CN114640639B - 帧传输方法和电子设备 - Google Patents

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CN114640639B CN202210080095.7A CN202210080095A CN114640639B CN 114640639 B CN114640639 B CN 114640639B CN 202210080095 A CN202210080095 A CN 202210080095A CN 114640639 B CN114640639 B CN 114640639B
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Abstract

本申请提供一种帧传输方法和电子设备。所述方法包括：获取可抢占帧和所述可抢占帧的截止时间Td；在所述可抢占帧传输过程中，响应于所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到第一分片和最后分片；传输所述第一分片和所述高速帧，并根据所述可抢占帧的截止时间Td，传输或丢弃所述最后分片。使得在可抢占帧的截止时间前将所有能传输的可抢占帧全部传输过去，且在满足时延需求的基础上还能将最重要的信息优先传输，满足用户最大的需求。

Description

帧传输方法和电子设备
技术领域
本申请涉及时间敏感网络技术领域，尤其涉及一种帧传输方法和电子设备。
背景技术
工业4.0网络中会存在大量图像视频传输业务，它们也许是突发的，被送往所需的终端，传统的专线方式无法满足灵活性需求，在局域网中传输又会占据较大带宽，为了避免对其他更重要业务的阻塞，可引入时间敏感网络 (Time Sensitive Network，TSN)中的帧抢占协议。802.1Qbu帧抢占协议将以太网帧分为高优先级的高速帧和低优先级的可抢占帧。协议允许高速帧在一定条件下暂停可抢占帧的传输，待高速帧传输结束后再恢复可抢占帧的传输，图像视频帧属于可抢占帧。
高速帧通过抢占可抢占帧降低时延，但这会导致可抢占帧时延增加，部分具有时延需求的可抢占帧会因此错过截止时间。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提出一种帧传输方法和电子设备。
基于上述目的，本申请提供了一种帧传输方法，包括：
获取可抢占帧和所述可抢占帧的截止时间Td；
在所述可抢占帧传输过程中，响应于所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到第一分片和最后分片；
传输所述第一分片和所述高速帧，并根据所述可抢占帧的截止时间Td，传输或丢弃所述最后分片。
可选的，所述获取可抢占帧，包括：
获取可抢占数据；
划分所述可抢占数据，得到重要字节和不重要字节；
将所述重要字节和所述不重要字节按序排列，得到所述可抢占帧。
可选的，所述获取可抢占帧前还包括：
获取第一当前时间Tn、传输所述可抢占帧的时间Tcom和传输64个字节所需时间T64；
响应于Td-Tn<T64，丢弃所述可抢占帧；
响应于Td-Tn≥T64且Td-Tn<Tcom，丢弃部分可抢占帧的负载；所述部分可抢占帧的负载为在所述可抢占帧截止时间后传输的所述可抢占帧的负载；
响应于Td-Tn≥T64且Td-Tn≥Tcom，传输所述可抢占帧。
可选的，所述在所述可抢占帧传输过程中，响应于所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到第一分片和最后分片，包括：
获取所述高速帧的最大长度Le max和所述高速帧的到达间隔Tin；
根据所述高速帧的最大长度Le max，得到高速帧到达间隔门限Tin max；
响应于Tin>Tin max，所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到所述第一分片和所述最后分片。
可选的，通过以下公式得到高速帧的到达间隔门限Tin max：
其中，Tin max表示所述高速帧的到达间隔门限，Le max表示所述高速帧的最大长度，R表示端口速率。
可选的，所述传输所述第一分片和所述高速帧，并根据所述可抢占帧的截止时间Td，传输或丢弃所述最后分片，包括：
获取传输64字节所需时间T64和所述高速帧的传输结束时间Tend；
响应于所述最后分片的剩余有效负载小于60字节，传输所述第一分片和所述高速帧，并丢弃所述最后分片；
响应于所述最后分片的剩余有效负载大于等于60字节且Td-Tend<T64，传输所述第一分片和所述高速帧，并丢弃所述最后分片；
响应于所述最后分片的剩余有效负载大于等于60字节且Td-Tend≥T64，传输所述第一分片、所述高速帧和所述最后分片。
可选的，所述传输所述第一分片、所述高速帧和所述最后分片后，还包括：
获取传输所述最后分片的时间Tcom’；
响应于Td-Tend<T64，丢弃所述最后分片；
响应于Td-Tend≥T64且Td-Tend<Tcom’，丢弃第一最后分片；所述第一最后分片为在所述截止时间Td后传输的所述最后分片；
响应于Td-Tend>T64且Td-Tend≥Tcom’，传输所述最后分片。
可选的，所述在所述可抢占帧传输过程中，响应于所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到第一分片和最后分片，包括：
获取所述高速帧的最大长度Le max和所述高速帧的到达间隔Tin；
根据所述高速帧的最大长度Le max，得到高速帧到达间隔门限Tin max；
响应于所述高速帧的到达间隔Tin与所述高速帧到达间隔门限Tin max大小关系随机，所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到所述第一分片和所述最后分片。
可选的，所述传输所述第一分片和所述高速帧，并根据所述可抢占帧的截止时间Td，传输或丢弃所述最后分片，包括：
第一交换机将所述可抢占帧的截止时间Td写入所述第一分片；
第二交换机通过所述第一分片获取所述可抢占帧的截止时间Td；
在所述可抢占帧的截止时间Td，所述最后分片通过所述第一交换机，得到第一最后分片和第二最后分片；所述第一最后分片为在所述可抢占帧的截止时间Td后传输的所述最后分片；所述第二最后分片为在所述可抢占帧的截止时间Td前传输的所述最后分片；
响应于所述可抢占帧的截止时间Td，所述第二交换机获取所述第一分片和第二最后分片；
所述第一交换机传输所述第一分片、所述高速帧和所述第二最后分片，并丢弃所述第三最后分片；所述第二交换机将所述第一分片和所述第二最后分片进行重组，得到新的可抢占帧并传输。
基于同一发明构思，本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一项所述的方法。
从上面所述可以看出，本申请提供的帧传输方法和电子设备，通过获取可抢占帧和所述可抢占帧的截止时间Td，在可抢占帧传输过程中，高速帧抢占可抢占帧，得到第一分片和最后分片，最后传输所述第一分片和所述高速帧，并根据所述可抢占帧的截止时间Td，传输或丢弃所述最后分片。对于可抢占帧来说，其本身具有时延需求，通过主动丢弃部分可抢占帧的负载，减小可抢占帧帧长的方式，令可抢占帧在传输截止时间前可以结束传输，来保证可抢占帧的时延需求；同时，在可抢占帧进行传输以前对其进行预处理，使得可抢占帧负载中较为重要的字节排在可抢占帧负载字段中靠近帧头的位置，不重要的字节放在可抢占帧负载字段中靠近帧尾的地方，这样可以保证非重要字节先于重要字节丢弃。实现了在丢弃了部分可抢占帧负载以保证可抢占帧传输时延的前提下，还能够有效减轻丢弃可抢占帧给业务带来的损失。
附图说明
为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的帧传输方法流程图；
图2为本申请实施例的图像处理示意图；
图3为本申请实施例的系统示意图；
图4为本申请实施例的帧结构和分片结构示意图；
图5为本申请实施例的电子设备示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如背景技术部分所述，相关技术中通过将以太网帧分为高优先级的高速帧和低优先级的可抢占帧，以可抢占帧的时延增加为代价降低了高速帧的等待时延，有效避免了对高速帧的堵塞。然而有部分可抢占帧也是具有时延需求的，高速帧的不断抢占使得这部分可抢占帧在传输过程中无法满足自身的时延需求，错过截止时间。
综合上述考虑，本申请提出一种帧传输方法，通过在传输前对可抢占帧做重要字节优先排布的处理，并且，在传输过程中，对不能满足时延需求的可抢占帧进行丢弃，从而能够使得可抢占帧在传输时即便被高速帧抢占，其仍能达到满足自身的时延需求的效果。
以下，通过具体的实施例来详细说明本申请的技术方案。
参考图1，本申请实施例的帧传输方法，包括以下步骤：
步骤S101，获取可抢占帧和所述可抢占帧的截止时间Td。
在本步骤中，可抢占帧的截止时间是一个具体时刻，可抢占帧需要在此时间之前通过当前交换机。此截止时间为单跳机制下的时延需求，若一个可抢占帧需经过三个交换机到达接收端，则对通过每一跳交换机的截止时间进行约束，来保证总体时延需求。
可选的，所述获取可抢占帧，包括：
获取可抢占数据；
在本步骤中，可抢占数据一般为图像或视频数据，因为其具有丰富的冗余，因此即便丢弃了部分不重要的字节，接收端的图像视频重现也不会受到太大的影响。需要注意的是，本申请并非仅能应用在图像或视频业务中，其他具有丰富冗余业务的数据也可作为本申请适用的对象。
在本实施例中，可抢占数据为图像视频数据。
划分所述可抢占数据，得到重要字节和不重要字节；
在本步骤中，所述重要字节包括：感兴趣区域、亮度字节和轮廓字节。
所述不重要字节包括：背景字节、色彩字节和细节字节。
所述重要字节与所述不重要字节的划分取决于用户的需求，以满足用户基本需求为条件。
在一个可选的实施例中，可抢占数据为图像，对可抢占数据进行划分后得到重要字节和不重要字节。其中，图像编码后，感兴趣区域与背景相比，感兴趣区域对应的字节为重要字节。因为接收端所需的信息主要包含在感兴趣区域中，感兴趣区域可由各种图像处理算法给出。
亮度与色彩相比而言，对人眼来说，亮度相比较于色彩来说更为敏感，而在传输过程中适当的丢弃一些颜色字节并不影响观看效果，因此亮度为重要字节，色彩为不重要字节。
以图片为例，轮廓先于细节传输，能够给用户带来较好的体验，如 JPEG2000中提出的“渐进传输”就是采用了这种思想。因此表示轮廓的字节为重要字节，表示细节的字节为不重要字节。
将所述重要字节和所述不重要字节按序排列，得到所述可抢占帧。
在本步骤中，参考图2，为本申请某一实施例的图像处理示意图。
图2以将图像划分为感兴趣区域和背景为例，将图像采集设备将图中的感兴趣区域取出进行无损压缩，背景部分使用有损压缩。将感兴趣区域分布在数据流靠前的重要图像数据中，将背景分布在靠后的不重要图像数据中。一般情况下，以太网帧长有限，如果不考虑使用巨帧，则一张图片需要多个以太网帧来传输。为简化处理过程，将其切割成长度合适片段，分散映射到多个可抢占帧中。切割时首先将重要图像数据与非重要图像数据分割开，再将重要图像数据分割为多个小段分散在多个可抢占帧(图中为可抢占帧-1到可抢占帧-n)靠近帧头的位置，其中，一个小段可包括多个字节；将非重要图像数据亦分割为多个小段分散在多个可抢占帧靠近帧尾的部分。即将包含重要信息的分片(阴影所示)位于靠近帧头的位置，包含不重要信息的分片 (无阴影所示)紧随其后。可抢占帧中还包括IP、UDP数据报报头等部分，在可抢占帧传输之前，会将所述可抢占帧的截止时间Td写入其中，其位于可抢占帧中最靠近帧头的位置，排布在重要图像数据之前。
可选的，所述获取可抢占帧前还包括：
获取第一当前时间Tn、传输所述可抢占帧的时间Tcom和传输64个字节所需时间T64；
在本步骤中，通过以下公式获取所述传输所述可抢占帧的时间Tcom：
其中，Tcom表示传输所述可抢占帧的时间，Lcom表示所述可抢占帧的长度，R表示端口速率，单位为bps。1字节＝8比特，因所述可抢占帧的长度单位为字节，因此公式中分子部分需乘8。
响应于Td-Tn<T64，丢弃所述可抢占帧；
在本步骤中，若可抢占帧的截止时间与第一当前时间的差值小于传输64 个字节的时间，则直接将可抢占帧丢弃。因为在IEEE 802.1协议中，以太网帧长度至少为64字节，若不能满足上述要求，则在可抢占帧的截止时间内无法传输最短长度的以太网帧，直接丢弃即可。
响应于Td-Tn≥T64且Td-Tn<Tcom，丢弃部分可抢占帧的负载；所述部分可抢占帧的负载为在所述可抢占帧截止时间后传输的所述可抢占帧的负载；
在本步骤中，若满足可抢占帧的截止时间与第一当前时间的差值大于或等于传输64个字节的时间，则可抢占帧最少也能传输64字节，达到了以太网帧传输的最小长度，可以传输，此时则需要看可抢占帧的截止时间与第一当前时间的差值是否小于传输完整可抢占帧的时间。若小于，则证明在截止时间内无法传输完整的可抢占帧，那么则需要将截止时间后才能传输的可抢占帧丢弃以满足可抢占帧的时延需求。
响应于Td-Tn≥T64且Td-Tn≥Tcom，传输所述可抢占帧。
在本步骤中，若满足可抢占帧的截止时间与第一当前时间的差值大于或等于传输64个字节的时间，则可抢占帧最少也能传输64字节，达到了以太网帧传输的最小长度，可以传输，此时则需要看可抢占帧的截止时间与第一当前时间的差值是否小于传输完整可抢占帧的时间。若大于，则证明在截止时间内可以传输完整的可抢占帧，那么则直接传输完整的可抢占帧即可。
上述获取可抢占帧前实施的步骤步骤是在可抢占帧进行传输前便需要实施的，且在本申请下述的两个方案中均包括上述步骤，是为了保证在没有高速帧插入的情况下可抢占帧就能满足自身的时延需求。
步骤S102，在所述可抢占帧传输过程中，响应于所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到第一分片和最后分片。
可选的，所述在所述可抢占帧传输过程中，响应于所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到第一分片和最后分片，包括：
获取所述高速帧的最大长度Le max和所述高速帧的到达间隔Tin；
在本步骤中，上述高速帧的到达间隔Tin为本申请应用的系统中的高速帧的到达间隔的最小值。对于其中一个交换机出端口而言，所述高速帧的到达间隔Tin取决于网络拓扑、路由策略、高速帧发送间隔等因素。
根据所述高速帧的最大长度Le max，得到高速帧到达间隔门限Tin max；
在本步骤中，可选的，通过以下公式得到高速帧的到达间隔门限Tin max：
其中，Tin max表示所述高速帧的到达间隔门限，Le max表示所述高速帧的最大长度，R表示端口速率。96字节包括64字节的可抢占帧、12字节可抢占帧后的帧间距、7字节前导码、1字节高速帧指示和12字节高速帧后的帧间距。
前述抢占条件为：
根据IEEE 802.1协议，以太网帧长度至少为64字节，参考图4，可以看出，第一分片的负载应至少为46字节，中间分片和最后分片的负载应至少为 60字节。当高速帧到达交换机出口端时，如果可抢占帧正在传输，高速帧将尝试抢占。如果可抢占帧未被抢占，该情况记为情况1。
情况1.1：可抢占帧的未传输负载小于60字节，因此无法被抢占。
情况1.2：已传输的负载小于46字节，总负载大于46+60字节。可抢占帧将在传输负载达到46字节后被抢占。
情况1.3：已传输的负载大于46字节，剩余负载大于60字节，现在就能抢占。
情况1.4：总负载小于46+60，因此任何时候都无法抢占。此时，最大可抢占帧长度为14+(46+60)+4-1＝123字节，14为帧头长度，4为FCS长度。
如果可抢占帧已被抢占，即，当高速帧到达时，最后分片正在传输，这种情况记录为情况2。
情况2.1：未传输的负载小于60字节，因此无法抢占。
情况2.2：已传输的有效负载小于60字节，总有效负载长度大于60+60。最后分片将在传输负载达到60字节后被抢占。
情况2.3：已传输的有效负载大于60字节，如果被抢占后剩余的负载大于60字节。现在就能抢占。
考虑到当高速帧到来时，前边可能有一个可抢占帧在传输并且不能抢占，它会阻塞高速帧，而不能被抢占的可抢占帧的长度最大不超过64字节，在本申请中，由于主动丢弃机制，上述情况1.4中提及的最大可抢占帧长度由123 字节缩短为64字节，因此在计算高速帧的到达间隔门限时需将前面未传输完毕的可抢占帧对高速帧的阻塞时间也考虑在内。
响应于Tin>Tin max，所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到所述第一分片和所述最后分片。
在本步骤中，高速帧的到达间隔Tin与高速帧到达间隔门限Tin max之间的关系决定了采用本申请的方案1还是方案2，且此步骤在应用于系统前便可获知，即本申请在实际应用过程中依照系统参数已经决定好使用方案1还是方案2。若高速帧的到达间隔Tin大于高速帧到达间隔门限Tin max，则使用方案1。
本申请方案1的内容如下：
下面以一具体实施例对方案1进行阐述：
参考图3，为本申请实施例的系统示意图，包含发送端-1、发送端-2、接收端-1、接收端-2，当前交换机和下一跳交换机。在每个交换机中优先传输的等级如图3纵坐标所示，高速帧优先于可抢占帧传输，且高速帧抢占可抢占帧时，会存在额外的抢占开销，上箭头表示帧在此刻到达，时间为对应箭头所处的横坐标的时间，虚线下为实际传输时的情况。
图中发送端-1给接收端-1发图像视频业务，归为可抢占帧，允许截断。帧长固定1518字节，数量为1。设置为经过单跳交换机的时间小于等于1000μs，即所述可抢占帧的截止时间Td＝1000μs，可抢占帧必须在所述可抢占帧的截止时间前通过当前交换机。发送端-2给接收端-2发高速帧，发送时间随机，但是高速帧的到达间隔Tin始终大于1000μs，帧长固定为64字节。数量不确定。
系统模型中设定交换机时延：处理时延：固定为5μs，排队时延：0，处理时延：端口速率R设置为10Mbps，一秒处理107bit，链路时延：存在但在本实施例中忽略为0。系统时间初始化为0。
如上所述，先对该系统进行计算，判断适用方案一还是方案二，本实施例中，高速帧最大长度Le max为64。计算高速帧的到达间隔门限Tin max：
计算表明Tin>Tin max，使用方案一。
本实施例中的可抢占帧是经划分重要性后按序排列后获得的。
如步骤S101中所述，获取可抢占帧前先判断可抢占帧是否满足时延需求。
第一当前时间Tn＝5μs，传输可抢占帧的时间：
Td-Tn＝995μs
发现此时Td-Tn>T64，此时继续判断得到Td-Tn<Tcom，则发现需要丢弃部分可抢占帧的负载，需要被丢弃的这部分可抢占帧的负载为截止时间之后才能传输的可抢占帧的负载。
所述部分可抢占帧的负载的字节数的计算公式为：
其中，Ldis表示所述部分可抢占帧的负载的长度，Lcom表示所述可抢占帧的长度，Td表示所述可抢占帧的截止时间，Tn表示所述第一当前时间，R表示端口速率，表示向下取整函数。
计算得到部分可抢占帧的负载的长度：
计算得出丢弃的部分可抢占帧的负载的长度为275字节。
将部分可抢占帧的负载丢弃后，原可抢占帧帧长为1518字节，即最终传输的可抢占帧的帧长为1518-275＝1243字节，负载长度为1243-14-4＝1225字节。参考图4，14字节帧头包括6字节MAC源地址，6字节MAC目标地址，2字节的帧类型，4表示FCS的长度。
开始传输。
800μs时，发送端-2发出第一个高速帧，805μs时，高速帧到达出口处的高速帧队头，此时可抢占帧已经传输了：
这1000字节包括了14字节的帧头和986字节的负载，还剩下239字节剩余有效负载未传输：
1225-986＝239
此时已经传输的负载为986字节，大于46字节，剩余有效负载为239字节，大于60字节，符合抢占条件，高速帧抢占所述可抢占帧得到第一分片，长度为1000字节；最后分片，长度为243字节。
步骤S103，传输所述第一分片和所述高速帧，并根据所述可抢占帧的截止时间Td，传输或丢弃所述最后分片。
可选的，所述传输所述第一分片和所述高速帧，并根据所述可抢占帧的截止时间Td，传输或丢弃所述最后分片，包括：
获取传输64字节所需时间T64和所述高速帧的传输结束时间Tend；
在本步骤中，计算所述高速帧的传输结束时间Tend的计算公式为：
Tend＝Tn+(28+Le)*8/R
其中，Tend表示所述高速帧的传输结束时间，Tn表示所述第一当前时间， Le表示所述高速帧的长度，R表示端口速率。
公式中28字节包括：4字节的帧片段校验序列(mCRC),因为当前交换机需要为第一分片添加帧尾，两个12字节的帧间距(IFG)长，因为连续传帧需要隔开。
参考图4，为本申请实施例的帧结构和分片结构示意图，由图中可看出，以太网帧由前导码(Preamble)、帧首定界符(SFD)、MAC目标地址(MAC DA)、MAC源地址(MAC SA)、类型、负载、帧校验序列(FCS)和帧间距(IFG)构成，其中，MAC DA、MAC SA、类型、负载和FCS共同构成数据链路层。
高速帧由前导码(Preamble)、高速帧指示(SMD-E)、MAC目标地址 (MAC DA)、MAC源地址(MAC SA)、类型、负载、帧校验序列(FCS) 和帧间距(IFG)构成，其中，MAC DA、MAC SA、类型、负载和FCS共同构成数据链路层。
可抢占帧由前导码(Preamble)、第一分片指示(SMD-Sx)、MAC目标地址(MAC DA)、MAC源地址(MAC SA)、类型、负载、帧校验序列 (FCS)和帧间距(IFG)构成，其中，MAC目标地址(MAC DA)、MAC 源地址(MAC SA)、类型、负载和帧校验序列(FCS)构成数据链路层。
第一分片由前导码(Preamble)、第一分片指示(SMD-Sx)、MAC目标地址(MAC DA)、MAC源地址(MAC SA)、类型、负载、帧片段校验序列(mCRC)和帧间距(IFG)构成，其中，MAC目标地址(MAC DA)、 MAC源地址(MAC SA)、类型、负载和帧片段校验序列(mCRC)构成数据链路层的可抢占帧分片。
中间分片由前导码(Preamble)、后续分片指示(SMD-Sx)、分片计数 (FragCount)、负载、帧片段校验序列(mCRC)和帧间距(IFG)构成，其中，负载和帧片段校验序列(mCRC)构成数据链路层的可抢占帧分片。
最后分片由前导码(Preamble)、后续分片指示(SMD-Sx)、分片计数 (FragCount)、负载、帧校验序列(FCS)和帧间距(IFG)构成，其中，负载和帧校验序列(FCS)构成数据链路层的可抢占帧分片。
图中上标数字表示该字段对应的字节数。
在本实施例中，传输64字节所需时间：
高速帧的传输结束时间Tend：
响应于所述最后分片的剩余有效负载小于60字节，传输所述第一分片和所述高速帧，并丢弃所述最后分片；
响应于所述最后分片的剩余有效负载大于等于60字节且Td-Tend<T64，传输所述第一分片和所述高速帧，并丢弃所述最后分片；
响应于所述最后分片的剩余有效负载大于等于60字节且Td-Tend≥T64，传输所述第一分片、所述高速帧和所述最后分片。
在本实施例中，剩余有效负载为239字节，大于60字节。
此时传输所述第一分片、所述高速帧和所述最后分片。
需要注意的，在其他实施例中若此时最后分片在传输过程中再有高速帧到达，会再次判断能否抢占，之后继续执行上述步骤判断所述最后分片被抢占后形成的新的最后分片是否需要被丢弃，所述最后分片被第二高速帧抢占得到中间分片和新的最后分片，中间分片可以为多个，只要新的最后分片仍旧满足被抢占的条件，高速帧到达时便可以抢占，形成新的中间分片和新的最后分片。
由于在本实施例中，在最后分片传输结束前无高速帧能够再抢占所述最后分片，则进行下述步骤。
可选的，所述传输所述第一分片、所述高速帧和所述最后分片后，还包括：
获取传输所述最后分片的时间Tcom’；
在本实施例中：
响应于Td-Tend<T64，丢弃所述最后分片；
响应于Td-Tend≥T64且Td-Tend<Tcom’，丢弃第一负载；所述第一负载为在所述截止时间Td后传输的负载；
响应于Td-Tend>T64且Td-Tend≥Tcom’，传输所述最后分片。
在本实施例中：
Td-Tend＝1000-878.6＝121.4μs
满足Td-Tend≥T64且Td-Tend<Tcom’，执行丢弃第一负载：
其中，Ldis’表示第一负载的长度，R表示端口速率。
需要丢弃92字节的负载，丢弃后的第一负载的长度为147字节，最后分片的长度为151字节。
此时最后分片传输的时间为：
高速帧传输结束的时间是878.6μs，最后分片结束传输的时间为：
120.8+878.6＝999.4μs
在1000μs内传输结束，满足了可抢占帧传输的时间要求。
步骤S102，在所述可抢占帧传输过程中，响应于所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到第一分片和最后分片。
可选的，所述在所述可抢占帧传输过程中，响应于所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到第一分片和最后分片，包括：
获取所述高速帧的最大长度Le max和所述高速帧的到达间隔Tin；
根据所述高速帧的最大长度Le max，得到高速帧到达间隔门限Tin max；
通过以下公式得到高速帧的到达间隔门限Tin max：
其中，Tin max表示所述高速帧的到达间隔门限，Le max表示所述高速帧的最大长度，R表示端口速率。
响应于所述高速帧的到达间隔Tin与所述高速帧到达间隔门限Tin max大小关系随机，所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到所述第一分片和所述最后分片。
在本步骤中，本申请应用的系统中所述高速帧的到达间隔不定，没有一个最小的到达间隔，无法保证因此与所述高速帧到达间隔门限Tin max的大小关系无法确定，此时本申请使用方案二。
本申请方案二的内容如下：
下面以一具体实施例对方案二进行阐述：
参考图3，为本申请实施例的方案一和方案二的示意图。
图中发送端-1给接收端-1发图像视频业务，归为可抢占帧，允许截断。帧长固定1518字节，数量为1。设置为经过单跳交换机的时间小于等于1000μs。发送端-2给接收端-2发高速帧，发送时间随机，帧长固定为64字节，数量不确定。
系统模型中设定交换机时延：处理时延：固定为5μs，排队时延：0，处理时延：端口速率R设置为10Mbps，一秒处理107bit，链路时延：存在但在本实施例中忽略为0。
本实施例中，系统内高速帧发送时间随机，判断适用方案二。
步骤S103，传输所述第一分片和所述高速帧，并根据所述可抢占帧的截止时间Td，传输或丢弃所述最后分片。
可选的，所述传输所述第一分片和所述高速帧，并根据所述可抢占帧的截止时间Td，传输或丢弃所述最后分片，包括：
第一交换机将所述可抢占帧的截止时间Td写入所述第一分片；
在本步骤中，将所述可抢占帧的截止时间Td写入所述第一分片中的IP 扩展首部，所述IP扩展首部位于负载字段的前46字节，因此，无论何时所述可抢占帧被抢占，所述可抢占帧的截止时间Td一定在第一分片中被带往第二交换机。记录所述可抢占帧的截止时间Td所用的字节长度可以自行设置，用的字节越多，相应的，记录的时间也会更加精确。所述可抢占帧的帧长最多为1518字节，因所述可抢占帧的截止时间Td占用了相应的字节，那么相应的传输数据便会相应的减少字节。
在本实施例中，使用4字节来记录所述可抢占帧的截止时间Td。
如步骤S101中所述，获取可抢占帧前先判断可抢占帧是否满足时延需求。
第一当前时间Tn＝5μs，传输可抢占帧的时间：
Td-Tn＝995μs
发现此时Td-Tn>T64，此时继续判断得到Td-Tn<Tcom，则发现需要丢弃部分可抢占帧的负载，需要被丢弃的这部分可抢占帧的负载为截止时间之后才能传输的可抢占帧的负载。
所述部分可抢占帧的负载的长度的计算公式为：
其中，Ldis表示所述部分可抢占帧的负载的长度，Lcom表示所述可抢占帧的长度，Td表示所述可抢占帧的截止时间，Tn表示所述第一当前时间，R表示端口速率，表示向下取整函数。
计算得到部分可抢占帧的负载的长度：
计算得出丢弃的部分可抢占帧的负载的长度为275字节。
将部分可抢占帧的负载丢弃后，原可抢占帧帧长为1518字节，即最终传输的可抢占帧的帧长为1518-275＝1243字节。原可抢占帧负载为1500字节，新的可抢占帧负载为1500-275＝1225字节。
开始传输。
827.2μs，发送端-2发出第一个高速帧。
832.2μs，高速帧到达高速帧队头，此时所述可抢占帧已经传输了1034字节：
1034＝14+1020
由上述公式可知，这1034字节中包括了14字节的帧头和1020字节的负载，还剩下205字节负载：
1225-1020＝205
计算可知，已经传输的负载大于46，剩余负载大于60，符合抢占条件，可以抢占，所述高速帧抢占所述可抢占帧后得到第一分片和最后分片。
第二交换机通过所述第一分片获取所述可抢占帧的截止时间Td；
在本实施例中，此时所述第二交换机已经获取所述可抢占帧的截止时间 Td＝1000μs。第二交换机开始与第一交换机同步计时，若不能在1000μs这一时刻前接收到最后分片，就将接收到的所有分片重新组合为新的可抢占帧。
832.2μs，所述高速帧抢占所述可抢占帧后，判断所述可抢占帧的剩余负载大于60字节。计算所述高速帧的传输结束时间Tend：
其中，28字节包括4字节的帧片段校验序列(mCRC),因当前交换机需要为第一分片添加帧尾，两个12字节的帧间距(IFG)，因连续传帧需要隔开。
传输64字节所需时间：
此时
Td-Tend＝1000-905.8＝94.2μs
Td-Tend>T64
先不丢弃所述最后分片，等待下一高速帧的到来。
900.8μs时，发送端-2发出第二高速帧。
905.8μs时，第一高速帧传输结束，第二高速帧此时刚好到达，此时可抢占帧队列存在最后分片，高速帧队列存在第二高速帧，因所述高速帧具有优先级，因此所述第二高速帧先行传输。
预计第二高速帧传输结束时间为：
961.6μs时，发送端-2发出第三高速帧。
966.6μs时，第二高速帧传输结束，第三高速帧刚好到达，第三高速帧开始传输，所述最后分片仍在可抢占帧队列等待，第三高速帧预计结束时间为：
在所述可抢占帧的截止时间Td，所述最后分片通过所述第一交换机，得到第一最后分片和第二最后分片；所述第一最后分片为在所述可抢占帧的截止时间Td后传输的所述最后分片；所述第二最后分片为在所述可抢占帧的截止时间Td前传输的所述最后分片；
在本步骤中，若到达所述可抢占帧的截止时间Td时，所述最后分片没能传输到第二交换机，则第一交换机直接将所述最后分片丢弃，也不存在第二最后分片，所有的最后分片都为第一最后分片。若到达所述可抢占帧的截止时间Td时，所述最后分片全部通过第一交换机，则所述第一最后分片不存在，所有的最后分片都为第二最后分片。
响应于所述可抢占帧的截止时间Td，所述第二交换机获取所述第一分片和第二最后分片；
在本实施例中，不存在第二最后分片。
所述第一交换机传输所述第一分片、所述高速帧和所述第二最后分片，并丢弃所述第一最后分片；所述第二交换机将所述第一分片和所述第二最后分片进行重组，得到新的可抢占帧并传输。
1000μs时，到达所述可抢占帧的截止时间Td，此时网络中为第三高速帧正在传输，所述最后分片仍在等待，但因到达了所述可抢占帧的截止时间Td，则第二交换机放弃等待，将所述第二交换机接收到的所有分片，在本实施例中为第一分片，重组为新的可抢占帧继续传输，同时，第一交换机将所述最后分片丢弃。
1027.4μs时，所述第三高速帧传输结束。
需要说明的是，上述方案二给出的实施例中所述高速帧是连续到达的，在实际情况中，应用方案二的系统，所述高速帧的到达时间是不确定的，其间间隔也不定。
需要注意的是，在本申请的方案一和方案二中，所述可抢占帧在被第一个高速帧抢占后，均有可能继续被后续到来的高速帧抢占，该可抢占帧的最后分片再次被抢占时，得到中间分片和新的最后分片，若新的最后分片继续被抢占，则会形成新的中间分片。即，中间分片可能有很多个。一个新的可抢占帧，被第一次抢占，已传输的部分被称为第一分片，剩余的叫最后分片。最后分片传输时，再被抢占，已传输的叫中间分片，剩余的叫最后分片。第一分片和最后分片最多有1个，中间分片可以有多个，取决于被抢占次数。
通过上述实施例可以看出，本申请实施例所述的帧传输方法通过在传输前对可抢占帧做重要字节优先排布的处理，并且，在传输过程中，对不能满足时延需求的可抢占帧进行丢弃，最终实现了在高速帧抢占可抢占帧后仍能使得可抢占帧满足时延需求的效果。对于可抢占帧来说，在现有技术中并未提及将其按重要性进行划分并按序排布的方法，通过对其进行重要性划分并按序排布后，能够有效保证在传输时将重要信息优先传输，消减了可抢占帧被高速帧抢占后传输产生的时延影响。
此外，采取丢弃部分可抢占帧手段，有效降低了可抢占帧的传输时延，能够严格的满足在可抢占帧的截止时间前将所有能传输的可抢占帧全部传输过去的需求。加之与上述对可抢占帧的处理方式相结合，在满足时延需求的基础上还能将最重要的信息优先传输，满足用户最大的需求。
需要说明的是，本申请实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本申请实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上任意一实施例所述的帧传输方法。
图5示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030 和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。
处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit， ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM (Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。
总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器 1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
上述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的帧传输方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路) 以描述本申请的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种帧传输方法，其特征在于，包括：
获取可抢占帧和所述可抢占帧的截止时间Td；
在所述可抢占帧传输过程中，响应于高速帧抢占所述可抢占帧，得到第一分片和最后分片；
传输所述第一分片和所述高速帧，并根据所述可抢占帧的截止时间Td，传输或丢弃所述最后分片；
所述获取可抢占帧，包括：
获取可抢占数据；
划分所述可抢占数据，得到重要字节和不重要字节；
将所述重要字节和所述不重要字节按序排列，得到所述可抢占帧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取可抢占帧前还包括：
获取第一当前时间Tn、传输所述可抢占帧的时间Tcom和传输64个字节所需时间T64；
响应于Td-Tn< T64，丢弃所述可抢占帧；
响应于Td-Tn≥ T64且Td-Tn< Tcom，丢弃部分可抢占帧的负载；所述部分可抢占帧的负载为在所述可抢占帧截止时间后传输的所述可抢占帧的负载；
响应于Td-Tn≥ T64且Td-Tn≥ Tcom，传输所述可抢占帧。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述可抢占帧传输过程中，响应于所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到第一分片和最后分片，包括：
获取所述高速帧的最大长度Le max和所述高速帧的到达间隔Tin；
根据所述高速帧的最大长度Le max，得到高速帧到达间隔门限Tin max；
响应于Tin>Tin max，所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到所述第一分片和所述最后分片。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过以下公式得到高速帧的到达间隔门限Tin max：
其中，Tin max表示所述高速帧的到达间隔门限，Le max表示所述高速帧的最大长度，R表示端口速率。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述传输所述第一分片和所述高速帧，并根据所述可抢占帧的截止时间Td，传输或丢弃所述最后分片，包括：
获取传输64字节所需时间T64和所述高速帧的传输结束时间Tend；
响应于所述最后分片的剩余有效负载小于60字节，传输所述第一分片和所述高速帧，并丢弃所述最后分片的负载；
响应于所述最后分片的剩余有效负载大于等于60字节且Td-Tend< T64，传输所述第一分片和所述高速帧，并丢弃所述最后分片的负载；
响应于所述最后分片的剩余有效负载大于等于60字节且Td-Tend≥ T64，传输所述第一分片、所述高速帧和所述最后分片。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述传输所述第一分片、所述高速帧和所述最后分片后，还包括：
获取传输所述最后分片的时间Tcom’；
响应于Td-Tend< T64，丢弃所述最后分片；
响应于Td-Tend≥ T64且Td-Tend< Tcom’，丢弃第一负载；所述第一负载为在所述截止时间Td后传输的所述最后分片的负载；
响应于Td-Tend≥ T64且Td-Tend≥ Tcom’，传输所述最后分片。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述可抢占帧传输过程中，响应于所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到第一分片和最后分片，包括：
获取所述高速帧的最大长度Le max和所述高速帧的到达间隔Tin；
根据所述高速帧的最大长度Le max，得到高速帧到达间隔门限Tin max；
响应于所述高速帧的到达间隔Tin与所述高速帧到达间隔门限Tin max大小关系随机，所述高速帧抢占所述可抢占帧，得到所述第一分片和所述最后分片。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述传输所述第一分片和所述高速帧，并根据所述可抢占帧的截止时间Td，传输或丢弃所述最后分片，包括：
第一交换机将所述可抢占帧的截止时间Td写入所述第一分片；
第二交换机通过所述第一分片获取所述可抢占帧的截止时间Td；
在所述可抢占帧的截止时间Td，所述最后分片通过所述第一交换机，得到第一最后分片和第二最后分片；所述第一最后分片为在所述可抢占帧的截止时间Td后传输的所述最后分片；所述第二最后分片为在所述可抢占帧的截止时间Td前传输的所述最后分片；
响应于所述可抢占帧的截止时间Td，所述第二交换机获取所述第一分片和第二最后分片；
所述第一交换机传输所述第一分片、所述高速帧和所述第二最后分片，并丢弃所述第一最后分片；所述第二交换机将所述第一分片和所述第二最后分片进行重组，得到新的可抢占帧并传输。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任意一项所述的方法。
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