CN101453422B

CN101453422B - 网络带宽分配方法及装置

Info

Publication number: CN101453422B
Application number: CN2008102259782A
Authority: CN
Inventors: 周祖德; 周宁; 周鹏; 朱钒; 廖方诚
Original assignee: Keda Industrial Co Ltd; Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Keda Clean Energy Co Ltd
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: CN101453422A

Abstract

本发明公开了一种网络带宽分配方法及装置，其中方法包括：当节点持有令牌时，根据发送间隔周期的基数和数据报文的长度，调整所述数据报文的发送间隔；所述发送间隔周期的基数为网络中所有节点的最大允许服务延迟中的最小值。装置包括：获取模块，用于获取节点发送间隔周期的基数和数据报文的长度；调整模块，与所述获取模块相连，用于调整所述节点获取的数据报文的发送间隔。本发明提供的网络带宽分配方法及装置，通过自适应调整MS/TP网络中周期性报文发送的周期间隔，使占用的带宽资源合理分配，避免令牌传输中的周期抖动，从而增强高负载网络中不同类型报文的实时服务能力。

Description

网络带宽分配方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机网络技术，尤其涉及一种能够产生自适应周期报文的主从令牌环网络带宽分配方法及装置。

背景技术

现场总线是用于现场设备或现场仪表互联的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。

分布式轮询令牌现场总线以其确定性服务延迟保障性能可以较好的满足工业现场监控系统的实时性需求，但需要使用专用通信芯片，且数据链路层协议不具备开放性。以通用异步收发器为媒介、低成本的主从令牌传递(Master-Slave/Token-Passing，简称：MS/TP)现场总线由于不能满足高负载网络的通信实时性，从而会出现令牌循环周期抖动，报文发送延迟等不利于数据传输的现象。为了消除MS/TP现场总线出现的令牌循环周期抖动现象，可采用改变网络带宽配置和周期报文发送间隔的方法，通过将各个周期报文的发送间隔调整为基准周期的2^k(k＝1，2，...，L)倍，其中L为正整数，实现在理想条件下避免令牌传输中的周期抖动。

实际应用中发现，现有技术存在以下缺陷：带宽资源被过度占用，致使需要被令牌服务的节点不能被及时服务；若在一个令牌循环周期内所有主节点都需要被令牌服务，则需更多的带宽资源，影响系统的实时性；报文的发送时间可能超过最小允许服务延迟，影响网络中节点的实时性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网络带宽分配方法及装置，通过自适应调整MS/TP网络中周期性报文发送的周期间隔，使占用的带宽资源合理分配，避免令牌传输中的周期抖动，从而增强高负载网络中不同类型报文的实时服务能力。

为实现上述目的，本发明提供一种网络带宽分配方法，包括：

当节点持有令牌时，根据发送间隔周期的基数和数据报文的长度，调整所述数据报文的发送间隔；所述发送间隔周期的基数为网络中所有节点的最大允许服务延迟中的最小值。

所述根据发送间隔周期的基数和数据报文的长度，调整所述数据报文的发送间隔包括：

根据所述数据报文的长度，获取所述发送间隔周期的基数的加权系数；

将所述发送间隔周期的基数与所述加权系数的乘积作为调整后的所述数据报文的发送间隔。

所述数据报文为周期性长请求报文、或周期性长回复报文、或周期性请求报文、或周期性回复报文。所述周期性长请求报文或所述周期性长回复报文的长度为30-512字节。所述周期性请求报文或所述周期性回复报文的长度为1-20字节。

本发明还提供了一种网络带宽分配装置，包括：

获取模块，获取节点发送间隔周期的基数和数据报文的长度；

调整模块，与所述获取模块相连，用于调整所述节点获取的数据报文的发送间隔。

其中，所述发送间隔周期的基数为网络中所有节点的最大允许服务延迟中的最小值。

所述获取模块还包括：

获取单元，用于获取节点发送间隔周期的基数和数据报文的长度；

转换单元，与所述获取单元相连，用于根据所述数据报文的长度，获取所述发送间隔周期的基数的加权系数；

计算单元，与所述转换单元相连，用于计算所述发送间隔周期的基数与所述加权系数的乘积。

所述调整模块根据所述计算单元计算得到的所述发送间隔周期的基数与所述加权系数的乘积调整所述节点获取的数据报文的发送间隔。

本发明提供的一种网络带宽分配方法及装置，当节点持有令牌时，根据发送间隔周期的基数和数据报文的长度，调整数据报文的发送间隔，从而实现能够自适应地调整MS/TP网络中节点的周期性报文发送间隔时间，合理分配占用的带宽资源；并且自适应调整时间间隔可避免令牌传输中的周期抖动，从而增强了高负载网络中不同类型报文的实时服务能力。

附图说明

图1为本发明网络带宽分配方法实施例一的流程图；

图2为本发明网络带宽分配方法实施例二的流程图；

图3为本发明网络带宽分配装置实施例一的结构示意图；

图4为本发明网络带宽分配装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明网络带宽分配方法实施例包括：当节点持有令牌时，根据发送间隔周期的基数和数据报文的长度，调整所述数据报文的发送间隔；所述发送间隔周期的基数为网络中所有节点的最大允许服务延迟中的最小值。

进一步的，图1为本发明网络带宽分配方法实施例一的流程图。如图1所示，本实施例可以具体包括如下步骤：

步骤101、当节点持有令牌时，获取发送间隔周期的基数和数据报文的长度；

步骤102、调整数据报文的发送间隔。

上述步骤101中，假设MS/TP网络中有N个主节点，第i个主节点的最大允许服务延迟为Φ_i，MS/TP网络中的最大允许服务延迟的最小值为Φ＝min[Φ_i，i＝1…N]，则发送间隔周期的基数为T₁＝Φ。

上述步骤101中确定数据报文的长度是根据网络层编码得到的网络层协议数据单元(Network Protocol Data Unit，简称：NPDU)中获取本协议需要发送的数据报文长度，并根据数据报文的长度获取发送间隔周期的基数的加权系数。具体地，由上述步骤101和步骤102可知，第i个主节点的最大允许服务延迟的最小值为Φ，报文发送间隔比值为

K_{i} = 2^{[\log_{2} \frac{Φ_{i}}{T_{1}}]},

由此可求出发送间隔周期的基数的加权系数为T_i＝K_iT₁。

将MS/TP网络中的报文类型分为生命安全报文和普通报文，并且生命安全报文和普通报文均服从泊松分布。

本实施例中的报文可根据发送报文的长度分为周期性长请求报文、周期性长回复报文、周期性请求报文、周期性回复报文，其中周期性长请求或周期性长回复报文的长度为30-512字节，周期性请求报文或周期性回复报文的长度为1-20字节。

根据发送报文队列中的周期性长请求报文或者周期性长回复报文的数目调整发送间隔，从而降低周期性报文产生的频率，使得在保证确定性周期请求报文间隔的前提下，发送队列中报文的数据不会超过该节点允许传送的最大报文数目。

本实施例根据当前节点发送周期性报文的发送间隔周期的基数和数据报文长度，自适应地调整MS/TP网络中当前节点的周期性报文发送间隔时间，能够合理平衡占用的带宽资源，并且自适应调整时间间隔可避免令牌传输中的周期抖动。

图2为本发明网络带宽分配方法实施例二的流程图。如图2所示，在图1 所示的实施例基础上，步骤101具体为：

步骤1011、当节点持有令牌时，确定节点周期性报文发送间隔周期的基数和数据报文的长度；

在步骤1011中，假设MS/TP网络中有N个主节点，第i个主节点的最大允许服务延迟为Φ_i，MS/TP网络中的最大允许服务延迟的最小值为Φ＝min[Φ_i，i＝1…N]，则发送间隔周期的基数为T₁＝Φ。确定数据报文的长度是根据网络层编码得到的NPDU中获取本协议需要发送的数据报文长度。

步骤1012、根据数据报文的长度确定发送间隔周期的基数的加权系数；

在步骤1012中，根据步骤1011中计算得到的第i个主节点的最大允许服务延迟的最小值为Φ，报文发送间隔比值为

K_{i} = 2^{[\log_{2} \frac{Φ_{i}}{T_{1}}]},

由此可求出发送间隔周期的基数的加权系数为T_i＝K_iT₁。计算出加权系数后，周期性回复报文立即产生，但不立即传送。

步骤1013、将发送间隔周期的基数与所述加权系数的乘积作为调整后数据报文的发送间隔。

在步骤1013中，将上述步骤1011与步骤1012中获取到的发送间隔周期的基数T₁及加权系数T_i做乘积，即可得到调整后数据报文的发送间隔为T＝T₁T_i。

本实施例将发送间隔周期的基数与其加权系数的乘积作为调整发送间隔，能够实现自适应的调整MS/TP网络中周期性报文发送的周期间隔，使占用的带宽资源合理分配，避免令牌传输中的周期抖动。

图3为本发明网络带宽分配装置实施例一的结构示意图。如图3所示，网络带宽分配装置包括：获取模块301，调整模块302。其中获取模块301获取节点发送间隔周期的基数和数据报文的长度；调整模块302与获取模块301的输出端相连，调整所述节点获取的数据报文的发送间隔。

本实施例中，假设MS/TP网络中有N个主节点，在第i个主节点中，获取模块301获取到主节点的发送间隔周期的基数T₁＝Φ，以及数据报文的长度，其中确定数据报文的长度是根据网络层编码得到的NPDU中获取本协议需要发送的数据报文长度。调整模块302根据获取模块301获取到发送间隔周期的基数T₁＝Φ，以及数据报文的长度对节点获取的数据报文的发送间隔进行调整。

图4为本发明网络带宽分配装置实施例二的结构示意图。如图4所示，在图3所示的实施例基础上，获取模块301还包括获取单元3011，获取节点发送间隔周期的基数和数据报文的长度；转换单元3012，与获取单元3011相连，根据所述数据报文的长度，获取所述发送间隔周期的基数的加权系数；计算单元3013，与转换单元3012相连，计算所述发送间隔周期的基数与所述加权系数的乘积。调整模块302根据计算单元3013计算得到的发送间隔周期的基数与加权系数的乘积调整节点获取的数据报文的发送间隔。

在上述实施例的基础上，获取模块301内的获取单元3011获取节点发送间隔周期的基数T₁＝Φ和数据报文的长度，其中确定数据报文的长度是根据网络层编码得到的NPDU中获取本协议需要发送的数据报文长度，并由数据报文的长度得到报文发送间隔比值

K_{i} = 2^{[\log_{2} \frac{Φ_{i}}{T_{1}}]};

转换单元3012根据所述数据报文的长度，获取所述发送间隔周期的基数的加权系数T_i＝K_iT₁；计算单元3013计算发送间隔周期的基数T₁与所述加权系数T_i的乘积T＝T₁T_i。调整模块302根据计算单元3013计算得到的发送间隔周期的基数T₁与加权系数T_i的乘积T＝T₁T_i调整节点获取的数据报文的发送间隔。

本发明提供的网络带宽分配装置实施例，能够实现自适应地调整MS/TP网络中当前节点的周期性报文发送间隔时间，合理平衡占用的带宽资源；并且自适应调整时间间隔可避免令牌传输中的周期抖动。

本发明提供的网络带宽分配方法及装置，根据当前节点发送周期性报文的发送间隔周期的基数，及设置间隔周期的基数的加权系数，并将二者的乘积作为当前节点周期性报文的时间间隔，从而可根据当前节点的数据报文长度自适应地调整MS/TP网络中当前节点的周期性报文发送间隔时间，合理平衡占用的带宽资源；并且自适应调整周期性报文发送时间间隔可避免令牌传输中的周期抖动，从而增强了高负载网络中不同类型报文的实时服务能力。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种网络带宽分配方法，其特征在于，包括：当节点持有令牌时，根据发送间隔周期的基数和数据报文的长度，调整所述数据报文的发送间隔；所述发送间隔周期的基数为网络中所有节点的最大允许服务延迟中的最小值，其中，所述根据发送间隔周期的基数和数据报文的长度，调整所述数据报文的发送间隔包括：

2.根据权利要求1所述的网络带宽分配方法，其特征在于，所述数据报文为周期性长请求报文、或周期性长回复报文、或周期性请求报文、或周期性回复报文。

3.根据权利要求2所述的网络带宽分配方法，其特征在于，所述周期性长请求报文或所述周期性长回复报文的长度为30-512字节。

4.根据权利要求2所述的网络带宽分配方法，其特征在于，所述周期性请求报文或所述周期性回复报文的长度为1-20字节。

5.一种网络带宽分配装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取节点发送间隔周期的基数和数据报文的长度；

调整模块，与所述获取模块相连，用于调整所述节点获取的数据报文的发送间隔；

6.根据权利要求5所述的网络带宽分配装置，其特征在于，所述获取模块还包括：

7.根据权利要求6所述的网络带宽分配装置，其特征在于，所述调整模块根据所述计算单元计算得到的所述发送间隔周期的基数与所述加权系数的乘积调整所述节点获取的数据报文的发送间隔。