CN113965286A - Tsn时间窗口的检测判定方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种TSN时间窗口的检测判定方法和装置，该TSN时间窗口的检测判定方法使用三个滑动时间窗口，其中，所述方法在接收到报文的SFD后，给报文打上时戳Tpktn(SFD)，并通过时戳Tpktn(SFD)来判断报文所属的时间窗口；并且其中，所述方法在最后一个工作窗口将要结束前的一段时间Dwin(S)内，计算下一个周期信号窗口的左右边界并覆盖最老的时间窗口，以执行窗口滑动。本发明解决了大规模门控管理下高精度TSN时窗的检测判定方法，消除了传统方法中的左右边界问题，同时可以实现低成本的高频率周期数据传输。

Description

TSN时间窗口的检测判定方法和装置
技术领域
本发明涉及于时间敏感网络TSN实现领域，尤其涉及一种TSN时间窗口的检测判定方法和装置。
背景技术
IEEE 802.1 TSN任务组定义了时间敏感网络，通过一套协议规范构建超低时延和抖动、高可靠的确定性网络。其中在802.1AS时间同步的基础上，802.1Qci和802.1Qbv协议规范通过仿真时分复用(TDM)来实现时间确定性功能及周期性数据非周期性数据同时传输的功能。
802.1Qbv主要完成出方向队列门控逻辑，在预先设置的时窗内将时间敏感数据从队列中发送出去，而802.1Qci除完成流过滤及发送队列选择外，还需完成对时间敏感数据时窗的判定检查与保护，如是否有非时间敏感数据占用时间敏感数据时窗，非敏感数据的时窗内最后一帧数据是否应该发送等，802.1Qci主要完成了入方向的时窗门控逻辑。
对于时窗门控逻辑的实现，无论是芯片级还是系统级的实现方式通常使用两个窗口通过乒乓操作来完成时间窗口的操作。
具体地，如图1所示，在实现时，物理上使用两个窗口A和B，在时窗i时，窗口A成为工作窗口，窗口B成为预备窗口，执行对应的窗口操作，并在时窗i结束前预置窗口B的操作逻辑，将窗口B准备好；在下一个时窗i+1到来的时刻，切换到窗口B，窗口B成为工作窗口，窗口A变为预备窗口，窗口A将被下一个时窗i+2的操作逻辑覆盖所替代，依次循环执行下去，形成一个时间窗口序列。
以上现有的技术一般使用报文的当前时间来进行时窗判定，即将执行报文窗口操作的时间视为窗口的开始时间(报文时间戳)，但实际的窗口开始时间是从接收到报文SFD(报文的起始定界符)的时刻开始的，而从报文的SFD时间到执行报文的窗口操作的时延(报文处理时延)是和实现相关的而且不固定(不同类型报文的处理流程不一样)。假如报文处理时延为3us，当前时窗为[0us,125us],某个报文SFD的时间为123us，则进行报文处理的时刻为123us+3us＝126us,出现该报文不属于该时窗的错误，意味着上游设备不能在122us到125us之间发送报文，必须预留一定的右边界。
并且进行大规模时窗管理时(如同时处理1000条TSN流，则入方向需要1000个门控单元)，窗口切换也需要一定的时延(窗口切换时延)。假如窗口切换时延最大为5us，当前工作时窗为[0us,125us]，预备窗口为[125us,250us],窗口切换操作发生在130us,则报文时戳为125us到130us之间的报文，就会错误的匹配到[0us,125us]这个时窗，意味着上游设备不能在125us到130us发送报文，必须预留一定的左边界。
以上两点会造成一定的带宽浪费(如上对于时窗[0us,125us]，需要预留左右边界，则只能在5us与122us之间发送报文)，同时无法完成高频周期数据发送，如100KHz的周期数据，需要每10us传输一次，将10us划分为两个5us的时窗(一个用于周期数据，另一个用于非周期数据)，考虑到左右边界，无法完成5us的时窗。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种TSN时间窗口的检测判定方法和装置，其通过使用时间戳比较匹配时窗同时维护三个滑动窗口来完成报文的窗口识别保护，减小了窗口保护带，从而提高了网络带宽利用率，同时提高了时间窗口识别的精度，减小窗口周期，提高周期性数据传输频率(如100KHz的采样频率，需要10us的传输周期)等。
为达到上述目的，本发明的技术方案提供了一种TSN时间窗口的检测判定方法，所述方法使用三个滑动时间窗口，其中，所述方法在接收到报文的SFD后，给报文打上时戳Tpktn(SFD)，并通过时戳Tpktn(SFD)来判断报文所属的时间窗口；并且其中，所述方法在最后一个工作窗口将要结束前的一段时间Dwin(S)内，计算下一个周期时间窗口的左右边界并覆盖最老的时间窗口，以执行窗口滑动。
进一步地，通过时戳Tpktn(SFD)来判断报文所属的时间窗口包括：通过将时戳Tpktn(SFD)与每个时间窗口的左右边界进行比较，来判定报文所属的时间窗口。
进一步地，预期的连续的三个时间窗口分别为A窗口、B窗口和C窗口，A窗口的左边界和右边界分别为TwinA(Start)和TwinA(End)，B窗口的左边界和右边界分别为TwinB(Start)和TwinB(End)，C窗口的左边界和右边界分别为TwinC(Start)和TwinC(End)，所述方法通过如下步骤判断报文所属的时间窗口：
如果时戳Tpktn(SFD)>＝TwinA(Start)且Tpktn(SFD)<TwinA(End)，则报文属于A窗口；
或者时戳Tpktn(SFD)>＝TwinB(Start)且Tpktn(SFD)<TwinB(End)，则报文属于B窗口；
或者时戳Tpktn(SFD)>＝TwinC(Start)且Tpktn(SFD)<TwinC(End)，则报文属于C窗口；
否则报文不属于预期的连续的三个时间窗口之一。
进一步地，在所述方法用于100Khz的高频周期数据和非周期数据传输时，其中最小窗口周期为5us时，所述方法每隔5us执行一次窗口滑动。
本发明还提供了一种TSN时间窗口的检测判定装置，所述装置包括：报文接收模块，用于在接收到报文的SFD后给报文打上时戳Tpktn(SFD)；报文处理模块，用于维护三个滑动时间窗口，所述报文处理模块通过时戳Tpktn(SFD)来判断报文所属的时间窗口；窗口滑动控制模块，用于在最后一个工作窗口将要结束前的一段时间Dwin(S)内，计算下一个周期时间窗口的左右边界并覆盖最老的时间窗口，以执行窗口滑动；报文发送模块，用于发送报文。
进一步地，所述报文处理模块通过将时戳Tpktn(SFD)与每个时间窗口的左右边界进行比较，来判定报文所属的时间窗口。
进一步地，预期的连续的三个时间窗口分别为A窗口、B窗口和C窗口，A窗口的左边界和右边界分别为TwinA(Start)和TwinA(End)，B窗口的左边界和右边界分别为TwinB(Start)和TwinB(End)，C窗口的左边界和右边界分别为TwinC(Start)和TwinC(End)，则所述报文处理模块通过如下步骤判断报文所属的时间窗口：
如果时戳Tpktn(SFD)>＝TwinA(Start)且Tpktn(SFD)<TwinA(End)，则报文属于A窗口；
或者如果时戳Tpktn(SFD)>＝TwinB(Start)且Tpktn(SFD)<TwinB(End)，则报文属于B窗口；
或者如果时戳Tpktn(SFD)>＝TwinC(Start)且Tpktn(SFD)<TwinC(End)，则报文属于C窗口；
否则报文不属于预期的连续的三个时间窗口之一。
进一步地，在所述装置用于100Khz的高频周期数据传输和非周期数据传输时，其中由所述报文处理模块维护的最小窗口周期为5us时，所述窗口滑动控制模块控制每隔5us执行一次窗口滑动。
本发明解决了大规模门控管理下高精度TSN时窗的检测判定方法，消除了传统方法中的左右边界问题，同时可以实现低成本的高频率周期数据传输。
附图说明
图1是双窗口乒乓操作的示意图；
图2是本发明的报文处理流程的示意图；
图3A和图3B是示出窗口滑动过程的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
在本发明的实施方式中，参见图2，在报文进入到MAC层后，Mac层检测到报文的SFD(帧起始定界符)时给报文打上时戳Tpktn(SFD)，之后将报文连同时戳Tpktn(SFD)一起交给Packet Process Pipline模块，在该模块进行窗口检测判定，以判断报文是否属于预期的连续的三个时窗之一。具体判断过程为：
If(Tpktn(SFD)>＝TwinA(Start)&&Tpktn(SFD)<TwinA(End))
Then
Tpktn(SFD)∈winA
Else If(Tpktn(SFD)>＝TwinB(Start)&&Tpktn(SFD)<TwinB(End))
Then
Tpktn(SFD)∈winB
Else If(Tpktn(SFD)>＝TwinC(Start)&&Tpktn(SFD)<TwinC(End))
Then
Tpktn(SFD)∈winC
Else
Time WindowMismatched
如果报文匹配了某一个窗口，则执行对应的窗口门控操作逻辑，否则视为窗口匹配失败。
如背景技术部分提到的，由于报文接收与报文处理之间存在时延，而且窗口切换也存在时延，因此，在本发明中，进一步通过任务模块GateEngine控制在每个周期向前滑动时窗，具体地，在每个窗口结束时刻之前的一段时间Dwin(S)内执行窗口滑动，即计算下一个周期信号窗口的左右边界，并用新的时窗覆盖最老的时窗，如图3A为某一时刻的窗口状态，其中，Tpktn(SFD)为收到报文n的SFD的时刻，Tpktn(E)为报文n进行窗口处理的时刻，在时窗i+2内，GateEngine在Twini+2(C)时刻执行滑动窗口事件，滑动窗口事件发生后，时窗分布变为图3B。在图3B中，Tpktm(SFD)为收到报文m的SFD的时刻，Tpktm(E)为报文m进行窗口处理的时刻，Twini+3(C)为执行窗口滑动的时刻。
通过上述的一小段时间Dwin(S)，确定了能够管理的门控规模和最小窗口周期，这个Dwin(S)有多小，则最小窗口周期就为多少。能在Dwin(S)内刷新多少门控就有多大规模，比如250Mhz的主频，一个Cycle刷新一个门控，则如果最小周期为5us时(也即Dwin(S)为5us)，可刷新5us/4ns＝1250个，如果Dwin(S)为2.5us，则可刷新2.5us/4ns＝625个。
虽然，图中示出的是三个周期相同的时间窗口，但本发明关于每个时间窗口的周期并没有具体限制，三个时间窗口的周期可以相同也可以不同。例如，在1Gbps的线路上传输1路周期数据，而其它为非周期数据时，周期数据的频率为8Khz(信号周期为125us)，速率为10kbps,则周期数据传输窗口时长至少为10Kb/1Gbps＝10us,其它115us传输非周期数据(共125us)。则最初的三个时间窗口周期就分别为【Tbase，Tbase+10】，【Tbase+10，Tbase+125】以及【Tbase+125，Tbase+135】。
在本发明的进一步的实施例中，考虑到高频(例如，100Khz)周期数据传输和非周期数据传输时，此时最小窗口的周期为5us，所以为了让将要使用的窗口在该窗口的报文到来之前准备好，就必须在其窗口切换的前一个5us将该窗口准备好，也即，需要每隔5us执行一次窗口滑动。
在本发明的上述实施方式中，通过比较报文时间戳和窗口边界来判断所属时间窗口，并通过三个滑动窗口实现门控逻辑，减小了窗口保护带，从而提高了网络带宽利用率，同时提高了时间窗口识别的精度，减小窗口周期，并提高了周期性数据传输频率(如100KHz的采样频率，需要10us的传输周期)等。
在本发明的第一实施方式中，提供了一种TSN时间窗口的检测判定方法，所述方法使用三个滑动时间窗口，其中，所述方法在接收到报文的SFD后，给报文打上时戳Tpktn(SFD)，并通过时戳Tpktn(SFD)来判断报文所属的时间窗口；并且其中，所述方法在最后一个工作窗口将要结束前的一段时间Dwin(S)内，计算下一个周期信号窗口的左右边界并覆盖最老的时间窗口，以执行窗口滑动。
进一步地，通过时戳Tpktn(SFD)来判断报文所属的时间窗口包括：通过将时戳Tpktn(SFD)与每个时间窗口的左右边界进行比较，来判定报文所属的时间窗口。
进一步地，预期的连续的三个时间窗口分别为A窗口、B窗口和C窗口，A窗口的左边界和右边界分别为TwinA(Start)和TwinA(End)，B窗口的左边界和右边界分别为TwinB(Start)和TwinB(End)，C窗口的左边界和右边界分别为TwinC(Start)和TwinC(End)，所述方法通过如下步骤判断报文所属的时间窗口：
如果时戳Tpktn(SFD)>＝TwinA(Start)且Tpktn(SFD)<TwinA(End)，则报文属于A窗口；
或者时戳Tpktn(SFD)>＝TwinB(Start)且Tpktn(SFD)<TwinB(End)，则报文属于B窗口；
或者时戳Tpktn(SFD)>＝TwinC(Start)且Tpktn(SFD)<TwinC(End)，则报文属于C窗口；
否则报文不属于预期的连续的三个时间窗口之一。
进一步地，在所述方法用于100Khz的高频周期数据和非周期数据传输时，其中最小窗口周期为5us时，所述方法每隔5us执行一次窗口滑动。
本发明还提供了一种TSN时间窗口的检测判定装置，所述装置包括：报文接收模块，用于在接收到报文的SFD后给报文打上时戳Tpktn(SFD)；报文处理模块，用于维护三个滑动时间窗口，所述报文处理模块通过时戳Tpktn(SFD)来判断报文所属的时间窗口；窗口滑动控制模块，用于在最后一个工作窗口将要结束前的一段时间Dwin(S)内，计算下一个周期信号窗口的左右边界并覆盖最老的时间窗口，以执行窗口滑动；报文发送模块，用于发送报文。
进一步地，所述报文处理模块通过将时戳Tpktn(SFD)与每个时间窗口的左右边界进行比较，来判定报文所属的时间窗口。
进一步地，预期的连续的三个时间窗口分别为A窗口、B窗口和C窗口，A窗口的左边界和右边界分别为TwinA(Start)和TwinA(End)，B窗口的左边界和右边界分别为TwinB(Start)和TwinB(End)，C窗口的左边界和右边界分别为TwinC(Start)和TwinC(End)，则所述报文处理模块通过如下步骤判断报文所属的时间窗口：
如果时戳Tpktn(SFD)>＝TwinA(Start)且Tpktn(SFD)<TwinA(End)，则报文属于A窗口；
或者如果时戳Tpktn(SFD)>＝TwinB(Start)且Tpktn(SFD)<TwinB(End)，则报文属于B窗口；
或者如果时戳Tpktn(SFD)>＝TwinC(Start)且Tpktn(SFD)<TwinC(End)，则报文属于C窗口；
否则报文不属于预期的连续的三个时间窗口之一。
进一步地，在所述装置用于100Khz的高频周期数据传输和非周期数据传输时，其中由所述报文处理模块维护的最小窗口周期为5us时，所述窗口滑动控制模块控制每隔5us执行一次窗口滑动。
本发明解决了大规模门控管理下高精度TSN时窗的检测判定方法，消除了传统方法中的左右边界问题，同时可以实现低成本的高频率周期数据传输。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种TSN时间窗口的检测判定方法，其特征在于，所述方法使用三个滑动时间窗口，其中，
所述方法在接收到报文的SFD后，给报文打上时戳Tpktn(SFD)，并通过时戳Tpktn(SFD)来判断报文所属的时间窗口；并且其中，
所述方法在最后一个工作窗口将要结束前的一段时间Dwin(S)内，计算下一个周期时间窗口的左右边界并覆盖最老的时间窗口，以执行窗口滑动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过时戳Tpktn(SFD)来判断报文所属的时间窗口包括：通过将时戳Tpktn(SFD)与每个时间窗口的左右边界进行比较，来判定报文所属的时间窗口。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，预期的连续的三个时间窗口分别为A窗口、B窗口和C窗口，A窗口的左边界和右边界分别为TwinA(Start)和TwinA(End)，B窗口的左边界和右边界分别为TwinB(Start)和TwinB(End)，C窗口的左边界和右边界分别为TwinC(Start)和TwinC(End)，所述方法通过如下步骤判断报文所属的时间窗口：
如果时戳Tpktn(SFD)>＝TwinA(Start)且Tpktn(SFD)<TwinA(End)，则报文属于A窗口；
或者时戳Tpktn(SFD)>＝TwinB(Start)且Tpktn(SFD)<TwinB(End)，则报文属于B窗口；
或者时戳Tpktn(SFD)>＝TwinC(Start)且Tpktn(SFD)<TwinC(End)，则报文属于C窗口；
否则报文不属于预期的连续的三个时间窗口之一。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述方法用于100Khz的高频周期数据和非周期数据传输时，其中最小窗口周期为5us时，所述方法每隔5us执行一次窗口滑动。
5.一种TSN时间窗口的检测判定装置，其特征在于，所述装置包括：
报文接收模块，用于在接收到报文的SFD后给报文打上时戳Tpktn(SFD)；
报文处理模块，用于维护三个滑动时间窗口，所述报文处理模块通过时戳Tpktn(SFD)来判断报文所属的时间窗口；
窗口滑动控制模块，用于在最后一个工作窗口将要结束前的一段时间Dwin(S)内，计算下一个周期时间窗口的左右边界并覆盖最老的时间窗口，以执行窗口滑动；
报文发送模块，用于发送报文。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述报文处理模块通过将时戳Tpktn(SFD)与每个时间窗口的左右边界进行比较，来判定报文所属的时间窗口。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，预期的连续的三个时间窗口分别为A窗口、B窗口和C窗口，A窗口的左边界和右边界分别为TwinA(Start)和TwinA(End)，B窗口的左边界和右边界分别为TwinB(Start)和TwinB(End)，C窗口的左边界和右边界分别为TwinC(Start)和TwinC(End)，则所述报文处理模块通过如下步骤判断报文所属的时间窗口：
如果时戳Tpktn(SFD)>＝TwinA(Start)且Tpktn(SFD)<TwinA(End)，则报文属于A窗口；
或者如果时戳Tpktn(SFD)>＝TwinB(Start)且Tpktn(SFD)<TwinB(End)，则报文属于B窗口；
或者如果时戳Tpktn(SFD)>＝TwinC(Start)且Tpktn(SFD)<TwinC(End)，则报文属于C窗口；
否则报文不属于预期的连续的三个时间窗口之一。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述装置用于100Khz的高频周期数据传输和非周期数据传输时，其中由所述报文处理模块维护的最小窗口周期为5us时，所述窗口滑动控制模块控制每隔5us执行一次窗口滑动。
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