CN103001846B - 用于数据网的嵌入式端到端延迟信息 - Google Patents

Abstract

一种系统，包括多个节点，该多个节点中的至少一个节点被配置为以每个虚拟链接为基础将延迟值插入到与相应的虚拟链接相对应的帧的动态延迟字段中，其中所述动态延迟值表示相应的虚拟链接的帧的等待时间。所述系统还包括具有多个端口的交换机，每个端口耦合到该多个节点中的一个节点。该交换机被配置为将从多个节点接收的帧路由至该多个节点中的一个或多个节点。该多个节点中的至少一个节点被配置为将从该交换机接收的帧存储在缓冲器中，并且更新该动态延迟字段中的值以反映端到端系统延迟。

Description

用于数据网的嵌入式端到端延迟信息

对相关申请的交叉引用

本申请涉及以下共同未决的美国专利申请，所有这些通过引用被合并于此：

美国专利申请，序号为13/073,260(代理人文档号H0028046-5409)，名称为“用于数据网的通用源端口实施”，于2011年3月28日提交，并且在此被称作“046申请”；以及

美国专利申请，序号为13/073,269(代理人文档号H0028047-5409)，名称为“用于数据网的集中业务整形”，于2011年3月28日提交，并且在此被称作“048申请”。

背景技术

一些传统数据网使用虚拟链接。例如，ARNIC664第7部分定义了一种成型以太网，其允许相对于传输定时对在全双工交换以太网网络的端点之间的业务流进行分析。在以太网网络级，虚拟链接由本地管理的多播组所实现，该多播组具有网络范围的唯一多播以太网地址。即虚拟链接的所有帧使用相同的以太网多播目的地址，而不同的虚拟链接的帧使用不同的以太网多播目的地址。在以太网网络级，可因此通过帧的目的以太网地址来识别虚拟链接的帧。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种系统。该系统包括多个节点，该多个节点中的至少一个节点被配置为以每个虚拟链接为基础将延迟值插入到与相应的虚拟链接相对应的帧的动态延迟字段中，其中所述动态延迟值表示相应的虚拟链接的帧的等待时间。该系统还包括具有多个端口的交换机，每个端口耦合到该多个节点中的一个节点。该交换机被配置为将从该多个节点接收的帧路由至该多个节点中的一个或多个节点。该多个节点中的至少一个节点被配置为将从交换机接收的帧存储在缓冲器中，并且更新动态延迟字段中的值以反映端到端系统延迟。

附图说明

理解的是，附图仅描绘了示例性实施例，并且因此不被认为在范围上进行限制，通过使用附图，将用附加特征和细节来描述这些示例性实施例，其中：

图1是系统的一个实施例的框图。

图2是示例性帧的一个实施例的框图。

图3是描绘了传送帧的方法的一个实施例的流程图。

根据惯例，各种描述的特征没有按比例绘制，而是被绘制成强调与示例性实施例相关的特定特征。

具体实施方式

在以下详细描述中，对形成其一部分的附图进行参考，并且其中通过说明特定说明性实施例的方式示出。然而，要理解的是，可利用其它实施例，并且可以进行逻辑、机械和电气的改变。此外，在附图和说明书中出现的方法不被解释为限制个别动作可被执行的顺序。以下详细说明因此不以限制意义进行。

图1是示例性系统100的一个实施例的框图。系统100包括多个节点102-1...102-N(也被称作端系统)以及至少一个交换机104。系统100被配置为使用虚拟链接来通过交换机104在节点102-1...102-N之间传送帧。如在此所使用的，虚拟链接是通过交换机104连接两个或更多个节点102的单向逻辑路径。例如，在一些实施例中，系统100是全双工交换以太网网络，被配置为实现与航空无线电公司(ARINC)标准644第7部分(也被称作航空电子全双工交换以太网(AFDX))相兼容的协议。在一些实施例中，虚拟链接被限制成具有如ARNIC标准664第7部分中所定义的一个且只有一个源节点102。然而，在其它实施例中，交换机104被配置为接受多个节点102作为用于如“046申请，，中所描述的单个虚拟链接的有效源节点。

每个节点102被通信耦合到相应的子系统120。每个子系统120的实现依赖于系统100的实现。例如，在该示例中，系统100被实现为航空电子系统。因此，每个子系统120被实现为但不限于以下之一：飞行计算机系统、导航系统、全球导航卫星系统(GNSS)等等。因此，子系统120-1和120-N均被耦合到与子系统120-1和120-N的相应实现方式相对应的一个或多个传感器126和一个或多个致动器128。此外，在本实施例中，子系统120-2被实现为耦合到另一个网络130(诸如互联网)的网关。

每个子系统120向相应的节点102提供数据。此外，每个子系统120包括在应用层实现的一个或多个更高级别的应用125。术语“应用层”为本领域技术人员所熟知，并且如在此所使用的，指的是实现高级别功能的程序和服务，用于完成网络上的任务，诸如实现特定用户应用的协议。每个节点102转而通过一个或多个对应的虚拟链接来处理和输出数据。特别是，每个节点102包括相应的控制器或处理单元124，其配置为以每个虚拟链接为基础，基于在相应的节点102的内存132中所存储的对应延迟规则122，来将一个或多个延迟值插入到对应以太网帧的字段中。该一个或多个延迟值表示对应的以太网帧在驻留在节点102中或从节点102传输到系统100中的另一个装置的同时所经历的延迟或等待时间。例如，在一些实施例中，该延迟值是由相应的节点102所测量的动态值，诸如但不限于在输出队列中的帧的排队延迟。此外，在一些实施例中，延迟值是静态值，其被先验配置并被存储在节点102中，诸如但不限于从节点的发送端口到系统100中另一个装置的接收端口在线路上的传输延迟。

此外，控制器124被配置为基于延迟规则122以每个虚拟链接为基础来确定向对应帧添加哪个或哪些延迟值。例如，可基于与相应的虚拟链接相对应的帧的内容来选择一个或多个静态延迟值。即，可基于虚拟链接ID、互联网协议(IP)源地址、IP目的地址、用户数据报协议(UDP)源端口、UDP目的端口、或以太网帧有效载荷中所包含的其它字段中的一个或多个，来选择一个或多个静态延迟值。在一些实施例中，控制器124还被配置为基于所插入的延迟值来更新校验和(也被称作帧校验序列(FCS)或循环冗余校验(CRC))。在一些实施例中，诸如在实现片段帧分组的实施例中，应当理解的是，该校验和可驻留在与所插入的延迟值不同的帧中。此外，在一些实施例中，基于延迟规则122，该延迟值仅增加到虚拟链接的特定帧，诸如片段UDP分组的第一个片段。

在插入延迟值并对这些帧执行其它处理后，诸如管制，以确保虚拟链接遵照宽带分配间隙(BAG)要求，节点102将虚拟链接的各个帧发送到交换机104。交换机104通过对应的端口106-1...106-N接收这些帧。交换机104在处理单元114中处理每个所接收的帧。例如，处理单元114被配置为确定该帧是否在用于该帧的对应虚拟链接的有效端口上被接收。此外，基于存储在存储器116中的路由表118，处理单元114将有效接收的帧路由到一个或多个端口106-1...106-N，以输出到一个或多个节点102-1...102-N。

进一步，如以上相对于节点102所描述的，在这个实施例中，处理单元114被配置为基于在存储器116中存储的延迟规则123，以每个虚拟链接为基础将一个或多个延迟值插入到所接收的帧的字段(也被称作延迟字段)中。例如，在一些实施例中，基于端口106来确定要被插入到给定帧中的延迟值，该帧通过该端口106被接收。此外，在一些实施例中，处理单元104被配置为将延迟值插入到与某些虚拟链接相对应的帧中，而不是与所有虚拟链接相对应的帧中。在一些实施例中，插入到帧中的延迟值表示值的范围，而不是特定值。

处理单元114包括以下或与以下一起起作用：用于执行各种方法、过程任务、计算、以及控制功能的软件程序、固件或其它计算机可读指令，被用于以每个虚拟链接为基础将延迟值插入到以太网帧的字段中。这些指令典型地被存储在用于存储计算机可读指令或数据结构的任何适合的计算机可读介质上。该计算机可读介质可被实现为能由通用或专用计算机或处理器，或任何可编程逻辑器件所访问的任何可用介质。合适的处理器可读介质可包括储存器或存储器介质，例如磁介质或光介质。例如，储存器或存储器介质可包括常规硬盘、致密盘-只读存储器(CD-ROM)、诸如随机存取存储器(RAM)(包括但不限于同步动态随机存取存储器(SDRAM)、双倍数据速率(DDR)RAM、RAMBUS动态RAM(RDRAM)、静态RAM(SRAM)等等)的易失性或非易失性介质、只读存储器(ROM)、电可擦写可编程ROM(EEPROM)、和闪存等等。合适的处理器可读介质还可包括传输介质，诸如，通过诸如网络和/或无线链接的通信介质所输送的电、电磁或数字信号。

如以上所讨论的，交换机中的处理单元104基于路由表118将所接收的帧路由到节点102。所接收的帧被放置在相应节点处的缓冲器127中，直到由对应子系统120中的更高级别的应用125所访问。接收节点102在物理层将动态时间戳插入到延迟字段中。术语“物理层”为本领域技术人员所熟知，如在此所使用的，指的是系统的物理硬件部件，诸如但不限于传输介质、管脚、网络适配器、主机总线适配器、电路元件等等。此外，在此使用术语“动态时间戳”以指被更新以反映延迟时间上的变化的时间戳。例如，当对应消息被放置到缓冲器127中时，控制器124通过使用物理层中的部件，将时间戳插入到动态延迟字段中。此外，处理单元更新时间戳，诸如在发生其它事件时。例如，动态延迟字段中的时间戳能以特定间隔或在由应用层中操作的应用/服务125对消息进行访问时被更新。

当在应用层处的应用对存储在缓冲器127中的消息进行读或写时，控制器124更新动态延迟字段中的值。因此，动态延迟字段被连续地更新以向驻留在应用层处的应用125提供实时端到端系统延迟。实时端到端系统延迟是与源相关的从发送该消息的时间到消息被访问的时间的延迟。因此，如以上所描述的，尽管可由对应节点102将静态值初始地插入到延迟字段中，但可更新静态值以反映实时延迟。

图2是表示节点102和交换机104之间传送的示例性帧200的框图。如本领域技术人员所熟知的，帧200包括前同步码(preamble)202、帧的开始(SOF)204和帧内间隙(IFG)234。此外，帧200包括以太网帧206。以太网帧包括报头208和有效载荷210。以太网报头208由目的地址212和源地址214组成。目的地址212由常数字段216和虚拟链接ID218组成。虚拟链接ID被用于通过使用指示虚拟链接关联哪些输出端口的路由表来在交换机中路由该帧。以太网报头208还包括如本领域技术人员所熟知的类型字段220。

以太网有效载荷210包括延迟字段222、IP报头224和IP有效载荷226。节点102和/或交换机104被配置为将延迟值插入到如上所描述的延迟字段222中。显著地，图2的以太网有效载荷210中的延迟字段222的位置以示例方式而非限制的方式被提供。特别是，在帧通过该装置时，可通过针对存储在节点102或交换机104中的规则(例如延迟规则122)校验帧的内容来动态确定延迟字段222的位置和/或长度。此外，在一些实现方式中，基于虚拟链接ID、IP地址或UDP端口号中的一个或多个，存储的规则指示了插入哪些延迟值。因此，对每个虚拟链接ID个别地确定是插入静态延迟值、还是插入动态延迟值、或插入静态和动态延迟值的组合，以及确定要被插入到延迟字段222中的值或值的范围。

在这个示例中，如本领域技术人员熟知的，IP有效载荷226由UDP报头228和UDP有效载荷230组成。此外，以太网帧206包括帧校验序列232。如上所描述的，在一些实施例中，更新FCS232以反映被插入到延迟字段222中的延迟值。

图3是描绘了在诸如以上所描述的系统100的系统中传送帧的方法300的一个实施例的流程图。在块302，如上所描述的，以每个虚拟链接为基础在源节点处将延迟值插入到相应的虚拟链接的对应帧的延迟字段中。延迟值表示相应的虚拟链接的帧的等待时间。如在此所使用的，源节点是被指定为用于相应的虚拟链路的帧的源的节点。由此，如在此所使用的，目的节点是用于相应的虚拟链接的节点，其被指定为帧从对应的源节点被路由至的节点。

在一些实施例中，如上所描述的，将延迟值插入到延迟字段中包括插入动态延迟值和静态延迟值中至少一个。此外，在一些实施例中，如上所描述的，插入延迟值包括基于所插入的延迟值在对应帧中更新校验和。

在块304，将具有延迟字段的对应帧从源节点传输至交换机。在一些实施例中，如以上所描述的，在块306，交换机被配置为将延迟值插入到延迟字段中。在这样的实施例中，插入延迟值可包括向延迟字段中所包含的所接收的值增加静态值、动态值、或静态和动态值的组合，以及将该所接收的值替换为向该所接收的值增加值的结果。此外，插入延迟值包括更新由所插入的延迟值所影响的任何校验和。在其它实施例中，交换机不插入延迟值。在块308，基于相应的虚拟链接，对应帧被路由至一个或多个目的节点。在这个实施例中，通过使用与ARINC644第7部分标准相兼容的协议来传输和路由这些帧。然而，应当理解的是，在其它实施例中可使用其它协议。

在块310，更新延迟字段中的值以反映实时端到端系统延迟。例如，可在发生特定事件时更新延迟字段，诸如，如以上所讨论的，由应用层中的应用来访问该帧。

示例实施例

示例1包括一种系统，包括多个节点，所述多个节点中的至少一个节点被配置为以每个虚拟链接为基础将延迟值插入到与相应的虚拟链接相对应的帧的动态延迟字段中，其中该动态延迟值表示相应的虚拟链接的帧的等待时间；以及交换机，具有多个端口，每个端口耦合到所述多个节点中的一个节点；其中该交换机被配置为将从所述多个节点接收的帧路由至所述多个节点中的一个或多个节点；以及其中所述多个节点中的至少一个节点被配置为将从该交换机接收的帧存储在缓冲器中，并且更新动态延迟字段中的值以反映端到端系统延迟。

示例2包括示例1的系统，其中被配置为更新动态延迟字段中的值的至少一个节点被配置为当该帧被应用访问时更新该动态延迟字段。

示例3包括示例1-2中的任意的系统，其中所述至少一个节点被配置为基于对应帧的虚拟链接ID、对应帧的互联网协议(IP)源地址、对应帧的IP目的地址、对应帧的用户数据报协议(UDP)源端口、以及对应帧的UDP目的端口中的一个或多个来确定要被插入的延迟值。

示例4包括示例1-3中的任意的系统，其中所述至少一个节点被配置为将延迟值插入到与相应的虚拟链接相对应的所有帧的子集中。

示例5包括示例1-4中的任意的系统，其中所述至少一个节点被配置为基于插入到延迟字段中的延迟值来更新对应帧的校验和。

示例6包括示例1-5中的任意的系统，其中所述至少一个节点被配置为动态地确定在对应帧中的延迟字段的位置或长度中的一个。

示例7包括示例1-6中的任意的系统，其中所述交换机被配置为以每个虚拟链接为基础将延迟值插入到从所述至少一个节点接收的对应帧的延迟字段。

示例8包括示例1-7中的任意的系统，其中所述交换机和所述多个节点被配置为实现与ARINC644第7部分相兼容的协议。

示例9包括一种通信装置，包括在其上存储有延迟规则的存储器，其中该延迟规则包括在以每个虚拟链接为基础将一个或多个延迟值插入到相应的虚拟链接的对应帧的延迟字段中时使用的信息；以及处理单元，被配置为通过将包含在对应帧中的信息与该延迟规则相比较，基于该延迟规则以每个虚拟链接为基础将一个或多个延迟值插入到对应帧中；该处理单元进一步被配置为更新所接收的帧中的延迟字段，直到该帧被应用访问。

示例10包括示例9的通信装置，其中处理单元被配置为基于延迟规则与对应帧的虚拟链接ID、对应帧的互联网协议(IP)源地址、对应帧的IP目的地址、对应帧的用户数据报协议(UDP)源端口、以及对应帧的UDP目的端口中的至少一个的比较来确定要插入哪些延迟值。

示例11包括示例9-10中的任意的通信装置，其中处理单元被配置为以每个虚拟链接为基础插入动态延迟值和静态延迟值中的至少一个。

示例12包括示例9-11中的任意的通信装置，其中处理单元被配置为基于被插入到对应帧中的延迟值来更新对应帧中的校验和。

示例13包括示例9-12中的任意的通信装置，其中该通信装置是以下之一：被配置为实现与ARINC664第7部分标准相兼容的协议的端系统，或被配置为实现与ARINC664第7部分标准相兼容的协议的交换机。

示例14包括示例9-13中的任意的通信装置，其中处理单元被配置为动态确定对应帧中的延迟字段的位置或长度中的一个。

示例15包括示例9-14中的任意的通信装置，其中处理单元被配置为基于延迟规则将延迟值插入到与相应的虚拟链接相对应的所有帧的子集中。

示例16包括一种传送帧的方法，该方法包括以每个虚拟链接为基础在源节点处将延迟值插入到相应的虚拟链接的对应帧的延迟字段中，其中该延迟值表示相应的虚拟链接的帧的等待时间；将具有延迟字段的对应帧从节点传输至交换机；基于相应的虚拟链接将具有延迟字段的对应帧从交换机路由至一个或多个目的节点；以及在一个或多个目的节点处更新延迟字段中值以反映实时端到端系统延迟。

示例17包括示例16的方法，其中更新延迟字段中的值包括当该帧被应用访问时更新延迟字段中的值。

示例18包括示例16-17中的任意的方法，其中插入延迟值包括基于插入的延迟值来更新对应帧中的校验和。

示例19包括示例16-18中的任意的方法，其中传输对应帧包括通过使用与ARINC664第7部分标准相兼容的协议来传输对应帧；并且其中路由对应帧包括通过使用与ARINC664第7部分标准相兼容的协议来路由对应帧。

示例20包括示例16-19中的任意的方法，进一步包括以每个虚拟链接为基础在交换机处将延迟值插入到对应帧的延迟字段中。

虽然已经在此说明和描述了特定实施例，但本领域普通技术人员将理解的是，被考虑来实现相同目的的任何布置可以替代所示的特定实施例。因此，显然意在的是，本发明仅由权利要求及其等效方式所限定。

Claims (9)

1.一种传送帧的系统（100），包括：

多个节点（102-1…102-N），所述多个节点中的至少一个节点被配置为以每个虚拟链接为基础将延迟值插入到与相应的虚拟链接相对应的帧的延迟字段中，其中所述延迟值表示相应的虚拟链接的帧的等待时间；以及

交换机（104），具有多个端口（106-1…106-N），每个端口耦合到所述多个节点（102-1…102-N）中的一个节点；

其中所述交换机（104）被配置为将从所述多个节点（102-1…102-N）接收的帧路由至所述多个节点（102-1…102-N）中的一个或多个节点；以及

其中所述多个节点（102-1…102-N）中的至少一个节点被配置为将从所述交换机（104）接收的帧存储在缓冲器（127）中，并且更新所述延迟字段中的所述延迟值以反映端到端系统延迟；

其中被配置为插入延迟值的所述多个节点中的至少一个被配置为以每个虚拟链接为基础确定是插入静态延迟值、动态延迟值、还是静态和动态延迟值的组合；

其中动态延迟值是由该多个节点中的相应至少一个节点测量的值，并且静态测量值被先验配置并被存储在该多个节点中的相应至少一个节点中；

其中所述至少一个节点被配置为基于对应帧的虚拟链接ID、对应帧的互联网协议（IP）源地址、对应帧的IP目的地址、对应帧的用户数据报协议（UDP）源端口、以及对应帧的UDP目的端口中的一个或多个来确定要被插入的延迟值。

2.根据权利要求1所述的系统（100），其中被配置为更新所述延迟字段中的所述延迟值的所述至少一个节点被配置为当所述帧被应用访问时更新所述延迟值。

3.根据权利要求1所述的系统（100），其中所述至少一个节点被配置为将所述延迟值插入到与相应的虚拟链接相对应的所有帧的子集中。

4.根据权利要求1所述的系统（100），其中所述交换机（104）被配置为以每个虚拟链接为基础将所述延迟值插入到从所述至少一个节点接收的对应帧的延迟字段中。

5.一种传送帧的方法（300），该方法包括：

以每个虚拟链接为基础在源节点处将延迟值插入到相应的虚拟链接的对应帧的延迟字段中，其中该延迟值表示该相应的虚拟链接的帧的等待时间（302）；

将具有延迟字段的所述对应帧从节点传输至交换机（304）；

基于所述相应的虚拟链接将具有延迟字段的所述对应帧从所述交换机路由至一个或多个目的节点（308）；以及

在所述一个或多个目的节点处更新所述延迟字段中的延迟值以反映实时端到端系统延迟（310）；

其中插入延迟值包括基于对应帧的虚拟链接ID、对应帧的互联网协议（IP）源地址、对应帧的IP目的地址、对应帧的用户数据报协议（UDP）源端口、以及对应帧的UDP目的端口中的一个或多个，以每个虚拟链接为基础确定是插入静态延迟值、动态延迟值、还是静态和动态延迟值的组合；

其中动态延迟值是由该多个节点中的相应至少一个节点测量的值，并且静态测量值被先验配置并被存储在该多个节点中的相应至少一个节点中。

6.根据权利要求5所述的方法（300），其中更新所述延迟字段中的延迟值包括当该帧被应用访问时更新所述延迟字段中的所述延迟值（310）。

7.根据权利要求5所述的方法（300），其中插入延迟值包括基于插入的延迟值来更新所述对应帧中的校验和（302）。

8.根据权利要求5所述的方法（300），其中传输所述对应帧包括通过使用与ARINC 664第7部分标准相兼容的协议来传输对应帧（304）；并且

其中路由所述对应帧包括通过使用与ARINC 664第7部分标准相兼容的协议来路由所述对应帧（308）。

9.根据权利要求5所述的方法（300），进一步包括以每个虚拟链接为基础在所述交换机处将延迟值插入到所述对应帧的所述延迟字段中。