CN113163450B

CN113163450B - 门控制列表生成方法、网络设备及计算机可读存储介质

Info

Publication number: CN113163450B
Application number: CN202110456814.6A
Authority: CN
Inventors: 徐艳丽; 马贵阳; 顾新亭; 柏永圣; 段勃勃
Original assignee: Shanghai Yingchi Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Yingchi Technology Co ltd
Priority date: 2021-04-25
Filing date: 2021-04-25
Publication date: 2023-07-18
Anticipated expiration: 2041-04-25
Also published as: CN113163450A

Abstract

本申请公开了一种门控制列表生成方法、网络设备及计算机可读存储介质，其中所述方法包括：当业务流到达出口队列时，判断所述业务流是否为空；若所述业务流为非空，则根据所述业务流的信息传输时间和每个传输周期内传输门的打开时间，确定所述传输周期内所述传输门的开关状态；根据所述传输周期内所述传输门的开关状态，生成所述业务流对应的门控制列表。本申请能灵活地生成门控制列表，进而基于该门控制列表控制队列中传输门的开关状态按照确定性时延实现端到端业务流的及时性通信。

Description

门控制列表生成方法、网络设备及计算机可读存储介质

技术领域

本申请涉及无线通信资源调度技术领域，尤其涉及一种门控制列表生成方法、网络设备及计算机可读存储介质。

背景技术

近年来，随着工业物联网及自动驾驶等新兴应用的不断发展，对通信确定性及可靠性的要求也在不断提高。被广泛应用的传统以太网虽然具有传输速率快、功耗低等优点，但其无法提供确定性的通信，这一局限促使时间敏感网络(time sensitive network，TSN)的诞生。时间敏感网络TSN通过时间同步、带宽预留、资源调度、帧抢占、链路聚合等技术，提供了极低的数据丢失率和延时抖动，从而诸多的新兴应用提供可靠、有效的通信服务，因而也得到了智能工业、智能驾驶、蜂窝通信等相关行业的广泛关注。

在TSN中不同类别的流量对网络的可用带宽和端到端时延有不同的要求，调度和流量整形使得不同类别的流量在同一网络中得以共存，因而TSN提供了一系列流量整形和业务调度技术，使得实时性业务和背景类业务等能在同一网络中共存。然而在TSN中如何实现端到端及时性通信的时间隔离是目前有待亟需解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种门控制列表生成方法、网络设备及计算机可读存储介质，能生成门控制列表，进而基于该门控制列表控制队列中传输门的开关状态按照确定性时延实现端到端业务流的及时性通信。

为达到上述目的，本申请提供了一种门控制列表生成方法，该方法包括：

当业务流到达出口队列时，判断所述业务流是否为空；

若所述业务流为非空，则根据所述业务流的信息传输时间和每个传输周期内传输门的打开时间，确定所述传输周期内所述传输门的开关状态；

根据所述传输周期内所述传输门的开关状态，生成所述业务流对应的门控制列表。

可选的，所述根据所述业务流的信息传输时间和每个传输周期内传输门的打开时间，确定所述传输周期内所述传输门的开关状态包括：

判断每个传输周期内传输门的打开时间是否相同；

若相同，则判断所述传输门的打开时间是否大于或等于所述业务流的信息传输时间；

若否，则根据端口传输速率和所述业务流对应的信息大小将所述业务流分为多个信息片段，重复判断所述传输门的打开时间是否大于或等于所述信息片段的信息传输时间；

若是，则确定所述传输周期中多个信息片段各自对应的所述传输门的开关状态。

可选的，所述方法还包括：

若每个传输周期内所述传输门的打开时间不相同，则判断所述传输门的打开时间是否小于或等于所述业务流的信息传输时间；

若是，则将所述业务流的信息传输时间赋值给所述传输门的打开时间，重复判断所述传输门的打开时间是否小于或等于所述业务流的信息传输时间；

若否，则确定所述业务流对应的所述传输门的开关状态。

可选的，若所述门控制列表用于控制单个流量的传输门开关，则所述业务流的信息传输时间为所述业务流的信息大小除以所述传输门所占的可用带宽；若所述门控制列表用于控制多个流量的传输门开关，则所述业务流的信息传输时间为所述业务流的信息大小除以分配给所述业务流对应的已知带宽，再除以多个所述传输门各自所占的带宽占比。

可选的，所述业务流的信息传输时间小于所述业务流对应预设的时延时间。

可选的，若所述门控制列表用于控制多个流量的传输门开关，所述方法还包括：

计算所述传输门处于打开状态下的帧数，所述帧数为所述业务流的信息大小除以所述每个所述信息片段的大小。

可选的，所述方法还包括：

根据所述门控制列表，采用传输选择算法从所述出口队列中选择所述业务流或所述业务流中的信息片段进行传输。

可选的，所述根据所述门控制列表，采用传输选择算法从所述出口队列中选择所述业务流或所述业务流中的信息片段进行传输包括：

若处于打开状态的所述传输门为单个时，则从所述传输门对应的队列中选择所述业务流或所述业务流的信息片段采用先进先出的顺序进行传输；

若处于打开状态的所述传输门为多个时，则根据优先级或信用值从高到底的顺序从多个所述传输门对应的队列中选择所述业务流的信息片段进行传输。

为达到上述目的，本申请还提供了一种网络设备，包括：

判断单元，用于当业务流到达出口队列时，判断所述业务流是否为空；

确定单元，用于若所述业务流为非空时，则根据所述业务流的信息传输时间和每个传输周期内传输门的打开时间，确定所述传输周期内所述传输门的开关状态；

生成单元，用于根据所述传输周期内所述传输门的开关状态，生成所述业务流对应的门控制列表。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述门控制列表生成的方法。

通过实施本申请，能达到以下有益效果：有效解决了传统门控制列表静态生成的情况，使得门控制列表生成更加灵活，同时还可以减少数据传输过程中由于等待产生的时延。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种门控制列表生成方法的流程示意图。

图2是本申请实施例提供的另一种门控制列表生成方法的流程示意图。

图3是本申请实施例提供的一种门控制调度的场景示意图。

图4是本申请实施例提供的一种网络设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。

为解决端到端及时性通信的时间隔离，IEEE 802.1Qbv协议中指定了在通信节点的出口处实现时间触发范式的时间感知整形器功能，并增加了一种特殊的门控制机制，每个队列都有一个传输门对应控制。根据协议规定，每个出口队列最多可以有8个用于传输的不同优先级队列，每个队列的传输调度是独立运行的；其中，时间感知整形器根据预定义的调度表控制出口队列上帧的选择，该调度表编码为所谓的门控制列表(gate controllist，GCL)。但，具有实际需求组合系统的设计需要对这些机制(例如每个传输门的开关状态、开关时间等)进行适当的配置，以真正实现具有端到端及时性保证的通信流的时间隔离。基于此，本申请针对性地提出一种门控制列表生成方法(即配置方法)，当门控制列表指示传输门处于打开状态时，可以从各个队列中选择帧传输到物理链路；当指示传输门处于关闭状态，则不会选择来自相应队列的帧。然后，在所有打开的队列之间应用基于优先级仲裁或基于信用的整形器(credit-based shaper，CBS)进行相应帧传输。

请参见图1，是本申请实施例提供的一种门控制列表生成方法的流程示意图。如图1所示的方法包括如下实施步骤：

步骤S101、当业务流到达出口队列时，判断所述业务流是否为空。

步骤S102、若所述业务流为非空，则根据所述业务流的信息传输时间和每个传输周期内传输门的打开时间确定所述传输周期内所述传输门的开关状态。其中，所述传输门的开关状态包括打开状态和关闭状态，所述业务流的信息传输时间是根据所述业务流的信息大小及所述业务流在每个所述传输门所占的带宽计算而得的。

步骤S103、根据所述传输周期内所述传输门的开关状态，生成所述业务流对应的门控制列表。

在一具体实施例中，请参见图2是本申请另一种可能的门控制列表生成方法的流程示意图。如图2示出步骤S101和S102的具体实施流程，其具体包括如下步骤：

S201、当网络设备识别到业务流(也可称为信息流)到达时，判断业务流是否为空。

本申请网络设备在判断到业务流不为空时，则继续执行步骤S202。当判断到业务流为空时，则结束流程。本申请涉及的网络设备包括但限于交换机、网桥、路由器、网关或其他支持流量调度的网络设备等等。

S202、判断每个传输周期内传输门的打开时间是否相同。所述传输周期是指所述业务流全部传输完毕所需的总时间。

本申请如果在每个传输周期内传输门的打开时间均相同，则继续执行步骤S203；否则执行步骤S206。

S203、若每个传输周期内传输门的打开时间都相同，则计算所述业务流的信息传输时间，并判断所述传输门的打开时间是否大于或等于所述业务流的信息传输时间。

当所述传输门的打开时间小于所述业务流的信息传输时间时，继续执行步骤S204；当所述传输门的打开时间大于或等于所述业务流的信息传输时间时，继续执行步骤S205。

S204、根据端口传输速率和所述业务流对应的信息大小将所述业务流切分为多个信息片段，重复执行步骤S203判断所述传输门的打开时间是否大于或等于所述信息片段的信息传输时间。在所述传输门的打开时间大于或等于所述信息片段的传输时间时，执行步骤S205。

所述端口传输速率具体可指所述业务流的传输速率。以大小为4500K的业务流为例，其传输速率为1500K/rate，则可将4500K大小的业务流切分为3个1500k的信息片段，每个信息片段也可称为帧。

S205、确定每个传输周期内各个所述传输门的开关状态。具体地，此时可将所述业务流对应的传输门的开关状态设置为打开状态，其余传输门的开关状态设置为关闭状态。在实际应用中，打开状态和关闭状态具体可用例如数字、字符串等形式来表示，例如用状态0表示传输门处于关闭状态，状态1表示传输门处于打开状态等，本申请不做限定。

S206、若每个传输周期内传输门的打开时间不相同，则计算所述业务流的信息传输时间，并判断所述传输门的打开时间是否小于或等于所述业务流的信息传输时间。

当所述传输门的打开时间小于或等于所述业务流的信息传输时间时，则继续执行步骤S207；否则当所述传输门的打开时间大于所述业务流的信息传输时间时，执行步骤S208。

S207、将所述业务流的信息传输时间赋值给所述传输门的打开时间，并再次执行步骤S206判断所述传输门的打开时间是否小于或等于所述业务流的信息传输时间。如果大于，则继续执行步骤S208。

S208、确定所述传输周期内各个所述传输门的开关状态。具体地，此时可将所述业务流对应的传输门的开关状态设置为打开状态，其余传输门的开关状态设置为关闭状态。

S209、根据每个传输周期内所述传输门的开关状态，生成门控制列表。具体的，本申请可将各个传输门的开关状态赋值给门控制列表，以生成一条门控制列表。

S210、跳转至下一条空的门控制列表，重复执行上述步骤S201-S209实现下一条门控制列表的生成。可理解的，网络设备的每个端口都会维护一张门控制列表，当端口接收到多个业务流时，可根据上述S201-S210描述的流程为其生成对应的门控制列表，进而在汇总为一张门控制列表。该门控制列表中的每一条表项(或每行指令)均对应一次传输门的开关操作。若本申请在已知业务流量所需占用的带宽，且假设系统带宽足够的情况下，门控制列表的运行周期固定。下面介绍所述业务流的信息传输时间的相关实施例。

在一具体实施例中，若门控制列表(具体可为门控制列表中的每行指令)用于控制单个流量的传输门的开关状态，则门控制列表生成有如下两种方式：

1、每个传输周期内，不同业务流开门持续的时间不同(即不同流量传输门的打开时间不相同)，也即门控制列表的每一行指令的执行时间可以不同。此时列表生成方式如下：假设有N个不同优先级的业务流，通过系统预先分配给业务流的已知带宽和业务流的信息大小计算该业务流的信息传输时间，具体如下公式(1)：

进一步可选的，本申请可将计算的信息传输时间赋值给传输门的打开时间。

2、每个传输周期内，不同业务流开门持续的时间相同(即不同流量传输门的打开时间相同)，也即门控制列表的每一行指令的执行时间相同。此时对于大流量传输情况，可以将其划分为多个小流量片段(即将业务流划分为多个信息片段，也可称为多个帧)，多个列表行中允许打开该流量/信息片段对应的传输门，即打开多次。此时列表生成方式如下：假设有N个不同优先级的业务流，通过已知带宽和信息传输时间计算每次传输信息片段的最大值和信息片段个数，具体如下计算公式(2)：

其中，若信息片段个数有小数位(非整数)，则无论小数位多少，整数位均加1，即对信息片段个数进行向上取整。可选地，本申请可将计算的信息传输时间赋值给传输门的打开时间。

在另一具体实施例中，若门控制列表(具体可为门控制列表中的每行指令)用于控制多个流量的传输门的开关状态，则门控制列表生成有如下两种方式。一般流量是按照业务需求的不同，分为敏感流和非敏感流，敏感流的优先级高于非敏感流。当敏感流发送时，非敏感流停止发送，此时仅有敏感流对应的传输门打开；而其他时间，非敏感流对应的传输门一直处于打开状态。

1、每个传输周期内，不同业务流开门持续的时间不同(即不同流量传输门的打开时间不同)，此时传输门的打开时间由端口传输速率和信息大小决定。例如，大小为4500K的业务流(也可称为流量、信息流或数据流等)，将其划分到三个1500K的帧中，每帧的传输时间为1500K/rate。每个传输周期是指业务流中所有业务传输一次的总时间。此时列表生成方法如下：假设有N个不同优先级的业务流，其对应的分配的已知带宽所占的带宽占比分别为X_1％、X_2％....X_N％，进而通过分配的带宽计算每个业务流量分配的信息传输时间，其具体如下计算公式(3)：

进一步可选的，本申请可将计算的信息传输时间t_1、t_2....t_N赋值给对应传输门的打开时间，并计算传输门打开对应的帧数，此时该帧数即为传输门连续打开的次数。

2、每个传输周期内，不同业务流开门持续的时间相同(即不同流量传输门的打开时间相同)，但需保障在本轮门控制列表中完成本次业务的传输。例如，大小为4500K的业务流，将其划分到三个1500K的帧中，每次传输门打开时传输一个帧。也就是说，每次传输门打开时间相同，业务流在本轮门控制列表中传输三次即可完成，但需保证业务流最终传输完成的时间不应大于业务流的目标时延。原则上，在没有IEEE 802.1Qbu协议时，一轮门控制列表的执行时间最好不好大于敏感流的时延时间，这里的时延时间是指端到端时延分到每一跳的时间。此时列表生成方式如下：假设有N个不同优先级的业务流，其对应分配的已知带宽占空比均为1/N％，由于门控制列表的每一行执行时间相同，每个业务分配的信息传输时间其具体如下计算公式(4)：

可选地，本申请可将计算的信息传输时间赋值给传输门的打开时间，并计算传输门打开的帧数，此时帧数即为原业务流切分后信息片段的个数，其具体如下计算公式(5)：

信息片段个数＝信息大小÷信息片段大小公式(5)

在可选实施例中，在门控制列表GCL生成后，网络设备的每个输出端口可结合门控制列表控制输出门的开关状态。具体可根据门控制列表采用传输选择算法从出口队列(或其包含的流量队列)中选择业务流或业务流的帧(即信息片段)进行传输。当传输门处于打开状态时，可从各流量队列中选择业务流或其中的帧，以先进先出(first input firstoutput，FIFO)顺序将其传输到物理链路。如果传输门处于关闭状态，则不会选择来自相应流量队列的帧。当处于打开状态的传输门有多个(两个及以上)时，在所有打开的流量队列之间使用基于优先级的仲裁或基于信用的整形器进行传输，也即是当多个传输门都打开时可根据优先级或信用值从高到低的顺序从多个传输门各自对应的流量队列中选择业务流的帧进行传输。具体可参见图3所示的门控制列表调度示意图。如图3所示例子中，出口队列包括有8个流量队列，分别为图示中的流量队列#0～流量队列#7。在实际运行过程中，网络设备的输出端口将根据生成的门控制列表GCL(图示为网关控制列表)来控制每个传输门的开关状态，如图例子中门控制列表中指示流量队列#7对应的传输门的开关状态为1，即打开状态，其余传输门的开关状态为0，即关闭状态。进而根据传输门的开关状态从流量队列#7中选择业务流的帧，以按照先进先出FIFO顺序将其传输到物理链路。

在时间敏感网络中网络设备的若干输出队列可分别对应着传输门，当传输门打开时业务流才可以发出，从而通过控制传输门的开关及开关时间，对进入网络的流量进行整形，并控制不同流量的发送速率。不同的资源分配方法给定了各流量队列对应传输门的开关时间，本申请基于资源分配后传输门的开关时间，给出门控制列表生成方法，进而基于该列表控制各流量队列传输门的开关状态及开关时间，使得各队列的业务流可以按照调度算法约定占用所需的带宽，并按确定性时延到达接收端。

本申请通过传输门的开关时间不同及开关数量不同相结合，对于这四种情况分别给出GCL生成方法的假设，有效解决了传统GCL静态生成的情况，使得GCL生成更加灵活，同时还可以减少数据传输过程中由于等待产生的时延。

请参见图4，是本申请实施例提供的一种网络设备的结构示意图。如图4所示的网络设备400包括：判断单元401、确定单元402及生成单元403，其中：

所述判断单元401，用于当业务流到达出口队列时，判断所述业务流是否为空；

所述确定单元402，用于若所述业务流为非空时，则根据所述业务流的信息传输时间和每个传输周期内传输门的打开时间，确定所述传输周期内所述传输门的开关状态；

所述生成单元403，用于根据所述传输周期内所述传输门的开关状态，生成所述业务流对应的门控制列表。

可选的，所述确定单元402具体用于：

判断每个传输周期内传输门的打开时间是否相同；

可选的，所述确定单元402还具体用于：

若否，则确定所述业务流对应的所述传输门的开关状态。

可选的，若所述门控制列表用于控制多个流量的传输门开关，所述网络设备还包括计算单元404：

所述计算单元404，用于计算所述传输门处于打开状态下的帧数，所述帧数为所述业务流的信息大小除以所述每个所述信息片段的大小。

可选的，所述网络设备还包括传输单元405：

所述传输单元405，用于根据所述门控制列表，采用传输选择算法从所述出口队列中选择所述业务流或所述业务流中的信息片段进行传输。

可选的，所述传输单元405具体用于：

通过实施本申请，能有效解决传统GCL静态生成存在的不及时性、信息传输中产生时延等问题，相比而言本申请提出的GCL生成方法更加灵活，同时也能减少数据传输过程中由于等待产生的时延。

基于同一发明构思，本申请实施例中提供的网络设备解决问题的原理与本申请方法实施例所需解决问题的原理相似，因此各设备的实施可以参见方法的实施，为简洁描述，在这里不再赘述。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本发明实施例网络设备中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种门控制列表生成方法，其特征在于，包括：

当业务流到达出口队列时，判断所述业务流是否为空；

根据所述传输周期内所述传输门的开关状态，生成所述业务流对应的门控制列表；

其中，确定所述传输周期内所述传输门的开关状态的步骤，包括：

判断每个传输周期内传输门的打开时间是否相同：

若相同，则判断所述传输门的打开时间是否大于或等于所述业务流的信息传输时间：若是，则确定所述传输周期中各个所述传输门的开关状态；若否，则根据端口传输速率和所述业务流对应的信息大小将所述业务流分为多个信息片段，重复判断所述传输门的打开时间是否大于或等于所述信息片段的信息传输时间，在所述传输门的打开时间大于或等于所述信息片段的信息传输时间时，则确定所述传输周期中各个所述传输门的开关状态；

若不相同，则计算所述业务流的信息传输时间，判断所述传输门的打开时间是否小于或等于所述业务流的信息传输时间：若否，则确定所述业务流对应的所述传输门的开关状态；若是，则将所述业务流的信息传输时间赋值给所述传输门的打开时间，再次计算所述业务流的信息传输时间，重复上述判断所述传输门的打开时间是否小于或等于所述业务流的信息传输时间的步骤。

2.根据权利要求1所述的门控制列表生成方法，其特征在于，若所述门控制列表用于控制单个流量的传输门开关，则所述业务流的信息传输时间为所述业务流的信息大小除以所述传输门所占的可用带宽；若所述门控制列表用于控制多个流量的传输门开关，则所述业务流的信息传输时间为所述业务流的信息大小除以分配给所述业务流对应的已知带宽，再除以多个所述传输门各自所占的带宽占比。

3.根据权利要求2所述的门控制列表生成方法，其特征在于，所述业务流的信息传输时间小于所述业务流对应预设的时延时间。

4.根据权利要求2所述的门控制列表生成方法，其特征在于，若所述门控制列表用于控制多个流量的传输门开关，所述方法还包括：

计算所述传输门处于打开状态下的帧数，所述帧数为所述业务流的信息大小除以每个所述信息片段的大小。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的门控制列表生成方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求5所述的门控制列表生成方法，其特征在于，所述根据所述门控制列表，采用传输选择算法从所述出口队列中选择所述业务流或所述业务流中的信息片段进行传输包括：

若处于打开状态的所述传输门为多个时，则根据优先级或信用值从高到低的顺序从多个所述传输门对应的队列中选择所述业务流的信息片段进行传输。

7.一种网络设备，其特征在于，包括：

确定单元，用于若所述业务流为非空，则根据所述业务流的信息传输时间和每个传输周期内传输门的打开时间，确定所述传输周期内所述传输门的开关状态；

生成单元，用于根据所述传输周期内所述传输门的开关状态，生成所述业务流对应的门控制列表；

其中，确定所述传输周期内所述传输门的开关状态的操作，包括：

判断每个传输周期内传输门的打开时间是否相同：

若不相同，则计算所述业务流的信息传输时间，判断所述传输门的打开时间是否小于或等于所述业务流的信息传输时间：若否，则确定所述业务流对应的所述传输门的开关状态；若是，则将所述业务流的信息传输时间赋值给所述传输门的打开时间，再次计算所述业务流的信息传输时间，重复上述判断所述传输门的打开时间是否小于或等于所述业务流的信息传输时间的操作。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在网络设备上运行时，使得网络设备执行如权利要求1-6中任一项所述的门控制列表生成方法。