求和当前设备的QoS机制引导一些流量到紧急传输队列,在经过异步整形,使用严格
优先级序列保证数据在出口队列,对于ST和BE队列,通过在端口处采用多路复用器保证通
道的共享,为了防止BE队列出现饥饿状态,所有的队列均是FIFO队列。
QoS机制,根据数据帧的帧头信息进行数据处理,在端口处进行排队转发,此时在网络空闲
时候就可以发送数据,保证带宽的充分利用;对于时间敏感的数据帧,首先按照帧头的信息
按照时间同步的过滤机制一样进行数据帧的过滤,时间敏感流的帧字节将会根据数据帧字
段的stream_handle、priority规范、流量门控的ID值和序列ID值在端口处匹配需要转发的
时间敏感帧的参数;
时禁用与流过滤器相关联的帧的最大业务数据单元SDU大小过滤;如果数据帧的业务数据
单元SDU大小超过了相关流过滤器的最大业务数据单元SDU大小参数,该帧将被丢弃;最大
业务数据单元SDU值主要用于控制桥设备处理的最大数据帧的大小,降低设备的处理时间
开销;
关,则数据停止处理,在使用异步数据处理时,门的状态为开,流门控可以丢弃接收时间与
给定时间计划相抵触的帧。流门控也可以将帧的优先级映射到一个内部优先级值(IPV),这
个内部优先级值用于后续的排队决策,同时保留帧的原始优先级用于传输;
流量计是流过滤器指定了一个用来处理帧的流量计数功能。如果超过流量计的流量限制,
帧可以被丢弃或标记为drop eligible;流量计主要用于防止端口出现异常突发流量造成
的堵塞,可以规整流量到原始传输状态;
传输选择时钟决定,它是一个实现特定本地系统时钟功能的时钟。本地系统时间时钟被用
作指定设备内部实现特定定时属性的功能。所有达到停留时间的帧都被选择以指定的资格
时间升序传输;
速率CIR之前的最大突发流量。承诺突发尺寸必须不小于报文的最大长度。
备本地的调度器时钟,该调度器时钟是一个特定于本地系统时钟功能的实现。用于确定帧
的到达时间。桥接组件可以使用一个或多个调度器时钟实例。在多个调度器时钟实例的情
况下,与同一个接收端口相关联的所有调度器实例共享同一个调度器时钟实例(从一个特
定的接收端口接收到的所有帧的到达时间都由同一个调度器时钟实例决定)。对于支持异
步传输选择的给定队列,如果队列中包含一个或多个符合传输条件的帧,则算法判断该帧
是否可用。如果指定的资格时间早于或在当前时间,则帧是符合传输条件的。