CN114362872A - 一种基于tsn网络的多网协同边缘智能设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，其技术方案要点是包括网络模块、功能模块以及应用模块，功能模块分别通过背板总线与网络模块以及应用模块连接；网络模块包括若干执行体，每个执行体用于连接一种网络；功能模块包括TSN主计算模块和边缘智能/AI加速模块，TSN主计算模块用于对多种网络进行初步融合处理以实现多种网络的导通，边缘智能/AI加速模块用于对多种网络进行深入融合处理以实现多种网络之间的数据共享，应用模块外接用户设备，用于将处理后的数据输出给用户设备。该设备能够单独实现对异构网络的融合。

Description

一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备

技术领域

本发明涉及TSN网络技术领域，更具体的说是涉及一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备。

背景技术

TSN，即Time Sensitive Network，中文为“时间敏感网络”，是一个以标准以太网为基础的新一代网络标准，具有时间同步、延时保证等确保实时性的特点。目前市场上的TSN网络产品实现的方式主要有2种：大部分产品是以FPGA 作为网络交换芯片，少数产品使用专有ASIC芯片作为网络交换芯片，产品形态均为交换机、网关等专有设备。

上述两种TSN产品形态均为交换机、网关等传统的网络设备，关注重点在于OT网络，以及OT网络与IT网络的连通，对数据实时处理、对通信网络的支持、多种异构网络需求的支持明显不足。在对异构网络进行融合时，需要使用服务器来连接TSN交换机和非TSN交换机，因此至少需要三台设备才能实现异构网络的融合，设备结构复杂。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，该设备能够单独实现对异构网络的融合。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，包括网络模块、功能模块以及应用模块，所述功能模块分别通过背板总线与所述网络模块以及所述应用模块连接；

所述网络模块包括若干执行体，每个所述执行体用于连接一种网络；

所述功能模块包括TSN主计算模块和边缘智能/AI加速模块，所述TSN主计算模块用于对多种网络进行初步融合处理以实现多种网络的导通，所述初步融合处理包括对通过各种网络接收到的数据进行数据初步解析、数据分发以及对异构网络之间的协同配合，所述边缘智能/AI加速模块用于对多种网络进行深入融合处理以实现多种网络之间的数据共享，所述深入融合处理包括对通过各种网络接收到的数据进一步进行实时分析和处理；

所述应用模块外接用户设备，用于将处理后的数据输出给用户设备。

作为本发明的进一步改进，所述网络模块包括有连接接口，所述执行体可拆卸连接于所述连接接口上。

作为本发明的进一步改进，所述执行体对接收到的数据进行初步计算后通过背板总线发送给所述功能模块。

作为本发明的进一步改进，所述TSN主计算模块配置有时间同步策略，所述时间同步策略包括该基于TSN网络的多网协同边缘智能设备加电时，所述TSN主计算模块向所有接入的网络发起时间同步操作，并将正常完成时间同步的网络标注为TSN网络类型，将未完成时间同步的网络标注为普通网络类型。

作为本发明的进一步改进，所述时间同步策略还包括有当所述网络模块接入新的网络时，对新接入的网络发起时间同步操作，若能够正常完成时间同步，则将所述网络标注为TSN网络类型，若不能正常完成时间同步，则将所述网络标注为普通网络类型。

作为本发明的进一步改进，所述TSN主计算模块配置有高优先级队列和普通优先级队列，所述TSN主计算模块将TSN域内所有事件进入高优先级队列以处理，将其余事件进入普通优先级队列。

作为本发明的进一步改进，所述TSN主计算模块每处理N个所述高优先级队列中的事件，则处理1个所述普通优先级队列中的事件，N为大于1的整数。

作为本发明的进一步改进，所述TSN主计算模块根据事件类型进行协议解析和数据提取，所述事件类型包括AI加速事件和一般事件，若为AI加速事件则将数据发送至边缘智能/AI加速模块进行加速处理，若为一般事件则直接由所述TSN主计算模块进行处理，所述AI加速事件由用户根据实际需求进行设置；

所述边缘智能/AI加速模块接收AI加速事件后，采用预设的训练模型对数据进行处理得到处理结果，并将处理结果发送给所述TSN主计算模块。

作为本发明的进一步改进，所述功能模块还包括有数据存储模块，所述TSN 主计算模块处理事件后生成记录处理日志，所述记录处理日志保存到所述数据存储模块。

作为本发明的进一步改进，该基于TSN网络的多网协同边缘智能设备还包括有管理模块，所述管理模块通过背板总线分别与所述网络模块、所述功能模块以及所述应用模块连接，所述管理模块用于接收用户输入的控制指令以对所述网络模块、所述功能模块以及所述应用模块进行配置。

本发明的有益效果：通过网络模块中若干执行体的设置，该设备实现了对多种网络的接入。主计算模块和边缘智能/AI加速模块分别用于对异构网络的初步融合和深入融合，从而实现异构网络之间的网络导通和数据共享，并通过应用模块将数据发送给用户设备。因此该设备能够单独实现对异构网络的融合。

附图说明

图1为本发明的架构图。

附图标记：1、网络模块；11、执行体；2、功能模块；21、TSN主计算模块； 22、边缘智能/AI加速模块；23、数据存储模块；3、应用模块；4、管理模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参照图1所示，本实施例的一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，包括网络模块1、功能模块2以及应用模块3，功能模块2分别通过背板总线与网络模块1以及应用模块3连接；网络模块1包括若干执行体11，每个执行体 11用于连接一种网络；功能模块2包括TSN主计算模块21和边缘智能/AI加速模块22，TSN主计算模块21用于对多种网络进行初步融合处理以实现多种网络的导通，初步融合处理包括对通过各种网络接收到的数据进行数据初步解析、数据分发以及对异构网络之间的协同配合，边缘智能/AI加速模块22用于对多种网络进行深入融合处理以实现多种网络之间的数据共享，深入融合处理包括对通过各种网络接收到的数据进一步进行实时分析和处理；应用模块3外接用户设备，用于将处理后的数据输出给用户设备。

具体的，每个执行体11用于与一种网络有线或者无线连接，例如与蓝牙网络、4G/5G网络、WiFi网络等网络进行连接，不同的执行体11适应不同类型的接口，从而使得网络模块1可以接入各种网络并实现对各种网络的数据接收。 TSN主计算模块21通过背板总线与同构或异构网络互连，TSN主计算模块21同时具备网络交换和数据计算能力，支持IEEE802.1AS-Res、支持IEEE802.1 CB、支持IEEE802.1Qci等TSN网络功能，TSN主计算模块21的数据计算能力主要用于数据初步解析、数据分发和网络管理，用于多种网络的初步融合，实现IT和 OT的融合。边缘智能/AI加速模块22还负责TSN主计算模块21在数据调度和网络管理方面的更新、升级、自学习和自优化，使得TSN网络模型可以通过人工智能进行自学习与优化，降低了TSN设备升级的成本和复杂度。通过边缘智能/AI加速模块22的设置，弥补了市场产品对实时处理和AI分析支持的不足，消除了多种网络与边缘智能计算之间的物理设备隔阂，使TSN、边缘计算与多网协同更加便捷和顺畅。提高了数据的处理效率和设备资源利用效率。网络功能、计算功能、AI功能合一，消除了多种设备部署的复杂性，无需额外供电布线、设备互联的网络布线，用户在使用过程中不需要配置边缘计算设备、其他异构网络设备等。节省了部署空间和系统成本，提高了部署效率。应用模块3外接服务器、交互设备等多种用户设备，满足用户现场的多种应用。

作为改进的一个具体实施方式，网络模块1包括有连接接口，执行体11可拆卸连接于连接接口上。

具体的，执行体11插接在网络模块1上，即插即用，实现了执行体11的可更换，用户需要接入不同的网络时可采用不同的执行体11，有利于节约用户的应用成本。

作为改进的一个具体实施方式，执行体11对接收到的数据进行初步计算后通过背板总线发送给功能模块2。

具体的，每个执行体11自带算力，对数据进行初步计算后经过背板总线发送给功能模块2处理，有利于加快数据的处理。

作为改进的一个具体实施方式，TSN主计算模块21配置有时间同步策略，时间同步策略包括该基于TSN网络的多网协同边缘智能设备加电时，TSN主计算模块21向所有接入的网络发起时间同步操作，并将正常完成时间同步的网络标注为TSN网络类型，将未完成时间同步的网络标注为普通网络类型。

具体的，设备加电时，TSN主计算模块21向所有接入的网络发起时间同步操作，支持TSN的接入网络可正常完成时间同步，系统标注此接入网络为TSN 网络类型，未完成时间同步的接入网络被标注为普通网络类型。

作为改进的一个具体实施方式，时间同步策略还包括有当网络模块1接入新的网络时，对新接入的网络发起时间同步操作，若能够正常完成时间同步，则将网络标注为TSN网络类型，若不能正常完成时间同步，则将网络标注为普通网络类型。

具体的，当有新的网络接入到网络模块1时，功能模块2中的TSN主计算模块21会发起与该接入网络之间的时间同步操作，若该接入网络支持精确时间协议，则完成同步后系统标注此网络为TSN网络类型，否则标注为普通网络类型。

作为改进的一个具体实施方式，TSN主计算模块21配置有高优先级队列和普通优先级队列，TSN主计算模块21将TSN域内所有事件进入高优先级队列以处理，将其余事件进入低优先级队列。

具体的，TSN主计算模块21内部配置有高优先级队列和普通优先级队列， TSN域内所有事件进入高优先级队列，其余均进入普通优先级队列，分别用于处理时间敏感应用和普通应用，实现TSN网络和普通网络的混合调度来对异构网络进行支持。

作为改进的一个具体实施方式，TSN主计算模块21每处理N个高优先级队列中的事件，则处理1个普通优先级队列中的事件，N为大于1的整数。

具体的，TSN主计算模块21通过软件调度优先为TSN域内事件服务，为了防止普通优先级队列中的事件饿死，TSN主计算模块21为普通事件队列预留了调度空间，本实施例中预留了20％的调度空间，N为4，每处理4个高优先级队列中的事件，处理1个普通优先级队列中的事件，预留的调度空间比例可通过配置接口动态修改。

作为改进的一个具体实施方式，TSN主计算模块21根据事件类型进行协议解析和数据提取，事件类型包括AI加速事件和一般事件，若为AI加速事件则将数据发送至边缘智能/AI加速模块22进行加速处理，若为一般事件则直接由 TSN主计算模块21进行处理，AI加速事件由用户根据实际需求进行设置；边缘智能/AI加速模块22接收AI加速事件后，采用预设的训练模型对数据进行处理得到处理结果，并将处理结果发送给TSN主计算模块21。

具体的，TSN主计算模块21根据事件类型进行协议解析、数据提取，若为 AI加速事件则把数据转发给边缘智能/AI加速模块22进行加速处理，一般事件则直接由TSN主计算模块21的CPU进行处理。边缘智能/AI加速模块22接收需要加速处理的请求，采用训练好的模型对数据进行处理，并反馈处理结果给TSN 主计算模块21。哪种事件为AI加速事件可根据用户的实际需求进行设置。

作为改进的一个具体实施方式，功能模块2还包括有数据存储模块23，TSN 主计算模块21处理事件后生成记录处理日志，记录处理日志保存到数据存储模块23。

具体的，若事件类型为需要返回处理结果，则TSN主计算模块21把处理结果返回给对应的执行体11，同时记录处理日志；若为需要节点间协同事件，则 TSN主计算模块21把处理结果发送至对应协同节点，并记录处理日志；若事件类型不需要返回结果，则直接记录处理日志。工作流程中的所有日志，数据记录等保存到数据存储模块23。

作为改进的一个具体实施方式，该基于TSN网络的多网协同边缘智能设备还包括有管理模块4，管理模块4通过背板总线分别与网络模块1、功能模块2 以及应用模块3连接，管理模块4用于接收用户输入的控制指令以对网络模块1、功能模块2以及应用模块3进行配置。

具体的，管理模块4可以对网络模块1、功能模块2、应用模块3、数据存储模块23进行配置、管理和操作，操作方式可以为远程控制。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，其特征在于：包括网络模块(1)、功能模块(2)以及应用模块(3)，所述功能模块(2)分别通过背板总线与所述网络模块(1)以及所述应用模块(3)连接；

所述网络模块(1)包括若干执行体(11)，每个所述执行体(11)用于连接一种网络；

所述功能模块(2)包括TSN主计算模块(21)和边缘智能/AI加速模块(22)，所述TSN主计算模块(21)用于对多种网络进行初步融合处理以实现多种网络的导通，所述初步融合处理包括对通过各种网络接收到的数据进行数据初步解析、数据分发以及对异构网络之间的协同配合，所述边缘智能/AI加速模块(22)用于对多种网络进行深入融合处理以实现多种网络之间的数据共享，所述深入融合处理包括对通过各种网络接收到的数据进一步进行实时分析和处理；

所述应用模块(3)外接用户设备，用于将处理后的数据输出给用户设备。

2.根据权利要求1所述的一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，其特征在于：所述网络模块(1)包括有连接接口，所述执行体(11)可拆卸连接于所述连接接口上。

3.根据权利要求1所述的一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，其特征在于：所述执行体(11)对接收到的数据进行初步计算后通过背板总线发送给所述功能模块(2)。

4.根据权利要求1所述的一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，其特征在于：所述TSN主计算模块(21)配置有时间同步策略，所述时间同步策略包括该基于TSN网络的多网协同边缘智能设备加电时，所述TSN主计算模块(21)向所有接入的网络发起时间同步操作，并将正常完成时间同步的网络标注为TSN网络类型，将未完成时间同步的网络标注为普通网络类型。

5.根据权利要求4所述的一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，其特征在于：所述时间同步策略还包括有当所述网络模块(1)接入新的网络时，对新接入的网络发起时间同步操作，若能够正常完成时间同步，则将所述网络标注为TSN网络类型，若不能正常完成时间同步，则将所述网络标注为普通网络类型。

6.根据权利要求1所述的一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，其特征在于：所述TSN主计算模块(21)配置有高优先级队列和普通优先级队列，所述TSN主计算模块(21)将TSN域内所有事件进入高优先级队列以处理，将其余事件进入普通优先级队列。

7.根据权利要求6所述的一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，其特征在于：所述TSN主计算模块(21)每处理N个所述高优先级队列中的事件，则处理1个所述普通优先级队列中的事件，N为大于1的整数。

8.根据权利要求1所述的一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，其特征在于：所述TSN主计算模块(21)根据事件类型进行协议解析和数据提取，所述事件类型包括AI加速事件和一般事件，若为AI加速事件则将数据发送至边缘智能/AI加速模块(22)进行加速处理，若为一般事件则直接由所述TSN主计算模块(21)进行处理，所述AI加速事件由用户根据实际需求进行设置；

所述边缘智能/AI加速模块(22)接收AI加速事件后，采用预设的训练模型对数据进行处理得到处理结果，并将处理结果发送给所述TSN主计算模块(21)。

9.根据权利要求1所述的一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，其特征在于：所述功能模块(2)还包括有数据存储模块(23)，所述TSN主计算模块(21)处理事件后生成记录处理日志，所述记录处理日志保存到所述数据存储模块(23)。

10.根据权利要求1所述的一种基于TSN网络的多网协同边缘智能设备，其特征在于：该基于TSN网络的多网协同边缘智能设备还包括有管理模块(4)，所述管理模块(4)通过背板总线分别与所述网络模块(1)、所述功能模块(2)以及所述应用模块(3)连接，所述管理模块(4)用于接收用户输入的控制指令以对所述网络模块(1)、所述功能模块(2)以及所述应用模块(3)进行配置。

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