CN114285767B - 时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置，该装置包括：业务监测口、帧接收模块、帧解析模块、流量统计模块、同步参数计算模块、转发延时计算模块、高精度时钟模块、干扰信号注入端口、数据生成模块、通信控制模块和通信接口。该装置可在不改变被测时间触发网络各设备的软、硬件条件，并保证不影响被测时间触发网络正常运行的前提下，获取时间触发以太网交换机的业务转发性能。此外该检测装置具有流量统计功能和干扰信号注入功能，可以获取时间触发以太网交换机在不同业务类型、不同数据流量、以及干扰信号注入情况下的数据转发延时，全面评估交换机业务转发性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种性能检测装置，具体涉及一种时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置，属于时间触发以太网通信领域。
背景技术
时间触发以太网(TTE，Time-Triggered-Ethernet)是在标准IEEE 802.3以太网上实现的时间触发网络协议，是一种高带宽、低时延、扩展性强的新型实时以太网总线。随着电子系统的逐渐模块化、复杂化，其在航空航天、车辆电子、工业控制等领域拥有非常广阔的应用前景。
时间触发以太网的构建由时间触发以太网端系统节点(下称TTE端系统节点)和时间触发以太网交换机(下称TTE交换机)构成，其中TTE端系统节点连接各类电子模块，TTE交换机承担各模块间的数据交换以及网络运行控制等工作。TTE交换机是各模块间的通信枢纽，因此交换机的业务转发性能是整个时间触发以太网网络性能的关键。
然而对时间触发以太网交换机的性能检测，并没有得到很好的解决。现有技术中，专利《一种时间触发以太网的时间信号采样方法》(专利号201610686742.3)提出了采用每个TTE终端接收或发送数据时，产生触发信号，对触发信号的时间进行判断的方法。该种方法为了产生触发信号需要对端系统进行特定的改造，只能测试特定设备，无法使用该方法对通用的TTE终端进行普遍测量。专利《一种通过捕获协议控制帧测试时间触发以太网的时钟同步修正值的装置》(专利号201610683599.2)中公开的方法只对单个以太网数据业务进行解析，无法对交换机的交换延时、抖动特性进行测量。而时间触发以太网交换机业务转发性能是时间触发以太网性能测试的关键，所以，亟需一种时间触发以太网的业务转发性能检测装置。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置，
所述的时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置，令被测时间触发以太网具有N个TTE端系统节点和1个TTE交换机；所述TTE交换机至少具有N个网口；其中N为大于等于1的整数；
该检测装置包括：业务监测口、帧接收模块、帧解析模块、同步参数计算模块、转发延时计算模块、高精度时钟模块、通信控制模块和通信接口；
所述业务监测口至少具有N个以太网端口组，每个以太网端口组的两个以太网端口分别连接TTE交换机的网口和与该网口对应的TTE端系统节点；
所述帧接收模块监测经业务监测口的以太网数据，将合格的以太网数据发送至帧解析模块，丢弃错误数据；所述以太网数据包括上行数据和下行数据；
所述帧解析模块根据以太网数据业务类型，将从帧接收模块获取的以太网数据分为PCF帧、TT数据帧和ET数据帧；然后将PCF帧发送至同步参数计算模块，将TT数据帧发送至转发延时计算模块；
所述同步参数计算模块对从帧解析模块获取的PCF帧进行解析，获取PCF帧携带的同步类型、同步周期、透明时钟，以获得时间触发以太网络时钟的同步状况，并将同步状况发送至通信控制模块；
所述转发延时计算模块获取高精度时钟模块提供的高精度时钟，记录从帧解析模块获取的上行数据和下行数据中TT数据帧的产生时间，并计算出数据转发延时发送至通信控制模块；
所述通信控制模块将接收到的同步状况、数据转发延时通过通信接口上传至上位机；同时接收通信接口传送的控制指令。
作为本发明的一种优选方式，还包括：流量统计模块；所述帧解析模块将TT数据帧和ET数据帧发送至流量统计模块；所述流量统计模块对获取的TT数据帧、ET数据帧进行流量统计，并将流量统计结果发送至通信控制模块。
作为本发明的一种优选方式，还包括：干扰信号注入端口和数据生成模块；
所述数据生成模块用于接收通信控制模块的控制指令，生成各类干扰信号，通过所述干扰信号注入端口输出至TTE交换机。所述干扰信号的类型包括：PCF帧、TT数据帧、ET数据帧。
作为本发明的一种优选方式，所述转发延时计算模块计算数据转发延时的方法为：
S01：判断接收的到的以太网数据的传输方向是否为TTE端系统节点向TTE交换机发送，若是则进入步骤S02，否则进入步骤S03；
S02：记录该以太网数据的接收时间Tin，并标记该以太网数据为上行数据，存入接收数据序列中；
S03：该以太网数据传输方向为TTE交换机向TTE端节点发送，记录该以太网数据的接收时间为Tout；查找接收数据序列中是否有对应的上行数据，若有则进入步骤S04，否则进入步骤S05；
S04：通过T＝Tout-Tin，获得本条数据的转发时延；
S05：该数据为异常数据丢弃该数据。
作为本发明的一种优选方式，每个以太网端口组两个以太网端口间采用直连方式电连接。
有益效果：
(1)该检测装置能够在不改变被测时间触发网络各设备的软、硬件条件，并保证不影响被测时间触发网络正常运行的前提下，通过对网络中线路数据的监测，解析及计算，获取时间触发以太网交换机的业务转发性能。
(2)同时本发明的检测装置具有流量统计功能和干扰信号注入功能，可以获取时间触发以太网交换机在不同业务类型、不同数据流量、以及干扰信号注入情况下的数据转发延时，全面评估交换机业务转发性能。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为转发延时计算模块流程图；
图3为实施例中被测时间触发以太网网络图；
图4为实施例中检测装置与时间触发以太网连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。
本实施例提供一种时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置，能够在不改变被测时间触发网络各设备的软、硬件条件，并保证不影响被测时间触发网络正常运行的前提下，通过对网络中线路数据的监测，解析及计算，获取时间触发以太网交换机(TTE交换机)的业务转发性能。
如图1所示，该时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置包括：业务监测口1、帧接收模块2、帧解析模块3、流量统计模块4、同步参数计算模块5、转发延时计算模块6、高精度时钟模块7、干扰信号注入端口8、数据生成模块9、通信控制模块10和通信接口11。
该检测装置中的业务监测口1与被检测的时间触发以太网物理连接，具体的：业务监测口1由多个以太网端口组成，其中每两个以太网端口构成一组，由此形成两组以上以太网端口，每组以太网端口中的两个端口分别连接时间触发以太网交换机(简称TTE交换机)的网口和与该网口对应的时间触发以太网端系统节点(简称TTE端系统节点)，每组以太网端口通道间采用直连方式连接保证上下行数据不受该检测装置影响。
帧接收模块2监测经业务监测口1的上/下行数据(即实时捕获经过业务监测口1的上下行数据)，并对捕获的数据的判断，获取合格的以太网数据(即符合以太网数据格式要求的数据)发送至帧解析模块3，丢弃错误数据。其中上行数据为TTE端系统节点向TTE交换机发送的数据，下行数据为TTE交换机向TTE端系统节点发送的数据。
帧解析模块3从帧接收模块2获取以太网数据，根据以太网数据业务类型，将以太网数据分为PCF帧、TT数据帧和ET数据帧；然后将TT数据帧和ET数据帧发送至流量统计模块4，将PCF帧发送至同步参数计算模块5，将TT数据帧发送至转发延时计算模块6。
流量统计模块4对从帧解析模块3获取的TT数据帧、ET数据帧进行流量统计，并将流量统计结果发送至通信控制模块10。流量统计模块4能够对一定时间内帧解析模块3接收的TT数据帧、ET数据帧进行流量统计计算，从而获取TTE交换机在不同数据类型、不同流量下的业务转发能。
同步参数计算模块5对从帧解析模块3获取的PCF帧进行解析，根据标准SAEAS6802协议获取PCF帧携带的同步类型、同步周期、透明时钟等信息，监控时间触发以太网络时钟的同步状况(即上述同步类型、同步周期、透明时钟等信息)，并将同步状况发送至通信控制模块10。
转发延时计算模块6获取高精度时钟模块7提供的高精度时钟，记录从帧解析模块3获取的上行数据和下行数据中TT数据帧的产生时间，从而计算出数据转发延时，并将计算出的数据转发延时发送至通信控制模块10。
数据生成模块9接收通信控制模块10的控制指令，生成各类干扰信号，通过干扰信号注入端口8输出至TTE交换机。该性能检测装置通过设置干扰信号注入端口8，向被测TTE交换机注入干扰业务，干扰类型包括PCF帧、TT数据帧、ET数据帧，从而能够获取被测TTE交换机在干扰情况下的业务转发性能。
通信控制模块10将该性能检测装置计算的流量统计、同步状况、数据转发延时等信息通过通信接口11上传至上位机；同时接收通信接口11传送的控制指令，控制数据生成模块9生成干扰信号。
通信接口11为该检测装置与上位机的连接端口。
本例中被测时间触发以太网的网络构成如图3所示，该网络由四个时间触发以太网端系统节点(简称TTE端系统节点)和一个时间触发以太网交换机组成。系统中TTE交换机有五个网口，TTE端系统节点1、TTE端系统节点2、TTE端系统节点3、TTE端系统节点4分别连接至TTE交换机的网口1、网口2、网口3和网口4。TTE交换机控制该时间触发以太网网络的运行及数据交换。
如图4所示，本例中该检测装置中具有四组以太网端口，在连接中，将该检测装置的四组业务检测口A1-A4分别连接至TTE交换机网口与TTE端系统节点网口之间，如业务监测口1中的两个以太网端口A1分别连接TTE交换机网口1和TTE端系统节点1。TTE交换机的网口5与该检测装置的干扰信号注入端口8中的端口C2连接；上位机与该检测装置的通信接口11相连。
在检测时，该检测装置中的帧接收模块2实时捕获经过业务监测口A1-A4的上下行数据。在本例中，该检测装置捕获到TTE端系统节点1至交换机网口1上的数据，并在数据经过A1时记录此时的数据上行时间为Tin。然后检测装置捕获到业务检测口A3经过的数据并记录此使的数据下行时间为Tout。通过对捕获数据的比较，确定该上行数据和下行数同一组数据的上下行表现，从而可以使用公式T＝Tout-Tin，计算出该数据的转发延时。
同时该检测装置不断检测TT数据帧的数据流量大小，并将计算的转发延时信息和流量统计数据通过通信接口B上传至上位机。
进一步的，上位机可以发送控制指令，控制该TTE检测装置通过干扰信号注入端口C2向TTE交换机注入干扰信号，从而获取该TTE交换机在不同干扰信号下的转发性能。
通过以上方法，该装置可以获取到被测TTE交换机在不同帧类型、不同帧流量及不同干扰情况下的转发延时，有效评估该时间触发以太网交换机业务转发性能。
实施例2：
在上述实施例1的基础上，转发延时计算模块6计算交换机数据转发延时的具体过程如图2所示：
S01：判断该以太网数据传输方向是否为端节点向交换机发送(即上行数据)，若是则进入步骤S02，否则进入步骤S03；
S02：记录该数据的接收时间Tin，并标记该数据为上行数据，存入接收数据序列中；
S03：该数据传输方向为交换机向端节点发送(即下行数据)，记录该数据的接收时间为Tout；查找接收数据序列中是否有对应的上行数据，若有则进入步骤S04进行处理，否则进入步骤S05；
S04：通过步骤S03的数据比对获得了同一条业务数据经过交换机转发前后的时间点，通过T＝Tout-Tin，计算获得该条数据的转发时延；转发延时计算模块结束。
S05：该数据为异常数据丢弃该数据，转发延时计算模块结束。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (6)
1.时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置，令被测时间触发以太网具有N个TTE端系统节点和1个TTE交换机；所述TTE交换机至少具有N个网口；其中N为大于等于1的整数；
其特征在于：该检测装置包括：业务监测口(1)、帧接收模块(2)、帧解析模块(3)、同步参数计算模块(5)、转发延时计算模块(6)、高精度时钟模块(7)、通信控制模块(10)和通信接口(11)；
所述业务监测口(1)至少具有N个以太网端口组，每个以太网端口组的两个以太网端口分别连接TTE交换机的网口和与该网口对应的TTE端系统节点；
所述帧接收模块(2)监测经业务监测口(1)的以太网数据，将合格的以太网数据发送至帧解析模块(3)，丢弃错误数据；所述以太网数据包括上行数据和下行数据；
所述帧解析模块(3)根据以太网数据业务类型，将从帧接收模块(2)获取的以太网数据分为PCF帧、TT数据帧和ET数据帧；然后将PCF帧发送至同步参数计算模块(5)，将TT数据帧发送至转发延时计算模块(6)；
所述同步参数计算模块(5)对从帧解析模块(3)获取的PCF帧进行解析，获取PCF帧携带的同步类型、同步周期、透明时钟，以获得时间触发以太网络时钟的同步状况，并将同步状况发送至通信控制模块(10)；
所述转发延时计算模块(6)获取高精度时钟模块(7)提供的高精度时钟，记录从帧解析模块(3)获取的上行数据和下行数据中TT数据帧的产生时间，并计算出数据转发延时发送至通信控制模块(10)；
所述通信控制模块(10)将接收到的同步状况、数据转发延时通过通信接口(11)上传至上位机；同时接收通信接口(11)传送的控制指令。
2.如权利要求1所述的时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置，其特征在于：还包括：流量统计模块(4)；
所述帧解析模块(3)将TT数据帧和ET数据帧发送至流量统计模块(4)；
所述流量统计模块(4)对获取的TT数据帧、ET数据帧进行流量统计，并将流量统计结果发送至通信控制模块(10)。
3.如权利要求1所述的时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置，其特征在于：还包括：干扰信号注入端口(8)和数据生成模块(9)；
所述数据生成模块(9)用于接收通信控制模块(10)的控制指令，生成各类干扰信号，通过所述干扰信号注入端口(8)输出至TTE交换机。
4.如权利要求3所述的时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置，其特征在于：所述干扰信号的类型包括：PCF帧、TT数据帧、ET数据帧。
5.如权利要求1或2或3所述的时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置，其特征在于：所述转发延时计算模块(6)计算数据转发延时的方法为：
S01：判断接收的到的以太网数据的传输方向是否为TTE端系统节点向TTE交换机发送，若是则进入步骤S02，否则进入步骤S03；
S02：记录该以太网数据的接收时间Tin，并标记该以太网数据为上行数据，存入接收数据序列中；
S03：该以太网数据传输方向为TTE交换机向TTE端节点发送，记录该以太网数据的接收时间为Tout；查找接收数据序列中是否有对应的上行数据，若有则进入步骤S04，否则进入步骤S05；
S04：通过T＝Tout-Tin，获得本条数据的转发时延；
S05：该数据为异常数据丢弃该数据。
6.如权利要求1或2或3所述的时间触发以太网交换机业务转发性能检测装置，其特征在于：每个以太网端口组两个以太网端口间采用直连方式电连接。
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