CN114124689A

CN114124689A - 用于实现tsn流配置的系统和方法

Info

Publication number: CN114124689A
Application number: CN202110994813.7A
Authority: CN
Inventors: A·戈戈列夫; T·加默; J·盖德
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2041-08-27
Also published as: US20220070114A1; US11652757B2; EP3962004A1; CN114124689B

Abstract

本发明涉及用于实现时间敏感联网（TSN）网络的TSN流配置的系统（100），所述系统包括：收集装置（10），所述收集装置（10）被配置成从TSN流配置的TSN交换机中收集资源利用信息；以及工具装置（20），所述工具装置（20）被配置成基于所收集的资源利用信息来提供TSN流路径计算，并且所述工具装置（20）被配置成基于所收集的资源利用信息在TSN网络中分配流路径并建立信道复用。

Description

用于实现TSN流配置的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于时间敏感联网TSN的资源感知信道复用的系统和方法。

背景技术

在工业4.0概念IEEE中，时间敏感联网（TSN）用作用于新自动化系统的通信层。TSN机制在若干（也即将到来的）IEEE标准中被定义，其经由精确时间同步、QoS业务（traffic）保证和无缝冗余来实现决定。

TSN网络的关键组成部分是TSN桥，也称为交换机。TSN网络由连接的TSN交换机来建立，所述TSN交换机彼此严格同步，市场已经提供这样的交换机。这些交换机能够以时间协同的方式来管理业务。TSN功能性来源于以硬实时的方式来传送和接收数据。

每个TSN交换机具有精确的时钟，其不断地被调准到主时钟（专用、远程）。它还在每个TSN端口上具有八个队列的数据缓冲区（data buffer）。这些队列中的每一个提供指定优先级，所述指定优先级映射到八个QoS类别中的一个。

对于每个端口，存在调度，所述调度在特定时间周期性地打开或关闭队列持续特定时长。总的调度周期通常是那里所有周期的最小公倍数（common multiplier）。那些调度同步到时钟，并且因此同步到网络以及其它交换机上的队列。这允许通过整个网络为循环时间/临界数据配置不间断的数据传输“走廊（corridor）”，其保证最小通信时延和抖动（jitter）。

在自动化网络中，临界数据必须可靠地并且在最小时延和抖动的情况下传递。这个数据由不同的终端装置来产生和消耗，并且它通常在通过网络传递的同时，共享相同的物理链路。它还通常产生有不同的周期。当那些周期充分不同时，通过相同的物理链路来传递数据可能变得不可能，因为端口实时调度周期具有限制的可配置性。

发明内容

因此，具有改进的TSN流配置将是有利的，该改进的TSN流配置利用信道复用，以解决对具有不相容周期的TSN流的路径计算。本发明能够实现为在软件SW工具中实现的方法，所述软件SW工具允许具有改进的吞吐量利用的TSN流路径计算和/或配置。

本发明的目的利用独立权利要求的主题得到解决，其中另外的实施例并入从属权利要求中。

在第一方面中，提供有用于实现时间敏感联网（TSN）网络的TSN流配置的系统，所述系统包括：收集装置，所述收集装置被配置成从TSN流配置的TSN交换机中收集资源利用信息；以及工具装置，所述工具装置被配置成基于所收集的资源利用信息来提供TSN流路径计算，并且所述工具装置被配置成基于所收集的资源利用信息在TSN网络中分配流路径并建立信道复用。

本发明有利地提供：TSN网络基于现有的以太网基础设施来操作，并且遵守某些操作规则。然而，对于工业使用，它可被配置在某些非传统模式中，例如，数据路径不一定使用现有的路由算法来配置。

现有的路由算法通常“简化”拓扑（例如，消除可能的环路）以有利于（in favorof）树形/星形拓扑。TSN具有用于冗余管理的专用技术（针对可靠性的帧复制和消除（FRER），IEEE 802.1CB），但是它在本发明的范围之外。

本发明的范围是使用复用信道对数据的有效路径分配。

在第二方面中，提供有方法。

作为方法的第一步骤，下列被执行：从TSN流配置的TSN交换机中收集资源利用信息。

作为方法的第二步骤，下列被执行：基于所收集的资源利用信息来提供TSN流路径计算，并且基于所收集的资源利用信息在TSN网络中分配流路径并建立信道复用。

根据本发明的示范实施例，所述工具装置被配置成：使用用于TSN网络新配置的网络部分的用户输入，以便提供TSN流路径计算。

根据本发明的示范实施例，所述收集装置被配置成使用负载发现模式。

根据本发明的示范实施例，所述工具装置被配置成通过分析TSN网络中的冲突（conflict）来分配流路径。

根据本发明的示范实施例，所述系统被配置成以在线的方式来操作。

根据本发明的示范实施例，所述系统被配置成以离线的方式来操作。

根据本发明的示范实施例，所述系统被集成为具有TSN网络的多个实体的分布式网络组成部分。

根据本发明的示范实施例，所述系统被集成为根据TSN网络的一个实体的集中式网络组成部分。

根据本发明的示范实施例，所述工具装置被配置成提供链路复用和/或资源发现。

上述方面和示例从下文描述的实施例中将变得显而易见，并且将参考下文描述的实施例来阐述。

附图说明

示范实施例将在下面参考以下附图来描述：

图1示出用于实现根据本专利申请的示范实施例的时间敏感联网（TSN）网络的TSN流配置的示意过程图的示意图；

图2示出用于实现根据本专利申请的示范实施例的时间敏感联网（TSN）网络的TSN流配置的示意过程图的示例；

图3至图6中的每一个示出用于实现根据本专利申请的示范实施例的时间敏感联网（TSN）网络的TSN流配置的示意过程图的示例；

图7示出用于实现根据本专利申请的示范实施例的时间敏感联网（TSN）网络的TSN流配置的系统的示例；

图8示出用于实现根据本专利申请的示范实施例的时间敏感联网（TSN）网络的TSN流配置的方法的示例。

具体实施方式

图1示出用于实现根据本专利申请的示范实施例的时间敏感联网（TSN）网络的TSN流配置的示意过程图的示意图。

图1提出TSN网络的示例，其中，交换机A和交换机B之间的信道被复用，例如以便增加相互的吞吐能力（throughput capacity）。图1集中于具有两个TSN流的相同的网络，其连接五个终端装置（所述流被共同引导）。

因为例如容量/定时要求：端口4与端口1之间的链路配置用于大周期循环流，并且因此不能处理小周期循环流，所以所描绘的流不与其它两个流共享在交换机A与交换机B之间的链路。由于交换机上实时调度的有限粒度（granularity），这可能发生：它可被灵活地配置用于低周期或大周期，但并非同时用于两者。

图2示出根据本专利申请的示范实施例的示意过程图的示例。

当TSN流因为不同的周期而不能共享相同的端口时，目前讨论的工具不解决问题。TSN复用器使用信道复用提供用于这样的TSN流的可选的流路径配置。它可使用用于新配置的网络的用户输入，或在现有网络（负载发现模式）的情况下利用（例如LLDP）从TSN交换机收集的数据。

根据本发明的示范实施例，随后，它将尝试分配通过系统的流路径，并且如果发生冲突，则在必要的情况下建议复用端口，它可以按照如下方式来使用：

i. 集中式或甚至离线的方式（例如，作为系统工程工具/CUC/CNC的一部分）；或

ii. 分布式、在线的方式（作为每个TSN交换机SW的一部分）。

根据本发明的示范实施例，根据第一案例（case），如图2中所示，指定的网络拓扑将反映由TSN复用器建议的必要的信道复用，根据第二案例，如图3中所示，物理链路复用需要已经准备就位，并且TSN交换机将向端口发送TSN流，其中调度与流周期最优匹配。

图3至图6中的每一个示出根据本专利申请的示范实施例的示意过程图的示例。

根据本发明的示范实施例，图2和图3示出网络的示例，其中被共同引导的TSN流在两个物理复用链路之间被解复用，因为它们具有不相容的定时要求（周期）。

根据本发明的示范实施例，提供如何使用LLDP TLV从交换机到复用器并且进一步到系统配置工具中收集资源利用信息。接下来，图3示出TSN复用器的分布式版本可如何基于TSN流的周期来选择TSN流请求的离开端口。

根据本发明的示范实施例，TSN复用器基于资源感知TSN流的操作循环（周期）来实现它们的复用和/或解复用，从而改善对于整个网络的资源利用。这实现作为系统范围软件配置工具的操作。

根据本发明的示范实施例，TSN的复用器可被开发为独立的模块，或开发为插入组成部分。

根据本发明的示范实施例，该系统出于各种原因（提供流分离的选择）被配置为仅链路复用，或该系统被配置为资源发现加复用（自动聚合具有类似周期的流）。

这允许关于TSN流的周期（循环时间）来计划TSN流。

集中式TSN链路复用器不必动态（例如，经由LLDP）收集业务负载数据，但是它的分布式版本必须具有实际业务负载分布和相应参数的知识。

根据本发明的示范实施例，TSN链路复用器可被实现和执行为：

i.) 分布式功能——本地交换机固件/软件的部分，或

ii.) 集中式功能——远程系统的部分（例如运行CUC/CNC功能性），即，雾（fog）节点、边缘节点等。

根据本发明的示范实施例，可实现具有分布式和集中式SW的混合功能。

图7示出用于实现根据本专利申请的示范实施例的时间敏感联网（TSN）网络的TSN流配置的系统的示例。

用于实现时间敏感联网（TSN）网络的TSN流配置的系统100在图4中描绘。

系统100进一步包括收集装置10，所述收集装置10被配置成从TSN流配置的TSN交换机中收集资源利用信息。

系统100进一步包括工具装置20，所述工具装置20被配置成基于所收集的资源利用信息来提供TSN流路径计算，并且所述工具装置20被配置成基于所收集的资源利用信息在TSN网络中分配流路径并建立信道复用。

作为方法的第一步骤，下列被执行：从TSN流配置的TSN交换机中收集资源利用信息S1。

作为方法的第二步骤，下列被执行：基于所收集的资源利用信息来提供TSN流路径计算，以及基于所收集的资源利用信息在TSN网络中分配流路径并建立信道复用S2。

虽然本发明已经在附图以及前面的描述中详细图示和描述，但是这样的图示和描述要被视为说明性或示范性的，而不是限制的。本发明不限于所公开的实施例。根据研究附图、本公开和从属权利要求，通过本领域技术人员在实践要求保护的发明中能够理解和实现对所公开的实施例的其它变化。

Claims

1.一种用于实现时间敏感联网TSN网络的TSN流配置的系统（100），所述系统包括：

收集装置（10），所述收集装置（10）被配置成从所述TSN流配置的TSN交换机中收集资源利用信息；以及

工具装置（20），所述工具装置（20）被配置成基于所收集的资源利用信息来提供TSN流路径计算，并且所述工具装置（20）被配置成基于所收集的资源利用信息在所述TSN网络中分配流路径并建立信道复用。

2.如权利要求1所述的系统，

其中，所述工具装置（20）被配置成使用用于所述TSN网络的新配置的网络部分的用户输入，以便提供所述TSN流路径计算。

3.如权利要求1-2中的任一项所述的系统，

其中，所述收集装置（10）被配置成使用负载发现模式。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的系统，

其中，所述工具装置（20）被配置成通过分析所述TSN网络中的冲突来分配流路径。

5.如权利要求1-4中的任一项所述的系统，

其中，所述系统被配置成以在线的方式来操作。

6.如权利要求1-5中的任一项所述的系统，

其中，所述系统被配置成以离线的方式来操作。

7.如权利要求1-6中的任一项所述的系统，

其中，所述系统被集成为具有所述TSN网络的多个实体的分布式网络组成部分。

8.如权利要求1-7中的任一项所述的系统，

其中，所述系统被集成为按照所述TSN网络的一个实体的集中式网络组成部分。

9.如权利要求1-8中的任一项所述的系统，

其中，所述工具装置（20）被配置成提供链路复用和/或资源发现。

10.一种用于实现时间敏感联网（TSN）网络的TSN流配置的方法，所述方法包括下列步骤：

从所述TSN流配置的TSN交换机收集（S1）资源利用信息；以及

基于所收集的资源利用信息来提供（S2）TSN流路径计算，并且基于所收集的资源利用信息在所述TSN网络中分配流路径并建立信道复用。