CN109889404A - 一种基于时间戳的高速数据网络监测方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于时间戳的高速数据网络监测方法及系统，包括：优化控制节点向所述SpaceWire网络中的路由器发送监测指令信息，所述监测指令信息包括监测时间窗的宽度和初始监测时间点；在所述监测时间窗内，每个所述的路由器在完整接收到其他路由器发送的数据包后，获取所述数据包的传输初始时间信息，在所述数据包中添加所述数据包的传输结束时间信息，确定所述数据包的传输时延，并将所述数据包及其对应的传输时延记录在路由表内。本发明针对SpaceWire网络传输的数据包增加记录其传输延迟的时间戳信息，监控数据包在SpaceWire路由器之间的传输延迟，进而可以用于统计SpaceWire网络整体时延，从而为有效控制和优化SpaceWire网络中存在的网络时延提供依据。
Description
技术领域
本申请涉及互联网技术领域，尤其涉及一种基于时间戳的高速数据网络监测方法与系统。
背景技术
SpaceWire是欧洲空间局(ESA)为了航天领域应用而设计的一种高性能(高速、低功耗、高可靠性)串行总线，目前用于航天器搭载设备之间以及航天器搭载设备与外部测试设备之间的数据通信。
SpaceWire网络是网络节点之间基于SpaceWire总线所组成的网络，包括网络节点以及各级SpaceWire路由器。加入该网络的每个网络节点可以是一个航天器搭载设备或者一个外部测试设备。网络节点与路由器之间以及各级路由器之间，可以基于SpaceWire总线接口而实现彼此之间的数据传输。所组成的SpaceWire网络用于航天器搭载设备之间以及航天器搭载设备与外部测试设备之间的数据通信。在SpaceWire网络中传输的数据包由节点A发送给其连接的路由器(称为源路由器)，再由该路由器转至其它路由器，进而由其它路由器(称为目的路由器)发送给其连接的节点B，从而完成由节点A到节点B的数据传输。每台SpaceWire路由器一般具有多个数据端口(4个以上)，其中两个路由器之间以2个或2个以上的数据端口相互连接，其余的数据端口用于连接网络节点。
在SpaceWire网络中传输的数据包携带目的路由器的路由地址以及端口号，从而源路由器接收到该数据包后，将其转至该端口号所对应的目的路由器端口。如图3所示，是现有技术中的SpaceWire网络中的两个路由器的连接方式示意图。图3中源路由器将数据包转至目的路由器的端口1’，当该数据包的第一个数据单位(也就是一次串行传输承载的单位数据量，可以是4-6个字节)被传递给端口1’，则目的路由器将该端口1’的状态更新为“占用”，直至传输该数据包完成。当源路由器将数据包转至目的路由器的端口1’但当前目的路由器的该端口1’被占用的情况下，如果目的路由器连接源路由器的其它端口2’是空闲的，则可以变更至将数据包转至目的路由器的端口2’，而不必须等待端口1’转为空闲，从而提高了网络传输效率，降低了时延。但是，如果源路由器与目的路由器之间的数据端口1’-3’都被占用，则下一个数据包只能等待其中一个端口空闲，这样就造成了网络时延。
现有技术中，源路由器与目的路由器之间可以通过其它路由器的中转而构成多个传输路径。对于源路由器到目的路由器之间的单个传输路径来说，网络时延的存在是难以完全避免的。同时，SpaceWire网络是面向星载设备通信、星地通信及其测试的专用性高速网络，为了保证SpaceWire网络的效率，有必要对该数据网络的传输时延及其整体运行效率进行必要的跟踪监测，从而为有效控制和优化SpaceWire网络中存在的网络时延提供依据。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提出一种基于时间戳的高速数据网络监测方法与系统，本发明针对SpaceWire网络传输的数据包增加记录其传输延迟的时间戳信息，用于监控数据包在SpaceWire路由器之间的传输延迟，进而可以用于统计SpaceWire网络整体时延，从而为有效控制和优化SpaceWire网络中存在的网络时延提供依据。
基于上述目的，在本申请的第一个方面，提出了一种基于时间戳的高速数据网络监测方法，包括：
优化控制节点向所述SpaceWire网络中的路由器发送监测指令信息，所述监测指令信息包括监测时间窗的宽度和初始监测时间点；
在所述监测时间窗内，每个所述的路由器在完整接收到其他路由器发送的数据包后，获取所述数据包的传输初始时间信息，在所述数据包中添加所述数据包的传输结束时间信息，确定所述数据包的传输时延，并将所述数据包及其对应的传输时延记录在路由表内。
在一些实施例中，在所述监测时间窗结束后，每个所述的路由器将各自的路由表上传至所述优化控制节点。
在一些实施例中，所述优化控制节点在接收到每个所述的路由器发送的路由表后，计算整个SpaceWire网络的整体传输时延。
在一些实施例中，还包括：当路由器接收到源节点上传的数据包时，在所述数据包中添加该数据包的传输初始时间信息，并将所述数据包通过传输路径发送至目的路由器。
在一些实施例中，在所述数据包中开辟有时刻记录区，当路由器接收到源节点上传的数据包时，在所述数据包的时刻记录区中添加该数据包的传输初始时间信息。
在一些实施例中，所述获取所述数据包的传输初始时间信息，包括：从所述数据包的时刻记录区中获取所述数据包的传输初始时间信息。
在一些实施例中，所述优化控制节点在接收到每个所述的路由器发送的路由表后，计算整个SpaceWire网络的整体传输时延，包括：所述优化控制节点在接收到每个所述的路由器发送的路由表后，从每个路由表内提取数据包及其对应的传输时延，计算传输时延的平均值，并将数据包的传输时延的平均值作为所述整个SpaceWire网络的整体传输时延。
基于上述目的，在本申请的另一个方面，还提出了一种基于时间戳的高速数据网络监测系统，包括：
优化控制节点，多个路由器，以及多个通过所述路由器接入SpaceWire网络的节点；所述多个路由器中的直接连接的两个路由器，通过两个及以上的端口连接，所述节点与对应的路由器的端口连接，所述优化控制节点与所述多个路由器中一个连接；在传输数据时，发送数据的路由器为源路由器，接收数据的路由器为目的路由器；
所述源路由器用于接收源节点上传的数据包，在所述数据包的时刻记录区中添加该数据包的传输初始时间信息，并将所述数据包发送至对应的目的路由器；
所述目的路由器用于接收所述数据包，获取所述数据包的传输初始时间信息，在所述数据包的时刻记录区中添加所述数据包的传输结束时间信息，确定所述数据包的传输时延，将所述数据包及其对应的传输时延记录在路由表内。
在一些实施例中，每个所述路由器还将将所述路由表上传至所述优化控制节点。
在一些实施例中，所述优化控制节点用于向所述SpaceWire网络中的路由器发送监测指令信息，并根据接收到的路由表计算整个SpaceWire网络的整体传输时延。
在一些实施例中，还包括：
在一些实施例中，在所述数据包中开辟有时刻记录区，当目的路由器接收到源节点上传的数据包时，在所述数据包的时刻记录区中添加该数据包的传输初始时间信息。
在一些实施例中，所述获取所述数据包的传输初始时间信息，包括：从所述数据包的时刻记录区中获取所述数据包的传输初始时间信息。
在一些实施例中，所述优化控制节点在接收到每个所述的路由器发送的路由表后，计算整个SpaceWire网络的整体传输时延，包括：所述优化控制节点在接收到每个所述的路由器发送的路由表后，从每个路由表内提取数据包及其对应的传输时延，计算传输时延的平均值，并将数据包的传输时延的平均值作为所述整个SpaceWire网络的整体传输时延。
本申请实施例提供一种基于时间戳的高速数据网络监测方法与系统，本发明针对SpaceWire网络传输的数据包增加记录其传输延迟的时间戳信息，用于监控数据包在SpaceWire路由器之间的传输延迟，进而可以用于统计SpaceWire网络整体时延，从而为有效控制和优化SpaceWire网络中存在的网络时延提供依据。本发明在SpaceWire网络中增设一个统一的优化控制节点执行网络监测功能，实现了网络时延的统一化监测与管理架构，为后续的传输优化打下了基础。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本申请实施例一的基于时间戳的高速数据网络监测方法的流程图；
图2是本申请实施例二的基于时间戳的高速数据网络监测系统的结构示意图；
图3是现有技术中的SpaceWire网络中的两个路由器的连接方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本申请实施例的基于时间戳的高速数据网络监测方法和系统所涉及的SpaceWire网络中的路由器的连接方式与现有技术中的SpaceWire网络中的路由器的连接方式相同，区别之处在于本申请实施例涉及的SpaceWire网络增加了优化控制节点，所述优化控制节点通过所述SpaceWire网络中的一个路由器接入到所述SpaceWire网络中，通过优化控制节点获取SpaceWire网络的数据包传输时延以及整体传输时延，从而为有效控制和优化SpaceWire网络中存在的网络时延提供依据。
如图1所示，是本申请实施例一的基于时间戳的高速数据网络监测方法的流程图。本实施例的基于时间戳的高速数据网络监测方法，利用多个时间窗实现时延监测，每个时间窗内的基于时间戳的高速数据网络监测方法的原理相同，对于其中的一个时间窗，所述方法可以包括以下步骤：
S101：优化控制节点向所述SpaceWire网络中的路由器发送监测指令信息，所述监测指令信息包括监测时间窗的宽度和初始监测时间点。
当需要对SpaceWire网络中的网络时延进行优化控制时，首先，所述优化控制节点向所述SpaceWire网络中的路由器发送监测指令信息，所述监测指令信息包括监测时间窗的宽度和初始监测时间点。其中，所述监测时间窗的宽度可以预先设定时长的时间段，例如可以是1小时，所述初始监测时间点即监测时间窗的起始时刻，由于知道了监测时间窗的宽度和初始监测时间点，便可以确定结束监测时间点，SpaceWire网络中的路由器可以根据监测时间窗的宽度和初始监测时间点将该时间窗内对应的传输时延数据发送至所述优化控制节点，所述优化控制节点可以根据接收到的传输时延数据确定SpaceWire网络的数据包传输时延以及整体的数据传输时延，进而可以为提高SpaceWire网络中的网络传输效率提供定量依据。
S102：在所述监测时间窗内，每个所述的路由器在完整接收到其他路由器发送的数据包后，获取所述数据包的传输初始时间信息，在所述数据包中添加所述数据包的传输结束时间信息，确定所述数据包的传输时延，并将所述数据包及其对应的传输时延记录在路由表内。
SpaceWire网络中传输的数据包由节点A发送给与其连接的路由器(源路由器)，再由该路由器转至其它路由器(目的路由器)，进而由其它路由器发送给其连接的节点B。在本实施例中，SpaceWire网络中传输的数据包中开辟有时刻记录区，用于记录该数据包的传输时间信息，例如该数据包的传输初始时间信息和该数据包的传输结束时间信息。当路由器(源路由器)接收到源节点(即数据包的原始发送节点，例如上文中的节点A)上传的数据包时，在所述数据包的时刻记录区中添加该数据包的传输初始时间信息，并将所述数据包通过传输路径发送至目的路由器。在源路由器将该数据包发送至目的路由器后，由目的路由器在该数据包的时刻记录区中添加该数据包传输结束时间信息，进而由所述目的路由器可以根据该数据包的传输初始时间信息和传输结束时间信息确定该数据包的传输时延，并将该数据包的信息和对应的传输时延记录在路由表内，该路由表可以是目的路由器自身已经存在的路由表，也可以是专门为记录数据包的传输时延而创建的路由表。按照上述方法，由目的路由器将监测时间窗内接收到的数据包及其对应的传输时延记录在路由表内。
S103：在所述监测时间窗结束后，每个所述的路由器将各自的路由表上传至所述优化控制节点。
当监测时间窗结束后，目的路由器停止记录记录接收到的数据包及其传输时延，并将记录有数据包及其对应的传输时延的路由表上传至所述优化控制节点，以便于所述优化控制节点根据目的路由器上传的路由表确定整个SpaceWire网络的整体传输时延，进而对目标传输路径进行优化调整。
S104：所述优化控制节点在接收到每个所述的路由器发送的路由表后，计算整个SpaceWire网络的整体传输时延。
具体地，所述优化控制节点在接收到每个所述的路由器发送的路由表后，可以从每个路由表内提取数据包及其对应的传输时延，计算传输时延的平均值，并将数据包的传输时延的平均值作为所述整个SpaceWire网络的整体传输时延。并且，所述优化控制节点还可以将整个SpaceWire网络的整体传输时延与预设的阈值进行对比，若整体传输时延低于预设的阈值，则可以不对SpaceWire网络的传输路径调整，若整体传输时延不低于预设的阈值，则可以根据数据包及其对应的传输时延对对应的传输路径进行优化调整。
如图2所示，是本申请实施例二的基于时间戳的高速数据网络监测系统的结构示意图。本实施例的SpaceWire网络时延的实时控制与优化系统，包括：
优化控制节点301、多个路由器302，以及，多个通过所述路由器302接入SpaceWire网络的节点303，所述多个路由器302中的直接连接的两个路由器，通过两个及以上的端口连接，所述节点303与对应的路由器302的端口连接，所述优化控制节点301与所述多个路由器302中一个连接，在传输数据时，发送数据的路由器为源路由器，接收数据的路由器为目的路由器；
所述源路由器用于接收源节点上传的数据包，在所述数据包的时刻记录区中添加该数据包的传输初始时间信息，并将所述数据包发送至对应的目的路由器。所述目的路由器用于接收所述数据包，获取所述数据包的传输初始时间信息，在所述数据包的时刻记录区中添加所述数据包的传输结束时间信息，确定所述数据包的传输时延，将所述数据包及其对应的传输时延记录在路由表内，并将所述路由表上传至所述优化控制节点301。
具体地，SpaceWire网络中传输的数据包中开辟有时刻记录区，用于记录该数据包的传输时间信息，例如该数据包的传输初始时间信息和该数据包的传输结束时间信息。当路由器(源路由器)接收到源节点(即数据包的原始发送节点，例如上文中的节点A)上传的数据包时，在所述数据包的时刻记录区中添加该数据包的传输初始时间信息，并将所述数据包通过传输路径发送至目的路由器。在源路由器将该数据包发送至目的路由器后，由目的路由器在该数据包的时刻记录区中添加该数据包传输结束时间信息，进而由所述目的路由器可以根据该数据包的传输初始时间信息和传输结束时间信息确定该数据包的传输时延，并将该数据包的信息和对应的传输时延记录在路由表内，该路由表可以是目的路由器自身已经存在的路由表，也可以是专门为记录数据包的传输时延而创建的路由表。
同时，所述路由器302还用于记录自身端口的占用和空闲状况，进而确定与和自身连接的路由器之间的传输路径的占空比，并在所述监测时间窗结束后，将所述占空比发送至所述优化控制节点301。
所述优化控制节点301用于向所述SpaceWire网络中的路由器302发送监测指令信息，并根据接收到的路由表计算整个SpaceWire网络的整体传输时延，根据所述整体传输时延对目标传输路径进行优化调整。
具体地，所述监测指令信息包括监测时间窗的宽度和初始监测时间点。当需要对SpaceWire网络中的网络时延进行优化控制时，首先，所述优化控制节点301向所述SpaceWire网络中的路由器302发送监测指令信息，所述监测指令信息包括监测时间窗的宽度和初始监测时间点。SpaceWire网络中的路由器302接收到所述监测指令信息后，在监测时间窗内向所述优化控制节点301上传路由表。其中，所述路由表中记录有每个路由器接收到的数据包及其对应的传输时延。并且，所述优化控制节点301将整个SpaceWire网络的整体传输时延与预设的阈值进行对比，若整体传输时延不低于预设的阈值，则可以根据数据包及其对应的传输时延对对应的传输路径进行优化调整。
本发明针对SpaceWire网络传输的数据包增加记录其传输延迟的时间戳信息，用于监控数据包在SpaceWire路由器之间的传输延迟，进而可以用于统计SpaceWire网络整体时延，从而为有效控制和优化SpaceWire网络中存在的网络时延提供依据。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种基于时间戳的高速数据网络监测方法，其特征在于，包括：
优化控制节点向所述SpaceWire网络中的路由器发送监测指令信息，所述监测指令信息包括监测时间窗的宽度和初始监测时间点；
在所述监测时间窗内，每个所述的路由器在完整接收到其他路由器发送的数据包后，获取所述数据包的传输初始时间信息，在所述数据包中添加所述数据包的传输结束时间信息，确定所述数据包的传输时延，并将所述数据包及其对应的传输时延记录在路由表内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述监测时间窗结束后，每个所述的路由器将各自的路由表上传至所述优化控制节点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述优化控制节点在接收到每个所述的路由器发送的路由表后，计算整个SpaceWire网络的整体传输时延。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当路由器接收到源节点上传的数据包时，在所述数据包中添加该数据包的传输初始时间信息，并将所述数据包通过传输路径发送至目的路由器。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述数据包中开辟有时刻记录区，当路由器接收到源节点上传的数据包时，在所述数据包的时刻记录区中添加该数据包的传输初始时间信息。
6.一种基于时间戳的高速数据网络监测系统，其特征在于，包括：
优化控制节点，多个路由器，以及多个通过所述路由器接入SpaceWire网络的节点；所述多个路由器中的直接连接的两个路由器，通过两个及以上的端口连接，所述节点与对应的路由器的端口连接，所述优化控制节点与所述多个路由器中一个连接；在传输数据时，发送数据的路由器为源路由器，接收数据的路由器为目的路由器；
所述源路由器用于接收源节点上传的数据包，在所述数据包的时刻记录区中添加该数据包的传输初始时间信息，并将所述数据包发送至对应的目的路由器；
所述目的路由器用于接收所述数据包，获取所述数据包的传输初始时间信息，在所述数据包的时刻记录区中添加所述数据包的传输结束时间信息，确定所述数据包的传输时延，将所述数据包及其对应的传输时延记录在路由表内。
7.根据权利要求6所述的高速数据网络监测系统，其特征在于，每个所述路由器还将将所述路由表上传至所述优化控制节点。
8.根据权利要求7所述的高速数据网络监测系统，其特征在于，所述优化控制节点用于向所述SpaceWire网络中的路由器发送监测指令信息，并根据接收到的路由表计算整个SpaceWire网络的整体传输时延。
9.根据权利要求8所述的高速数据网络监测系统，其特征在于，在所述数据包中开辟有时刻记录区，当目的路由器接收到源节点上传的数据包时，在所述数据包的时刻记录区中添加该数据包的传输初始时间信息。
10.根据权利要求9所述的高速数据网络监测系统，其特征在于，所述获取所述数据包的传输初始时间信息，包括：从所述数据包的时刻记录区中获取所述数据包的传输初始时间信息。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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