CN113922907B - 一种低延时的数据传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低延时的数据传输方法，本方法基于传输系统的时钟同步机制，设定发送设备S的数据发送时间点，设定转发设备Fk的数据转发时间点，设定接收设备R的预计接收时间点，在预先规划的时间段限制其他数据帧占用输出端口，保证特定数据帧到达后即可使用输出端口。当传输设备均以发送设备时钟为参考进行时间段规划时，能够进一步降低传输延迟。通过本发明内容有效地降低了数据在传输过程中所产生的延迟，显著提升了在具有全局统一时钟的通信网络中数据的传输性能。

Description

一种低延时的数据传输方法
技术领域
本公开涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种低延时的数据传输方法。
背景技术
在符合IEEE802.3标准的以太网中，网络设备使用事件触发以太网传输原则，任意网络设备可以在任意时间点访问网络，采用先到达先服务的原则。网络设备之间通过共享介质通信，必然导致一些消息在传输过程中产生不确定的抖动和累积的延迟。
符合ARINC664 Part7标准的AFDX网络基于以太网，在数据链路层增加虚拟链路(VL)、带宽分配间隙(BAG)、抖动管理等机制，有效避免消息传输过程中的冲突，但这种限制虚链路的方式仍数据属于事件触发机制，各节点发送数据的时间随机，没有宏观上的同一时间规划。
为了解决传统以太网和AFDX存在的不确定性缺点，需要采用全新的时间触发、全局统一时间和统一规划的通信模式，严格控制传输延迟和抖动，如时间触发以太网(TTE)等，可为安全关键技术提供确定性的通信平台。但是，由于其存储转发机制，导致其传输延迟受转发级数、数据帧长、同步精度等各种因素影响,以至于数据在传输过程中所产生的延迟较大。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种低延时的数据传输方法，有效地降低了数据在传输过程中所产生的延迟，显著提升了在具有全局统一时钟的通信网络中数据的传输性能。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低延时的数据传输方法，包括：
发送设备S发送低延时数据，依次传输到转发设备Fk(k＝1，2，…，n)，由接收设备R完成接收；
设定发送设备S的数据发送时间点为T0；
设定转发设备Fk(k＝1，2，…，n)的数据转发时间点为
其中，Dwi为线延时，表示设备Fi-1到设备Fi之间线缆传输时延；Dfi为转发时延，表示设备Fi接收数据第一个比特位到将第一个比特位送达物理链路的时延；
设定接收设备R的预计接收时间点为当发送设备S本地时钟在/>范围内时，接收设备R接收到低延时数据，完成低延时数据的传输；其中，p为接收设备R与发送设备S之间的最大时间差，Dwr为线延时，表示转发设备Fk到接收设备R的线传输时延。
进一步地，所述发送设备S、转发设备Fk、接收设备R之间采用时钟同步机制，设备间同步精度小于特定值p。
进一步地，所述发送设备S在发送时间点之前，转发设备Fk(k＝1，2，…，n)在转发时间点之前，特定时间内限制包括发送数据、转发数据的传输，时间点到达时，若无低延时数据传输，则解除包括发送数据、转发数据的传输限制。
进一步地，还包括：发送设备S在低延时数据的T0之前，检查其他准备发送的数据预计占用传输链路的时间，如果链路占用时间在T0之前结束，则允许数据发送；如果链路占用时间在T0之后结束，则禁止数据发送。
进一步地，所述转发设备Fk(k＝1，2，…，n)在接收到数据前14字节后即开始查询输出端口，再转发数据。
进一步地，还包括：在空载状态下，传输一帧数据到设备，测量数据接收点和转发点的时间差，获取所述转发时延Dfi。
本发明提出了一种低延时的数据传输方法。针对存储转发传输系统中数据帧在传输过程中产生的延时累积过大问题，基于传输系统的时钟同步机制，提出了一种低延时的数据传输方法。所有传输设备基于统一的网络时钟，在预先规划的时间段限制其他数据帧占用输出端口，保证特定数据帧到达后即可使用输出端口，有效地降低了数据帧在传输过程中产生的累积延迟。当传输设备均以发送设备时钟为参考进行时间段规划时，能够进一步降低传输延迟。通过本发明内容有效地降低了数据在传输过程中所产生的延迟，显著提升了在具有全局统一时钟的通信网络中数据的传输性能，从而满足了安全关键系统中消息传输的确定性需求。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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它的附图。
图1为本发明实施例中低延时数据传输系统示意图；
图2为本发明实施例中传输延时示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
下面结合附图对本发明做进一步描述：
如图1-2所示，数据传输系统由发送设备S、转发设备Fk(k＝1，2，…，n)，和接收设备R等组成。每个设备维护其本地时钟，通过网络时钟同步机制，实现设备间本地时钟的协调一致，任何两个设备之间的本地时钟之差小于p，即同步精度为p。
传输系统中相继设备之间的线延时表示一个比特位通过对应通信链路的时间。在铜缆和光纤链路中，线缆传输延时计算公式如下：
Dw≈link_length[m]/(3×108[m/s]×2/3)
其中，link_length表示相继设备之间的通信链路的长度。
转发延时表示设备从接收数据第一个比特位到将第一个比特位送达物理链路的时延。转发时延与设备的物理层、链路层实现方式相关。转发时延不会根随运行状态动态变化，其值通过静态测量。在空载状态下，传输一帧数据到设备，测量数据接收点和转发点的时间差，即转发时延Df。本实施例中，为了保证数据传输的低延时特性，转发设备F1、F2、…、Fn在接收到数据前14字节后即开始查询输出端口，然后转发数据，而不是接收完整数据帧后再转发。
针对在此传输系统中传输的低延时数据X，做如下设定：
(1)发送设备S的传输时间点为T0；
(2)转发设备Fk(k＝1，2，…，n)的数据转发时间点为
发送设备S在低延时数据的T0之前，检查其他准备发送的数据预计占用传输链路的时间，如果链路占用在T0之前结束，则允许数据发送；如果链路占用在T0之后结束，则禁止数据发送，保证低延时数据发送时，物理链路处于空闲状态，立即开始低延时数据的传输。低延时数据经过线延时Dw1之后，到达转发设备F1，再经过转发延时Df1，到达转发设备F1的输出端口。
因转发设备F1与发送设备S之间存在最大值为p的时钟误差，转发设备F1可能在本地时钟处于范围内任一时间点接收到数据，在本地时钟处于/>范围内任一时间点转发数据，因此在低延时数据的转发时间范围开始点(T0+Dw1+Df1-p)之前，检查其他准备发送的数据预计占用传输链路的时间，如果链路占用在时间范围开始点之前结束，则允许数据发送；如果链路占用在时间范围开始点之后结束，则禁止数据发送，保证低延时数据发送时，物理链路处于空闲状态，立即开始低延时数据的传输。
同理，转发设备F2、F3、…、Fn可能在本地时钟处于 范围内任一时间点转发数据，因此在低延时数据的转发时间范围开始点/>之前，检查其他准备发送的数据预计占用传输链路的时间，如果链路占用在时间范围开始点之前结束，则允许数据发送；如果链路占用在时间范围开始点之后结束，则禁止数据发送。
最终，经过转发设备Fn和接收设备R之间线延时Dwr后，在发送设备S时钟处于接收设备R本地时钟处于范围内，接收设备R接收到低延时数据，完成低延时数据的传输。实际传输延时/>传输抖动为2p。
当本地时钟到发送时间点或转发时间范围结束点时，若没有低延时数据占用传输链路，则解除其他数据的传输限制，提高传输链路的复用率。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种低延时的数据传输方法，其特征在于，包括：
发送设备S发送低延时数据，依次传输到转发设备Fk，其中，k=1，2，…，n，由接收设备R完成接收；
设定发送设备S的数据发送时间点为T0；
设定转发设备Fk的数据转发时间点为；
其中，Dwi为线延时，表示设备Fi-1到设备Fi之间线缆传输时延；Dfi为转发时延，表示设备Fi接收数据第一个比特位到将第一个比特位送达物理链路的时延；
设定接收设备R的预计接收时间点为，当发送设备S本地时钟在/>范围内时，接收设备R接收到低延时数据，完成低延时数据的传输；其中，p为接收设备R与发送设备S之间的最大时间差，Dwr为线延时，表示转发设备Fk到接收设备R的线传输时延；
所述发送设备S、转发设备Fk、接收设备R之间采用时钟同步机制，设备间同步精度小于特定值p；
所述发送设备S在发送时间点之前，转发设备Fk在转发时间点之前，特定时间内限制包括发送数据、转发数据的传输，时间点到达时，若无低延时数据传输，则解除包括发送数据、转发数据的传输限制；
还包括：发送设备S在低延时数据的T0之前，检查其他准备发送的数据预计占用传输链路的时间，如果链路占用时间在T0之前结束，则允许数据发送；如果链路占用时间在T0之后结束，则禁止数据发送；
所述转发设备Fk在接收到数据前14字节后即开始查询输出端口，再转发数据；
还包括：在空载状态下，传输一帧数据到设备，测量数据接收点和转发点的时间差，获取所述转发时延Dfi。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109194433A (zh) * 2018-08-17 2019-01-11 中国航空无线电电子研究所 基于千兆afdx网络高精度授时时统的实现方法

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基于AFDX网络的时间同步分析与实现;田园;李大鹏;王红春;李玉发;;航空计算技术(第04期);全文 *

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