CN114866482B - 一种数据流传输方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种数据流传输方法和装置，该方法包括：根据接收到的待传输数据流的包头信息和预先设置的映射关系，将待传输数据流输入对应的目标流过滤器；若确定待传输数据流未超出目标流过滤器的最大可通过数据单元，则准许待传输数据流通过目标流过滤器，并进入目标流过滤器所指向的目标流传输门；若目标流传输门的门状态为打开，则准许待传输数据流通过流传输门，并进入流传输门所指向的目标流计量器；根据流颜色确定是否准许待传输数据流通过流计量器；在待传输数据流通过流计量器的情况下，将待传输数据流送入发送队列。本方案利用流过滤器对异常大流量进行过滤管控，利用流传输门对非计划流量进行管控，提高了数据交换的可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种数据流传输方法和装置。
背景技术
汽车网络通信是具有高度可靠性要求的网络通信系统，而网络通信的可靠性是与网络安全息息相关的，保证网络安全的同时也是对网络可靠性的保证。传统的汽车领域通信网络基本是处于车内通信的范畴，是一个几乎不存在与外界信息交互的单一网元个体，在这样的网络架构下，汽车通信网络的网络安全问题不突出。到了现在网联化的发展使得汽车网络不再是一个信息孤岛，频繁的与外界交互、数据交换中，网络安全攻击随之而来。
由于汽车发展过程中对网络安全的忽视，加上车载以太网应用带来的通信方式巨大变化，现有的车载网关在面临网络时对于防御网络攻击的手段有很大的欠缺，导致车载网络的数据交换过程不够安全和可靠。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种数据流传输方法，应用于TSN交换设备或TSN桥接设备，所述方法包括：
根据接收到的待传输数据流的包头信息和预先设置的映射关系，将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器；
若确定所述待传输数据流未超出所述目标流过滤器的最大可通过数据单元，则准许所述待传输数据流通过所述目标流过滤器，并进入所述目标流过滤器所指向的目标流传输门；
若所述目标流传输门的门状态为打开，则准许所述待传输数据流通过所述目标流传输门，并进入所述目标流传输门所指向的目标流计量器；所述门状态根据预先为计划流量设计的门控列表控制，所述计划流量为确定性服务的流量；
根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数和所述待传输数据流的数据量，确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器；
在所述待传输数据流通过所述目标流计量器的情况下，将所述待传输数据流送入发送队列。
可选的，在将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器之前，还包括：
获取所述TSN交换设备或所述TSN桥接设备所连接的各个终端的确定性服务的流量，得到多个计划流量；
分别获取各个所述计划流量的流量特征，所述流量特征包括：发送周期、所述发送周期内的发送数据量以及优先级，所述优先级基于所述计划流量的时延要求划分；
根据所述发送周期内的发送数据量和所述优先级，设置与所述计划流量匹配的流过滤器的最大可通过数据单元和带宽，得到各个所述计划流量和所匹配的流过滤器之间的第一映射关系；
设置所述计划流量对应的流传输门的门控列表，以使所述门控列表中包括的门状态和时间间隔与所述计划流量的发送周期匹配，得到各个所述计划流量和所匹配的流传输门之间的第二映射关系；
设置所述计划流量对应的流计量器，并按照所述计划流量的数据量设置各个流颜色对应的流量警戒值；
确定与同一个计划流量匹配的第一流过滤器、第一流传输门和第一流计量器，并将所述第一流传输门、所述第一流计量器作为所述第一流过滤器的指定下级节点记录在映射关系中，得到所述第一流过滤器、所述第一流传输门、所述第一流计量器之间的第三映射关系。
可选的，在将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器之前，还包括：
根据非计划流量的流量特征，设置与所述非计划流量匹配的第二流过滤器，并设置所述第二流过滤器对应的最大可通过数据单元，得到所述非计划流量与所述第二流过滤器之间的第四映射关系；
设置与所述第二流过滤器对应的第二流传输门，并将所述第二流传输门的门状态设置为全周期打开；
设置与所述第二流过滤器对应的第二流计量器，得到所述第二流过滤器、所述第二流传输门、所述第二流计量器之间的第五映射关系。
可选的，所述根据接收到的待传输数据流的包头信息和预先设置的映射关系，将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器，包括：
若所述待传输数据流的类型是计划流量，则根据所述第一映射关系，确定与所述待传输数据流匹配的目标流过滤器；
若所述待传输数据流的类型是非计划流量，则根据所述第四映射关系，确定与所述待传输数据流匹配的目标流过滤器。
可选的，所述根据所述目标流计量器在当前时刻允许通过的数据量和所述待传输数据流的数据量的大小关系，确定是否准许所述待传输数据流通过所述流计量器，包括：
获取所述待传输数据流的第一数据量和所述目标流计量器允许的偏移量，并确定所述第一数据量和所述偏移量的差，得到第一差值；
根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数，确定所述目标流计量器当前允许通过的流量的第一警戒值；
确定所述第一差值和所述第一警戒值之间的大小关系；
根据所述大小关系确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器。
可选的，所述根据所述大小关系确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器，包括：
若所述第一差值小于或等于所述第一警戒值，则确定所述待传输数据流的流颜色为绿色，并准许所述待传输数据流通过所述流计量器；
若所述第一差值大于所述第一警戒值，则确定所述第一差值与当前允许通过的流量的第二警戒值之间的大小关系；所述第二警戒值大于所述第一警戒值；
若所述第一差值小于或等于所述第二警戒值，则确定所述流颜色为黄色，并准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器，同时，发出流量预警；
若所述第一差值大于所述第二警戒值，则确定所述流颜色为红色，并丢弃所述待传输数据流。
可选的，在准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器之后，还包括：
根据已通过的所述第一数据量更新所述当前允许通过的流量的第一警戒值和第二警戒值，得到更新第一警戒值和更新第二警戒值；所述更新第一警戒值为第二差值与所述偏移量的和，所述第二差值为所述第一警戒值与所述第一数据量的差；所述更新第二警戒值为第三差值与所述偏移量的和，所述第三差值为所述第二警戒值与所述第一数据量的差。
可选的，所述TSN网络中的交换设备或桥接设备部署在车辆的中央处理器和域控制器上，所述中央处理器与所述域控制器之间使用以太网通信，所述域控制器与汽车电子控制单元之间使用CAN或LIN总线通信，所述待传输数据流由所述汽车电子控制单元输出。
本发明第二方面提供一种数据流传输装置，应用于TSN交换设备或TSN桥接设备，所述装置包括：
流过滤器输入模块，用于根据接收到的待传输数据流的包头信息和预先设置的映射关系，将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器；
过滤模块，用于若确定所述待传输数据流未超出所述目标流过滤器的最大可通过数据单元，则准许所述待传输数据流通过所述目标流过滤器，并进入所述目标流过滤器所指向的目标流传输门；
门控模块，用于若所述目标流传输门的门状态为打开，则准许所述待传输数据流通过所述目标流传输门，并进入所述目标流传输门所指向的目标流计量器；所述门状态根据预先为计划流量设计的门控列表控制，所述计划流量为确定性服务的流量；
计量模块，用于根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数和所述待传输数据流的数据量，确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器；
转发模块，用于在所述待传输数据流通过所述目标流计量器的情况下，将所述待传输数据流送入发送队列。
可选的，所述装置还包括：
计划流量获取模块，用于获取所述TSN交换设备或所述TSN桥接设备所连接的各个终端的确定性服务的流量，得到多个计划流量；
流量特征获取模块，用于分别获取各个所述计划流量的流量特征，所述流量特征包括：发送周期、所述发送周期内的发送数据量以及优先级，所述优先级基于所述计划流量的时延要求划分；
第一映射关系确定模块，用于根据所述发送周期内的发送数据量和所述优先级，设置与所述计划流量匹配的流过滤器的最大可通过数据单元和带宽，得到各个所述计划流量和所匹配的流过滤器之间的第一映射关系；
第二映射关系确定模块，用于设置所述计划流量对应的流传输门的门控列表，以使所述门控列表中包括的门状态和时间间隔与所述计划流量的发送周期匹配，得到各个所述计划流量和所匹配的流传输门之间的第二映射关系；
警戒值设置模块，用于设置所述计划流量对应的流计量器，并按照所述计划流量的数据量设置各个流颜色对应的流量警戒值；
第三映射关系确定模块，用于确定与同一个计划流量匹配的第一流过滤器、第一流传输门和第一流计量器，并将所述第一流传输门、所述第一流计量器作为所述第一流过滤器的指定下级节点记录在映射关系中，得到所述第一流过滤器、所述第一流传输门、所述第一流计量器之间的第三映射关系。
可选的，所述装置还包括：
根据非计划流量的流量特征，设置与所述非计划流量匹配的第二流过滤器，并设置所述第二流过滤器对应的最大可通过数据单元，得到所述非计划流量与所述第二流过滤器之间的第四映射关系；
设置与所述第二流过滤器对应的第二流传输门，并将所述第二流传输门的门状态设置为全周期打开；
设置与所述第二流过滤器对应的第二流计量器，得到所述第二流过滤器、所述第二流传输门、所述第二流计量器之间的第五映射关系。
可选的，所述过滤模块具体用于：
若所述待传输数据流的类型是计划流量，则根据所述第一映射关系，确定与所述待传输数据流匹配的目标流过滤器；
若所述待传输数据流的类型是非计划流量，则根据所述第四映射关系，确定与所述待传输数据流匹配的目标流过滤器。
可选的，所述计量模块具体用于：
获取所述待传输数据流的第一数据量和所述目标流计量器允许的偏移量，并确定所述第一数据量和所述偏移量的差，得到第一差值；
根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数，确定所述目标流计量器当前允许通过的流量的第一警戒值；
确定所述第一差值和所述第一警戒值之间的大小关系；
根据所述大小关系确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器。
可选的，所述计量模块进一步用于：
若所述第一差值小于或等于所述第一警戒值，则确定所述待传输数据流的流颜色为绿色，并准许所述待传输数据流通过所述流计量器；
若所述第一差值大于所述第一警戒值，则确定所述第一差值与当前允许通过的流量的第二警戒值之间的大小关系；所述第二警戒值大于所述第一警戒值；
若所述第一差值小于或等于所述第二警戒值，则确定所述流颜色为黄色，并准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器，同时，发出流量预警；
若所述第一差值大于所述第二警戒值，则确定所述流颜色为红色，并丢弃所述待传输数据流。
可选的，所述装置还包括：
更新模块，用于根据已通过的所述第一数据量更新所述当前允许通过的流量的第一警戒值和第二警戒值，得到更新第一警戒值和更新第二警戒值；所述更新第一警戒值为第二差值与所述偏移量的和，所述第二差值为所述第一警戒值与所述第一数据量的差；所述更新第二警戒值为第三差值与所述偏移量的和，所述第三差值为所述第二警戒值与所述第一数据量的差。
本发明实施例具有以下有益效果：
在本发明实施例中，根据接收到的待传输数据流的包头信息和预先设置的映射关系，将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器；若确定所述待传输数据流未超出所述目标流过滤器的最大可通过数据单元，则准许所述待传输数据流通过所述目标流过滤器，并进入所述目标流过滤器所指向的目标流传输门；若所述目标流传输门的门状态为打开，则准许所述待传输数据流通过所述目标流传输门，并进入所述目标流传输门所指向的目标流计量器；所述门状态根据预先为计划流量设计的门控列表控制，所述计划流量为确定性服务的流量；根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数和所述待传输数据流的数据量，确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器；在所述待传输数据流通过所述目标流计量器的情况下，将所述待传输数据流送入发送队列。本方案利用流过滤器对异常大流量进行过滤管控，利用流传输门对非计划流量进行管控，并且采用流计量器对当前时段内的总的流量收发情况进行统计监控，使得交换设备和桥接设备可以对异常大流量的网络攻击进行过滤和管控，提高了数据交换的可靠性和安全性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。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，还能够根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明实施例提供的整车架构示意图；
图2为本发明实施例提供的第一种数据流传输方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例提供的第二种数据流传输方法的步骤流程图；
图4是本发明实施例提供的流过滤器、流传输门、流计量器的示意图；
图5为本发明实施例提供的第三种数据流传输方法的步骤流程图；
图6为本发明实施例提供的一种数据流传输装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。在实际中的系统或服务器产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行（例如并行处理器或者多线程处理的环境）。
随着电动汽车、自动驾驶技术的迅猛发展和车内影音娱乐系统的丰富，汽车各系统的控制逐步向自动化和智能化转变。网联化改变汽车与外界交互方式，增加汽车与外界交互的次数与数据量，驱动汽车成为实时在线的网络节点。同时，智能化驱动汽车成为行进中的主动智能体，引入大量的感知设备以及计算单元。这样，使得传统总线面临线束量过大、带宽不足的问题。因此，汽车行业引入以太网传输是大势所趋。但是，随着汽车网联化和以太网的应用，汽车网络通信安全问题越发突出。二层以太网传输可靠性交付问题、数据包时延控制性问题是以太网作为车用骨干网面临的主要问题。所以，车载数据的过滤和管理方法、确保数据包传输安全和数据低时延到达的方法，显得尤为重要。
针对上述问题，本发明基于TSN技术中的Qci协议，结合整车数据流对时延、可靠性要求进行分类，提出一种车载网络设备逐流粒度的流量监控过滤方法及系统，在交换设备、桥接设备中设计应用Stream Filters、Stream Gates和Flow Meters三个表项，三个表项互相配合完成对网关过滤策略的选取和制定。
在一种可能的实施方式中，所述TSN网络中的交换设备或桥接设备部署在车辆的中央处理器和域控制器上，所述中央处理器与所述域控制器之间使用以太网通信，所述域控制器与汽车电子控制单元之间使用CAN或LIN总线通信，所述待传输数据流由所述汽车电子控制单元输出。
本方案的整车架构包括中央处理器和域控制器两大系统单元。TSN（Time-Sensitive Network，时间敏感网络）交换设备和具有TSN功能的汽车网关桥接设备部署在车辆的中央处理器和域控制器上，是中央处理器和域控制器的子集。TSN交换设备和TSN桥接设备所属的TSN交换单元支持使能TSN 802.1 Qci协议规范。
图1为本发明实施例提供的整车架构示意图。
如图1所示，整车架构包括中央处理器和域控制器两大系统单元，车辆上多个ECU（Electronic Control Unit，汽车电子控制单元）产生的数据流经过中央处理器或域控制器，两者中的TSN交换设备或TSN桥接设备对数据流进行过滤和监控，然后将合法的数据流送入发送队列，以进行后续的处理。
中央处理器与域控制器之间使用以太网通信，ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）与域控制器之间使用传统CAN、LIN总线通信。
本方案并未对以太网数据流报文帧有新的定义和报文格式修改，本发明适用于车载以太网环境，设备接收数据流报文帧均需符合IEEE802.1Q报文规定。
可以理解，本方案对于其他基于中央处理器的、具有以太网的架构同样适用。
图2为本发明实施例提供的第一种数据流传输方法的步骤流程图。该方法应用于TSN交换设备或TSN桥接设备，可以包括如下步骤：
步骤101、根据接收到的待传输数据流的包头信息和预先设置的映射关系，将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器。
待传输数据流为汽车电子控制单元产生。汽车电子控制单元可以包括摄像头、刹车控制器、导航仪和汽车影音设备等。待传输数据流可能是摄像头正常工作中产生的视频流、刹车控制器正常工作中产生的数据流，也可能是用户在使用汽车影音设备时产生的下载请求数据流。
TSN网络中的交换设备或桥接设备接收待传输数据流，并对待传输数据流进行解析，得到数据流的包头信息。
数据流报文帧符合IEEE802.1Q报文规定，包头信息中包括数据流的源地址、目的地址、VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）地址。因为系统中预设有包头信息和流过滤器（Stream Filters）的映射规则，通过包头信息可以确定与其存在映射关系的流过滤器标识（Stream Filters ID），这样得到目标流过滤器。
本方案包括多个过滤器，对每个数据流使用单独的过滤器进行过滤。当一个数据流进入中央处理器或域控制器时，数据流使用的过滤器根据包头信息匹配的Stream ID决定，如果一个数据流匹配多个Stream ID，那么将选择Stream ID较小的那个作为目标流过滤器。
步骤102、若确定所述待传输数据流未超出所述目标流过滤器的最大可通过数据单元，则准许所述待传输数据流通过所述目标流过滤器，并进入所述目标流过滤器所指向的目标流传输门。
每个过滤器存在最大可通过数据单元（MSDU），即单位时间内最大可通过的数据量，若数据流超出最大可通过数据单元，则代表这个数据流具有异常的大流量特征，会被过滤器丢弃处理。满足过滤条件的数据流才能通过过滤器。
每个过滤器关联有一个流传输门（Stream Gates），通过目标过滤器后数据流进入目标流传输门。
步骤103、若所述目标流传输门的门状态为打开，则准许所述待传输数据流通过所述目标流传输门，并进入所述目标流传输门所指向的目标流计量器；所述门状态根据预先为计划流量设计的门控列表控制，所述计划流量为确定性服务的流量。
待传输数据流可能是摄像头正常工作中产生的视频流、刹车控制器正常工作中产生的数据流，也可能是用户在使用汽车影音设备时产生的下载请求数据流。车辆正常工作中产生的数据流为确定性服务的流量，为计划流量。而车辆远程软件更新、用户上网数据等与车辆的安全控制关系不大的数据流，为非计划流量。
为了使网络节点可以精确的传输计划流量，保证确定性服务的时延，保证车辆安全控制，通过维护门控列表的方式实现流量调度。门控列表中维护有每一个流传输门的门状态和时间间隔，根据门控列表控制每一个流传输门的打开和关闭。流传输门的门状态和时间间隔与其可接收的计划流量的发送周期匹配。
当数据流到来时，流传输门为打开状态，数据流可顺利通过，流传输门为关闭状态，数据流则被丢弃处理。这样，流传输门所映射的计划流量可顺利通过，而其他数据流在不符合流量传输设计的时间点发送到了交换设备或桥接设备中，被认为具有异常流量特征，将这个数据流做丢弃处理。这样，避免了非计划流量占用计划内的服务流量的带宽，导致正常工作流量无法满足时延要求，对行车安全造成影响。
步骤104、根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数和所述待传输数据流的数据量，确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器。
流过滤器和流传输门，只是对发送过来的数据流在接收到的时刻做过滤策略和监控，这个处理方式是对一条流量的瞬时管制。但出于整个网络系统安全考虑，系统应该具备数据统计功能，从而达到监控是否在某一时段内，某类型流量发送量异常的目的。即从流量积累的整体上，再对流进行过滤和监控。流计量器（Flow meters）就是在一个时间段内对流量收发情况进行计数监控过滤的。一个流通过过滤器规则和门控放行后，经过流计量器进行流计数，算法声明了与每个服务帧的带宽配置文件相关的一致性级别。
具体地，流计量器匹配有多个一致性级别，一致性级别可以表示为绿色、黄色、红色等多种颜色。每个待传输数据流的流颜色取决于数据流此刻到达时间、数据量和计数器此刻的计数数量。
具体地，当一个待传输数据流到达时，根据待传输数据流的数据量、当前计数器的计数数量以及系统允许的偏移量，计算当前待传输数据流的流颜色，若流颜色为绿色或黄色，则准许通过流计量器，若流颜色为红色，则不允许通过流计量器，对该数据流进行丢弃处理。
步骤105、在所述待传输数据流通过所述目标流计量器的情况下，将所述待传输数据流送入发送队列。
待传输数据流顺利通过流计量器之后，交换设备或桥接设备将待传输数据流送入发送队列，以使待传输数据流被传输，并到达目的地址。
综上，在本发明实施例中，根据接收到的待传输数据流的包头信息和预先设置的映射关系，将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器；若确定所述待传输数据流未超出所述目标流过滤器的最大可通过数据单元，则准许所述待传输数据流通过所述目标流过滤器，并进入所述目标流过滤器所指向的目标流传输门；若所述目标流传输门的门状态为打开，则准许所述待传输数据流通过所述目标流传输门，并进入所述目标流传输门所指向的目标流计量器；所述门状态根据预先为计划流量设计的门控列表控制，所述计划流量为确定性服务的流量；根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数和所述待传输数据流的数据量，确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器；在所述待传输数据流通过所述目标流计量器的情况下，将所述待传输数据流送入发送队列。本方案利用流过滤器对异常大流量进行过滤管控，利用流传输门对非计划流量进行管控，并且采用流计量器对当前时段内的总的流量收发情况进行统计监控，使得交换设备和桥接设备可以对异常大流量的网络攻击进行过滤和管控，提高了数据交换的可靠性和安全性。
在一种可能的实施方式中，如图3所示，在将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器之前，还包括以下步骤201-步骤207：
步骤201、获取所述TSN交换设备或所述TSN桥接设备所连接的各个终端的确定性服务的流量，得到多个计划流量。
确定性服务的流量，是指来自摄像头、控制器等按照确定时间周期和数据量传输的流量，一般与车辆的安全控制有关。
具体地，计划流量可以包括：安全控制流、网络感知数据流、网络系统控制流、提示性警告时间信息流等。
步骤202、分别获取各个所述计划流量的流量特征，所述流量特征包括：发送周期、所述发送周期内的发送数据量以及优先级，所述优先级基于所述计划流量的时延要求划分。
计划流量的发送周期、周期内的发送数据量由发送终端的初始设置决定。优先级基于计划流量的时延要求划分。
按照时延要求将整车数据流分为高、中、低三个级别。高优先级的实时性数据流包括：安全控制流、网络感知数据流、网络系统控制流等；中优先级的实时性数据流包括：提示性警告时间信息流、车身影音非安全控制数据流和影音环视非安全传感数据流等；低优先级数据流为非实时性流，例如：车辆远程软件更新数据、离线地图下载、上网数据等与安全、控制无关的数据流。
步骤203、根据所述发送周期内的发送数据量和所述优先级，设置与所述计划流量匹配的流过滤器的最大可通过数据单元和带宽，得到各个所述计划流量和所匹配的流过滤器之间的第一映射关系。
具体地，根据发送数据量匹配流过滤器的最大可通过数据单元，根据优先级匹配带宽，使得流过滤器可以适应对应的计划流量。
计划流量包括多条，则流过滤器对应设置有多个，计划流量和流过滤器存在映射关系，该映射关系可以为一对一关系，也可以为一对多或多对一关系。
步骤204、设置所述计划流量对应的流传输门的门控列表，以使所述门控列表中包括的门状态和时间间隔与所述计划流量的发送周期匹配，得到各个所述计划流量和所匹配的流传输门之间的第二映射关系。
为了使网络节点可以精确的传输计划流量，保证确定性服务的时延，通过维护门控列表的方式实现流量调度。门控列表中维护有每一个流传输门的门状态和时间间隔，根据门控列表控制每一个流传输门的打开和关闭。流传输门的门状态和时间间隔与其可接收的计划流量的发送周期匹配，以使得当计划流量到来时，所匹配的流传输门为打开状态，当计划流量未到来时，所匹配的流传输门为关闭状态。
步骤205、设置所述计划流量对应的流计量器，并按照所述计划流量的数据量设置各个流颜色对应的流量警戒值。
流计量器匹配有多个一致性级别，一致性级别表示为绿色、黄色、红色等多种颜色。每个到达流计量器的待传输数据流的流颜色取决于数据流此刻到达时间、数据量和计数器此刻的计数数量。
可以根据计划流量的数据量，设定各个流颜色对应的流量警戒值，以方便后续计算待传输数据流的流颜色，从而决定是否准许待传输数据流通过。
步骤206、确定与同一个计划流量匹配的第一流过滤器、第一流传输门和第一流计量器，并将所述第一流传输门、所述第一流计量器作为所述第一流过滤器的指定下级节点记录在映射关系中，得到所述第一流过滤器、所述第一流传输门、所述第一流计量器之间的第三映射关系。
流过滤器中记录有其对应的下级节点信息，该下级节点为流传输门和流计量器，这样，当计划流量到来时，可以顺利通过流过滤器和流传输门、流计量器。因此，还需要设置流传输门、流计量器和流过滤器之间的映射关系，并将该映射关系作为流过滤器的属性进行配置。
步骤207、根据非计划流量的流量特征，设置与所述非计划流量匹配的第二流过滤器，并设置所述第二流过滤器对应的最大可通过数据单元，得到所述非计划流量与所述第二流过滤器之间的第四映射关系。
对于车辆远程软件更新、用户上网数据等与车辆的安全控制关系不大的数据流，为非计划流量。可以专门设置与非计划流量匹配的第二流过滤器，该第二流过滤器可以设置最大可通过数据单元，以对异常的大流量数据进行过滤。
步骤208、设置与所述第二流过滤器对应的第二流传输门，并将所述第二流传输门的门状态设置为全周期打开。
因为非计划流量没有周期性，可能随时到来，因此，可以将与非计划流量匹配的第二流传输门的门状态设置为全周期打开，这样，可以使得非计划流量顺利通过流传输门。
步骤209、设置与所述第二流过滤器对应的第二流计量器，得到所述第二流过滤器、所述第二流传输门、所述第二流计量器之间的第五映射关系。
进一步的，第二流过滤器和第二流传输门、第二流计量器之间的映射关系，可以使得非计划流量可以在通过第二流过滤器之后顺利进入匹配的第二流传输门、第二流计量器，从而到达发送队列。
图4是本发明实施例提供的流过滤器、流传输门、流计量器的示意图。
如图4所示，Stream Filters、Stream Gates、Flow Meters分别表示流过滤器、流传输门、流计量器。
其中，流过滤器的属性包括Stream ID（过滤器标识）、priority（内部优先级）、Gate ID（流传输门标识）、Filters Meter ID（流计量器标识）、Counters（最大可通过数据单元）。流传输门的属性包括Gate ID（流传输门标识）、gate和IPV（内部优先级），其中，gate=C表示门状态为关闭，gate=O表示门状态为打开。流计量器的属性包括Meter ID。
右侧的Gate cotrol list表示门控列表。门控列表中包括门状态及对应的时间周期。
综上，通过步骤201-步骤207，对计划流量和非计划流量设置了流过滤器和流传输门的匹配规则，使得计划流量和非计划流量到来时，可以按照规则进行过滤和管控，为实现数据流安全控制奠定了基础。
在一种可能的实施方式中，所述根据接收到的待传输数据流的包头信息和预先设置的映射关系，将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器，包括以下步骤301-步骤302：
步骤301、若所述待传输数据流的类型是计划流量，则根据所述第一映射关系，确定与所述待传输数据流匹配的目标流过滤器；
步骤302、若所述待传输数据流的类型是非计划流量，则根据所述第四映射关系，确定与所述待传输数据流匹配的目标流过滤器。
在步骤301-步骤302中，对待传输数据流的包头信息进行解析，根据解析得到的源地址、目的地址和优先级，确定待传输数据流的类型。
若类型为计划流量，则根据步骤203中的第一映射关系确定该待传输数据流所匹配的流过滤器；若类型为非计划流量，则根据步骤207中的第四映射关系确定该待传输数据流所匹配的流过滤器。
在一种可能的实施方式中，如图5所示，所述根据所述目标流计量器在当前时刻允许通过的数据量和所述待传输数据流的数据量的大小关系，确定是否准许所述待传输数据流通过所述流计量器，包括以下步骤401-步骤404：
步骤401、获取所述待传输数据流的第一数据量和所述目标流计量器允许的偏移量，并确定所述第一数据量和所述偏移量的差，得到第一差值；
步骤402、根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数，确定所述目标流计量器当前允许通过的流量的第一警戒值；
步骤403、确定所述第一差值和所述第一警戒值之间的大小关系；
步骤404、根据所述大小关系确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器。
在步骤401-步骤404中，偏移量是指目标流计量器允许的误差偏移数据量，设F表示偏移量，则当待传输数据流的数据量与相应的警戒值相比，超出量小于或等于F时，均可以判定为数据量未超出警戒值。
这样，在判定待传输数据流的数据量时，可以先计算出第一数据量减去偏移量的值，将得到的第一差值与相应的警戒值进行比较。
第一警戒值是指当前时刻允许通过的绿色流量值，第二警戒值是指当前时刻允许通过的黄色流量值。
设第一数据量的L，偏移量为F，则第一差值为L-F。设第一警戒值为
，则将L-F与
进行比较。
当
时，说明待传输数据流的数据量处于绿色流量值范围内，则准许待传输数据流通过流计量器。
当
时，说明待传输数据流超出了绿色流量值范围，则需要进一步确定是否准许待传输数据流通过流计量器。
在一种可能的实施方式中，步骤404包括：
步骤4041、若所述第一差值小于或等于所述第一警戒值，则确定所述待传输数据流的流颜色为绿色，并准许所述待传输数据流通过所述流计量器；
步骤4042、若所述第一差值大于所述第一警戒值，则确定所述第一差值与当前允许通过的流量的第二警戒值之间的大小关系；所述第二警戒值大于所述第一警戒值；
步骤4043、若所述第一差值小于或等于所述第二警戒值，则确定所述流颜色为黄色，并准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器，同时，发出流量预警；
步骤4044、若所述第一差值大于所述第二警戒值，则确定所述流颜色为红色，并丢弃所述待传输数据流。
在步骤4041-步骤4044中，当第一差值大于第一警戒值时，进一步确定第一差值和第二警戒值之间的大小关系。
设第二警戒值为
，则当
时，说明待传输数据流的数据量处于黄色流量值范围内，可以准许待传输数据流通过流计量器。但因为此时流计量器剩余的可通过流量已经很少了，所以可以生成预警信息，告知系统该计量器当前的状态，以方便后面到来的数据流的分流。
当
时，说明待传输数据流的数据量处于红色流量值范围内，此时流计量器的剩余流量无法使待传输数据流顺利通过，此时，需要将待传输数据流丢弃。
待传输数据流被判定为红色流量，说明待传输数据流的数据量过大，符合异常流量的大数据量特征，将该待传输数据流进行丢弃，可以避免系统遭受安全攻击。
此外，对于部分计划流量，系统还可以将颜色模式设为color-blind色盲模式，不对待传输数据流进行颜色识别，一直按照绿色流做处理。这样可以提高数据流的处理效率，使数据传输时延进一步降低。
在一种可能的实施方式中，在准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器之后，还包括：
根据已通过的所述第一数据量更新所述当前允许通过的流量的第一警戒值和第二警戒值，得到更新第一警戒值和更新第二警戒值；所述更新第一警戒值为第二差值与所述偏移量的和，所述第二差值为所述第一警戒值与所述第一数据量的差；所述更新第二警戒值为第三差值与所述偏移量的和，所述第三差值为所述第二警戒值与所述第一数据量的差。
在本发明实施例中，具体地，第二差值为
，更新第一警戒值
。
第三差值为
，更新第二警戒值为
。
流计量器根据通过的数据流的数据量，实时对第一警戒值和第二警戒值进行更新，在后续新的数据流到来时，根据更新第一警戒值和更新第二警戒值判定新的数据流的流颜色，以确定是否准许新的数据流通过。
综上，步骤401-步骤404利用第一警戒值和第二警戒值判定待传输数据流的流颜色，以确定是否准许待传输数据流通过，可以对待传输数据流进行有效的监控和管理，并在判定待传输数据流为黄色流量时，生成预警信息，告知系统该计量器当前的状态，以方便对后面到来的数据流进行分流。
图6为本发明实施例提供的一种数据流传输装置的结构框图。所述装置应用于TSN交换设备或TSN桥接设备，所述装置500包括：
流过滤器输入模块501，用于根据接收到的待传输数据流的包头信息和预先设置的映射关系，将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器；
过滤模块502，用于若确定所述待传输数据流未超出所述目标流过滤器的最大可通过数据单元，则准许所述待传输数据流通过所述目标流过滤器，并进入所述目标流过滤器所指向的目标流传输门；
门控模块503，用于若所述目标流传输门的门状态为打开，则准许所述待传输数据流通过所述目标流传输门，并进入所述目标流传输门所指向的目标流计量器；所述门状态根据预先为计划流量设计的门控列表控制，所述计划流量为确定性服务的流量；
计量模块504，用于根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数和所述待传输数据流的数据量，确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器；
转发模块505，用于在所述待传输数据流通过所述目标流计量器的情况下，将所述待传输数据流送入发送队列。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种设备，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现本发明实施例中所述的数据流传输方法。
在本发明提供的又一实施例中，还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、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现本发明实施例中所述的数据流传输方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（DSL））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质（例如固态硬盘Solid State Disk (SSD)）等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (11)
1.一种数据流传输方法，其特征在于，应用于TSN交换设备或TSN桥接设备，所述方法包括：
根据接收到的待传输数据流的包头信息和预先设置的映射关系，将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器；所述目标流过滤器由各个所述待传输数据流的流量特征和各个流过滤器的最大可通过数据单元和带宽之间的第一映射关系确定；
若确定所述待传输数据流未超出所述目标流过滤器的最大可通过数据单元，则准许所述待传输数据流通过所述目标流过滤器，并进入所述目标流过滤器所指向的目标流传输门；所述目标流传输门由各个计划流量的发送周期和各个流传输门的门控列表之间的第二映射关系确定；所述计划流量为确定性服务的流量；
若所述目标流传输门的门状态为打开，则准许所述待传输数据流通过所述目标流传输门，并进入所述目标流传输门所指向的目标流计量器；所述门状态根据预先为所述计划流量设计的门控列表控制；所述目标流计量器由同一个所述计划流量所匹配的流过滤器、流传输门和流计量器之间的第三映射关系确定；
根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数和所述待传输数据流的数据量，确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器；
在所述待传输数据流通过所述目标流计量器的情况下，将所述待传输数据流送入发送队列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器之前，还包括：
获取所述TSN交换设备或所述TSN桥接设备所连接的各个终端的确定性服务的流量，得到多个计划流量；
分别获取各个所述计划流量的流量特征，所述流量特征包括：发送周期、所述发送周期内的发送数据量以及优先级，所述优先级基于所述计划流量的时延要求划分；
根据所述发送周期内的发送数据量和所述优先级，设置与所述计划流量匹配的流过滤器的最大可通过数据单元和带宽，得到各个所述计划流量和所匹配的流过滤器之间的第一映射关系；
设置所述计划流量对应的流传输门的门控列表，以使所述门控列表中包括的门状态和时间间隔与所述计划流量的发送周期匹配，得到各个所述计划流量和所匹配的流传输门之间的第二映射关系；
设置所述计划流量对应的流计量器，并按照所述计划流量的数据量设置各个流颜色对应的流量警戒值；
确定与同一个计划流量匹配的第一流过滤器、第一流传输门和第一流计量器，并将所述第一流传输门、所述第一流计量器作为所述第一流过滤器的指定下级节点记录在映射关系中，得到所述第一流过滤器、所述第一流传输门、所述第一流计量器之间的第三映射关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器之前，还包括：
根据非计划流量的流量特征，设置与所述非计划流量匹配的第二流过滤器，并设置所述第二流过滤器对应的最大可通过数据单元，得到所述非计划流量与所述第二流过滤器之间的第四映射关系；
设置与所述第二流过滤器对应的第二流传输门，并将所述第二流传输门的门状态设置为全周期打开；
设置与所述第二流过滤器对应的第二流计量器，得到所述第二流过滤器、所述第二流传输门、所述第二流计量器之间的第五映射关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据接收到的待传输数据流的包头信息和预先设置的映射关系，将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器，包括：
若所述待传输数据流的类型是计划流量，则根据所述第一映射关系，确定与所述待传输数据流匹配的目标流过滤器；
若所述待传输数据流的类型是非计划流量，则根据所述第四映射关系，确定与所述待传输数据流匹配的目标流过滤器。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数和所述待传输数据流的数据量，确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器，包括：
获取所述待传输数据流的第一数据量和所述目标流计量器允许的偏移量，并确定所述第一数据量和所述偏移量的差，得到第一差值；
根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数，确定所述目标流计量器当前允许通过的流量的第一警戒值；
确定所述第一差值和所述第一警戒值之间的大小关系；
根据所述大小关系确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述大小关系确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器，包括：
若所述第一差值小于或等于所述第一警戒值，则确定所述待传输数据流的流颜色为绿色，并准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器；
若所述第一差值大于所述第一警戒值，则确定所述第一差值与当前允许通过的流量的第二警戒值之间的大小关系；所述第二警戒值大于所述第一警戒值；
若所述第一差值小于或等于所述第二警戒值，则确定所述流颜色为黄色，并准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器，同时，发出流量预警；
若所述第一差值大于所述第二警戒值，则确定所述流颜色为红色，并丢弃所述待传输数据流。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器之后，还包括：
根据已通过的所述第一数据量更新所述当前允许通过的流量的第一警戒值和第二警戒值，得到更新第一警戒值和更新第二警戒值；
其中，所述更新第一警戒值为第二差值与所述偏移量的和，所述第二差值为所述第一警戒值与所述第一数据量的差；所述更新第二警戒值为第三差值与所述偏移量的和，所述第三差值为所述第二警戒值与所述第一数据量的差。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TSN交换设备或所述TSN桥接设备部署于车辆的中央处理器和域控制器上，所述中央处理器与所述域控制器之间使用以太网通信，所述域控制器与汽车电子控制单元之间使用CAN或LIN总线通信，所述待传输数据流由所述汽车电子控制单元输出。
9.一种数据流传输装置，其特征在于，应用于TSN交换设备或TSN桥接设备，所述装置包括：
流过滤器输入模块，用于根据接收到的待传输数据流的包头信息和预先设置的映射关系，将所述待传输数据流输入对应的目标流过滤器；
过滤模块，用于若确定所述待传输数据流未超出所述目标流过滤器的最大可通过数据单元，则准许所述待传输数据流通过所述目标流过滤器，并进入所述目标流过滤器所指向的目标流传输门；
门控模块，用于若所述目标流传输门的门状态为打开，则准许所述待传输数据流通过所述目标流传输门，并进入所述目标流传输门所指向的目标流计量器；所述门状态根据预先为计划流量设计的门控列表控制，所述计划流量为确定性服务的流量；
计量模块，用于根据所述目标流计量器在当前时段的流量计数和所述待传输数据流的数据量，确定所述待传输数据流的流颜色，并根据所述流颜色确定是否准许所述待传输数据流通过所述目标流计量器；
转发模块，用于在所述待传输数据流通过所述目标流计量器的情况下，将所述待传输数据流送入发送队列。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1-8任一项所述的数据流传输方法。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1-8任一项所述的数据流传输方法。
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