CN112637251A - 一种基于lldp协议的确定性数据传输方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于LLDP协议的确定性数据传输方法和装置，属于数据的确定性低延时传输领域，该方法包括：从MIB库中提取设备信息，其中，该设备信息封装在LLDPDU的信息字段中，且该LLDPDU的信息字段中附加有以太网能力通告信息TLV值，该TLV值用于指示设备是否支持帧抢占功能；判断链路伙伴是否支持帧抢占功能，若是，则启用帧抢占功能；在数据传输过程中，识别帧抢占的操作，并通过预设的帧抢占策略控制抢占。本申请实施例中，针对确定性数据网络的应用需求，提出一种新的LLDP数据帧格式，不仅可以兼容传统的网络设备的物理拓扑发现和状态信息维护，还通过新增加的字段来维护确定性数据传输设备的特性标识，能够有效的对确定型网络进行管理和配置。

Description

一种基于LLDP协议的确定性数据传输方法和装置

技术领域

本申请涉及数据的确定性低延时传输领域，特别是涉及一种基于LLDP协议的确定性数据传输方法和装置。

背景技术

随着网络技术的发展，接入网络的设备的种类越来越多，网络系统数据传输配置越来越复杂，来自不同设备厂商的设备也往往会增加自己特有的功能，这就导致在一个网络中的设备往往会有很多不同的特性和功能，为了方便对这样的网络进行管理，需要使得不同厂商的设备能够在网络中相互发现并交互各自的系统及配置信息。

传统的网络技术主要采用LLDP（Link Layer Discovery Protocol，链路层发现协议），其提供了一种标准的链路层发现方式，该LLDP协议使得接入网络的一台设备可以将其主要的能力、管理地址、设备标识、接口标识等信息发送给接入同一个局域网络的其它设备。

但是，随着确定性网络技术的发展，基于大规模组网的网络化设备种类越来越多，在对整套网络设备的物理拓扑结构以及配置信息进行管理时，传统LLDP协议的存储信息很难满足确定性网络的需求，对此，目前的相关技术中，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于LLDP协议的确定性数据传输方法和装置，以至少解决相关技术中如何使大带宽流量传输的工业互联网兼容传统的低延时传输网络的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于LLDP协议的确定性数据传输方法，包括：从MIB库（Management Information Base，管理信息库）中提取设备信息，其中，所述设备信息封装在LLDPDU的信息字段中，且所述LLDPDU的信息字段中附加有以太网能力通告信息TLV值，该TLV值用于指示设备是否支持帧抢占功能；判断链路伙伴是否支持帧抢占功能，若是，则启用帧抢占功能；在数据传输过程中，识别帧抢占的操作，并通过预设的帧抢占策略控制抢占。

在其中一些实施例中，所述的判断链路伙伴是否支持帧抢占功能包括：若链路伙伴通过位于最近网桥组地址的所述LLDPDU的信息字段中的所述TLV值宣布支持帧抢占功能，则启用帧抢占功能。

在其中一些实施例中，所述的识别帧抢占的操作包括：在帧抢占功能启用的情况下，通过MAC Merge子层发起验证，确认发送端的设备具备抢占的能力。

在其中一些实施例中，所述的通过预设的帧抢占策略控制抢占包括：通过变量addFragSize控制抢占的位置，其中，所述addFragSize变量为接收到的所述TLV值中的addFragSize字段的值。

在其中一些实施例中，所述的通过预设的帧抢占策略控制抢占包括：若发送了64×(1+addFragSize)-4字节以上的数据，则发生抢占，否则不会发生抢占。

在其中一些实施例中，在所述的从MIB库中提取设备信息之前，所述方法还包括：将整个网络的拓扑信息上传给集中式网络管理器；若本地设备和/或远端设备的MIB库信息发生变化，则通告所述集中式网络管理器更新所述拓扑信息。

第二方面，本申请实施例提供一种基于LLDP协议的确定性数据传输装置，包括提取模块、判断模块和控制模块，提取模块用于从MIB库中提取设备信息，其中，所述设备信息封装在LLDPDU的信息字段中，且所述LLDPDU的信息字段中附加有以太网能力通告信息TLV值，该TLV值用于指示设备是否支持帧抢占功能；判断模块用于判断链路伙伴是否支持帧抢占功能，若是，则启用帧抢占功能；控制模块用于在数据传输过程中，识别帧抢占的操作，并通过预设的帧抢占策略控制抢占。

在其中一些实施例中，所述的判断链路伙伴是否支持帧抢占功能包括：若链路伙伴通过位于最近网桥组地址的所述LLDPDU的信息字段中的所述TLV值宣布支持帧抢占功能，则启用帧抢占功能。

在其中一些实施例中，所述的识别帧抢占的操作包括：在帧抢占功能启用的情况下，通过MAC Merge子层发起验证，确认发送端的设备具备抢占的能力。

在其中一些实施例中，所述的通过预设的帧抢占策略控制抢占包括：通过变量addFragSize控制抢占的位置，其中，所述addFragSize变量为接收到的所述TLV值中的addFragSize字段的值。。

根据上述内容，本申请实施例的一种基于LLDP协议的确定性数据传输方法包括：从MIB库中提取设备信息，其中，该设备信息封装在LLDPDU的信息字段中，且该LLDPDU的信息字段中附加有以太网能力通告信息TLV值，该TLV值用于指示设备是否支持帧抢占功能；判断链路伙伴是否支持帧抢占功能，若是，则启用帧抢占功能；在数据传输过程中，识别帧抢占的操作，并通过预设的帧抢占策略控制抢占。本申请实施例中，针对确定性数据网络的应用需求，提出一种新的LLDP数据帧格式，不仅可以兼容传统的网络设备的物理拓扑发现和状态信息维护，还通过新增加的字段来维护确定性数据传输设备的特性标识，能够有效的对确定型网络进行管理和配置。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的一种基于LLDP协议的确定性数据传输方法的流程图；

图2是根据本申请实施例的TLV格式示意图；

图3是根据本申请实施例的用于验证抢占功能的报文的格式；

图4是根据本申请实施例中远端设备接收信息的流程图；

图5是根据本申请实施例的一种基于LLDP协议的确定性数据传输装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块（单元）的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

随着工业4.0的发展，智能制造作为引领下一代工业技术发展的目标，其中确定性网络技术将成为新一代的工业互联网发展趋势。由于工业互联网的规模越来越大，所以基于大规模组网的网络化设备种类越来越多。为了方便对网络中接入设备的信息进行网络化管理和网络拓扑规划，需要对整套网络设备的物理拓扑结构以及配置信息进行管理，其中，网络物理系统主要是由计算机控制的，网络中集成的传感器和执行器越来越多，在这些物理控制系统中，比如协作机器人的运动控制是高度时间敏感的，为了保证物理系统在控制下的确定性行为，需要有一个确定性的有界网络延迟和延时变化的实时通信网络来满足设备的控制需求，从而提高设备的生产效率。

本申请实施例为了能够在确定性网络中对整个网络的数据进行带宽分配、路径管理和资源管理，对LLDP协议的LLDPDU的信息字段中加入附加的字段，用于确定性网络设备的特性标志。从而，采用本申请实施例的LLDP协议对整个网络的组网状态和物理拓扑进行发现，能够识别新增加的特性（包括功能），例如，通过识别新增加的帧抢占功能，可以对时间敏感网络域和普通网络域进行区分，使数据有确定性的功能，这是传统LLDP协议无法实现的。

本申请实施例中，将设备的帧抢占特性能力写入到通告协议（即LLDP协议）中，无论是采用集中式网络管理、分布式网络管理，还是混合式网络管理，都可以有效的进行确定性数据传输。因此，本申请实施例可以提供一种基于LLDP协议的确定性数据传输方法，图1是根据本申请实施例的一种基于LLDP协议的确定性数据传输方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

S100：从MIB库中提取设备信息，其中，该设备信息封装在LLDPDU的信息字段中，且LLDPDU的信息字段中附加有以太网能力通告信息TLV值，该TLV值用于指示设备是否支持帧抢占功能；

S200：判断链路伙伴是否支持帧抢占功能，若是，则启用帧抢占功能；

S300：在数据传输过程中，识别帧抢占的操作，并通过预设的帧抢占策略控制抢占。

因此，本申请实施例中，针对确定性数据网络的应用需求，提出一种LLDP数据帧格式，不仅可以兼容传统的网络设备的物理拓扑发现和状态信息维护，还可以通过新增加的字段来维护确定性数据传输设备的抢占功能，能够有效的对确定型网络进行管理和配置，有利于更低的传输时延和更优的数据传输规划，从而提高工业化生产的效率。

为了对本申请进行更清楚的说明，下文对上述各步骤进行详细的解释。

步骤S100：从MIB库中提取设备信息，其中，该设备信息封装在LLDPDU的信息字段中，且LLDPDU的信息字段中附加有以太网能力通告信息TLV值，该TLV值用于指示设备是否支持帧抢占功能。

随着确定性网络技术的发展，在工业互联网应用中，更低的传输时延和更优的数据传输规划能够提高工业化生产的效率。在进行确定性数据传输规划的过程中，采用的网络组网方式主要有集中式网络管理、分布式网络管理和混合式网络管理三种方式，而无论采用何种方式，都需要对网络中的设备信息进行获取和识别。但是，LLDP协议作为传统的网络技术的物理拓扑发现协议，在用于确定性网络时存在着关键设备信息缺失的问题，这主要是由于设备的物理介质层发生了改动，主要分为抢占MAC和被抢占MAC发生改动，传统的标准以太网的物理传输数据主要有MAC，这是确定性数据传输设备与标准以太网数据传输设备的主要特征点，而在进行网络拓扑发现和流量规划的过程中，该特征作为关键的信息未在LLDP协议中进行体现。为了将LLDP协议适用于确定性网络，同时降低LLDP协议的LLDPDU字段的开销，降低数据在设备上的处理时间，在LLDP协议的LLDPDU的信息字段中附加以太网能力通告信息TLV值，其中该TLV是可选的，它用于指示确定性网络设备是否支持附加的功能。作为一个示例，图2是根据本申请实施例的TLV格式示意图，如图2所示，TLV格式具体为：TLV的类型（type）+以字节为单位的TLV的长度（length）+TLV的值（value）。

附加的以太网能力通告信息应包含字节的指示，用来标识本地IEEE 802.3局域网站对附加以太网能力的支持和当前状态。表1定义了字段的前两个字节，同时保留额外的字节用于其他的信息拓展：

表1是TLV值中各字节的功能介绍

位	功能	值
			0	抢占功能支持	1=支持；0=不支持
1	抢占功能状态	1=开启；0=关闭
			2	抢占功能使能	1=使能；0=不使能
4:3	附加字段的大小（addFragSize）	使用一个2位的整数值表示接收端在非最终片段中需要的超过64字节的最小字节数
			15:5	保留	……

其中，“附加字段的大小”主要是指可以抢占的数据帧的最小字节，比如在实际的使用过程中低于64字节的数据无法发生抢占。在实现的过程中应该将所有保留的位作为零传输，并忽略接收到的保留位。保留的字节不会被传输，如果接收到的字节数比保留的字节数多，额外的字节数将被忽略。如果接收的字节数比定义的少，那么在实现过程中就像接收的额外的字节数为零一样。附加的以太网能力字段中的保留字段的信息常态下为零传输，可以根据实际的时间敏感网络标准拓展应用定义设备的信息，优化后的协议具有较高的可拓展性。

通过优化链路发现协议在确定性网络中的使用，可以实现网络拓扑设备的动态化更新和状态识别。网络中的任意设备的变动，可以实现设备信息的快速识别和更迭。

bit0和bit1主要用于指示链路上的设备是否支持帧抢占功能。若确定链路伙伴支持帧抢占功能，则会在传输方向启用帧抢占功能。例如，若链路伙伴通过位于最近网桥组地址的LLDPDU的信息字段中附加的以太网能力通告信息TLV值宣布其对帧抢占功能的支持，则帧抢占功能被启用。当MAC合并子层收到链路故障的信号时，则关闭帧抢占功能。优化后的协议不仅兼容传统的以太网格式情况下，还能够有效的降低数据帧的处理时间开销，通过与周围设备的信息通告和协议获取，将网络的物理拓扑上传给集中式网络管理器，为确定性网络的带宽分配、资源预留和时隙分配提供基础保证。

bit2主要用于识别帧抢占的操作。如果启用了使能，在验证成功后，帧抢占功能被激活。如果帧抢占功能已经启用，但是还没有验证，则由MAC Merge子层发起验证，验证步骤中，通过发送用于认证的mPacket和接收用于响应的mPacket包来确认作为数据发送端的远端设备具备抢占的能力。图3是根据本申请实施例的用于验证抢占功能的报文的格式，如图3所示，该报文的格式包含7字节的前导码、1字节的mPacket其实定界符、60字节以上的数据、4字节的CRC，描述了一个包含快速报文、一个完整的可抢占报文或一个可抢占报文的初始片段的报文的格式。

bit4:3位主要用于指示抢占传输的过程。抢占的位置由变量addFragSize控制，例如，若至少发送了64×(1+addFragSize)-4字节的大小的数据，则发生抢占，否则不会发生抢占。上述addFragSize变量为接收到的附加的以太网能力通告信息TLV值中的addFragSize字段的值。用户可以根据实际应用场景自定义被抢占的字段值，优化数据抢占处理时间和堵塞时间。

因此，基于上述LLDP协议，本申请实施例可以实现后续的步骤。

S200：判断链路伙伴是否支持帧抢占功能，若是，则启用帧抢占功能。例如，若链路伙伴通过位于最近网桥组地址的LLDPDU的信息字段中的TLV值宣布支持帧抢占功能，则启用帧抢占功能。

S300：在数据传输过程中，识别帧抢占的操作，并通过预设的帧抢占策略控制抢占。例如，在帧抢占功能启用的情况下，通过MAC Merge子层发起验证，确认作为数据发送端的设备具备抢占的能力。然后，通过变量addFragSize控制抢占的位置，其中，addFragSize变量为接收到的TLV值中的addFragSize字段的值。例如，若发送了64×(1+addFragSize)-4字节以上的数据，则发生抢占，否则不会发生抢占。

根据以上内容，通过上文LLDPDU的信息字段的使用，在确定性数据传输中，LLDP协议在兼容传统的以太网格式情况下，还能够有效的降低数据帧的处理时间开销，另外，通过与周围设备的信息通告和协议获取，将整个网络的物理拓扑信息上传给集中式网络管理器，为确定性网络的带宽分配、资源预留和时隙分配提供基础保证。

作为一个示例，在设备的连接过程中，设备初始化本身的MIB库中的信息，将设备信息从MIB中提取出来，该设备信息会被封装在LLDPDU的信息字段中，LLDPDU的信息字段中附加有以太网能力通告信息TLV值，该TLV值用于指示设备是否支持帧抢占功能。再通过设备本身的触发方式将LLDP协议帧发送出去，例如当定时器到期时触发或者当设备状态发生变化时触发等等，然后，端口对连接设备的LLDPDU帧信息进行识别并处理，同时维护远端设备的MIB库信息，若本地设备和/或远端设备的MIB库信息发生变化，则通告上述集中式网络管理器更新物理拓扑信息。图4是根据本申请实施例中远端设备接收信息的流程图，如图4所示，在接收LLDP协议帧、识别LLDP协议帧、验证LLDP协议帧之后，可以更新本地设备和远端MIB库中的信息，若链路伙伴支持帧抢占功能，说明该网络的传输数据具备确定性功能，即作为确定性网络数据传输；若链路伙伴不支持帧抢占功能，说明该网络的传输数据不具备确定性功能，即作为传统以太网数据传输。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本实施例还提供了一种基于LLDP协议的确定性数据传输装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图5是根据本申请实施例的一种基于LLDP协议的确定性数据传输装置的结构框图，如图5所示，该装置包括提取模块1、判断模块2和控制模块3，提取模块1用于从MIB库中提取设备信息，其中，该设备信息封装在LLDPDU的信息字段中，且该LLDPDU的信息字段中附加有以太网能力通告信息TLV值，该TLV值用于指示设备是否支持帧抢占功能；判断模块2用于判断链路伙伴是否支持帧抢占功能，若是，则启用帧抢占功能；控制模块3用于在数据传输过程中，识别帧抢占的操作，并通过预设的帧抢占策略控制抢占.

作为一个示例，判断链路伙伴是否支持帧抢占功能包括：若链路伙伴通过位于最近网桥组地址的LLDPDU的信息字段中的TLV值宣布支持帧抢占功能，则启用帧抢占功能。

作为一个示例，识别帧抢占的操作包括：在抢占功能启用的情况下，通过MACMerge子层发起验证，以确认发送端的设备具备抢占的能力。

作为一个示例，通过预设的帧抢占策略控制抢占包括：通过变量addFragSize控制抢占的位置，其中，addFragSize变量为接收到的TLV值中的addFragSize字段的值。

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于LLDP协议的确定性数据传输方法，其特征在于，包括：

从MIB库中提取设备信息，其中，所述设备信息封装在LLDPDU的信息字段中，且所述LLDPDU的信息字段中附加有以太网能力通告信息TLV值，该TLV值用于指示设备是否支持帧抢占功能；

判断链路伙伴是否支持帧抢占功能，若是，则启用帧抢占功能；

在数据传输过程中，识别帧抢占的操作，并通过预设的帧抢占策略控制抢占。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的判断链路伙伴是否支持帧抢占功能包括：

若链路伙伴通过位于最近网桥组地址的所述LLDPDU的信息字段中的所述TLV值宣布支持帧抢占功能，则启用帧抢占功能。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的识别帧抢占的操作包括：

在帧抢占功能启用的情况下，通过MAC Merge子层发起验证，确认发送端的设备具备抢占的能力。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的通过预设的帧抢占策略控制抢占包括：

通过变量addFragSize控制抢占的位置，其中，所述addFragSize变量为接收到的所述TLV值中的addFragSize字段的值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的通过预设的帧抢占策略控制抢占包括：

若发送了64×(1+addFragSize)-4字节以上的数据，则发生抢占，否则不会发生抢占。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的从MIB库中提取设备信息之前，所述方法还包括：

将整个网络的拓扑信息上传给集中式网络管理器；

若本地设备和/或远端设备的MIB库信息发生变化，则通告所述集中式网络管理器更新所述拓扑信息。

7.一种基于LLDP协议的确定性数据传输装置，其特征在于，包括：

提取模块，用于从MIB库中提取设备信息，其中，所述设备信息封装在LLDPDU的信息字段中，且所述LLDPDU的信息字段中附加有以太网能力通告信息TLV值，该TLV值用于指示设备是否支持帧抢占功能；

判断模块，用于判断链路伙伴是否支持帧抢占功能，若是，则启用帧抢占功能；

控制模块，用于在数据传输过程中，识别帧抢占的操作，并通过预设的帧抢占策略控制抢占。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的判断链路伙伴是否支持帧抢占功能包括：

若链路伙伴通过位于最近网桥组地址的所述LLDPDU的信息字段中的所述TLV值宣布支持帧抢占功能，则启用帧抢占功能。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的识别帧抢占的操作包括：

在帧抢占功能启用的情况下，通过MAC Merge子层发起验证，确认发送端的设备具备抢占的能力。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的通过预设的帧抢占策略控制抢占包括：

通过变量addFragSize控制抢占的位置，其中，所述addFragSize变量为接收到的所述TLV值中的addFragSize字段的值。

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