CN108777609B - 在tte网络中避免tt业务与et业务输出冲突的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在TTE网络中避免TT业务与ET业务输出冲突的方法，主要解决现有时间触发以太网中业务传输冲突的问题。其方案是：在时间窗口内传输TT业务，在非时间窗口传输ET业务；根据传输业务需求及状况确定传输操作：若有TT业务需要传输，且当前时间处于时间窗口，则直接传输TT业务；若有TT业务需传输，且当前时间不处于时间窗口，则等到下一个时间窗口再传输该业务；若有ET业务需传输，且传输时间与时间窗口冲突，则等待冲突过去再传输该业务；若有ET业务需要传输，且传输时间与时间窗口不冲突，则直接传输该业务。本发明避免了TT业务和ET业务的输出冲突，提高了TTE网络的时间灵敏度，可应用于网络的数据传输。

Description

在TTE网络中避免TT业务与ET业务输出冲突的方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种避免时间触发TT业务与事件触发ET业务输出冲突的方法，可应用于时间触发以太网交换网络中。

背景技术

随着数字化浪潮的席卷，人们对数据的传输质量的要求越来越高。作为数据传输过程中的重要一环，以太网技术也在不断地发展，特别是将以太网技术应用于工业领域，实现全球互联的同时更好地操控远端设备。

时间触发以太网TTE是一种实时以太网解决方案，该方案的报文根据一个确切的时间调度表进行传输，报文的传输时间延迟是确定的，并且时间延迟抖动的精度是微秒量级。时间触发以太网将时间触发技术的确定性、实时性和容错机制同普通以太网的灵活性、动态性和“尽力而为”的传输特性相结合，为同步、高度可靠以及高容错率的嵌入式计算与网络提供技术支持。

交换机在网络互连中起到连接纽带的作用，时间触发以太网交换机是一种专用于时间触发以太网的专用交换机。时间触发以太网交换机的输出接口需要传输分别来自于不同数据通道的时间触发TT业务数据帧、事件触发ET业务数据帧，当上述数据帧同时到达时间触发以太网的专用交换机的同一输出模块时，会出现物理链路阻塞的问题，会对时间触发网络的数据传输造成影响。

中国专利201210484945.6提出一种基于时隙复用的链路阻塞解决方法，该方法虽然能减少网络带宽资源的浪费，但该方法所应用的是各个交换机节点，将所有的时隙分给相应节点的物理链路，且时间精度不高，仅为毫秒级。

发明内容

本发明的目的在于是针对上述现有技术中存在的问题，提出一种在时间触发以太网TTE中避免TT业务与ET业务输出冲突的方法，即在时间触发以太网交换机内部进行冲突避免，以减少网络带宽资源的浪费，保证时间触发以太网中数据的正常传输，并提高时间精度，使时间精度达到微秒级。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

1.一种在TTE网络中避免TT业务与ET业务输出冲突的方法，其特征在于：包括如下：

1)检测时间触发以太网交换机中是否有数据需要输出：如果没有数据需要输出，继续检测；如果有数据需要输出，则根据需要输出的数据类型进行不同操作：

若需要输出的数据为时间触发业务数据帧，执行2)；

若需要输出的数据为事件触发业务数据帧，执行4)；

2)判断当前时间是否处于时间触发业务数据帧的时间窗口内：

如果当前时间不处于时间触发业务数据帧的时间窗口内，则暂时不对时间触发业务数据帧进行传输操作，等到下一个时间窗口到来后再执行步骤3)；

如果当前时间处于时间触发业务数据帧的时间窗口内，则直接执行3)；

3)将当前时间触发业务数据帧传输完，然后判断下一个需要传输的时间触发业务数据帧能否在当前时间窗口内传输完毕，确定后续的传输操作：

如果下一个需要传输的时间触发业务数据帧能在当前时间窗口内传输完毕，则继续传输下一个时间触发业务数据帧；

如果下一个需要传输的时间触发业务数据帧不能在当前时间窗口内传输完毕，则暂停下一个时间触发业务数据帧的传输，等待下一个时间窗口到来，完成剩余时间触发业务数据帧的传输；

4)判断事件触发业务数据帧的发送时间与时间触发业务数据帧的时间窗口是否冲突：

如果发送时间与时间窗口冲突，则暂时不对事件触发业务数据帧进行传输操作，等待一段时间以避免冲突，执行5)；

如果发送时间不与时间窗口冲突，则直接执行5)；

5)将当前事件触发业务数据帧传输完，然后进行传输判断，确定后续的传输操作：

如果判断可以传输下一个事件触发业务数据帧，则传输下一个事件触发业务数据帧；

如果判断不可以传输下一个事件触发业务数据帧，则结束事件触发业务数据帧的传输。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明由于严格按照在时间窗口内进行数据的传输，保证了时间触发业务的精确传输，使得时间触发业务的延迟大大降低，提高了时间触发网络的时间灵敏度和数据传输效率；

2.本发明在进行事件触发业务数据帧的传输时，采用了先判断传输过程是否与时间窗口产生冲突，再传输数据的方式，避免了时间触发业务数据帧和事件触发业务数据帧的冲突，大大地减少了数据传输过程中所需的控制信号，降低了时间触发网络的复杂度。

附图说明

图1为本发明所应用时间触发以太网交换机输出部分的结构示意图；

图2为本发明的实现的总流程图；

图3为本发明中时间触发业务数据帧无冲突传输的子流程图；

图4为本发明中事件触发业务数据帧无冲突传输的子流程图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明进行进一步的详细说明。

参照图1，本发明方法所应用的时间触发以太网交换机输出部分包括两个数据通道、输出调度轮询模块3、输出仲裁模块4、输出模块5，其中：

第一数据通道1携带时间触发业务数据帧。该时间触发业务数据帧采用IEEE802.3标准所规定的以太网数据帧格式，用来携带时间触发以太网络中高时间精度要求的时间触发业务数据。

第二数据通2携带事件触发业务数据帧。该事件触发业务数据帧采用IEEE802.3标准所规定的以太网数据帧格式，用来携带时间触发以太网络传输的事件触发业务数据。

输出调度轮询模块3依次轮询第一数据通道1、第二数据通道2，当轮询到数据通道内有数据时向输出仲裁模块4发送输出申请信号；输出仲裁模块4根据接收到的输出申请信号，按照传输的业务类型和传输过程与时间窗口是否发生冲突判断数据能否输出；输出模块5负责具体的数据传输过程。

当同时有两个数据通道中有数据需要输出时，因为输出通道仅有一个，所以可能会造成数据输出冲突，造成时间触发以太网络的拥塞。本发明就是避免这种数据的输出冲突，其方案是：

本发明通过轮询两个数据通道，按照在窗口时间内传输时间触发以太网业务数据，在非窗口时间传输事件触发以太网业务数据的规则，避免数据输出冲突和时间触发以太网络的拥塞。具体的实施方式参照图2、图3、图4所示。

参照图2，本发明实现避免时间触发业务和时间触发业务冲突的总流程如下：

步骤1：输出调度轮询模块3依次轮询两个数据通道，并发出相应的输出申请。

1a)输出调度轮询模块3检测第一数据通道1，如果检测到有数据需要输出，则输出调度轮询模块3向输出仲裁模块4发出时间控制帧输出申请，如果未检测到有数据需要输出，则不发出输出申请；

1b)输出调度轮询模块3检测第二数据通道2，如果检测到有数据需要输，则输出调度轮询模块3向输出仲裁模块4发出事件触发业务数据帧输出申请，如果未检测到有数据需要输出，则不发出输出申请；

步骤2：确定输出的数据帧类型。

根据步骤1的输出申请，判断需要输出的数据帧类型：

如果输出申请为时间触发业务数据帧输出申请，则说明有时间触发业务数据帧需要输出，执行步骤3；

如果输出申请为事件触发业务数据帧输出申请，则说明有事件触发业务数据帧需要输出，执行步骤4；

步骤3：对时间触发业务数据进行无冲突传输。

参照图3，本步骤的具体实现如下：

3a)输出仲裁模块4记录当前时间t、时间窗口的开启时间t₁、时间窗口的结束时间t₂，判断当前时间是否处于时间窗口内：

如果t₁＜t＜t₂成立，则说明当前时间处于时间窗口内，能传输时间触发业务数据帧，执行步骤3c)；

如果t₁＜t＜t₂不成立，则说明当前时间不处于时间窗口内，不能传输时间触发业务数据帧，执行步骤3b)；

所述时间窗口，是指时间触发以太网交换机周期性分配的特殊时间段，在该时间段内，只能传输时间触发业务数据帧，而不能传输事件触发业务数据帧，用以保证传输时间触发业务数据的时间精度为微秒级，并避免时间触发业务数据帧和事件触发业务数据帧的传输冲突。

3b)输出模块5等待下一个时间窗口到来，再执行步骤3c)；

3c)输出模块5对当前的时间触发业务数据帧进行传输，传输完毕后执行步骤3d)，

3d)输出仲裁模块4判断是否还有时间触发业务数据帧需要传输：

如果仍有时间触发业务数据帧需要传输，则执行步骤3e)；

如果没有时间触发业务数据帧需要传输，则结束时间触发业务数据帧的无冲突传输。

3e)输出仲裁模块4记录当前时间t，记录当前时间窗口结束时间t₂，计算下一个需要传输的时间触发业务数据帧传输所需要的时间t₃，判断下一个需要传输的时间触发业务数据帧能否在当前时间窗口结束前传输完毕：

如果t+t₃+IFG＜t₂成立，则说明下一个时间触发业务数据帧能在当前时间窗口结束前传输完毕，此时传输数据不会产生输出冲突，因此返回步骤3c)，进行下一个时间触发业务数据帧的传输；

如果t+t₃+IFG＜t₂不成立，则说明下一个时间触发业务数据帧不能在当前时间窗口结束前传输完毕，此时传输数据会产生输出冲突，因此返回步骤3b)，在下一个时间窗口内传输时间触发业务数据帧。

所述IFG，为最小帧间隔，是IEEE802.3标准所规定的时间触发以太网交换机传输96bits数据所需要的时间。

步骤4：对事件触发业务数据进行无冲突传输。

参照图4，本步骤的具体实现如下：

4a)输出仲裁模块4记录当前时间t、时间窗口的开启时间t₁、时间窗口的结束时间t₂，判断当前时间能否进行事件触发业务数据帧的传输：

如果t₁＜t＜t₂+IFG成立，则说明当前时间与时间窗口产生冲突，此时传输数据会产生输出冲突，执行4b)；

如果t₁＜t＜t₂+IFG不成立，则说明当前时间与时间窗口产生冲突，此时传输数据不会产生传输冲突，执行4c)。

4b)输出模块5等待一段时间，以避免时间冲突，时间冲突结束后执行4c)；

4c)输出模块5对当前的事件触发业务数据帧进行传输，传输完毕后执行步骤4d)；

4d)输出仲裁模块4记录当前时间t、时间窗口的开启时间t₁，下一个事件触发业务数据帧所需要的传输时间t₃，判断传输下一个事件触发业务数据帧时是否会产生输出冲突：

如果t+t₃+IFG＜t₁成立，则说明下一个事件触发业务数据帧能在时间窗口开启前传输完毕，此时传输数据不会产生输出冲突，因此，返回步骤4c)以完成下一个事件触发业务数据帧的传输；

如果t+t₃+IFG＜t₁不成立，则下一个事件触发业务数据帧不能在时间窗口开启前传输完毕，此时传输数据会产生输出冲突，因此结束事件触发业务数据帧的传输，以避免输出冲突。

以上仅为本发明的优选实例，不构成对本发明的任何限制，显然根据本发明的构思，本领域的技术人员均可做出不同的修改和置换，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (7)

1.一种在TTE网络中避免TT业务与ET业务输出冲突的方法，其特征在于：包括如下：

1)检测时间触发以太网交换机中是否有数据需要输出：如果没有数据需要输出，继续检测；如果有数据需要输出，则根据需要输出的数据类型进行不同操作：

若需要输出的数据为时间触发业务数据帧，执行2)；

若需要输出的数据为事件触发业务数据帧，执行4)；

2)判断当前时间是否处于时间触发业务数据帧的时间窗口内：

如果当前时间不处于时间触发业务数据帧的时间窗口内，则暂时不对时间触发业务数据帧进行传输操作，等到下一个时间窗口到来后再执行步骤3)；其中，时间窗口是指时间触发以太网交换机周期性分配的特殊时间段，在该时间段内，只能传输时间触发业务数据帧，而不能传输事件触发业务数据帧，用以保证传输时间触发业务数据的时间精度为微秒级，并避免时间触发业务数据帧和事件触发业务数据帧的传输冲突；

如果当前时间处于时间触发业务数据帧的时间窗口内，则直接执行3)；

3)将当前时间触发业务数据帧传输完，然后判断下一个需要传输的时间触发业务数据帧能否在当前时间窗口内传输完毕，确定后续的传输操作：

如果下一个需要传输的时间触发业务数据帧能在当前时间窗口内传输完毕，则继续传输下一个时间触发业务数据帧；

如果下一个需要传输的时间触发业务数据帧不能在当前时间窗口内传输完毕，则暂停下一个时间触发业务数据帧的传输，等待下一个时间窗口到来，完成剩余时间触发业务数据帧的传输；

4)判断事件触发业务数据帧的发送时间与时间触发业务数据帧的时间窗口是否冲突：

如果发送时间与时间窗口冲突，则暂时不对事件触发业务数据帧进行传输操作，等待一段时间以避免冲突，执行5)；

如果发送时间不与时间窗口冲突，则直接执行5)；

5)将当前事件触发业务数据帧传输完，然后进行传输判断，确定后续的传输操作：

如果判断可以传输下一个事件触发业务数据帧，则传输下一个事件触发业务数据帧；

如果判断不可以传输下一个事件触发业务数据帧，则结束事件触发业务数据帧的传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其中3)中判断下一个时间触发业务数据帧能否在当前时间窗口内传输完，是通过如下公式进行的：

t+t₃+IFG＜t₂

其中，t表示当前时间，t₃表示下一个需要传输的时间触发业务数据帧传输所需要的时间，IFG表示最小帧间隔，t₂表示时间窗口结束时间；

若上述判别公式成立，则说明下一个需要传输的时间触发业务数据帧能在当前时间窗口内传输完毕；

若上述判别公式不成立，则说明下一个需要传输的时间触发业务数据帧不能在当前时间窗口内传输完毕。

3.根据权利要求1所述的方法，其中4)中判断事件触发业务数据帧的发送时间与时间触发业务数据帧的时间窗口是否冲突，是通过如下公式进行的：

t₁＜t＜t₂+IFG

其中t₁表示时间窗口的开启时间，t表示当前时间，t₂表示时间窗口的结束时间，IFG表示最小帧间隔；

若上述判别公式成立，则说明事件触发业务数据帧的发送时间与时间触发业务数据帧的发送窗口冲突；

若上述判别公式不成立，则说明事件触发业务数据帧的发送时间与时间触发业务的时间窗口不冲突。

4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤5)中的传输判断，是通过如下公式进行的：

t+t₃+IFG＜t₁

其中，t表示当前时间，t₁表示时间窗口的开启时间，IFG表示最小帧间隔时间，t₃表示传输下一个事件触发业务数据帧所需要的时间；

若上述判别公式不成立，则说明能传输下一个事件触发业务数据帧；若上述判别公式成立，则说明不能传输下一个事件触发业务数据帧。

5.根据权利要求1所述的方法，其中1)中的时间触发业务数据帧，采用IEEE802.3标准所规定的以太网数据帧格式，用来携带时间触发以太网络中的时间触发业务数据。

6.根据权利要求1所述的方法，其中1)中的事件触发业务数据帧，采用IEEE802.3标准所规定的以太网数据帧格式，用来携带时间触发以太网络中的事件触发业务数据。

7.根据权利要求2所述的方法，其中最小帧间隔，是指IEEE802.3标准所规定的时间触发以太网交换机传输96bits数据所需要的时间。

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