CN114221912B - 一种针对非周期时间触发业务流的时间敏感网络接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络连接技术领域，特别是指一种针对非周期时间触发业务流的时间敏感网络接入方法，该方法针对非周期时间触发数据流的传输提出了支持周期和非周期业务流的时间敏感网络系统架构及新增功能模块、非周期时间触发业务流的接入请求消息和接入请求反馈消息格式设计、针对非周期时间触发业务流的接入控制流程设计三部分，在基于IEEE 802.1Qbv和集中式网络配置CNC架构下保障了非周期时间触发业务流传输的实时性和确定性，为该数据流的调度传输提供了一种解决方案。

Description

一种针对非周期时间触发业务流的时间敏感网络接入方法

技术领域

本发明涉及网络连接技术领域，特别是指一种针对非周期时间触发业务流的网络接入方法。

背景技术

时间敏感网络起源于音视频领域，主要是解决音视频数据传输的不确定性，在2005年建立了AVB（Ethernet Audio Video Bridging，以太网音视频桥接技术）任务组，建立了一些标准，在保持完全兼容现有以太网体系的基础上，对层二的数据进行转发、整型等部分进行扩展，使得以太网具有保障带宽、限制延时、精确时钟同步的能力，在标准的以太网架构下为音视频数据业务提供高质量、低时延、时间同步的保障，兼容其它数据业务的传输，提供多业务承载的解决方案。在2012年AVB工作组改名为时间敏感网络工作组，进一步研究工业控制网络中的数据传输，在传统以太网的基础上加入了时间同步、传输调度、路径控制、资源预留、可靠冗余的机制，保障了任务关键数据的服务质量，同时也解决多个数据业务不能统一承载的难题。

TAS (Time Aware Shaping，时间感知整形技术)是由IEEE 802.1Qbv提出的一种基于门控的时间片分配和管理机制，将数据业务在传输时间上进行了划分，允许时间触发业务流和其它的数据流混合传输，在特定的时间上暂停传输其他数据流，只允许时间触发业务流传输，从时间维度上隔离普通数据流对时间敏感数据流的影响。因此周期时间触发业务流可以通过预定义的方式来静态配置，来保障了数据传输的确定性和实时性。IEEE802.1Qbv由于能够为工业业务提供确定是时延保障，因此受到工业界的广泛关注，也成为时间敏感网络调度整形机制中研究最多、应用较为广泛的标准协议。

时间敏感网络具有确定时延保障和多业务承载的能力，解决了工业互联网中的数据在同一网络进行数据传输的难题，成为现在工业现场网络的研究热点。当前时间敏感网络中，主要是基于时间感知整形技术上对数据流进行预定义传输，其将数据业务在传输时间上进行划分，允许时间触发业务流和其它数据流混合传输。通过在特定的时间上只允许时间触发业务流的传输，暂停其它业务流的数据传输，在时间维度上隔离了普通数据流对时间敏感数据流的传输影响。如图1所示，图1中黑色的框架代表的是受保护的时间窗口，在这个时间窗口中时间触发业务流可以访问网络进行数据传输，实际上是建立了一个受保护的“通道”，仅由指定的流量类使用。图1中白色的框架代表的是未受保护的时间窗口，该窗口用来传输非周期时间触发即普通数据业务流的传输，建立一个未受到保护的“通道”。不同的数据业务流在不同的时间片上进行传输，消除不同数据类之间传输的干扰。

时间感知整形技术对传输的数据流进行定时控制，业务数据包的传输变得可预测和确定的。时间感知整形技术的调度也是周期性的，对于周期性时间关键数据经过时间感知调度后的时延是确定的、可计算的,因此时间感知整形技术为周期性时间敏感数据传输提供低时延、低抖动、确定性的保障。

然而，对于非周期时间触发业务流的调度传输，传输周期和传输数据流的大小不确定，无法来确定该数据流开始传输时间和数据流在交换机中到达时间等，时间感知整形技术无法对传输的数据流进行定时控制，业务数据包的传输变得不可预测和不可确定，更无法为其提供低时延、低抖动、确定性的传输保障。因此，如何动态的对交换机资源和门控进行调度成为非周期时间触发业务流确定性传输的关键。

发明内容

为了解决现有技术中传输连接不稳定的问题，本发明实施例提供了一种针对非周期时间触发业务流的网络接入方法及系统。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种针对非周期时间触发业务流的网络接入方法，所述方法由针对非周期时间触发业务流的网络接入系统实现，所述针对非周期时间触发业务流的网络接入系统包括发送节点、边缘交换节点、CNC集中控制器以及核心交换节点，所述CNC集中控制器包括接入控制功能模块、动态资源调度模块以及配置模块；

所述方法包括：

S1、所述发送节点持续侦听非周期时间触发业务流的传输，当检测到非周期时间触发业务流数据到达时，所述发送节点向所述边缘交换节点发送接入请求消息；

S2、所述边缘交换节点将所述接入请求消息转发至所述接入控制功能模块；

S3、所述接入控制功能模块解封装所述接入请求消息，将解封装得到的数据信息发送至所述动态资源调度模块；

S4、所述动态资源调度模块根据所述解封装得到的数据信息以及网络拓扑架构，选择出可选路径集合，根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源情况进行调度，分析得到的候选路径集合是否满足非周期时间触发业务流的传输要求；

S5、如果得到的候选路径集合满足非周期时间触发业务流的传输要求，根据所述候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息；

S6、如果得到的候选路径集合不能满足非周期时间触发业务流的传输要求，则不允许该用户接入，将信息填入相应字段，生成封装后的接入请求反馈消息；

S7、将生成的接入请求反馈消息发送给所述边缘交换节点，所述边缘交换节点将所述接入请求反馈消息转发给所述发送节点。

可选地，所述根据所述候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息，包括：

若所述候选路径集合中的路径不唯一，则选择端到端延迟最小的路径，将端到端延迟最小的路径的相关数据作为接入请求反馈消息进行封装；将所述非周期时间触发业务流数据的配置信息发送至所述配置模块，所述配置模块将所述配置信息下发到所述核心交换机节点；其中，所述非周期时间触发业务流数据的配置信息包括所述非周期时间触发业务流数据的传输路径方案、各个节点的交换机中队列资源映射和时间片的划分数据。

可选地，所述接入请求消息包括：数据包长度、业务预计持续时间、数据流的目的地址、端到端时延要求。

可选地，所述S4的所述动态资源调度模块根据所述解封装得到的数据信息以及网络拓扑架构，选择出可选路径集合，根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源情况进行调度，包括：

所述动态资源调度模块根据接入控制功能模块解析的信息以及所述核心交换节点的网络拓扑架构，选择出可选的非周期时间触发业务流的路径集合；

根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源状况，对非周期时间触发业务流进行多队列资源调度和优先级映射，得到满足非周期时间触发业务流的候选路径集合以及所述核心交换节点中队列资源的占用配置；其中，所述可用资源状况是除了为周期性时间触发业务流静态配置的时间片资源以外的多队列可用资源。

可选地，所述S4还包括：

所述动态资源调度模块允许非周期时间触发业务流的接入请求，并对接入请求消息进行修改。

可选地，所述对接入请求消息进行修改，包括：

将接入请求消息中的目的地址修改为发送节点，将接入请求消息中的功能标志位由00改为11。

另一方面，提供了一种针对非周期时间触发业务流的网络接入系统，该系统应用于针对非周期时间触发业务流的网络接入方法，该系统包括：发送节点、边缘交换节点、CNC集中控制器以及核心交换节点，所述CNC集中控制器包括接入控制功能模块、动态资源调度模块以及配置模块；其中：

所述发送节点，用于持续侦听非周期时间触发业务流的传输，当检测到非周期时间触发业务流数据到达时，所述发送节点向所述边缘交换节点发送接入请求消息；

所述边缘交换节点，用于将所述接入请求消息转发至所述接入控制功能模块；将所述接入请求反馈消息转发给所述发送节点；

所述核心交换节点，确定可用资源情况；

所述接入控制功能模块，用于解封装所述接入请求消息，将解封装得到的数据信息发送至所述动态资源调度模块；

所述动态资源调度模块，用于解封装所述接入请求消息，将解封装得到的数据信息发送至所述动态资源调度模块；如果得到的候选路径集合满足非周期时间触发业务流的传输要求，根据所述候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息；如果得到的候选路径集合不能满足非周期时间触发业务流的传输要求，则不允许该用户接入，将信息填入相应字段，生成封装后的接入请求反馈消息；将生成的接入请求反馈消息发送给所述边缘交换节点；

所述配置模块，用于将配置信息下发到所述核心交换机节点。

可选地，所述动态资源调度模块，用于：

若所述候选路径集合中的路径不唯一，则选择端到端延迟最小的路径，将端到端延迟最小的路径的相关数据作为接入请求反馈消息进行封装；将所述非周期时间触发业务流数据的配置信息发送至所述配置模块，所述配置模块将所述配置信息下发到所述核心交换机节点；其中，所述非周期时间触发业务流数据的配置信息包括所述非周期时间触发业务流数据的传输路径方案、各个节点的交换机中队列资源映射和时间片的划分数据。

可选地，所述接入请求消息包括：数据包长度、业务预计持续时间、数据流的目的地址、端到端时延要求。

可选地，所述动态资源调度模块，用于：

所述动态资源调度模块根据接入控制功能模块解析的信息以及所述核心交换节点的网络拓扑架构，选择出可选的非周期时间触发业务流的路径集合；

根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源状况，对非周期时间触发业务流进行多队列资源调度和优先级映射，得到满足非周期时间触发业务流的候选路径集合以及所述核心交换节点中队列资源的占用配置；其中，所述可用资源状况是除了为周期性时间触发业务流静态配置的时间片资源以外的多队列可用资源。

可选地，所述动态资源调度模块，还用于：

所述动态资源调度模块允许非周期时间触发业务流的接入请求，并对接入请求消息进行修改。

可选地，所述动态资源调度模块，用于：

将接入请求消息中的目的地址修改为发送节点，将接入请求消息中的功能标志位由00改为11。

另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述针对非周期时间触发业务流的网络接入方法。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请实施例中，针对非周期时间触发数据流的传输提出了支持周期和非周期业务流的时间敏感网络系统架构及新增功能模块、非周期时间触发业务流的接入请求消息和接入请求反馈消息格式设计、针对非周期时间触发业务流的接入控制流程设计三部分，在基于IEEE 802.1Qbv和集中式CNC架构下保障了非周期时间触发业务流传输的实时性和确定性，为该数据流的调度传输提供了一种解决方案。

1）支持周期和非周期业务流的时间敏感网络系统架构及新增功能模块：在支持周期时间触发数据流传输的基础上，其新增设计的接入控制功能模块实现了对非周期时间触发数据流请求信息的接入控制，并能够根据动态资源调度的结果允许或禁止该数据流的传输。动态资源调度模块能够调度综合核心交换机节点中可用队列资源，得到非周期数据流传输解决方案。

2）非周期时间触发业务流的接入请求消息和接入请求反馈消息格式设计：在保证和TSN数据帧结构的兼容，设计出非时间出发业务流的接入请求消息和接入请求反馈消息的格式，其中Data字段的设计便于发送节点、各个交换机节点以及CNC集中控制器中各个功能模块之间的信息交互。

3) 非周期时间触发业务流的接入控制流程:为非周期时间触发数据流的传输提供了信息交互的流程，也是CNC集中控制器中动态资源调度模块进行资源分配、动态调度的关键。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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他的附图。

图1是本发明实施例提供的现有技术中时间感知整形窗口的划分示意图；

图2是本发明实施例提供的一种针对非周期时间触发业务流的网络接入系统网络架构图；

图3是本发明实施例提供的一种针对非周期时间触发业务流的网络接入方法流程图；

图4是本发明实施例提供的一种针对非周期时间触发业务流的网络接入方法流程框图；

图5是本发明实施例提供的一种各实体及功能模块间的信令交互图；

图6a是本发明实施例提供的一种非周期时间触发业务流的接入请求消息格式示意图；

图6b是本发明实施例提供的一种非周期时间触发业务流的接入请求反馈消息格式示意图；

图7是本发明实施例提供的一种数据流传输网络拓扑架构图；

图8是本发明实施例提供的一种针对非周期时间触发业务流的网络接入系统框图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提供了一种针对非周期时间触发业务流的网络接入系统，该系统包括发送节点、边缘交换节点、CNC（Centralized Network Configuration，集中式网络配置）集中控制器以及核心交换节点，所述CNC集中控制器包括接入控制功能模块、动态资源调度模块以及配置模块。如图2所示，为了支持周期性和非周期性时间触发业务流的共网传输，本申请在IEEE 802.1Qcc集中式网络架构基础上，提出了一种新的时间敏感网络系统架构，该系统架构从整体层面上分为控制层和数据层。在数据平面，主要完成非周期时间触发业务流的接入请求转发、业务数据包转发等功能，并在交换节点处的门控列表进行数据包发送时间控制，从而实现端到端时延抖动的有界性；为减少对现有支持IEEE 802.1Qbv的交换设备的改动，本申请提出了边缘交换节点和核心交换节点，同类型的终端及交换节点设备形成了终端层、边缘交换层和核心交换层。对于时间敏感网络边缘交换节点和时间敏感网络核心交换节点的定义如下：

（1）时间敏感网络边缘交换节点：与TSN（Time Sensitive Network，时间敏感网络）终端设备连接的交换设备节点，在支持IEEE 802.1Qbv门控列表控制的基础上，需具备接收非周期时间触发业务流的接入控制请求的功能，并将接入控制请求转发给控制层的集中网络配置模块CNC；此外，需接收由CNC的接入请求反馈，并完成对非周期时间触发业务流数据包的优先级映射、数据包转发。时间敏感网络边缘交换节点一般为连接发送终端或接收终端的交换设备。

（2）时间敏感网络核心交换节点：不与任何TSN终端节点连接的交换设备节点，即该类型交换节点入口和出口连接的都是时间敏感网络交换机节点(可以为边缘交换节点，也可为核心交换节点)；时间敏感网络核心交换节点需支持IEEE 802.1Qbv，对不同优先级业务流进行队列映射，并对不同优先级队列进行门控管理；该类型交换节点需支持IEEE802.1Qcc，能与CNC进行交互，根据CNC的动态调度结果对交换机门控资源、流过滤策略等进行配置，完成非周期时间触发业务流的数据转发。

在控制层主要由集中网络配置模块CNC构成，为实现对非周期时间触发业务流的承载，在CNC原有拓扑管理、调度引擎、接口管理等基础上，新增加了接入控制和动态资源调度功能模块：

（1）接入控制功能：用于接收和处理交换机设备转发的非周期时间触发业务流的接入请求，根据与动态资源调度功能模块的协调，判断当前网络资源是否满足非周期时间触发业务流的QoS（Quality of Service，服务质量）要求，从而判断是否允许该时间触发业务流接入；

（2）动态资源调度功能：根据发送非周期时间触发业务流的终端节点经边缘交换节点向CNC接入控制功能模块发送的接入请求消息，请求消息中包含的信息为：数据包长度、业务预计持续时间、目的地址、端到端时延要求。动态调度功能模块需根据其中的目的地址信息，根据网络拓扑，选择出可选路径集合(包含非周期时间触发业务流源节点、边缘交换节点、核心交换节点和目的节点)；根据边缘交换节点和核心交换节点的可用资源状况(即除了为周期性时间触发业务流静态配置的时间片资源以外的多队列可用资源)，根据本专利所提的针对非周期时间触发业务流的多队列资源调度与优先级映射方法，若得到满足非周期时间触发业务流的候选路径集合，则针对接入请求，反馈数据传输路径方案、各节点(指的是边缘交换节点及核心交换节点)队列优先级映射配置及时间片分配方案；若没有得到满足非周期时间触发业务流的方案，则针对接入请求反馈接入拒绝。

本发明实施例提供了一种针对非周期时间触发业务流的网络接入方法，该方法可以由针对非周期时间触发业务流的网络接入系统实现，如图3所示为针对非周期时间触发业务流的网络接入方法流程图，如图4所示为针对非周期时间触发业务流的网络接入方法流程框图，如图5所示为各实体及功能模块间的信令交互图，该方法的处理流程可以包括如下的步骤：

S1、发送节点持续侦听非周期时间触发业务流的传输，当检测到非周期时间触发业务流数据到达时，发送节点向边缘交换节点发送接入请求消息。

可选地，接入请求消息包括：数据包长度、业务预计持续时间、数据流的目的地址、端到端时延要求。

一种可行的实施方式中，举例来说，非周期时间触发业务流

从发送节点

传输到目的节点

，发送节点一直侦听非周期时间触发数据流，当有非周期触发业务流传输时，发送节点将传输的数据信息属性封装为接入请求消息格式，

为实现与当前TSN数据帧结构的兼容，非周期时间触发业务流的接入消息格式仍采用当前VLAN的数据帧结构，但需要进行下述改进：

（1）在VLAN TAG中，为实现非周期时间触发业务流节点与CNC间接入请求及反馈的传递，需在“VLAN Identifier”中将非周期时间触发业务流节点与CNC配置在同一VLAN中，VID的取值是从“1-4094”，由于CNC较为特殊，可设定一VLAN ID值作为特殊VLAN，如“4094”，只允许与CNC通信的交换节点进行配置，若非交换节点的终端节点VLAN ID与CNC相同，则作为功能位表征该消息为接入请求或接入请求反馈消息，接入请求的其他信息则放在“data”字段中；接入请求的“MAC destination”中将填入CNC的地址。边缘交换节点支持多VID数据转发，当接收到的非周期时间触发业务流的VID与CNC的VID相同时，边缘交换节点将其转发给CNC进行处理。

（2）在“Data”字段，将接入请求中相关信息进行封装，相关字段设计如下，将包含如下信息：功能标志位(2比特，00表示该信息为接入请求信息，11表示该信息为接入请求信息的反馈)、流ID(2字节)、数据包大小(2字节)、数据目的地址(6字节)、业务预计持续时间(3比特)、时延要求(3比特),如上图6a所示；若为接入请求信息反馈，如上图6b所示，相应字段设计如下，将包含如下信息：功能标志位(2比特，11表示该信息为接入请求反馈消息)、跳数信息(不包含本节点及目的接收节点到边缘交换节点的跳数，仅包含边缘交换节点与核心交换节点间的跳数，1字节；若是不允许接入，则该字段为全“0”)、中间节点MAC地址信息(每个节点6字节，总字节数=跳数*6字节)、中间节点优先级信息(每个节点3比特，总比特数=跳数*3比特)。

因此，数据流的具体信息为：数据字节大小为450bytes、数据流ID为2、数据优先级为6、接入请求的目的地址CNC接入控制功能模块地址、数据流的目的地址为目的节点

、业务预计持续时间和时延要求均为100us等，并将功能标志位改成00，其VLAN Identifier与CNC配置在同一VLAN，均设置为255，数据流的信息封装到Date字段；同时发送节点向边缘交换节点发送请求接入信息。

S2、边缘交换节点将接入请求消息转发至接入控制功能模块。

S3、接入控制功能模块解封装接入请求消息，将解封装得到的数据信息发送至动态资源调度模块。

一种可行的实施方式中，接入控制功能模块接收到接入请求消息后，解析接入请求消息，将其中的数据优先级、传输时延要求、数据传输的目的地址等信息发送给动态资源调度模块。

CNC集中控制器中还包括拓扑管理功能模块，该拓扑管理功能模块感知数据流传输的网络拓扑架构，其网络拓扑架构如图7所示，并将网络拓扑架构告知动态资源调度模块。

S4、动态资源调度模块根据解封装得到的数据信息以及网络拓扑架构，选择出可选路径集合，根据边缘交换节点以及核心交换节点的可用资源情况进行调度，分析得到的候选路径集合是否满足非周期时间触发业务流的传输要求。

可选地，S4的动态资源调度模块根据解封装得到的数据信息以及网络拓扑架构，选择出可选路径集合，根据边缘交换节点以及核心交换节点的可用资源情况进行调度，包括：

动态资源调度模块根据接入控制功能模块解析的信息以及核心交换节点的网络拓扑架构，选择出可选的非周期时间触发业务流的路径集合；根据边缘交换节点以及核心交换节点的可用资源状况，对非周期时间触发业务流进行多队列资源调度和优先级映射，得到满足非周期时间触发业务流的候选路径集合以及核心交换节点中队列资源的占用配置。

其中，可用资源状况是除了为周期性时间触发业务流静态配置的时间片资源以外的多队列可用资源。

一种可行的实施方式中，动态资源调度模块根据接入控制功能模块解析的信息和核心交换节点的网络拓扑架构，选择出可选的非周期时间触发业务流的路径集合

，并且能够根据边缘交换节点和核心交换节点的可用资源状况（除了为周期性时间触发业务流静态配置的时间片资源以外的多队列可用资源)，对非周期时间触发业务流进行多队列资源调度和优先级映射，得到满足非周期时间触发业务流的候选路径集合

和核心交换机节点中队列资源的占用配置。

CNC中的动态资源调度模块根据传输数据流的网络拓扑架构得到的传输路径集合为

，数据流传输路径

、

、

、

以及数据流传输路径

。动态资源调度模块根据边缘交换节点和核心交换节点的可用资源状况，进行多队列资源调度和优先级映射，得到满足传输时延为100us的可行性路径集合

，假设在综合上述数据流的网络拓扑和核心交换节点中队列资源得到可行性的路径集合

。

S5、如果得到的候选路径集合满足非周期时间触发业务流的传输要求，根据候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息。

可选地，根据候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息，包括：

若候选路径集合中的路径唯一，则对候选路径的端到端延迟进行计算，若满足业务的QoS要求，则将相关路径数据作为接入请求反馈消息进行封装；若路径端到端延迟不能满足业务的QoS要求，则将拒接接入的信息封装为接入请求反馈消息，不允许该业务的接入。

若候选路径集合中的路径不唯一，则选择端到端延迟最小的路径，将端到端延迟最小的路径的相关数据作为接入请求反馈消息进行封装；将非周期时间触发业务流数据的配置信息发送至配置模块，配置模块将配置信息下发到核心交换机节点；其中，非周期时间触发业务流数据的配置信息包括非周期时间触发业务流数据的传输路径方案、各个节点的交换机中队列资源映射和时间片的划分数据。

一种可行的实施方式中，判断其满足数据流传输QoS要求之后，CNC集中控制动态资源调度模块在一方面会将非周期时间触发数据流的传输路径和核心交换机节点的占用的队列资源配置发送至CNC集中控制器中的配置功能模块，然后将配置信息下发到各个核心交换机节点中，另一方面，动态资源调度模块允许其数据流的接入请求，并修改接入请求消息信息为：将接入请求的目的地址修改为发送节点

，其功能标志位由之00改为11。由上述方法得到的非周期时间触发业务流的传输路径为

，并填写

和

边缘交换节点为4的跳数信息和途径各个核心交换节点的目的地址，同时允许接入请求并转发至接入控制功能模块，然后依次转发至发送节点，并允许此非周期触发业务流的数据传输。

S6、动态资源调度模块允许非周期时间触发业务流的接入请求，并对接入请求消息进行修改。

可选地，对接入请求消息进行修改，包括：

将接入请求消息中的目的地址修改为发送节点，将接入请求消息中的功能标志位由00改为11。

S7、如果得到的候选路径集合不能满足非周期时间触发业务流的传输要求，则不允许该用户接入，将信息填入相应字段，生成封装后的接入请求反馈消息。

S8、将生成的接入请求反馈消息发送给边缘交换节点，边缘交换节点将接入请求反馈消息转发给发送节点。

本申请实施例中，针对非周期时间触发数据流的传输提出了支持周期和非周期业务流的时间敏感网络系统架构及新增功能模块、非周期时间触发业务流的接入请求消息和接入请求反馈消息格式设计、针对非周期时间触发业务流的接入控制流程设计三部分，在基于IEEE 802.1Qbv和集中式CNC架构下保障了非周期时间触发业务流传输的实时性和确定性，为该数据流的调度传输提供了一种解决方案。

1）支持周期和非周期业务流的时间敏感网络系统架构及新增功能模块：在支持周期时间触发数据流传输的基础上，其新增设计的接入控制功能模块实现了对非周期时间触发数据流请求信息的接入控制，并能够根据动态资源调度的结果允许或禁止该数据流的传输。动态资源调度模块能够调度综合核心交换机节点中可用队列资源，得到非周期数据流传输解决方案。

2）非周期时间触发业务流的接入请求消息和接入请求反馈消息格式设计：在保证和TSN数据帧结构的兼容，设计出非时间出发业务流的接入请求消息和接入请求反馈消息的格式，其中Data字段的设计便于发送节点、各个交换机节点以及CNC集中控制器中各个功能模块之间的信息交互。

3) 非周期时间触发业务流的接入控制流程:为非周期时间触发数据流的传输提供了信息交互的流程，也是CNC集中控制器中动态资源调度模块进行资源分配、动态调度的关键。

图8是根据一示例性实施例示出的一种针对非周期时间触发业务流的网络接入系统框图，该针对非周期时间触发业务流的网络接入系统用于实现上述一种针对非周期时间触发业务流的网络接入系统方法。参照图8，该系统包括：发送节点、边缘交换节点、CNC集中控制器以及核心交换节点，所述CNC集中控制器包括接入控制功能模块、动态资源调度模块以及配置模块；其中：

所述发送节点，用于持续侦听非周期时间触发业务流的传输，当检测到非周期时间触发业务流数据到达时，所述发送节点向所述边缘交换节点发送接入请求消息；

所述边缘交换节点，用于将所述接入请求消息转发至所述接入控制功能模块；将所述接入请求反馈消息转发给所述发送节点；

所述核心交换节点，确定可用资源情况；

所述接入控制功能模块，用于解封装所述接入请求消息，将解封装得到的数据信息发送至所述动态资源调度模块；

所述动态资源调度模块，用于解封装所述接入请求消息，将解封装得到的数据信息发送至所述动态资源调度模块；如果得到的候选路径集合满足非周期时间触发业务流的传输要求，根据所述候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息；如果得到的候选路径集合不能满足非周期时间触发业务流的传输要求，则不允许该用户接入，将信息填入相应字段，生成封装后的接入请求反馈消息；将生成的接入请求反馈消息发送给所述边缘交换节点；

所述配置模块，用于将配置信息下发到所述核心交换机节点。

可选地，所述动态资源调度模块，用于：

若所述候选路径集合中的路径不唯一，则选择端到端延迟最小的路径，将端到端延迟最小的路径的相关数据作为接入请求反馈消息进行封装；将所述非周期时间触发业务流数据的配置信息发送至所述配置模块，所述配置模块将所述配置信息下发到所述核心交换机节点；其中，所述非周期时间触发业务流数据的配置信息包括所述非周期时间触发业务流数据的传输路径方案、各个节点的交换机中队列资源映射和时间片的划分数据。

可选地，所述接入请求消息包括：数据包长度、业务预计持续时间、数据流的目的地址、端到端时延要求。

可选地，所述动态资源调度模块，用于：

所述动态资源调度模块根据接入控制功能模块解析的信息以及所述核心交换节点的网络拓扑架构，选择出可选的非周期时间触发业务流的路径集合；

根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源状况，对非周期时间触发业务流进行多队列资源调度和优先级映射，得到满足非周期时间触发业务流的候选路径集合以及所述核心交换节点中队列资源的占用配置；其中，所述可用资源状况是除了为周期性时间触发业务流静态配置的时间片资源以外的多队列可用资源。

可选地，所述动态资源调度模块，还用于：

所述动态资源调度模块允许非周期时间触发业务流的接入请求，并对接入请求消息进行修改。

可选地，所述动态资源调度模块，用于：

将接入请求消息中的目的地址修改为发送节点，将接入请求消息中的功能标志位由00改为11。

本申请实施例中，针对非周期时间触发数据流的传输提出了支持周期和非周期业务流的时间敏感网络系统架构及新增功能模块、非周期时间触发业务流的接入请求消息和接入请求反馈消息格式设计、针对非周期时间触发业务流的接入控制流程设计三部分，在基于IEEE 802.1Qbv和集中式CNC架构下保障了非周期时间触发业务流传输的实时性和确定性，为该数据流的调度传输提供了一种解决方案。

1）支持周期和非周期业务流的时间敏感网络系统架构及新增功能模块：在支持周期时间触发数据流传输的基础上，其新增设计的接入控制功能模块实现了对非周期时间触发数据流请求信息的接入控制，并能够根据动态资源调度的结果允许或禁止该数据流的传输。动态资源调度模块能够调度综合核心交换机节点中可用队列资源，得到非周期数据流传输解决方案。

2）非周期时间触发业务流的接入请求消息和接入请求反馈消息格式设计：在保证和TSN数据帧结构的兼容，设计出非时间出发业务流的接入请求消息和接入请求反馈消息的格式，其中Data字段的设计便于发送节点、各个交换机节点以及CNC集中控制器中各个功能模块之间的信息交互。

3) 非周期时间触发业务流的接入控制流程:为非周期时间触发数据流的传输提供了信息交互的流程，也是CNC集中控制器中动态资源调度模块进行资源分配、动态调度的关键。

在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述针对非周期时间触发业务流的网络接入方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种针对非周期时间触发业务流的时间敏感网络接入方法，其特征在于，所述方法由针对非周期时间触发业务流的网络接入系统实现，所述针对非周期时间触发业务流的网络接入系统包括发送节点、边缘交换节点、CNC集中控制器以及核心交换节点，所述CNC集中控制器包括接入控制功能模块、动态资源调度模块以及配置模块；所述配置模块用于将配置信息下发到所述核心交换节点；

所述方法包括：

S1、所述发送节点持续侦听非周期时间触发业务流的传输，当检测到非周期时间触发业务流数据到达时，所述发送节点向所述边缘交换节点发送接入请求消息；

S2、所述边缘交换节点将所述接入请求消息转发至所述接入控制功能模块；

S3、所述接入控制功能模块解封装所述接入请求消息，将解封装得到的数据信息发送至所述动态资源调度模块；

S4、所述动态资源调度模块根据所述解封装得到的数据信息以及网络拓扑架构，选择出可选路径集合，根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源情况进行调度，分析得到的候选路径集合是否满足非周期时间触发业务流的传输要求；

S5、如果得到的候选路径集合满足非周期时间触发业务流的传输要求，根据所述候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息；

S6、如果得到的候选路径集合不能满足非周期时间触发业务流的传输要求，则不允许用户接入，将信息填入相应字段，生成封装后的接入请求反馈消息；

S7、将生成的接入请求反馈消息发送给所述边缘交换节点，所述边缘交换节点将所述接入请求反馈消息转发给所述发送节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息，包括：

若候选路径集合中的路径不唯一，则选择端到端延迟最小的路径，将端到端延迟最小的路径的相关数据作为接入请求反馈消息进行封装；将非周期时间触发业务流数据的配置信息发送至所述配置模块，所述配置模块将配置信息下发到所述核心交换节点；其中，所述非周期时间触发业务流数据的配置信息包括所述非周期时间触发业务流数据的传输路径方案、各个节点的交换机中队列资源映射和时间片的划分数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入请求消息包括：数据包长度、业务预计持续时间、数据流的目的地址以及端到端时延要求。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4的所述动态资源调度模块根据所述解封装得到的数据信息以及网络拓扑架构，选择出可选路径集合，根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源情况进行调度，包括：

所述动态资源调度模块根据接入控制功能模块解析的信息以及所述核心交换节点的网络拓扑架构，选择出可选的非周期时间触发业务流的路径集合；

根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源状况，对非周期时间触发业务流进行多队列资源调度和优先级映射，得到满足非周期时间触发业务流的候选路径集合以及所述核心交换节点中队列资源的占用配置；其中，所述可用资源状况是除了为周期性时间触发业务流静态配置的时间片资源以外的多队列可用资源。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4还包括：

所述动态资源调度模块允许非周期时间触发业务流的接入请求，并对接入请求消息进行修改。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对接入请求消息进行修改，包括：

将接入请求消息中的目的地址修改为发送节点，将接入请求消息中的功能标志位由00改为11。

7.一种针对非周期时间触发业务流的网络接入系统，其特征在于，所述针对非周期时间触发业务流的网络接入系统用于实现针对非周期时间触发业务流的时间敏感网络接入方法，所述系统包括发送节点、边缘交换节点、CNC集中控制器以及核心交换节点，所述CNC集中控制器包括接入控制功能模块、动态资源调度模块以及配置模块；其中：

所述发送节点，用于持续侦听非周期时间触发业务流的传输，当检测到非周期时间触发业务流数据到达时，所述发送节点向所述边缘交换节点发送接入请求消息；

所述边缘交换节点，用于将所述接入请求消息转发至所述接入控制功能模块；将所述接入请求反馈消息转发给所述发送节点；

所述核心交换节点，确定可用资源情况；

所述接入控制功能模块，用于解封装所述接入请求消息，将解封装得到的数据信息发送至所述动态资源调度模块；

所述动态资源调度模块，用于根据所述解封装得到的数据信息以及网络拓扑架构，选择出可选路径集合，根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源情况进行调度，分析得到的候选路径集合是否满足非周期时间触发业务流的传输要求；如果得到的候选路径集合满足非周期时间触发业务流的传输要求，根据所述候选路径集合的相关数据生成接入请求反馈消息；如果得到的候选路径集合不能满足非周期时间触发业务流的传输要求，则不允许用户接入，将信息填入相应字段，生成封装后的接入请求反馈消息；将生成的接入请求反馈消息发送给所述边缘交换节点；

所述配置模块，用于将配置信息下发到所述核心交换节点。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述动态资源调度模块，用于：

若所述候选路径集合中的路径不唯一，则选择端到端延迟最小的路径，将端到端延迟最小的路径的相关数据作为接入请求反馈消息进行封装；将所述非周期时间触发业务流数据的配置信息发送至所述配置模块，所述配置模块将所述配置信息下发到所述核心交换节点；其中，所述非周期时间触发业务流数据的配置信息包括所述非周期时间触发业务流数据的传输路径方案、各个节点的交换机中队列资源映射和时间片的划分数据。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述接入请求消息包括：数据包长度、业务预计持续时间、数据流的目的地址、端到端时延要求。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述动态资源调度模块，用于：

所述动态资源调度模块根据接入控制功能模块解析的信息以及所述核心交换节点的网络拓扑架构，选择出可选的非周期时间触发业务流的路径集合；

根据所述边缘交换节点以及所述核心交换节点的可用资源状况，对非周期时间触发业务流进行多队列资源调度和优先级映射，得到满足非周期时间触发业务流的候选路径集合以及所述核心交换节点中队列资源的占用配置；其中，所述可用资源状况是除了为周期性时间触发业务流静态配置的时间片资源以外的多队列可用资源。

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