CN111935034A - 用于时间敏感网络的流预留方法、系统和计算机设备 - Google Patents

用于时间敏感网络的流预留方法、系统和计算机设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于时间敏感网络的流预留方法、系统和计算机设备。其中流预留方法包括，网桥根据发端声明报文获取发送终端申请的第一预留带宽信息，并将根据所述第一预留带宽信息得到的预留声明报文转发给若干个接收终端；和/或所述网桥根据接收终端的收端声明报文获取第二预留带宽信息，并将根据所述第二预留带宽信息得到的反馈声明报文转发给若干个所述发送终端。网桥根据发送终端发送的TSN流的相关信息以及端口可获得的传输资源，进行带宽资源调度以及流预留操作，无论在带宽紧缺还是充裕的条件下，均可以充分利用网桥的带宽资源，在避免碰撞且保障TSN流传输性能的同时，提高网桥带宽利用率及其服务效率。

Description

用于时间敏感网络的流预留方法、系统和计算机设备
技术领域
本发明属于无线通信资源调度技术领域，尤其涉及一种用于时间敏感网络的流预留方法、系统和计算机设备。
背景技术
近年来，移动通信及物联网的蓬勃发展带来了许多新的应用，如智能制造、智能驾驶等。这些应用在信息传输的低时延、确定性等方面都有着更高的要求。然而，现阶段大部分的工业自动化以及汽车上的通信解决方案都是基于传统以太网实现的，而以太网原本用于处理纯粹的静态非实时数据和保证其可靠性，至于顺序和包延迟等并非作为重要的考虑因素。尽管传统二层网络已经引入了优先级(Priority)机制，三层网络也已内置了服务质量(QoS)机制，但由于多媒体实时流量与普通异步TCP流量存在着资源竞争，导致了过多的时延(Delay)和抖动(Jitter)，使得传统的以太网无法从根本上满足语音、多媒体及其它动态内容等在工业自动化控制、无人驾驶等应用中对实时数据的传输需要。
因而，电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and ElectronicEngineers,IEEE)成立了时延敏感网络(Time-Sensitive Networking,TSN)工作小组，针对TSN信息传输制定了一系列标准协议，以实现信息的高可靠、低时延的确定性传输，得到了智能工业、智能驾驶、蜂窝通信等相关行业的广泛关注。其中，IEEE 802.1QAT(IEEEStandard for Local and metropolitan area networks--Media Access Control(MAC)Bridges and Virtual Bridged Local Area Networks,"in IEEE Std 802.1Q-2011,vol.,no.,pp.1-1365,31Aug.2011)协议通过在传输通道上传输及注册TSN流的属性来预留流传输所需的带宽，IEEE 802.1QAV协议中的终端与网桥根据此预留带宽来调度流的转发与排队，从而保障流的确定性传输。然而，该协议仅给出流所占用最小带宽计算，不同类别业务所占用的带宽多少并不在协议设计范围内，带宽预留未考虑频带利用率。
基于上述流预留协议，就现有技术中常见的三种流预留方案分别说明如下：
第一种：进入国家日为2010年02月11日，授权公告日为2013年02月13日，申请号为CN200880103143.8，发明名称为“用于桥接网络中的流预留的方法、节点和系统”的发明专利，公开了一种用于桥接网络的流预留方法以及对应的节点和系统，通过发送终端发送声明，对发送的流感兴趣的接收终端将对该流进行注册，且接收终端根据网络中可获得带宽情况进行属性声明，完成端到端的带宽预留。
第二种：公开日为2014年03月25日，公开号为KR20140036343A，发明名称为“Enhanced Stream Reservation Protocol For Audio Video Networks”的韩国发明专利，公开了一种音频视频网络的增强型流预留方法，传输设备也是在开始时将数据流传输到接收设备之前先发送一个传输声明，然后等待接收设备返回的声明信息。传输端口通过声明信息，并检查输出端口上的带宽可用性以确保流预留的有效性。
第三种：于2019年公开，名称为“A Time-Sensitive Streams Management Methodbased on IEEE 802.1Qat SRP for Industrial Internet”(Y.Li,Y.Ma,Z.Yin,A.Gu andS.Sun,2019 1st International Conference on Industrial Artificial Intelligence(IAI),Shenyang,China,2019,pp.1-5.)的文献以及公开日为2018年08月03日，申请号为CN201810228905.2，发明名称为“用于时延敏感网络的防碰撞流预留带宽系统及其方法”的中国发明专利，公开了一种用于TSN的流预留系统及方法，可以在至少两个接收设备需要发送流时，网桥可以为不同的数据流确定出带宽预留申请的优先级顺序，进行带宽预留，并且将具有相同发送端的接收设备声明进行合并，从而提高带宽预留效率。
根据上述描述可知，前两种流预留的方法均存在以下缺陷：流预留一次只能进行一个流的注册，效率低。第三种流预留的方法，未考虑流预留与可获取网络资源的关系，在带宽有所剩余但不够TSN流所要求带宽时，没有对这些剩余带宽进行调度；在带宽大于TSN流所要求带宽时，也没有进一步提高流传输速率来提高带宽利用率。由此，导致流预留量仅为TSN流需求的最小需求带宽，不能充分利用网络带宽资源，降低了网络利用率。
因此，如何提供一种用于时间敏感网络的流预留方案，以提高带宽利用率及网络效率日益成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
需要说明的是，公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种用于时间敏感网络的流预留方法、系统和计算机设备，用于解决现有技术中不能充分利用网络带宽资源的问题。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于时间敏感网络的流预留方法，包括，网桥根据发端声明报文获取发送终端申请的第一预留带宽信息，并将根据所述第一预留带宽信息得到的预留声明报文转发给若干个接收终端；
和/或
所述网桥根据接收终端的收端声明报文获取第二预留带宽信息，并将根据所述第二预留带宽信息得到的反馈声明报文转发给若干个所述发送终端。
可选地，所述网桥根据发端声明报文获取发送终端申请的第一预留带宽信息，并将根据所述第一预留带宽信息得到的预留声明报文转发给若干个接收终端的方法，包括以下步骤，
S1：接收所述发送终端发送的发端声明报文；
S2：从所述发端声明报文中，提取所述发送终端要注册的时间敏感流的发端注册信息；
S3：根据所述发端注册信息，得到所述时间敏感流的需求带宽信息和流业务类别；并根据所述流业务类别以及网桥带宽信息，得到第一预留带宽信息；
S4：根据所述需求带宽信息和所述第一预留带宽信息，得到所述时间敏感流的预留声明状态；
并使用所述第一预留带宽信息和所述预留声明状态更新所述发端声明报文，得到预留声明报文；
S5：将所述预留声明报文转发给若干个接收终端。
可选地，所述发端注册信息包括流编号、流业务类别、数据帧大小以及在预设测量时间间隔内传输的最大帧数。
可选地，述需求带宽信息包括需求带宽值；
步骤S3中，所述根据所述发端注册信息，得到所述时间敏感流的需求带宽信息的方法，包括，
根据所述数据帧大小、所述预设测量时间间隔内传输的最大帧数以及所述数据帧的帧头大小，得到所述时间敏感流的需求带宽值。
可选地，所述时间敏感流的需求带宽值由数据帧总大小与单位时间内
传输的数据帧的个数求积得到；
其中，所述数据帧总大小由所述数据帧大小与所述数据帧的帧头大小求和得到；所述单位时间内传输的数据帧的个数由所述预设测量时间间隔内传输的最大帧数与所述预设时间间隔求商得到。
可选地，所述网桥带宽信息包括网桥各个流业务类别可分配的带宽百分比以及所述时间敏感流传输路径上的网桥带宽总量，所述第一预留带宽信息包括第一预留带宽值；
步骤S3中，所述根据所述流业务类别以及网桥带宽信息，得到第一预留带宽信息的方法，包括以下步骤，
根据所述流业务类别，得到所述网桥为所述时间敏感流可预留的带宽百分比总量；其中，所述带宽百分比总量包括由所述流业务类别可分配的带宽百分比以及其他流业务类别可分配的带宽百分比求和得到；
根据所述时间敏感流传输路径上的网桥带宽总量和所述可预留带宽百分比总量，得到所述第一预留带宽值。
可选地，所述第一预留带宽信息还包括可预留带宽系数，所述可预留带宽系数由所述第一预留带宽值和所述需求带宽值计算得到。
可选地，步骤S4中，所述根据所述需求带宽信息和所述第一预留带宽信息，得到所述时间敏感流的预留声明状态的方法，包括，
比较所述需求带宽值和所述第一预留带宽值的大小，若所述需求带宽值大于所述第一预留带宽值，则所述预留声明状态为带宽申请失败；否则，则所述预留声明状态为申请成功。
可选地，步骤S4中，还包括根据所述需求带宽值和所述第一预留带宽值，得到第二预留带宽值；以及所述网桥按照所述第二预留带宽值为所述时间敏感流预留带宽。
可选地，所述根据所述需求带宽值和所述第一预留带宽值，得到所述网桥的第二预留带宽值的方法，包括，
若所述需求带宽值大于所述第一预留带宽值，则所述第二预留带宽值为所述第一预留带宽值；否则，则先求得所述可预留带宽系数，并根据所述可预留带宽系数和所述需求带宽值得到所述第二预留带宽值；所述第二预留带宽值通过下式获得：actutalBandwidth*Ratior，其中，actutalBandwidth为所述需求带宽值，Ratio为所述可预留带宽系数，Ratior为实际预留带宽系数，其取值满足Ratior≤Ratio。
可选地，所述网桥根据接收终端的收端声明报文获取第二预留带宽信息，并将根据所述第二预留带宽信息得到的反馈声明报文转发给若干个所述发送终端的方法，包括以下步骤：
S6：接收若干个所述接收终端的收端声明报文；
S7：从所述收端声明报文中，提取所述接收终端的要注册的时间敏感流的收端注册信息以及收端可用带宽信息；
S8：根据若干个所述收端注册信息以及若干个所述收端可用带宽信息，得到第二预留带宽信息；
S9：合并来自同一个发送终端的所述第二预留带宽信息，并根据所述第二预留带宽信息和所述时间敏感流的需求带宽信息，得到反馈声明报文；
S10：将所述反馈声明报文转发给若干个所述发送终端。
可选地，步骤S8中，所述根据若干个所述收端注册信息以及若干个所述收端可用带宽信息，得到第二预留带宽信息的方法，包括，
根据所述收端注册信息，得到所述时间敏感流在每个传输路径上的所述收端可用带宽信息；
对于同一所述时间敏感流，在其所有传输路径中取最小的所述收端可用带宽信息作为所述第二预留带宽信息，并使用所述第二预留带宽信息更新所述网桥为所述时间敏感流预留的带宽。
可选地，所述时间敏感流的需求带宽信息包括需求带宽值，所述收端可用带宽信息包括收端可用带宽值，所述反馈声明报文包括反馈声明状态，步骤S9中，所述根据所述第二预留带宽信息和所述时间敏感流的需求带宽信息，得到反馈声明报文包括，根据所述需求带宽值和所述收端可用带宽值，得到所述反馈声明状态，得到所述反馈声明状态的方法如下，比较所述时间敏感流传输路径上的每一个所述收端可用带宽值与所述需求带宽值的大小：
若所有所述收端可用带宽值均大于或等于所述需求带宽值，则所述反馈声明状态为收端带宽充足；
否则，判断所有所述收端可用带宽值是否均小于所述需求带宽值，若是，所述反馈声明状态为收端带宽不足；若否，所述反馈声明状态为部分收端带宽不足。
基于同一发明构思，本发明还提供一种时间敏感网络系统，用于实现时间敏感网络的流预留方法，包括若干个发送终端、网桥以及若干个接收终端，所述发送终端和所述接收终端通过所述网桥通信连接；
所述发送终端，被配置为向所述网桥发送发端声明报文，并用于接收所述网桥转发的反馈声明报文，其中，所述反馈声明报文由所述接收终端更新；
所述接收终端，被配置为向所述网桥发送收端声明报文，并用于接收所述网桥转发的预留声明报文；
所述网桥，被配置为根据发端声明报文获取发送终端申请的第一预留带宽信息，并将根据所述第一预留带宽信息得到的预留声明报文转发给若干个接收终端；
和/或
被配置为根据接收终端的收端声明报文获取第二预留带宽信息，并将根据所述第二预留带宽信息得到的反馈声明报文转发给若干个所述发送终端。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，包括处理器以及存储设备，所述处理器适于实现各指令，所述存储设备适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并上述任一项所述时间敏感网络的流预留方法。
与现有技术相比，本发明提供的时间敏感网络的流预留方法，具有以下有益效果：
本发明提供的一种用于时间敏感网络的流预留方法，所述发送终端向所述网桥发送发端声明报文，所述网桥从所述发端声明报文中，提取所述发送终端要注册的时间敏感流的发端注册信息，即根据其可获得的传输资源、流传输速率需求以及流类别信息等，在保障传输性能的同时进行带宽预留。该预留方法可有效利用系统的剩余带宽资源，无论在带宽紧缺还是充裕的条件下，均可以充分利用网桥的带宽资源，以有限的带宽服务更多的TSN流，为带宽紧缺(比如，到达多个时间敏感流或收到突发时间敏感流)时避免网桥处的拥塞，从而在避免流碰撞且确保TSN流性能的同时，提高带宽利用率及网络效率；进一步地，所述网桥根据所述发送终端的发端声明报文进行带宽预留，与现有技术中根据流业务类别固定分配预设大小的带宽相比，节约了带宽资源，提高了网络资源的利用率。再进一步地，根据所述需求带宽信息和所述第一预留带宽信息，得到所述时间敏感流的预留声明状态，并使用所述第一预留带宽信息和所述预留声明状态更新所述发端声明报文，得到预留声明报文，进一步地，将所述预留声明报文转发给若干个接收终端；提高了所述时间敏感网络的服务效率。
由于本发明提供的时间敏感网络系统以及计算机设备与所述用于时间敏感网络的流预留方法属于同一发明构思，因此至少具有相同的有益效果，不再一一赘述。
附图说明
图1为本发明实施例提供的其中一种时间敏感网络的流预留方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的其中一种时间敏感网络系统的结构示意图；
图3为最大可获得带宽为30％时本发明提供的一种时间敏感流网络的流预留方法的流服务比例(仿真)与QAT的流服务比例示意图；
图4为最大可获得带宽为70％时本发明提供的一种时间敏感流网络的流预留方法的流服务比例(仿真)与QAT的流服务比例示意图；
其中，附图标记说明如下：
100a-发送终端，200a-网桥，300a、300b-接收终端。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明提出的用于时间敏感网络的流预留方法、系统和计算机设备作进一步详细说明。显然地，本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。进一步地，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心思想在于，提供一种用于时间敏感网络的流预留方法，在保证传输性能的同时进行带宽预留，以有效利用时间敏感网络系统的剩余带宽资源，使得有限的带宽服务更多的TSN流，提高带宽利用率及网络效率。
为实现上述思想，本发明提供了一种用于时间敏感网路的流预留方法，包括，网桥根据发端声明报文获取发送终端申请的第一预留带宽信息，并将根据所述第一预留带宽信息得到的预留声明报文转发给若干个接收终端；和/或所述网桥根据接收终端的收端声明报文获取第二预留带宽信息，并将根据所述第二预留带宽信息得到的反馈声明报文转发给若干个所述发送终端。可以理解地，本发明并不限制上述获取所述第一预留带宽信息和获取所述第二预留带宽信息的先后顺序，即若所述网桥收到所述发送终端发送的发端声明报文，则所述网桥执行所述根据发端声明报文获取所述发送终端申请的第一预留带宽信息的步骤；若所述网桥收到所述接收终端发送的收端声明报文，则所述网桥执行所述根据所述接收终端的收端声明报文获取第二预留带宽信息的步骤。特别地，当所述接收终端未接收到所述发送终端发送的所述预留声明报文时，所述第二预留带宽信息包括但不限于所述接收终端可用预留带宽信息。
如附图1所示，为本发明实施例提供的其中一种用于时间敏感网络的流预留方法流程图。
优选地，网桥根据发端声明报文获取发送终端申请的第一预留带宽信息，并将根据所述第一预留带宽信息得到的预留声明报文转发给若干个接收终端的方法，包括以下步骤：
S1：接收发端声明报文：接收所述发送终端发送的发端声明报文。
S2：提取流信息：从所述发端声明报文中，提取所述发送终端要注册的时间敏感流的发端注册信息。
S3：确定流预留带宽：根据所述发端注册信息，得到所述时间敏感流的需求带宽信息和流业务类别；并根据所述流业务类别以及网桥带宽信息，得到第一预留带宽信息。
S4：更新声明状态：根据所述需求带宽信息和所述第一预留带宽信息，得到所述时间敏感流的预留声明状态；并使用所述第一预留带宽信息和所述预留声明状态更新所述发端声明报文，得到预留声明报文。
S5：将所述预留声明报文转发给若干个接收终端。
具体地，在其中一种实施方式中，所述发送终端向所述网桥发送发端声明报文。优选地，所述网桥在接收到所述发端声明报文后，所述网桥提取发端注册信息，其中，所述发端注册信息包括流编号(streamID)、流业务类别(classID)、数据帧大小以及在预设测量时间间隔内传输的最大帧数。
首先，确定所述需求带宽信息。优选地，在其中一种实施方式中，所述需求带宽信息包括需求带宽值。较佳地，得到所述时间敏感流的需求带宽信息的方法包括，根据所述数据帧大小、所述预设测量时间间隔内传输的最大帧数以及所述数据帧的帧头大小，得到所述时间敏感流的需求带宽值。进一步地，所述时间敏感流的需求带宽值由数据帧总大小与单位时间内传输的数据帧的个数求积得到；其中，所述数据帧总大小由所述数据帧大小与所述数据帧的帧头大小求和得到；所述单位时间内传输的数据帧的个数由所述预设测量时间间隔内传输的最大帧数与所述预设时间间隔求商得到。具体地，在其中一种实施方式中，所述需求带宽值可以通过以下(1)-(3)式获得：
PayloadSize＝MaxFrameSize (1)
maxFrameRate＝MaxIntervalFrames*(1/classMeasurementInterval) (2)
actualBandwidth＝(perFrameOverhead+payloadSize)*maxFrameRate (3)
其中，PayloadSize为所述时间敏感流的数据帧报文的大小，单位为bit；MaxFrameSize为不含头开销的所述数据帧大小；maxFrameRate为每秒传输的最大帧数，MaxIntervalFrame在一个所述预设测量时间间隔classMeasurementInterval内传输的最大帧数；actualBandwidth为所述需求带宽值；perFrameOverhead为所述数据帧的帧头大小。
其次，得到第一预留带宽值。较佳地，在其中一种实施方式中，所述网桥带宽信息包括网桥各个流业务类别可分配的带宽百分比以及所述时间敏感流传输路径上的网桥带宽总量，所述第一预留带宽信息包括第一预留带宽值。具体地，得到第一预留带宽信息的方法，包括以下步骤：
根据所述流业务类别，得到所述网桥为所述时间敏感流可预留的带宽百分比总量；其中，所述带宽百分比总量包括由所述流业务类别可分配的带宽百分比以及其他流业务类别可分配的带宽百分比求和得到；根据所述时间敏感流传输路径上的网桥带宽总量和所述可预留带宽百分比总量，得到所述第一预留带宽值。具体地，在其中一种实施方式中，所述可预留带宽百分比总量通过下式获得：
Figure BDA0002619307430000101
其中，M为所述网桥支持的TSN流的业务类别总量，
Figure BDA0002619307430000111
为流业务类别j的可用带宽占所述时间敏感流传输路径上的网桥带宽的总比例；
Figure BDA0002619307430000112
为为流业务类别j用掉的带宽比例，delta_i为所述网桥为所述时间敏感流i可预留的带宽百分比总量。所述第一预留带宽值通过下式获得：
reserved_band_available_a＝max_band*delta_i (5)
其中，max_band为所述时间敏感流传输路径上的网桥带宽总量，delta_i为所述可预留带宽百分比总量。
优选地，在其中一种实施方式中，所述第一预留带宽信息还包括可预留带宽系数，所述可预留带宽系数由所述第一预留带宽值和所述需求带宽值计算得到。在其中一种实施方式中，所述可预留带宽系数(比值)通过下式获得：
Ratio＝reserved_band_available_a/actutalBandwidth
其中，Ratio为所述可预留带宽系数，reserved_band_available_a为所述第一预留带宽值；actutalBandwidth为所述需求带宽值。优选地，在其中一种实施方式中，所述网桥还使用所述可预留带宽系数Ratio更新所述发端声明报文。
进一步地，所述根据所述需求带宽信息和所述第一预留带宽信息，得到所述时间敏感流的预留声明状态的方法，包括，比较所述需求带宽值actualBandwidth和所述第一预留带宽值reserved_band_available_a的大小，若所述需求带宽值大于所述第一预留带宽值，则所述预留声明状态为带宽申请失败；否则，则所述预留声明状态为申请成功。
优选地，所述用于时间敏感网络的流预留方法，还包括根据所述需求带宽值和所述第一预留带宽值，得到第二预留带宽值；以及所述网桥按照所述第二预留带宽值为所述时间敏感流预留带宽。具体地，若所述需求带宽值actualBandwidth大于所述第一预留带宽值reserved_band_available_a，则所述第二预留带宽值为所述第一预留带宽值reserved_band_available_a，即所述网桥为所述时间敏感流预留的带宽为reserved_band_available_a；否则，则先求得所述可预留带宽系数Ratio＝reserved_band_available_a/actutalBandwidth，并根据所述可预留带宽系数和所述需求带宽值得到所述第二预留带宽值actutalBandwidth*Ratior，并为所述时间敏感流保留带宽的大小为第二预留带宽值，其中，Ratior为实际预留带宽系数，其取值满足Ratior≤Ratio。特别地，本发明不限定Ratior的确定方式及具体取值，实际应用中，可根据实际工况和/或结合经验和/或结合所述接收终端的反馈确定。
优选地，步骤S5中，所述将所述预留声明报文转发给若干个接收终端，所述转发包括以广播的方式发送给时间敏感流网络中的所有能够接收收所述时间敏感流的所述接收终端；或者通过地址等方式仅将所述预留声明发送给设定范围内的所述接收终端。可以理解地，本发明不限制所述网桥转发所述预留声明报文的方式以及接收所述预留声明报文的所述接收终端的个数。
继续参见附图1，在其中一种实施方式中，优选地，所述网桥根据接收终端的收端声明报文获取第二预留带宽信息，并将根据所述第二预留带宽信息得到的反馈声明报文转发给若干个所述发送终端的方法，包括以下步骤：
S6：接收收端声明报文：接收接收终端的接收若干个所述接收终端的收端声明报文。
S7：提取声明状态：从所述收端声明报文中，提取所述接收终端的要注册的时间敏感流的收端注册信息以及收端可用带宽信息。
具体地，所述网桥接收若干个不同接收终端发送的收端声明报文，较佳地，所述收端声明报文为若干个所述接收终端对所述网桥转发的所述发送终端发送的预留声明报文的反馈。优选地，在其中一种实施方式中，所述收端声明报文包括所述接收终端向所述网桥注册的可接收时间敏感流的信息以及各个所述接收终端可支持的带宽范围。
S8：更新预留带宽：根据若干个所述收端注册信息以及若干个所述收端可用带宽信息，得到第二预留带宽信息。
优选地，在其中一种实施方式中，根据所述收端注册信息，得到所述时间敏感流在每个传输路径上的所述收端可用带宽信息；对于同一所述时间敏感流，在其所有传输路径中取最小的所述收端可用带宽信息作为所述第二预留带宽信息，并使用所述第二预留带宽信息更新所述网桥为所述时间敏感流预留的带宽。
S9：合并反馈声明属性：合并来自同一个发送终端的所述第二预留带宽信息，并根据所述第二预留带宽信息和所述时间敏感流的需求带宽信息，得到反馈声明报文。
优选地，在其中一种实施方式中，所述时间敏感流的需求带宽信息包括需求带宽值，所述收端可用带宽信息包括收端可用带宽值，所述反馈声明报文包括反馈声明状态。步骤S9中，所述根据所述第二预留带宽信息和所述时间敏感流的需求带宽信息，得到反馈声明报文包括，根据所述需求带宽值和所述收端可用带宽值，得到所述反馈声明状态。具体地，得到所述反馈声明状态的方法如下，比较所述时间敏感流传输路径上的每一个所述收端可用带宽值与所述需求带宽值的大小：若所有所述收端可用带宽值均大于或等于所述需求带宽值，则所述反馈声明状态为收端带宽充足，即所述反馈声明为所述接收终端准备好传输；否则，判断所有所述收端可用带宽值是否均小于所述需求带宽值：若是，所述反馈声明状态为收端带宽不足，即全部所述接收终端不具备接收条件；若否，即多个所述接收终端中有一个或多个带宽不足，则所述反馈声明状态为部分收端带宽不足。
S10：转发反馈声明报文：将所述反馈声明报文转发给若干个所述发送终端。
可以理解地，在其中一种实施方式中，当所述预留声明报文中的预留声明状态为带宽申请成功且所述反馈声明报文中的反馈声明状态为收端带宽充足时，则流预留带宽成功，所述发送终端可以经由所述时间敏感流所在的传输路径上传输所述时间敏感流。
综上所述，本发明实施例提供的一种用于时间敏感网络的流预留方法，所述发送终端向所述网桥发送发端声明报文，所述网桥从所述发端声明报文中，提取所述发送终端要注册的时间敏感流的发端注册信息，即根据其可获得的传输资源、流传输速率需求以及流类别信息等，在保障传输性能的同时进行带宽预留。该预留方法可有效利用系统的剩余带宽资源，无论在带宽紧缺还是充裕的条件下，均可以充分利用网桥的带宽资源，以有限的带宽服务更多的TSN流，为带宽紧缺(比如，到达多个时间敏感流或收到突发时间敏感流)时避免网桥处的拥塞，从而在避免流碰撞且确保TSN流性能的同时，提高带宽利用率及网络效率；进一步地，所述网桥根据所述发送终端的发端声明报文进行带宽预留，与现有技术中根据流业务类别固定分配预设大小的带宽相比，节约了带宽资源，提高了网络资源的利用率。再进一步地，根据所述需求带宽信息和所述第一预留带宽信息，得到所述时间敏感流的预留声明状态，并使用所述第一预留带宽信息和所述预留声明状态更新所述发端声明报文，得到预留声明报文，进一步地，将所述预留声明报文转发给若干个接收终端；提高了所述时间敏感网络的服务效率。
基于同一发明构思，本发明的再一实施例提供了一种时间敏感网络系统，用于实现时间敏感网络的流预留方法。参见附图2，本实施例提供的一种时间敏感网络系统包括若干个发送终端、网桥以及若干个接收终端，所述发送终端和所述接收终端通过所述网桥通信连接。所述发送终端，被配置为向所述网桥发送发端声明报文，并用于接收所述网桥转发的反馈声明报文，其中，所述反馈声明报文由所述接收终端更新；所述接收终端，被配置为向所述网桥发送收端声明报文，并用于接收所述网桥转发的预留声明报文。所述网桥，被配置为根据发端声明报文获取发送终端申请的第一预留带宽信息，并将根据所述第一预留带宽信息得到的预留声明报文转发给若干个接收终端、和/或所述网桥被配置为根据接收终端的收端声明报文获取第二预留带宽信息，并将根据所述第二预留带宽信息得到的反馈声明报文转发给若干个所述发送终端。
为了便于理解，参考附图1，本实施例以由一个发送终端100a、一个网桥200a以及两个接收终端300a和300b组成的所述时间敏感流网络为例进行说明。显然地，本发明并不限制所述发送终端、所述网桥以及所述接收终端的个数。在实际应用中，可以根据实际工况要求设定所述发送终端、所述网桥以及所述接收终端的个数。即：每个所述网桥可以连接多个所述发送终端、多个所述接收终端。
首先，所述网桥200a接收所述发送终端100a的发端声明报文，提取所述发送终端100a要预留带宽的流的发端注册信息，包括流编号、流的业务类别、不含链路层头开销的每帧数据长度MaxFrameSize以及每秒钟传输的最大帧数MaxIntervalFrames，例如，对于96kHz的立体声音频流，其中MaxFrameSize＝128字节，MaxIntervalFrames＝8000帧，classMeasurementInterval＝1秒。
其次，所述网桥200a根据所述发端声明报文中获取的信息基于上述算式(1)-(3)确定所述96kHz的立体声音频流的需求带宽信息。每个所述数据帧大小(每帧的数据负载大小)为：
PayloadSize＝MaxFrameSize＝128字节 (6)
传输的帧速率：
maxFrameRate＝MaxIntervalFrames*(1/classMeasurementInterval)
＝8000帧/秒 (7)
该流所需要的MAC层头开销为42字节，为保障该流的服务质量，则所述需求带宽值为：
actualBandwidth＝(perFrameOverhead+PayloadSize)*maxFrameRate
＝(128+42)*8*8000
＝10.88Mbit/s (8)
更进一步地，根据当前流的流业务类别(比如为class a)，所述网桥200a查找为所述流业务类别class a可以预留的带宽百分比总量delta_a，所述带宽百分比总量delta_a等于(此业务可分配的带宽+其它时间敏感流业务类型未用带宽)/该端口的最大带宽，其中，所述该端口包括所述网桥200a连接所述接收终端300a和300b的端口。比如：当前流所属的流业务类别class a的未使用带宽为10％，其它时间敏感流业务类别未使用带宽为20％，该端口的最大带宽max_band＝100M，则所述可以预留的带宽百分比总量为：
Figure BDA0002619307430000161
所述第一预留带宽值为:
reserved_band_available_a＝max_band*delta_a
＝30Mbit/s (10)
更进一步地，在其中一种实施方式中，得到所述网桥200a为该流第二预留带宽值的方法如下：若actualbandwidth＞reserved_band_available_a，第二预留带宽值为reserved_band_available_a，并将比值(即所述可预留带宽系数)reserved_band_available/acutualBandwidth写入更新后的声明报文中；若actualbandwidth≤reserved_band_available_a，例如，这里10.88<30，则先求得可预留带宽系数(比值):
Ratio＝reserved_band_available_a/acutualBandwidth
＝2.8
将带宽actualbandwidth*Ratior＝30Ratior为该流预留，30Ratior即为所述第二预留带宽值。其中，Ratior为实际预留带宽系数，Ratior满足Ratior≤2.8。所述网桥200a在转发述发端声明报文的基础上将Ratior≤2.8写入所述发端声明报文中得到更新后的发端声明报文。其中，Ratior可根据接收终端反馈、经验值或其它方法给定，本发明对此不作任何限制。
第三，所述网桥200a使用所述第一预留带宽信息和所述预留声明状态更新所述发端声明报文，得到预留声明报文。若actualBandwidth>reserved_band_available_a，改变发端的声明状态为请求带宽不足，并将reserved_band_available_a写入所述更新后的发端声明报文；若actualBandwidth≤reserved_band_available_a，则所述预留声明状态为申请成功。在转发原有报文的基础上将可预留带宽系数写入所述更新后的所述发端声明报文中，例如这里将Ratior≤2.8写入所述更新后的发端声明报文。同时，将所述预留声明状态写入所述更新后的发端声明报文，得到所述预留声明报文，并将所述预留声明报文转发给不同传输路径上的所述接收终端，例如，这里将带宽预留成功报文转发给两个所述接收终端300a和300b。
进一步地，当所述网桥200a接收到收端声明报文，首先，所述网桥200a提取声明状态。所述网桥200a接收所述接收终端对所述发送终端的反馈声明，记录可接收流的收端设备个数以及各接收端设备可支持的带宽。所述网桥200a更新端口的预留带宽。例如，所述接收终端300a反馈为到该设备的路径可预留带宽系数Ratior≤2.8，所述接收终端300b反馈为到该设备的路径可预留带宽系数Ratior≤2，则所述网桥200a调整后的可预留带宽系数Ratior≤2，此时可将Ratior＝2。
最后，所述网桥合并反馈声明属性并转发合并后的声明给所述发送终端100a。例如，这里所述接收终端300a和300b均可以预留带宽，则合并后的得到的反馈声明属性为收端准备好接收，且接收带宽可通过声明报文按照(1)-(3)式求解出最小带宽后，与调整后的可预留带宽系数Ratior相乘得到。如果所述接收终端300a或所述接收终端300b有一个不具备接收条件，则所述反馈声明状态为部分收端带宽不足。如果所述接收终端300a和所述接收终端300b均不具备接收条件时，所述反馈声明状态为收端带宽不足。
参见附图3和附图4，为应用本发明提供的从本利仿真图3和图4中可以看出，由于在带宽不足时，所提出方法可以充分利用剩余带宽，在带宽充足时，本发明提出的一种用于时间敏感网络的流预留方法可以增大对流的带宽支持，增加了带宽利用率。与现有技术中协议中简单地为流分配固定带宽的方法，本发明所提出的一种用于时间敏感网络的流预留方法的带宽利用率更高，从图中可以看出，在可用带宽为30％和70％时，最高可将利用率分别提高约40％和100％。
通过以上实施方式的描述，本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式，但很多情况下，前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对现有技术做出贡献的部分能以计算机软件产品的形式体现出来，所述计算机软件产品存储在计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等。
基于同一发明构思，本发明的又一实施例还提供了一种计算机设备，包括处理器以及存储设备，所述处理器适于实现各指令，所述存储设备适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述任一实施方式所述时间敏感网络的流预留方法。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非对本发明范围的任何限定，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型。对于本领域的技术人员来说，以根据上述实施例的内容举一反三，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种用于时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，包括，网桥根据发端声明报文获取发送终端申请的第一预留带宽信息，并将根据所述第一预留带宽信息得到的预留声明报文转发给若干个接收终端；
和/或
所述网桥根据所述接收终端的收端声明报文获取第二预留带宽信息，并将根据所述第二预留带宽信息得到的反馈声明报文转发给若干个所述发送终端。
2.根据权利要求1所述的用于时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，所述网桥根据发端声明报文获取发送终端申请的第一预留带宽信息，并将根据所述第一预留带宽信息得到的预留声明报文转发给若干个接收终端的方法，包括以下步骤，
S1：接收所述发送终端发送的发端声明报文；
S2：从所述发端声明报文中，提取所述发送终端要注册的时间敏感流的发端注册信息；
S3：根据所述发端注册信息，得到所述时间敏感流的需求带宽信息和流业务类别；并根据所述流业务类别以及网桥带宽信息，得到第一预留带宽信息；
S4：根据所述需求带宽信息和所述第一预留带宽信息，得到所述时间敏感流的预留声明状态；
并使用所述第一预留带宽信息和所述预留声明状态更新所述发端声明报文，得到预留声明报文；
S5：将所述预留声明报文转发给若干个接收终端。
3.根据权利要求2所述的时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，所述发端注册信息包括流编号、流业务类别、数据帧大小以及在预设测量时间间隔内传输的最大帧数。
4.根据权利要求3所述的时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，所述需求带宽信息包括需求带宽值；
步骤S3中，所述根据所述发端注册信息，得到所述时间敏感流的需求带宽信息的方法，包括，
根据所述数据帧大小、所述预设测量时间间隔内传输的最大帧数以及所述数据帧的帧头大小，得到所述时间敏感流的需求带宽值。
5.根据权利要求4所述的用于时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，所述时间敏感流的需求带宽值由数据帧总大小与单位时间内传输的数据帧的个数求积得到；
其中，所述数据帧总大小由所述数据帧大小与所述数据帧的帧头大小求和得到；所述单位时间内传输的数据帧的个数由所述预设测量时间间隔内传输的最大帧数与所述预设时间间隔求商得到。
6.根据权利要求3所述的用于时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，所述网桥带宽信息包括网桥各个流业务类别可分配的带宽百分比以及所述时间敏感流传输路径上的网桥带宽总量，所述第一预留带宽信息包括第一预留带宽值；
步骤S3中，所述根据所述流业务类别以及网桥带宽信息，得到第一预留带宽信息的方法，包括以下步骤，
根据所述流业务类别，得到所述网桥为所述时间敏感流可预留的带宽百分比总量；其中，所述带宽百分比总量包括由所述流业务类别可分配的带宽百分比以及其他流业务类别可分配的带宽百分比求和得到；
根据所述时间敏感流传输路径上的网桥带宽总量和所述可预留带宽百分比总量，得到所述第一预留带宽值。
7.根据权利要求6所述的用于时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，所述第一预留带宽信息还包括可预留带宽系数，所述可预留带宽系数由所述第一预留带宽值和所述需求带宽值计算得到。
8.根据权利要求7所述的用于时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，步骤S4中，所述根据所述需求带宽信息和所述第一预留带宽信息，得到所述时间敏感流的预留声明状态的方法，包括，
比较所述需求带宽值和所述第一预留带宽值的大小，若所述需求带宽值大于所述第一预留带宽值，则所述预留声明状态为带宽申请失败；否则，则所述预留声明状态为申请成功。
9.根据权利要求8所述的用于时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，步骤S4中，还包括根据所述需求带宽值和所述第一预留带宽值，得到第二预留带宽值；以及所述网桥按照所述第二预留带宽值为所述时间敏感流预留带宽。
10.根据权利要求9所述的用于时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，所述根据所述需求带宽值和所述第一预留带宽值，得到所述网桥的第二预留带宽值的方法，包括，
若所述需求带宽值大于所述第一预留带宽值，则所述第二预留带宽值为所述第一预留带宽值；否则，则先求得所述可预留带宽系数，并根据所述可预留带宽系数和所述需求带宽值得到所述第二预留带宽值，所述第二预留带宽值通过下式获得：actutalBandwidth*Ratior，其中，actutalBandwidth为所述需求带宽值，Ratio为所述可预留带宽系数，Ratior为实际预留带宽系数，其取值满足Ratior≤Ratio。
11.根据权利要求1所述的用于时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，所述网桥根据接收终端的收端声明报文获取第二预留带宽信息，并将根据所述第二预留带宽信息得到的反馈声明报文转发给若干个所述发送终端的方法，包括以下步骤：
S6：接收若干个所述接收终端的收端声明报文；
S7：从所述收端声明报文中，提取所述接收终端的要注册的时间敏感流的收端注册信息以及收端可用带宽信息；
S8：根据若干个所述收端注册信息以及若干个所述收端可用带宽信息，得到第二预留带宽信息；
S9：合并来自同一个发送终端的所述第二预留带宽信息，并根据所述第二预留带宽信息和所述时间敏感流的需求带宽信息，得到反馈声明报文；
S10：将所述反馈声明报文转发给若干个所述发送终端。
12.根据权利要求11所述的用于时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，步骤S8中，所述根据若干个所述收端注册信息以及若干个所述收端可用带宽信息，得到第二预留带宽信息的方法，包括，
根据所述收端注册信息，得到所述时间敏感流在每个传输路径上的所述收端可用带宽信息；
对于同一所述时间敏感流，在其所有传输路径中取最小的所述收端可用带宽信息作为所述第二预留带宽信息，并使用所述第二预留带宽信息更新所述网桥为所述时间敏感流预留的带宽。
13.根据权利要求11所述的用于时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，所述时间敏感流的需求带宽信息包括需求带宽值，所述收端可用带宽信息包括收端可用带宽值，所述反馈声明报文包括反馈声明状态，步骤S9中，所述根据所述第二预留带宽信息和所述时间敏感流的需求带宽信息，得到反馈声明报文包括，根据所述需求带宽值和所述收端可用带宽值，得到所述反馈声明状态，得到所述反馈声明状态的方法如下，比较所述时间敏感流传输路径上的每一个所述收端可用带宽值与所述需求带宽值的大小：
若所有所述收端可用带宽值均大于或等于所述需求带宽值，则所述反馈声明状态为收端带宽充足；
否则，判断所有所述收端可用带宽值是否均小于所述需求带宽值，若是，所述反馈声明状态为收端带宽不足；若否，所述反馈声明状态为部分收端带宽不足。
14.一种时间敏感网络系统，用于实现时间敏感网络的流预留方法，其特征在于，包括若干个发送终端、网桥以及若干个接收终端，所述发送终端和所述接收终端通过所述网桥通信连接；
所述发送终端，被配置为向所述网桥发送发端声明报文，并用于接收所述网桥转发的反馈声明报文，其中，所述反馈声明报文由所述接收终端更新；
所述接收终端，被配置为向所述网桥发送收端声明报文，并用于接收所述网桥转发的预留声明报文；
所述网桥，被配置为根据发端声明报文获取发送终端申请的第一预留带宽信息，并将根据所述第一预留带宽信息得到的预留声明报文转发给若干个接收终端；
和/或
被配置为根据接收终端的收端声明报文获取第二预留带宽信息，并将根据所述第二预留带宽信息得到的反馈声明报文转发给若干个所述发送终端。
15.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器以及存储设备，所述处理器适于实现各指令，所述存储设备适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1至13中任一项所述时间敏感网络的流预留方法。
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