CN115396371A - 一种报文传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种报文传输方法及系统。方法包括：第一接入网节点基于TAS机制转发待处理报文至核心网节点；核心网节点基于所建立的第一映射关系确定待处理报文在核心网节点上的第一传输周期；核心网节点基于第一传输周期和待处理报文在核心网节点上的第二传输周期传输待处理报文至第二接入网节点；第二接入网节点基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定待处理报文在第二接入网节点上的第三发送时间。通过所建立的第一映射关系和第二映射关系，能够实现待处理报文在第一接入网节点和核心网节点之间以及核心网节点与第二接入网节点之间的无缝融合传输，从而实现了端到端、跨广域的确定性传输。

Description

一种报文传输方法及系统

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种报文传输方法及系统。

背景技术

确定性网络是为确定性业务流提供服务的网络。确定性网络通过各种技术或机制(如队列控制技术、帧抢占等)，支持业务流传输时延、抖动的确定性控制，实现传输质量(如包括时延、抖动等)确定有界。

目前主要的确定性网络技术包括面向二层的时间敏感网络(Time-SensitiveNetworking，TSN)和面向三层的确定性网络(Deterministic Networking，DetNet)。时间感知整形器(Time-Aware Shaper，TAS)是电气与电子工程师协会(Institute of Electricaland Electronics Engineers，简称IEEE)的标准IEEE 802.1Qbv中定义的一种基于周期性门控开关的确定性传输机制，是TSN中应用较为广泛的流量转发控制机制。确定性互联网协议(Deterministic IP，DIP)技术是DetNet技术的一个方案，可以实现大规模确定性传输。

然而，当前的TAS技术仅能运行于局域网确定性传输场景，DIP技术仅能运行于广域网确定性传输场景，从而无法实现端到端、跨广域的确定性传输。

发明内容

本发明实施例提供了一种报文传输方法及系统，以实现端到端、跨广域的确定性传输。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种报文传输方法，应用于报文传输系统，所述报文传输系统包括源节点、第一接入网节点、核心网节点、第二接入网节点和目的节点；所述方法包括：

所述源节点接收至少一个待处理报文，并基于每个待处理报文所对应的第一发送时间传输对应的待处理报文至所述第一接入网节点，其中，每个待处理报文所对应的第一发送时间不同；

所述第一接入网节点基于TAS机制转发所述待处理报文至所述核心网节点；

所述核心网节点基于所建立的第一映射关系确定所述待处理报文在所述核心网节点上的第一传输周期；

所述核心网节点基于所述第一传输周期和所述待处理报文在所述核心网节点上的第二传输周期传输所述待处理报文至所述第二接入网节点；

所述第二接入网节点基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定所述待处理报文在所述第二接入网节点上的第三发送时间，以基于所述第三发送时间传输所述待处理报文至所述目的节点。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种报文传输系统，所述系统包括：源节点、第一接入网节点、核心网节点、第二接入网节点和目的节点；

所述源节点，用于接收至少一个待处理报文，并基于每个待处理报文所对应的第一发送时间传输对应的待处理报文至所述第一接入网节点，其中，每个待处理报文所对应的第一发送时间不同；

所述第一接入网节点，用于基于TAS机制转发所述待处理报文至所述核心网节点；

所述核心网节点，用于基于所建立的第一映射关系确定所述待处理报文在所述核心网节点上的第一传输周期；

所述核心网节点，还用于基于所述第一传输周期和所述待处理报文在所述核心网节点上的第二传输周期传输所述待处理报文至所述第二接入网节点；

所述第二接入网节点，用于基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定所述待处理报文在所述第二接入网节点上的第三发送时间，以基于所述第三发送时间传输所述待处理报文至所述目的节点。

本发明实施例的技术方案，源节点接收至少一个待处理报文，并基于每个待处理报文所对应的第一发送时间传输对应的待处理报文至第一接入网节点，其中，每个待处理报文所对应的第一发送时间不同；第一接入网节点基于TAS机制转发待处理报文至核心网节点；核心网节点基于所建立的第一映射关系确定待处理报文在核心网节点上的第一传输周期；核心网节点基于第一传输周期和待处理报文在核心网节点上的第二传输周期传输待处理报文至第二接入网节点；第二接入网节点基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定待处理报文在第二接入网节点上的第三发送时间，以基于第三发送时间传输待处理报文至目的节点。该方法通过所建立的第一映射关系和第二映射关系，能够实现待处理报文在第一接入网节点和核心网节点之间以及核心网节点与第二接入网节点之间的无缝融合传输，从而实现了端到端、跨广域的确定性传输。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

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为本发明实施例提供的一种TAS机制的实现示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种报文传输方法的流程图；

图3为本发明实施例二提供的一种报文传输系统的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种报文传输系统的实现示意图；

图5为本发明实施例二提供的一种报文分割的实现示意图；

图6为本发明实施例二提供的一种源站整形机制的实现示意图；

图7为本发明实施例二提供的一种边缘整形机制的实现示意图；

图8为本发明实施例二提供的另一种边缘整形机制的实现示意图；

图9为本发明实施例二提供的一种报文传输方法的实现示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了更好地理解本发明实施例，下面对相关术语进行介绍。

接入网：负责使用某种有线或者无线的联接和通信技术将广大最终用户(EndUser)一级一级的汇接到骨干网(即核心网)中，实现与网络的连接。接入网可认为是整个网络的边缘部分，与用户距离最近的一部分，通常也可称为“最后一公里”。

核心网：也可称为骨干网，是指网络的核心，是数据交换、转发、接续、路由的地方，一般离用户侧较远。

一个广域网络可以是由接入网和核心网组成，用户使用接入网进入网络，用户的数据在核心网上被高速的传递和转发。

确定性网络是为确定性业务流提供服务的网络，与传统网络尽力而为的服务方式不同。确定性网络可通过各种技术/机制(如队列控制技术、帧抢占等)，支持业务流传输时延、抖动的确定性控制，实现传输质量(如包括时延、抖动)确定有界。

图1为本发明实施例提供的一种TAS机制的实现示意图。如图1所示，TAS机制可理解为基于TAS技术的数据传输机制。在TAS机制中，以太网帧经过交换结构被传输到待转发的物理端口上，然后优先级过滤器根据数据帧中所携带的IEEE 802.1p优先级代码(Priority Code Point，PCP)字段值，将数据帧安排到不同的门控队列(即Q1-Q8)中。每个门控队列都遵循先进先出(First Input First Output，FIFO)原则对队列中的数据帧进行转发。此外，每个门控队列都可对应一个开/关的门控(即gate)。当门控处于开状态时，其所对应的门控队列才会进行数据帧的转发；若门控处于关状态，则对应的门控队列不会进行数据帧转发，可进行数据帧的缓存。门控的状态可由门控列表(Gate Control List，GCL)中的门控条目(Gate Control Entry，GCE)来决定。在图1中，t0时刻的GCE为“t0:ccccccco”，t1时刻的GCE为“t1:occcccco”，其中“c”可表示关，“o”可表示开。该GCE的含义是从t0时刻到下一条GCE生效的时刻(即t1时刻)，门控队列Q1-Q7都处于关状态，Q8处于开状态。GCL里面的所有GCE均可以循环执行，一轮GCL的执行时间可称为TAS周期(即可表示为T_ct)。在同一个TSN域中的所有支持TAS的设备都可保持GCL的精确同步，即所有TAS设备的T_ct长度以及T_ct的起始时间均可以相同(即时钟同步)。时钟同步可以通过IEEE 1588精确时钟同步协议(Precision Time Protocol，PTP)实现。

通过上述TAS时间门控队列机制(即TAS机制)，数据帧在每一跳的转发时间都得到了确定，进而实现了对数据帧转发的精确控制，实现了确定性传输。

然而，当前的TAS技术仅能运行于局域网场景，无法实现跨广域的端到端确定性传输。这一问题又被称为“局域信息孤岛问题”。为了实现长距离、广域范围的确定性传输，本实施例提出了DIP转发机制(即DIP机制)。在DIP转发机制中，时间可被划分为等长的时间周期T_dip。与TAS不同的是，DIP只需要传输设备之间实现频率同步，通过相应的周期映射进行确定性传输，从而增加了DIP机制的可扩展性。为了控制数据包(即也可认为是数据帧)的转发，数据包在传输过程中会携带有关其在下一跳的转发周期的信息。通过链路时延以及传输设备之间传输周期的偏移值，可以计算传输设备之间的周期映射关系，确定数据包在每一跳的转发周期。DIP机制可以保证数据包的端到端传输时延抖动上界为2T_dip。尽管DIP机制解决了长距离、广域范围内的确定性传输问题，但是如何将DIP机制与TAS机制相结合，实现端到端、跨广域的确定性传输仍是一个亟待解决的技术问题。

TAS机制只能提供局域网内、小范围的确定性服务质量保障，无法实现长距离、大规模的确定性传输，因此其应用范围受限。为解决上述技术问题，本发明实施例建立了一个分层确定性网络架构，实现端到端、跨广域的确定性传输：在接入网中应用TAS机制实现确定性流量汇聚；在核心网中应用DIP机制实现长距离确定性传输。在接入网与核心网的边缘设计整形机制，以实现TAS与DIP的无缝融合确定性传输。

实施例一

图2为本发明实施例一提供的一种报文传输方法的流程图，本实施例可适用于对报文进行传输的情况，该方法可以应用于报文传输系统，该报文传输系统可以采用硬件和/或软件的形式实现，该报文传输系统可以包括：源节点、第一接入网节点、核心网节点、第二接入网节点和目的节点。

本实施例中，源节点可理解为传输数据(如待处理报文)的起源站，也可称为源站。第一接入网节点可理解为与源站建立连接的基于接入网的节点。核心网节点可理解为与第一接入网节点和第二接入网节点建立连接的基于核心网的节点。第二接入网节点可理解为目的节点建立连接的基于接入网的节点。目的节点可理解为与源站相对应的用于传输数据的目的站，即也可称为目的站。

报文传输系统可以分为两个域，即为TAS域和DIP域。源节点、第一接入网节点、第二接入网节点和目的节点可以是属于TAS域，即可以执行TAS机制。核心网节点可以是属于DIP域，即可以执行DIP机制。

可理解的是，在同一TAS域中的设备(如源节点、第一接入网节点、第二接入网节点和目的节点)，可以将时间划分为多个等长周期(即等长的时间周期)，TAS的等长周期即可认为是TAS周期。并且在同一TAS域中的设备可以实现时钟同步，时钟同步可理解为在同一TAS域中的设备的TAS周期长度和TAS周期的起始时间均是相同的。

相应的，在同一DIP域中的设备(如核心网节点)，可以将时间划分为多个等长周期，DIP的等长周期即可认为是DIP周期。在同一DIP域中的设备可以实现频率同步。频率同步可理解为DIP周期的变化频率是一致的。

如图2所示，该方法包括：

S110、源节点接收至少一个待处理报文，并基于每个待处理报文所对应的第一发送时间传输对应的待处理报文至第一接入网节点，其中，每个待处理报文所对应的第一发送时间不同。

本实施例中，待处理报文可理解为等待处理的报文。第一发送时间可理解为待处理报文在源节点上的发送时间。为了避免各个待处理报文之间的传输调度冲突问题，每个待处理报文所对应的第一发送时间可以是不同的。

此处对如何确定每个待处理报文的第一发送时间不作具体限定。如，可以基于源节点对每个待处理报文的接收时间和源节点的TAS周期的起始时间，为每个待处理报文分别分配不同的时间偏移量，以使得每个待处理报文的第一发送时间是不同的；在此基础上，针对每个待处理报文，将该待处理报文所对应的时间偏移量和源节点的TAS周期的起始时间之和确定为该待处理报文所对应的第一发送时间。

源节点接收至少一个待处理报文，在接收到待处理报文之后，可以基于每个待处理报文所对应的第一发送时间传输对应的待处理报文至第一接入网节点。

在一实施例中，若待处理报文的大小大于传输网络所要求的最大阈值(如以太网中，最大传输单元可以为1500字节)，则每个待处理报文可以被分割为至少一个数据包以进行相应的传输。可理解的是，为了避免各个数据包之间的传输调度冲突问题，每个数据包在源节点上的发送时间也可以是不同的；如参见上述待处理报文的第一发送时间的确定方式，也可以基于每个数据包所属待处理报文的接收时间和源节点的TAS周期的起始时间，为每个数据包分别分配不同的时间偏移量；在此基础上，针对每个数据包，将该数据包所对应的时间偏移量和源节点的TAS周期的起始时间之和确定为该数据包在源节点上的发送时间。

S120、第一接入网节点基于TAS机制转发所述待处理报文至核心网节点。

本实施例中，第一接入网节点在接收到源节点所传输的待处理报文之后，可以基于TAS机制将所接收的待处理报文转发至核心网节点。此处对如何基于TAS机制转发待处理报文不作具体限定，可参见上述TAS机制的实现方法。

S130、核心网节点基于所建立的第一映射关系确定所述待处理报文在所述核心网节点上的第一传输周期。

本实施例中，第一映射关系可理解为待处理报文在第一接入网节点上的第二发送时间与待处理报文在核心网节点上的第一传输周期之间的映射关系。第一传输周期可理解为待处理报文在核心网节点上的第一个传输周期。传输周期可理解为用于传输待处理报文的时间周期。第二发送时间可理解为待处理报文在第一接入网节点上的发送时间；也就是说，第二发送时间为第一接入网节点转发待处理报文时所对应的时间。

核心网节点可以基于所建立的第一映射关系确定待处理报文在核心网节点上的第一传输周期；其中，每个待处理报文所对应的第一传输周期可以是不同的。此处对如何建立第一映射关系不作具体限定。如可以基于已知的第二发送时间、待处理报文的大小、待处理报文的传输链路的带宽、传输链路的时延、核心网节点的DIP周期以及第一接入网节点的TAS周期等参数，与第一传输周期之间建立一个映射函数公式，以基于该映射函数公式来体现第二发送时间与第一传输周期之间的第一映射关系，从而能够基于待处理报文的第二发送时间和第一映射关系确定待处理报文的所对应的第一发送周期。

S140、核心网节点基于所述第一传输周期和所述待处理报文在所述核心网节点上的第二传输周期传输所述待处理报文至第二接入网节点。

本实施例中，第二传输周期可理解为待处理报文在核心网节点上的第二个传输周期。

此处对如何确定第二传输周期不作具体限定。如，核心网节点在确定第一传输周期之后，可以基于第一传输周期和DIP机制的设定周期映射表来确定待处理报文在核心网节点上的第二传输周期。其中，核心网节点可以执行DIP机制，DIP机制的传输原理可认为是基于自身所对应的设定周期映射表和已知的前一个传输周期(如第一传输周期)，确定下一个所需的传输周期；设定周期映射表可理解为预先设定的第一传输周期与第二传输周期之间的映射关系，如若已知一个第一传输周期，基于这个设定周期映射表可以得到对应的第二传输周期。

核心网节点可以基于所确定的第一传输周期和待处理报文在核心网节点上的第二传输周期传输该待处理报文至对应的第二接入网节点，也就是说，核心网节点先在第一传输周期上传输待处理报文，之后在第二传输周期上传输该待处理报文至对应的第二接入网节点。

S150、第二接入网节点基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定所述待处理报文在所述第二接入网节点上的第三发送时间，以基于所述第三发送时间传输所述待处理报文至目的节点。

本实施例中，第二映射关系可理解为待处理报文在核心网节点上的第二传输周期与待处理报文在第二接入网节点上的最晚接收时间之间的映射关系。最晚接收时间可理解为待处理报文传输到达至第二接入网节点的最晚时间。第三发送时间可理解为待处理报文在第二接入网节点上的发送时间。设定整形参数可理解为预先设定的用于给不同的待处理报文分配不同发送时间的时间偏移量参数。

此处对如何建立第二映射关系不作具体限定。如，可以基于已知的第二传输周期、核心网节点的DIP周期、待处理报文传输链路的传输时延以及第二接入网节点的TAS周期等参数，与待处理报文在第二接入网节点上的最晚接收时间之间建立一个映射函数公式，以基于该映射函数公式来体现待处理报文的第二传输周期与最晚接收时间之间的第二映射关系，从而能够基于待处理报文的第二传输周期和第二映射关系来确定待处理报文在第二接入网节点上的最晚接收时间。

第二接入网节点可以基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定待处理报文在第二接入网节点上的第三发送时间；其中，每个待处理报文所对应的第三发送时间可以是不同的。此处对如何确定第三发送时间不作具体限定。如，可以基于第二映射关系和待处理报文在核心网节点上的第二传输周期确定对应的待处理报文在第二接入网节点上的最晚接收时间；在此基础上，可以将待处理报文在第二接入网节点上的最晚接收时间与设定整形参数之和确定为待处理报文在第二接入网节点上的第三发送时间。

第二接入网节点可以基于每个待处理报文所对应的第三发送时间传输对应的待处理报文至对应的目的节点；也就是说，第二接入网节点可以在每个待处理报文所对应的第三发送时间上，将待处理报文传输至对应的目的节点。目的节点接收待处理报文，从而实现源节点与目的节点之间的报文传输。

本发明实施例一提供了一种报文传输方法，源节点接收至少一个待处理报文，并基于每个待处理报文所对应的第一发送时间传输对应的待处理报文至第一接入网节点，其中，每个待处理报文所对应的第一发送时间不同；第一接入网节点基于TAS机制转发待处理报文至核心网节点；核心网节点基于所建立的第一映射关系确定待处理报文在核心网节点上的第一传输周期；核心网节点基于第一传输周期和待处理报文在核心网节点上的第二传输周期传输待处理报文至第二接入网节点；第二接入网节点基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定待处理报文在第二接入网节点上的第三发送时间，以基于第三发送时间传输待处理报文至目的节点。该方法通过所建立的第一映射关系和第二映射关系，能够实现待处理报文在第一接入网节点和核心网节点之间以及核心网节点与第二接入网节点之间的无缝融合传输，从而实现了端到端、跨广域的确定性传输。

可选的，第一映射关系为待处理报文在所述第一接入网节点上的第二发送时间与待处理报文在核心网节点上的第一传输周期之间的映射关系

可选的，建立所述第一映射关系，包括：根据如下公式建立第一映射关系：

其中，Θ(m_i，l₁)为待处理报文在核心网节点上的第一传输周期；m_i为待处理报文；i为待处理报文的编号，i≥1；l₁为待处理报文在第一接入网节点与核心网节点之间的传输链路；

为第二发送时间与第一接入网节点的TAS周期的起始时间之间的偏移量；v₁为第一接入网节点；m_i.L为待处理报文的大小；l₁.bw为l₁的带宽；l₁.d为l₁的传输时延；

为第一接入网节点的TAS周期的起始时间与核心网节点的设定超周期的起始时间之间的偏差值；T_dip为核心网节点的DIP周期；r_i为设定周期偏移参数；N_dip为设定正整数值；mod为取余运算符；

为对参数x进行向上取整运算的上取整运算符。

其中，待处理报文的编号可理解为对所接收的待处理报文编定的识别号；一个待处理报文可唯一对应一个编号，编号可用于唯一标识一个待处理报文；例如，假设接收到了两个待处理报文，则对应的编号可以分别为1和2。传输链路可理解为从一个节点到相邻节点的一段物理线路，用于传输相应的数据，而中间没有任何其他的交换节点。第二发送时间与第一接入网节点的TAS周期的起始时间之间的偏移量，可认为是第二发送时间与第一接入网节点的TAS周期的起始时间之间的差值。带宽可理解为信号所占据的频带宽度。传输时延可理解为数据(如待处理报文)从一个节点传输到另一个节点所需的时间；l₁的传输时延可理解为待处理报文从第一接入网节点传输到核心网节点所需的时间。

需要说明的是，由于处于同一TAS域内的设备是保持时钟同步的，因此源节点的TAS周期、第一接入网节点的TAS周期和第二接入网节点的TAS周期可以是相同的，即可以用T_ct表示。源节点的TAS周期的起始时间、第一接入网节点的TAS周期的起始时间与第二接入网节点的TAS周期的起始时间也可以是相同的。

设定超周期可理解为预先设定的周期参数，此处对设定超周期不作具体限定；设定超周期可表示为T_hc。如设定超周期可以等于第一接入网节点的TAS周期(即T_ct)，超周期可以为核心网节点的DIP周期的设定正整数倍；即可以通过如下公式表示设定超周期、第一接入网节点的TAS周期与核心网节点的DIP周期之间的关系：T_hc＝T_ct＝N_dipT_dip。

设定周期偏移参数可理解为预先设定的用于周期偏移的参数。此处对设定周期参数的具体数值不作具体限定，如设定周期偏移参数可以是整数，取值范围可以是[0，(l₁+1).q-2]，(l₁+1).q可以为核心网在(l₁+1)链路上的端口的出队列数目；(l₁+1)链路可以是l₁的下一条链路。

可选的，第二映射关系为待处理报文在核心网节点上的第二传输周期与待处理报文在第二接入网节点上的最晚接收时间之间的映射关系。

可选的，建立第二映射关系，包括：根据如下公式建立第二映射关系：

其中，

为所述待处理报文在第二接入网节点上的最晚接收时间；c为待处理报文在核心网节点上的第二传输周期；T_dip为核心网节点的DIP周期；l₂为待处理报文在核心网节点与第二接入网节点之间的传输链路；l₂.d为l₂的传输时延；

为核心网节点的设定超周期的起始时间与第二接入网节点的TAS周期的起始时间之间的偏差值；T_ct为第二接入网节点的TAS周期；

为对参数x进行向下取整运算的下取整运算符。

其中，l₂的传输时延可理解为待处理报文从核心网节点传输到第二接入网节点所需的时间。

可选的，基于每个待处理报文所对应的第一发送时间传输对应的待处理报文至第一接入网节点，包括：针对每个待处理报文，基于源节点对待处理报文的接收时间和源节点的TAS周期的起始时间，确定待处理报文所对应的第一发送时间；基于第一发送时间传输对应的待处理报文至第一接入网节点。

其中，基于源节点对待处理报文的接收时间和源节点的TAS周期的起始时间，为每个待处理报文分别分配不同的时间偏移量，以使得每个待处理报文的第一发送时间是不同的；在此基础上，针对每个待处理报文，将该待处理报文所对应的时间偏移量和源节点的TAS周期的起始时间之和确定为该待处理报文所对应的第一发送时间。每个待处理报文所对应的第一发送时间可以是不同的。基于第一发送时间传输对应的待处理报文至第一接入网节点，即在第一发送时间时将待处理报文传输至第一接入网节点。

可选的，基于待处理报文的接收时间和源节点的TAS周期的起始时间，确定待处理报文所对应的第一发送时间，包括：若待处理报文的大小大于设定阈值，则将待处理报文分割为至少一个待处理数据包；基于每个待处理数据包所属待处理报文的接收时间和源节点的TAS周期的起始时间，为每个待处理数据包分别分配不同的时间偏移量；针对每个待处理数据包，将待处理数据包对应的时间偏移量和源节点的TAS周期的起始时间之和确定为待处理数据包的第一发送时间；其中，每个待处理数据包所对应的第一发送时间不同。

其中，设定阈值可理解为预先设定的最大可传输数据大小的值，如可以是1500字节。待处理数据包可理解为等待处理的数据包。时间偏移量可理解为待处理数据包的第一发送时间与源节点的TAS周期的起始时间之间的差值量。

此处对如何分割待处理报文不作限定，如可以分割为均等大小的多个待处理数据包，也可根据实际需求进行灵活分割。

可选的，基于第一传输周期和待处理报文在核心网节点上的第二传输周期传输待处理报文至第二接入网节点，包括：基于DIP机制的设定周期映射表和第一传输周期确定待处理报文在核心网节点上的第二传输周期；基于第一传输周期和第二传输周期传输待处理报文至第二接入网节点。

可选的，基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定待处理报文在第二接入网节点上的第三发送时间，包括：基于第二映射关系和第二传输周期，确定待处理报文在第二接入网节点上的最晚接收时间；将最晚接收时间与设定整形参数之和确定为待处理报文在第二接入网节点上的第三发送时间。

可选的，第一接入网节点的TAS周期与第二接入网节点的TAS周期相同，第一接入网节点的TAS周期的起始时间与第二接入网节点的TAS周期的起始时间相同；设定超周期的长度与TAS周期的长度相同，设定周期的长度为核心网节点的DIP周期的设定正整数倍。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种报文传输系统的结构示意图。需要说明的是，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述任意实施例。如图3所示，该系统包括：源节点210、第一接入网节点220、核心网节点230、第二接入网节点240和目的节点250；

源节点210，用于接收至少一个待处理报文，并基于每个待处理报文所对应的第一发送时间传输对应的待处理报文至第一接入网节点220，其中，每个待处理报文所对应的第一发送时间不同；

第一接入网节点220，用于基于TAS机制转发所述待处理报文至核心网节点230；

核心网节点230，用于基于所建立的第一映射关系确定所述待处理报文在核心网节点230上的第一传输周期；

核心网节点230，还用于基于所述第一传输周期和所述待处理报文在核心网节点230上的第二传输周期传输所述待处理报文至第二接入网节点240；

第二接入网节点240，用于基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定所述待处理报文在第二接入网节点240上的第三发送时间，以基于所述第三发送时间传输所述待处理报文至目的节点250。

本发明实施例二提供了一种报文传输系统，源节点，用于接收至少一个待处理报文，并基于每个待处理报文所对应的第一发送时间传输对应的待处理报文至第一接入网节点，其中，每个待处理报文所对应的第一发送时间不同；第一接入网节点，用于基于TAS机制转发待处理报文至核心网节点；核心网节点，用于基于所建立的第一映射关系确定待处理报文在核心网节点上的第一传输周期；核心网节点，还用于基于第一传输周期和待处理报文在核心网节点上的第二传输周期传输待处理报文至第二接入网节点；第二接入网节点，用于基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定待处理报文在第二接入网节点上的第三发送时间，以基于第三发送时间传输待处理报文至目的节点。该系统通过所建立的第一映射关系和第二映射关系，能够实现待处理报文在第一接入网节点和核心网节点之间以及核心网节点与第二接入网节点之间的无缝融合传输，从而实现了端到端、跨广域的确定性传输。

可选的，第一接入网节点220包括第一TAS交换机和第一TAS边缘交换机；核心网节点230包括DIP路由器和DIP边缘路由器；第二接入网节点240包括第二TAS交换机和第二TAS边缘交换机；第一TAS交换机、第一TAS边缘交换机、第二TAS交换机和第二TAS边缘交换机之间保持时钟同步；DIP路由器和DIP边缘路由器之间保持频率同步。

其中，第一TAS交换机可理解为第一接入网节点220中与第一TAS边缘交换机和源节点210连接的TAS交换机。TAS交换机可理解为基于TAS机制的交换机。第一TAS边缘交换机可理解为第一接入网节点220中与核心网节点230直接连接的TAS交换机。

第二TAS交换机可理解为第二接入网节点240中与第二TAS边缘交换机和目的节点连接的TAS交换机。第二TAS边缘交换机可理解为第二接入网节点240中与核心网节点230直接连接的TAS交换机。

DIP路由器可理解为核心网节点230中与DIP边缘路由器连接的子节点。DIP边缘路由器可理解为核心网节点230中与第一接入网节点220和第二接入网节点240连接的子节点。DIP路由器和DIP边缘路由器均可认为是基于DIP机制的路由器；也可认为是处于核心网节点230两端的路由器，一端的DIP边缘路由器可以与第一接入网节点220连接，另一端的DIP边缘路由器可以与第二接入网节点240连接。

可理解的是，第一TAS交换机和第二TAS交换机可理解为接入网域内的转发节点。第一TAS边缘交换机和第二TAS边缘交换机可理解为接入网域和核心网域之间的边缘转发节点。DIP路由器可理解为核心网域内的转发节点。DIP边缘路由器可理解为接入网域和核心网域之间的边缘转发节点。

由于第一接入网节点220和第二接入网节点240属于同一TAS域，因此第一TAS交换机、第一TAS边缘交换机、第二TAS交换机和第二TAS边缘交换机之间保持时钟同步；即第一TAS交换机的TAS周期长度、第一TAS边缘交换机的TAS周期长度、第二TAS交换机的TAS周期长度和第二TAS边缘交换机的TAS周期长度之间是相同的；第一TAS交换机的TAS周期的起始时间、第一TAS边缘交换机的TAS周期的起始时间、第二TAS交换机的TAS周期的起始时间和第二TAS边缘交换机的TAS周期的起始时间之间也是相同的。

由于DIP路由器和DIP边缘路由器属于同一DIP域，因此DIP路由器和DIP边缘路由器之间保持频率同步，即DIP路由器的DIP周期频率变化和DIP边缘路由器的DIP周期频率变化之间是一致的。

以下对本发明进行示例性说明。

图4为本发明实施例二提供的一种报文传输系统的实现示意图。如图4所示，本实施例的系统可分为两个域：TAS域与DIP域。TAS域可包含源站(即源节点)、目的站(即目的节点)、TAS交换机和TAS边缘交换机(即第一接入网节点和第二接入网节点)，并且TAS域中的设备都可执行TAS机制，实现确定性流量的汇聚。DIP域可包含DIP路由器以及DIP边缘路由器(即核心网节点)，而且DIP域中的设备都可执行DIP机制，实现确定性流量在核心网中的长距离确定性传输。

本实施例的系统定义了“超周期”(即设定超周期)来实现端到端跨域的统一调度。在TAS机制中，一轮GCL的执行时间可称为TAS周期(即T_ct)；在DIP机制中，时间周期为T_dip(即DIP周期)。一个超周期的长度T_hc与TAS周期的长度T_ct相同，与DIP周期的长度T_dip可满足如下关系：

T_hc＝T_ct＝N_dipT_dip，

在源站中，一个时间敏感应用τ(时间敏感应用可理解为基于TAS机制传输报文的一个应用进程)发送出的确定性流量是周期性的单播报文。一个τ可以用如下的五元组表示：<τ.src，τ.dest，τ.e2e，τ.L，τ.T>，其中τ.src表示τ所在的源站，τ.dest表示τ发送的报文的目的站，τ.e2e表示可接受的最大端到端时延，τ.L表示报文的大小，τ.T表示报文的发送周期。由于TAS的传输以T_ct为周期，所以T_ct可以是τ.T的整数倍，即：

其中，

为一个设定正整数参数，即

应用τ在一个T_ct内的报文可以用集合

表示，i表示报文的编号，m_τ，i表示报文。

在传输过程中，报文(即待处理报文)的大小可能大于网络要求的数据包大小上限(如以太网中，最大传输单元(Maximum Transmission Unit，MTU)为1500字节)，一个报文可以被分割为至少一个数据包(即待处理数据包)进行传输。一个τ的报文被分割成的数据包个数可表示为

应用τ在一个T_ct内的数据包可以用集合

表示。其中，p_τ，i，j表示数据包，j表示待处理数据包的编号；一个数据包的大小用p_τ，i，j.L表示。

图5为本发明实施例二提供的一种报文分割的实现示意图。如图5所示，在源站v₀中时间敏感应用τ的每个报文，即m_τ，1，m_τ，2和m_τ，3，分别被分割为两个数据包，即m_τ，1被分割为p_τ，1，1和p_τ，1，2，m_τ，2被分割为p_τ，2，1和p_τ，2，2，m_τ，3被分割为p_τ，3，1和p_τ，3，2。其中

的值为3，

的值为2。

端系统可以包括源站和目的站。源站发送周期性单播数据包到目的站，并且执行源站流量整形机制。端系统可以支持IEEE 802.1 Qbv标准中，对TAS网络端系统的相关规范，此处对此不作具体限定。

域内转发节点可以分为接入网域内转发节点(即第一TAS交换机和第二TAS交换机)和核心网域内转发节点(即DIP路由器)：

TAS交换机：运行TAS机制进行确定性传输，支持IEEE 802.1 Qbv标准中，对TAS交换系统的相关规范。并且，与同一个TAS域内的TAS边缘交换机之间可以保持精确的时钟同步；

DIP路由器：运行DIP转发机制实现长距确定性传输。并且，与DIP域内的DIP边缘路由器之间，同样保持频率同步。

域间边缘转发节点(即第一TAS边缘交换机、第二TAS边缘交换机和DIP边缘路由器)作为域间边缘网关，运行基于逐流周期映射的边缘整形机制，实现无缝确定性传输。

在一实施例中，提出了一种源站整形机制。具体的，对于一个时间敏感应用τ，其发出的报文记为m_τ，i(即待处理报文)。报文m_τ，i的到达时间(即源节点对待处理报文的接收时间)与TAS周期T_ct的起点(即源节点的TAS周期的起始时间)之间的偏移记为m_τ，i.φ(即时间偏移量)，m_τ，i.φ∈[0，T_ct)。对于从报文m_τ，i中分割产生的一个数据包p_τ，i，j(即待处理数据包)，该数据包的发送时间与T_ct的起点之间的偏移记为

(即时间偏移量)，其中v₀指τ所在的源站。

图6为本发明实施例二提供的一种源站整形机制的实现示意图。如图6所示，两个时间敏感应用τ₁和τ₂所分别对应的数据包

和

同时到达源站，通过给各个数据包分配不同的时间偏移量，以避开数据包间的调度冲突，提高网络吞吐量。其中，

分割出的两个数据包所对应的时间偏移量分别为

和

分割出的两个数据包所对应的时间偏移量分别为

和

在一实施例中，提出了一种边缘整形机制。边缘整形机制可分为两个部分，分别是TAS域至DIP域的边缘整形机制，以及DIP域至TAS域的边缘整形机制。

图7为本发明实施例二提供的一种边缘整形机制的实现示意图。如图7所示，为TAS域至DIP域的边缘整形机制，即TAS边缘交换机v₁(即第一接入网节点)到DIP边缘路由器v₂(即核心网节点)的边缘整形机制。假设时间敏感应用τ发送的数据包需要经过链路l₁＝(v₁，v₂)。v₁上TAS周期的起点记为t₁，v₂上超周期(即设定超周期)的起点记为t₂，记TAS周期与超周期之间的偏差为

(即第一接入网节点的TAS周期的起始时间与核心网节点的设定超周期的起始时间之间的偏差值)，其中t₁＞t₂。在v₁中传输的数据包必须映射到固定的DIP周期，才能实现跨域的确定性传输。因此，本实施例的系统定义了映射函数Θ(p_τ，i，j，l₁)(即待处理数据包的第一映射关系)，以输出数据包在v₂上的传输周期。

为提高网络吞吐量以及资源利用率，本系统为每个数据包引入周期偏移参数r_τ，i，j(即设定周期偏移参数)。r_τ，i，j是整数，取值范围可以为[0，(l₁+1).q-2]。其中，(l₁+1)表示l₁的下一条链路，(l₁+1).q表示v₂在链路(l₁+1)上的端口的出队列数目。Θ(p_τ，i，j，l₁)函数的公式可表示为：

其中，L₁.bw表示链路l₁的带宽，l₁.d表示链路时延(即传输时延)。可理解的是，Θ(p_τ，i，j，l₁)的取值范围可以是[0，N_dip-1]。一个数据包的大小可以用p_τ，i，j.L表示。

如图7所示，N_dip＝5(即v₂上包括5个DIP周期，即周期0、周期1、周期2、周期3和周期4)，周期偏移参数r_τ，i，j＝1。数据包p_τ，i，j在v₂中的传输周期为周期4，即Θ(p_τ，i，j，l₁)＝4。

图8为本发明实施例二提供的另一种边缘整形机制的实现示意图。如图8所示，为DIP域至TAS域的边缘整形机制，即DIP边缘路由器v₂(即核心网节点)到TAS边缘交换机v₃(即第二接入网节点)的边缘整形机制。假设时间敏感应用τ发送的数据包需要经过链路L₂＝(v₂，v₃)。v₂上超周期的起点记为t₂，v₃上TAS周期的起点记为t₃，记超周期与TAS周期之间的偏差为

其中t₂＞t₃。如果一个数据包p_τ，i，j在v₂的周期c进行传输，则用函数

来表示数据包到达v₃的最晚时间。

的取值范围可以是[0，T_ct)，

的公式可表示为：

其中l₂.d为链路时延。

本系统引入一个整形参数

(即设定整形参数)，来提高网络吞吐量以及资源利用率。整形参数

的本质可认为是一段额外时延，通过给不同的数据包分配不同的

使网络可以调度更多的确定性流量。数据包p_τ，i，j的在v₃上的传输时刻由其与T_ct的起始时间的偏移决定(即

)。

的计算公式可表示为：

如图8所示，c＝1，表示数据包p_τ，i，j将在v₂的周期1中被发送给v₃。然后，该数据包p_τ，i，j将在偏移

中被v₂转发。

本发明实施例提出了一种TAS与DIP融合的端到端长距确定性传输架构。通过在源站整形机制，以及在接入网与核心网间的边缘整形机制，实现了TAS与DIP转发的无缝融合，以提供端到端的长距确定性传输。本发明实施例可应用于智慧电网、远程手术以及工业自动化等长距时间敏感应用，从而保障服务质量。

图9为本发明实施例二提供的一种报文传输方法的实现示意图。如图9所示，该方法的具体实现过程为：

步骤1、源站v₀与同域内的TAS边缘交换机v₁均将时间划分为长度为T_ct的等长周期，并实现时钟同步；目的站v₅与同域内的TAS边缘交换机v₄也将时间划分为长度为T_ct的等长周期，并实现时钟同步；同域内的DIP边缘路由器v₂和v₃将时间划分为长度为T_dip的等长周期，且它们之间实现频率同步。预先设置超周期T_hc＝T_ct＝5T_dip。

步骤2、源站v₀的时间敏感应用τ接入网络后，被分配到的传输链路的路径为v₀→v₁→v₂→v₃→v₄→v₅。在源站v₀，τ发送的报文m_τ，i被分割为2个数据包(即p_τ，i，1和p_τ，i，2)进行传输。然后分别为两个数据包分配不同的源站偏移

和

此外，为2个数据包分配各自在DIP边缘路由器v₂上的周期偏移参数r_τ，i，1和r_τ，i，2(r_τ，i，1和r_τ，i，2可以是相同的，也可以是不同的，可根据实际需求进行设定)，本实施例中两者可以均为1。而后再为2个数据包分配各自在TAS边缘交换机v₄上的整形参数

和

最后，源站根据

和

对2个数据包进行发送。

步骤3、TAS边缘交换机v₁可执行TAS直通模式(即TAS机制)，在完整接收到数据包后，立即对其进行转发。

步骤4、DIP边缘路由器v₂接收到数据包后，执行TAS域至DIP域的边缘整形机制。根据r_τ，i，1＝1，计算得到Θ(p_τ，i，1，(v₁，v₂))＝1，进而数据包p_τ，i，1将在v₂的周期1中被转发；根据r_τ，i，2＝1，计算得到Θ(p_τ，i，2，(v₁，v₂))＝2，进而数据包p_τ，i，2将在v₂的周期2中被转发。

步骤5、根据DIP机制建立的周期映射表(即设定周期映射表)，DIP边缘路由器v₃接收到v₂发送来的数据包时，查询所建立的周期映射表，将数据包p_τ，i，1安排在对应的周期0中进行发送；将数据包pτ_，i，2安排在对应的周期1中进行发送。

步骤6、当TAS边缘交换机v₄接收到数据包时，执行DIP域至TAS域的边缘整形机制。由于数据包p_τ，i，1是在v₃的周期0被发出，v₄根据

和预先分配的整形参数

计算得出偏移

以基于

进行数据包p_τ，i，1的转发；数据包p_τ，i，2是在v₃的周期1被发出，v₄根据

和预先分配的整形参数

计算得出偏移

以基于

进行数据包p_τ，i，2的转发。

步骤7、目的站接收数据包o_τ，i，1与o_τ，i，2，完成端到端数据传输。在此过程中，可见，通过本实施例所提供的方法进行端到端时延是确定可算的，从而实现端到端的确定性传输。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (12)

1.一种报文传输方法，其特征在于，应用于报文传输系统，所述报文传输系统包括源节点、第一接入网节点、核心网节点、第二接入网节点和目的节点；所述方法包括：

所述源节点接收至少一个待处理报文，并基于每个待处理报文所对应的第一发送时间传输对应的待处理报文至所述第一接入网节点，其中，每个待处理报文所对应的第一发送时间不同；

所述第一接入网节点基于时间感知整形器TAS机制转发所述待处理报文至所述核心网节点；

所述核心网节点基于所建立的第一映射关系确定所述待处理报文在所述核心网节点上的第一传输周期；

所述核心网节点基于所述第一传输周期和所述待处理报文在所述核心网节点上的第二传输周期传输所述待处理报文至所述第二接入网节点；

所述第二接入网节点基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定所述待处理报文在所述第二接入网节点上的第三发送时间，以基于所述第三发送时间传输所述待处理报文至所述目的节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一映射关系为所述待处理报文在所述第一接入网节点上的第二发送时间与所述待处理报文在所述核心网节点上的第一传输周期之间的映射关系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，建立所述第一映射关系，包括：

根据如下公式建立所述第一映射关系：

其中，Θ(m_i,l₁)为所述待处理报文在所述核心网节点上的第一传输周期；m_i为待处理报文；i为待处理报文的编号，i≥1；l₁为所述待处理报文在所述第一接入网节点与所述核心网节点之间的传输链路；

为所述第二发送时间与所述第一接入网节点的TAS周期的起始时间之间的偏移量；v₁为所述第一接入网节点；m_i.L为待处理报文的大小；l₁.bw为l₁的带宽；l₁.d为l₁的传输时延；

为所述第一接入网节点的TAS周期的起始时间与所述核心网节点的设定超周期的起始时间之间的偏差值；T_dip为所述核心网节点的确定性互联网协议DIP周期；r_i为设定周期偏移参数；N_dip为设定正整数值；mod为取余运算符；

为对参数x进行向上取整运算的上取整运算符。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二映射关系为所述待处理报文在所述核心网节点上的第二传输周期与所述待处理报文在所述第二接入网节点上的最晚接收时间之间的映射关系。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，建立所述第二映射关系，包括：

根据如下公式建立所述第二映射关系：

其中，

为所述待处理报文在所述第二接入网节点上的最晚接收时间；c为所述待处理报文在所述核心网节点上的第二传输周期；T_dip为所述核心网节点的DIP周期；l₂为所述待处理报文在所述核心网节点与所述第二接入网节点之间的传输链路；l₂.d为l₂的传输时延；

为所述核心网节点的设定超周期的起始时间与所述第二接入网节点的TAS周期的起始时间之间的偏差值；T_ct为所述第二接入网节点的TAS周期；

为对参数x进行向下取整运算的下取整运算符。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于每个待处理报文所对应的第一发送时间传输对应的待处理报文至所述第一接入网节点，包括：

针对每个待处理报文，基于所述源节点对所述待处理报文的接收时间和所述源节点的TAS周期的起始时间，确定所述待处理报文所对应的第一发送时间；

基于所述第一发送时间传输对应的待处理报文至所述第一接入网节点。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述待处理报文的接收时间和所述源节点的TAS周期的起始时间，确定所述待处理报文所对应的第一发送时间，包括：

若所述待处理报文的大小大于设定阈值，则将所述待处理报文分割为至少一个待处理数据包；

基于每个待处理数据包所属待处理报文的接收时间和所述源节点的TAS周期的起始时间，为每个待处理数据包分别分配不同的时间偏移量；

针对每个待处理数据包，将所述待处理数据包对应的时间偏移量和所述源节点的TAS周期的起始时间之和确定为所述待处理数据包的第一发送时间；

其中，每个待处理数据包所对应的第一发送时间不同。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一传输周期和所述待处理报文在所述核心网节点上的第二传输周期传输所述待处理报文至所述第二接入网节点，包括：

基于DIP机制的设定周期映射表和所述第一传输周期确定所述待处理报文在所述核心网节点上的第二传输周期；

基于所述第一传输周期和所述第二传输周期传输所述待处理报文至所述第二接入网节点。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定所述待处理报文在所述第二接入网节点上的第三发送时间，包括：

基于所述第二映射关系和所述第二传输周期，确定所述待处理报文在所述第二接入网节点上的最晚接收时间；

将所述最晚接收时间与所述设定整形参数之和确定为所述待处理报文在所述第二接入网节点上的第三发送时间。

10.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于，所述第一接入网节点的TAS周期与所述第二接入网节点的TAS周期相同，所述第一接入网节点的TAS周期的起始时间与所述第二接入网节点的TAS周期的起始时间相同；

所述设定超周期的长度与所述TAS周期的长度相同，所述设定超周期的长度为所述核心网节点的DIP周期的设定正整数倍。

11.一种报文传输系统，其特征在于，所述系统包括：源节点、第一接入网节点、核心网节点、第二接入网节点和目的节点；

所述源节点，用于接收至少一个待处理报文，并基于每个待处理报文所对应的第一发送时间传输对应的待处理报文至所述第一接入网节点，其中，每个待处理报文所对应的第一发送时间不同；

所述第一接入网节点，用于基于时间感知整形器TAS机制转发所述待处理报文至所述核心网节点；

所述核心网节点，用于基于所建立的第一映射关系确定所述待处理报文在所述核心网节点上的第一传输周期；

所述核心网节点，还用于基于所述第一传输周期和所述待处理报文在所述核心网节点上的第二传输周期传输所述待处理报文至所述第二接入网节点；

所述第二接入网节点，用于基于所建立的第二映射关系和设定整形参数确定所述待处理报文在所述第二接入网节点上的第三发送时间，以基于所述第三发送时间传输所述待处理报文至所述目的节点。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第一接入网节点包括第一TAS交换机和第一TAS边缘交换机；所述核心网节点包括DIP路由器和DIP边缘路由器；所述第二接入网节点包括第二TAS交换机和第二TAS边缘交换机；

所述第一TAS交换机、所述第一TAS边缘交换机、所述第二TAS交换机和所述第二TAS边缘交换机之间保持时钟同步；

所述DIP路由器和所述DIP边缘路由器之间保持频率同步。

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