CN111585895B - 无需时间同步的时间触发的数据传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种无需时间同步的时间触发的数据传输方法。该方法包括：通过配置工具向交换机配置数据流的转发表和数据流在交换机本地的驻留时间，当数据流报文到达交换机时，所述交换机记录所述数据流报文的到达时间；所述交换机从数据流报文中提取数据流标识，并通过流标识查询本地存储的转发表，获取所述数据流标识对应的输出端口号和驻留时间；在所述到达时间加上所述驻留时间的时刻，所述交换机将所述数据流报文从所述输出端口发出。本发明实施例的时间触发的数据传输方法无需时间同步，配置数据流在交换机中的驻留时间，而不是配置数据流的发送时间点，克服了现有技术方法中的时间同步失效的问题。

Description

无需时间同步的时间触发的数据传输方法
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域，尤其涉及一种无需时间同步的时间触发的数据传输方法。
背景技术
时间敏感网络(Time-SensitiveNetworking，简称TSN)和时间触发的以太网(Time-Triggered Ethernet，简称TTEthernet)是确定性网络(DeterministicNetworking，简称DetNet)领域里两种依赖时间触发传输机制进行确定性传输的网络。他们的时间触发传输方法具有如下特点：
(1)整个网络通过时间同步协议(TSN使用802.1AS同步协议，TTEthernet使用AS6802同步协议)进行时间同步。
(2)基于(1)中同步的时间，数据流在每个网络设备中有确定的发送时间点。
附图1示意了TSN和TTEthernet网络使用的基于时间同步的时间触发的数据传输方法。数据流fi从设备vj发往设备vj+1的发送时间记为
Figure BDA0002487412870000011
从设备vj发出报文到设备vj+1接收到报文的时间记为
Figure BDA0002487412870000012
从而，
A、数据流到达终端vn的时延为：
Figure BDA0002487412870000013
B、时延的抖动jitter理论上等于整个网络的时间同步精度μ，即同步网络中任意两个设备之间最大时间偏差。
上述现有技术中的基于时间同步的时间触发的数据传输方法的缺点为：在时间同步失效或者不能建立时间同步的网络中无法进行确定性数据传输，网络的兼容性差；而且时间同步也是上述方法的安全隐患，极易成为网络攻击的目标，即一旦时间同步失效，确定性数据传输失效。
发明内容
本发明的实施例提供了一种无需时间同步的时间触发的数据传输方法，以克服现有技术的问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种无需时间同步的时间触发的数据传输方法，通过配置工具向交换机配置数据流的转发表和数据流在交换机本地的驻留时间，所述方法包括：
当数据流报文到达交换机时，所述交换机记录所述数据流报文的到达时间；
所述交换机从数据流报文中提取数据流标识，并通过流标识查询本地存储的转发表，获取所述数据流标识对应的输出端口号和驻留时间；
在所述到达时间加上所述驻留时间的时刻，所述交换机将所述数据流报文从所述输出端口发出。
优选地，所述的方法还包括：
设数据流fi在设备vj中停留的时间记为
Figure BDA0002487412870000021
从设备vj发出数据流报文到设备vj+1接收到数据量报文的时间记为
Figure BDA0002487412870000022
数据流从发射端设备v0到达终端设备vn的时延为：
Figure BDA0002487412870000023
优选地，所述配置工具包括：动态主机配置协议DHCP、简单网络管理协议SNMP、OpenFlow协议或者802.1Qcw的YANG模型。
所述数据流的驻留时间Δt根据端到端的时延需求、路由和交换机缓存中的至少一项确定。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的时间触发的数据传输方法无需时间同步，配置数据流在交换机中的驻留时间，而不是配置数据流的发送时间点，克服了现有技术方法中的时间同步失效的问题。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种基于时间同步的时间触发的数据传输方法示意图。
图2为本发明实施例提供的一种无需时间同步的时间触发的数据传输方法的数据传输过程示意图。
图3为本发明实施例提供的一种无需时间同步的时间触发的数据传输方法的实施方式示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
为了解决现有时间触发的数据传输方法严重依赖于时间同步的问题，本发明提供了一种无需时间同步的时间触发的数据传输方法，该方法的数据传输过程示意图如图2所示，具体处理过程包括：
数据流fi在设备vj中停留的时间记为
Figure BDA0002487412870000041
从设备vj发出报文到设备vj+1接收到报文的时间记为
Figure BDA0002487412870000042
从而，
A、数据流从发射端设备v0到达终端设备vn的时延为：
Figure BDA0002487412870000043
B、时延的抖动jitter为数据流fi沿路由路径测算驻留时延(Δt)引入的误差。由于基于时间同步的时间触发的数据传输方法在进行时间同步时不仅测算驻留时延，还会测算链路时延，而且测算误差的影响范围是整个网络，而不是单一路由路径。因此，本发明的时延抖动理论上优于基于时间同步的时间触发的数据传输方法。
图3为本发明实施例提供的一种无需时间同步的时间触发的数据传输方法的实施方式示意图，附图3中switch是交换机，table是数据流的转发表，flow是一条数据流。它们的功能划分如下：
(1)交换机(switch)：存储数据流的转发表(table)，并根据转发表转发数据流(flow)。
(2)转发表(table)：转发表中的表项至少包含每条数据流的标识(id)、输出端口(dport)以及数据流报文在交换机本地的驻留时间(Δt)，还可以包括：数据流的输入端口号(iport)、源发射设备的IP地址和目的接收设备的IP地址。数据流标识(id)是区别其它数据流的唯一标识，通常根据应用需求统一编号；输入端口(iport)和输出端口(dport)由数据流的路由确定，反映了数据流报文在交换机中的入端口和出端口。数据流的驻留时间(Δt)根据端到端的时延需求、路由、交换机缓存等因素统一调度确定。
(3)数据流(flow)：数据流报文需至少包含流标识(id)。
具体实施步骤如下：
①步骤一：通过配置工具如DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议)、SNMP(Simple Network Management Protocol,简单网络管理协议)、OpenFlow协议、802.1Qcw的YANG模型等向交换机(switch)配置数据流的转发表(table)。
②步骤二：当数据流(flow)到达交换机时，交换机记录下报文的到达时间(tarrival)。
③步骤三：交换机从数据流报文中提取流标识(id)，并通过id查转发表table，找到数据流报文对应的表项，从表项中至少提取出目的端口号(dport)和驻留时间(Δt)
④步骤四：在时间Δt+tarrival时将数据报文从目的端口(dport)发出。
注意：步骤一一旦配置好数据流的转发表，在下一次重配置或者配置更新之前，可以重复使用，即跳过步骤一，从步骤二开始执行。
综上所述，本发明实施例的时间触发的数据传输方法无需时间同步，配置数据流在交换机中的驻留时间，而不是配置数据流的发送时间点，克服了现有技术方法因时间同步失效而无法进行确定性数据传输的问题，而且本发明的时延抖动理论上优于基于时间同步的时间触发的数据传输方法。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种无需时间同步的时间触发的数据传输方法，其特征在于，通过配置工具向交换机配置数据流的转发表和数据流在交换机本地的驻留时间，所述方法包括：
当数据流报文到达交换机时，所述交换机记录所述数据流报文的到达时间；
所述交换机从数据流报文中提取数据流标识，并通过流标识查询本地存储的转发表，获取所述数据流标识对应的输出端口号和驻留时间；
在所述到达时间加上所述驻留时间的时刻，所述交换机将所述数据流报文从所述输出端口发出；
所述方法的时间触发的数据传输方法无需时间同步，配置数据流在交换机中的驻留时间，而不是配置数据流的发送时间点；
所述方法的发送时间是固定的，其等于该数据流报文进入交换机的时间加上交换机的驻留时间；
采用所述方法进行数据流报文传输，获得端到端的确定性时延；
所述的转发表中的表项包含每条数据流的标识id、输出端口dport以及数据流报文在交换机本地的驻留时间Δt、数据流的输入端口号iport、源发射设备的IP地址和目的接收设备的IP地址；
所述方法的数据流从发射端设备v0到达终端设备vn的时延为：
Figure FDA0003273269920000011
其中，数据流fi在设备vj中停留的时间记为
Figure FDA0003273269920000012
从设备vj发出数据流报文到设备vj+1接收到数据量报文的时间记为
Figure FDA0003273269920000013
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述配置工具包括：动态主机配置协议DHCP、简单网络管理协议SNMP、OpenFlow协议或者802.1Qcw的YANG模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据流的驻留时间Δt根据端到端的时延需求、路由和交换机缓存约束中的一项或者多项统筹确定。
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