CN110393001B - 用于模块化地引导avb串流的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于模块化地引导AVB串流的方法和设备。在为TSN进一步开发的预留协议中引入新的属性(L_BRIDGE)允许更好地应用以太网标准中现有的机制。为此，必须使每个接收器和每个发送器在(至今为止对于发送器已经存在的)网络中已知。

Description

用于模块化地引导AVB串流的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于模块化地引导AVB串流的方法和设备。

背景技术

通过IEEE(电气和电子工程师协会)的TSN(时间敏感网络)(Time SensitiveNetworking，IEEE 802.1)的工作组的扩展，在标准以太网络中进行实时通信。将预留协议(消息会话中继协议(MSRP)，文件RFC 4975)用于网络的配置，该预留协议负责连接(串流(Streams))的必要设置和资源利用。

在TSN工作组中进一步开发AVB工作组的成果。在AVB(音频/视频桥)(Audio/VideoBridging，IEEE 802.1)中发展预留协议，该预留协议被限定用于家庭网络中。

不考虑网络的冗余功能，路径的可能的切换总是导致完全撤销网络中所有的有效串流。在整个网络中仅存在唯一的有效连接，冗余连接在家庭网络中通常不存在。预留协议完成串流的建立和网络的配置。关于可用串流的信息被转发给所有终端设备。由于预先检查可用的资源，这因此是必要的。

目前在工业环境中的冗余方案(例如环形冗余)仅可以在特殊网络中使用，并且不考虑网络部件的、对于串流建立所需的局部配置。

到目前为止，所有终端设备必须能够接收所有串流信息。终端设备中更简单的执行降低了用于缓存不需要的信息的存储要求，但仍然必须接收和评估包。在AVB中，终端设备必须具有相应强的性能。在此，通过协议的先前设计来限制要处理的包的数量。

随着串流的数量增加，在简单的网络用户中产生更高的网络负荷。然而，在工业应用中，终端设备应尽可能便宜，其主要任务不是数据传输，而是检测和评估物理测量值。因此，非常简单的终端设备是不可行的。

工业应用基于在分开的串流中传输的多个测量值的处理和从中得出的执行器的操纵，同样地基于到多个设备的多个串流。不同终端设备的位置在此通常被网络掩盖，但是仅消息的接收器在成功预留之后通过预留协议了解各个连接的所需的传输时间。

通过网络中的多个应用提高串流的数量，但是终端设备接收所有串流信息。

至今为止，未充分地考虑对高可用性的要求。借助已知方法不能通过局部认知有针对性地切换连接。

在已知的处理流程中还存在对网络中的最大支持的串流数量的限制，因为协议仅能够同步有限数量的数据。

在此，在工业网络中的应用中，除了串流数量的要求之外还存在附加的要求。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种方法，该方法调整已知的方法以用于工业领域中的具有后续要求的应用。

该方法应当能用于具有小存储量的简单的终端设备。在此，该应用使用来自多个IO(输入输出)设备(即大量串流)的数据，全部串流的传输时间(即从传输开始至结束的时间段，也称作完成时间)在此同样是决定性的。

此外，应支持在具有很多连接的总网络中的多个应用。

在此，连接也必须具有好的可用性。

该方法说明了如何在基于符合IEEE 802.1的时间敏感网络标准的网络中沿着预留的路径引导串流，其中，通过以下步骤模块化地进行用于在网络中构建路径的预留流程，即在第一步骤中，利用发话器通告消息将发送器的通知仅传输至网络的能联系的第一网络元件并且存储在第一网络元件处，并且利用收听器就绪消息将接收器的通知传输至能联系的第二网络元件并且存储在第二网络元件处，并且在第二步骤中，基于先前存储的信息在第一网络元件与第二网络元件之间预留路径。

在为TSN进一步开发的预留协议中引入新的属性(L_BRIDGE)允许更好地应用以太网标准中现有的机制。为此，必须使每个接收器和每个发送器在(至今为止对于发送器已经存在的)网络中已知。

所有对于预留必要的信息都存储在数据库中。该数据库位于桥中，其中，数据库划分成中央存储器以及用于相应的发话器/发送器和收听器/接收器的相应方向的、相应的端口数据库。

在此，没有方向说明的数据包(TLV)连同属性的最新发现的包序列号(StreamID)存储在中央存储器中。

具有方向说明的数据包(TLV)在接收端口处存储在接收数据库中并且在发送端口处存储在发送数据库中。在此，属性L_REGISTRATION是新的。

因此，接收器在接收器的收听器就绪消息中传输关于接收器的位置的第一信息，使得路径预留能够借助于与发送器在网络中的位置有关的第二信息执行预留和路径建立。

在本发明的另一个有利的设计方案中，在发话器通告消息和/或收听器就绪消息中包含关于允许的最大等待时间(REQ_LATENCY)的另外的信息。

基于积累的作为关于等待时间的信息(ACC_LATENCY)的、在消息中传输的信息和/或等待时间来预留路径。

在此，基于在各个网络元件之间相应所需的传输时间方面的最佳路径来确定路径。

接收器能够利用串流在最近的网络元件中登记，以便从网络元件获得另外的数据、尤其是串流说明，该串流由其串流ID(标识)来识别。

可选地，接收器也能够利用串流在网络元件中登记，以便接收器从网络元件仅获得另外的登记的数据。这具有的优点是：实际上仅传输相关的信息，这在评估接收的信息方面减小了网络负荷以及收听器的负荷程度。

因此，网络仅告知接收器与该接收器相关的信息。

在其他信息改变的情况下，该接收器在第一时间完全不被通知。

在至今为止的桥中已知类似的机制，即所谓的“Pruning(剪枝)”，其中将信息有针对性地仅在可以进行传输的网络部分中转发。所谓的“收听器剪枝”的新功能实现将相关的信息有针对性地转发给对数据(串流)的接收感兴趣的终端设备。

网络部件能够使用通告消息，以便仅将相关的数据和该数据的随后的改变转发给终端设备(“收听器剪枝”)。由此，减小信息规模和随之产生的包数量。这导致终端设备中运算负荷减小。由此，简单的终端设备也能够使用在较大的网络中，在网络中能够使用显著更多的串流。

附图说明

此外，通过附图阐述本发明。在此示出，

图1示出发话器通告、即在已知的AVB中的成功的预留；

图2示出收听器就绪、即预留确认；

图3示出在如此建立的路径上的通信；

图4示出新的模块化的预留流程的发话器通告和收听器就绪；

图5示出由发话器通告和收听器就绪构成的全局信息到全部网络元件(桥)的发布；

图6示出所谓的收听器剪枝；

图7示出用于在网络中建立路径的根据本发明的不同实施选项；和

图8示出如图1至图3中已经示出的已知方法的过程的总图。

具体实施方式

图8示出网络中的串流的AVB预留流程，该预留流程如根据至今为止的处理方式那样进行。B1与B6是中间网络元件、即所谓的桥。用T表示称作为所谓的发话器的发送器。L表示收听器、即被访问的接收器。首先，在第一步骤中利用所谓的通告将信息发送给全体，在桥中进行登记和声明。作为响应，收听器回发用于预留相应的路径的就绪消息。

图1至图3表述利用RSTP(快速生成树协议)的根桥R的、图8的可选的预留过程。网络元件/桥B1至B4也部分地经由多个可选的路由彼此连接。终端设备El至E4彼此连接，桥B3设计为执行网络中的路径确定的、RSTP的根桥R。经由不同的网络元件11至18将发话器通告分布在网络上，以便联系每个终端设备。在图2中示出，被访问的接收器/收听器、即终端设备E2将其收听器就绪消息21发送给连接的下一个桥B4。但是，该收听器就绪消息不如在图8中描述的处理方式那样从那里向回传输直至发送器/发话器，而是其在那里“等待”下一个发话器通告。在图3中于是可见经由预留的路径1至4的通信。

图4再次说明预留的模块化的流程。发送器(发话器)T将其存储R在那里的消息11发送给第一网络元件B2。该消息包括在方框中示出的信息，这些信息是关于信息L2TRANSPORT、TRAFFIC_SPEC、ACC_LATENCY和DIAG DOWN的。

类似地，接收器/收听器L同样将消息21发送给下一个网络元件B4以进行存储R。该网络元件包含信息RES_STATE和DIAG UP。

随后，在第二步骤中，将由发话器通告和收听器就绪构成的、存储的信息发送31、32、33、34给全部网络元件B1至B4以进行存储R。由T_BRIDGE产生发话器信息，并且由L_BRIDGE产生收听器信息。

例如，列举消息T_BRIDGE，该消息包含信息L2TRANSPORT和TRAFFIC_SPEC。

图6示例性地描述信息发布到接收器上的有利的设计方案。首先，接收器L1、L2和L3将其信息、尤其串流说明传播给下一个网络元件B。通常，这些(新的)信息1-10全部且未滤波地又向回传输给全部接收器/收听器。如果现在选择其中进行滤波的变体方案，那么登记相应的收听器L1、L2、L3或者其在网络元件中的串流R1、R2、R3。随后，仅转发登记的信息，如在按照发话器登记进行的收听器登记中那样。

图7现在还再次示出网络中用于串流的路径建立。

在如至此为止描述的局部的建立中，串流说明(L2 TRANSPORT)与网络中的收听器的位置(L_BRIDGE)和发话器的位置(T_BRIDGE)组合在一起，并且获得路径上的串流的关联、FDB(功能数据库)的局部的配置。

从发话器到收听器的等待时间在该路径上累加。可选地，(右上)进行在从发话器桥B1到全部其他桥B2、B3和B4的路径上的转发。

左下示出的是：如何将预留状态从收听器传输到发话器，其通过信息T_BRIDGE来提供。在此，D分别代表声明，并且R代表预留，这类似于图8的视图。

现在右下示出另一个可选方案，在该处借助于延迟叠加得出路径。

整体上，所描述的处理方式除了已经描述的之外还显示出另外的显著的优点。对于应用重要的总传输时间能够被优化。能够首先在网络中借助多跳的方式将帧发送给远离的终端设备。在还必须等待到邻近的终端设备的帧时，就已经传输帧。由此也能够优化完成时间。通过缩短该时间，也能够满足工业环境中的更严格的要求。

在使用TAS(时间感知整形器)时，在控制装置(可编程的控制装置或者工业设施的PLC(可编程逻辑控制器))中，局部地优化发送器顺序通常足以优化整个通信。在使用TAS时，网络资源被预留仅用于传输并且不可用于其他应用。通过局部优化，能够缩小所需要的TAS窗口，能够更好地设计单独占用的带宽。这实现了在相同窗口中将带宽用于更大数量的连接或其他应用。

能够在以太网中使用进一步开发的路由机制。利用接收器(收听器)的已知位置例如能够使用SPB(最短路径桥接)算法，以便为传输找到相应最短的路径。由此优化在建立串流时的延迟。

在故障情况下，通过关于终端设备的位置的了解能够使用局部的切换。这例如在IP(互联网协议)的“快速重建路径”中已知。每个桥能够通过现有的拓扑知识(例如通过IS-IS(SPB中的中介系统到中介系统))决定：在串流改变时是否还应在相同的端口处转发，或者必须使用其他可选方案，以便还实现传输。通过标准化的机制实现串流在网络中的高可用性。

预留在拓扑改变时也能够局部地适配，这加速串流路径的切换。

通过终端设备的登记并且使用现有的拓扑信息，能够局部地在发送器(例如工业环境中的PLC)中优化数据的顺序，以便缩短完成时间。由此，可以实现更小的应用周期。

也称为快速路由的方法基于连接的用户的标识和拓扑知识。局部地能够统计新的转发并且直接做出反应。不需要相邻的网络部件之间的通信。

由此实现显著更快的切换。

在工业网络中，应用限定了所需要的连接。由此在发送器和接收器中已知所需要的连接标识符、串流标识。通过在接收串流信息之前登记，仅转发相关的信息。

此外，可以实现在大型网络中使用更简单的并因此更便宜的终端设备本身，因为通过使用更简单的网络部件使网络部件中的资源需求变小或也能在网络中运行多个应用。

Claims (7)

1.一种在基于符合IEEE 802.1的时间敏感网络标准的网络中沿着预留的路径引导串流的方法，其中，通过以下步骤模块化地进行用于在所述网络中构建路径的预留流程，

-在第一步骤中，利用发话器通告消息将发送器(T)的通知仅传输至所述网络的能联系的第一网络元件(B2)并且存储在所述第一网络元件处，并且

利用收听器就绪消息(21)将接收器(L)的通知传输至能联系的第二网络元件(B4)并且存储在所述第二网络元件处，并且

-在第二步骤中，基于先前存储的信息在所述第一网络元件(B2)与所述第二网络元件(B4)之间预留路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收器(L)在所述接收器的收听器就绪消息(21)中传输关于所述接收器的位置的第一信息，使得路径预留能够借助于与所述发送器在所述网络中的位置有关的第二信息执行路径建立。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述发话器通告消息和/或收听器就绪消息(21)中包含关于等待时间的另外的信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所存储的、积累的关于所述等待时间的信息来预留所述路径。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述接收器能够利用串流在网络元件中登记，以便从该网络元件获得另外的数据。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述接收器能够利用串流在网络元件中登记，以便从该网络元件获得另外的登记的数据。

7.一种适合执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法的设备。

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