CN115484161A - Tsn网络配置方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

一种TSN网络配置方法，所述方法包括：定时抓取网络封包，提取参数；将所述参数提交至分布式学习模型，所述分布式学习模型根据所述参数匹配应用，并获取该应用的网络需求；将获取到的网络需求通过MQTT协议上传至集中网络配置CNC，通过CNC计算所述网络需求的配置；接收CNC计算的配置，并将所述配置下发到TSN交换机，以使TSN交换机根据所述配置动态更新网络配置。本发明还提供一种装置及计算机可读存储介质。本发明能够通过分布式学习模型，能自动计算出新型应用的参考需求，减少了用户对网络需求参数的输入，提高了用户体验，满足新型应用的传输性能要求，提高了网络需求参数的精准度，提高了TSN网络的实时性和高确定性。

Description

TSN网络配置方法、装置及计算机可读存储介质
技术领域
本发明实施例涉及TSN网络配置技术，尤其是涉及一种TSN网络配置方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
时间敏感网络(Time Sensitive Networking,TSN)是一种能使以太网具有实时性和确定性的一组以太网新标准，提供实时控制并传达所有标准IT数据，从而为控制、测量、配置、UI和文件交换基础架构的融合提供动力。对于TSN而言，在时钟同步、调度策略之后，就必须考虑网络配置的问题。IEEE802.1Qcc用于为TSN进行基础设施和交换终端节点进行即插即用能力的配置。采用集中配置模式，由1或多个集中用户配置(Centralized UserConfiguration,CUC)和1个集中网络配置(Centralized Network Configuration,CNC)构成。CUC制定用户周期性时间相关的需求并传输过程数据到CNC，CNC计算TSN配置以满足需求。
CUC配置比较繁琐，需要用户根据TSN应用提供用户需求，其需求参数包括数据传输间隔、开始传输时间、传输网络封包数、网络封包大小、网络冗余需求和最大延时等。需要TSN网络配置管理者非常熟悉TSN协议及TSN相关应用。对于不熟悉TSN协议和TSN应用的用户很难配置这些参数。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种TSN网络配置方法、装置及计算机可读存储介质，能够自动获取用户网络需求算法，自动计算出新型应用的参考需求，减少了用户对网络需求参数的输入，提高了用户体验。
本发明实施例提供了一种TSN网络配置方法，所述方法包括：定时抓取网络封包，提取参数；将所述参数提交至分布式学习模型，所述分布式学习模型根据所述参数匹配应用，并获取该应用的网络需求；将获取到的网络需求通过消息传输协议上传至集中网络配置CNC，通过CNC计算所述网络需求的配置；接收所述CNC计算的配置，并将所述配置下发到TSN交换机，以使所述TSN交换机根据所述配置动态更新网络配置。
可选地，所述通过CNC计算所述网络需求的配置，包括：所述CNC根据TSN网络协议，计算出预留带宽或者门控列表。
可选地，所述将所述配置下发到TSN交换机，包括：通过网关协议将所述配置下发到TSN交换机。
可选地，所述定时抓取网络封包，提取参数，包括：定时抓取本机发送的网络封包，判断所述网络封包是否有虚拟局域网标签(Vlan Tag)；当所述网络封包有Vlan Tag时，至少提取以太网络类型(Ethernet type)、发包时间、封包大小、源IP地址、目的IP地址，并封装成特定数据交换格式的消息。
可选地，所述定时抓取本机发送的网络封包，包括：判断所述网络封包的源MAC地址是否等于本机MAC地址；所述网络封包的源MAC地址等于本机MAC地址，则所述网络封包为本机发送的网络封包；否则，所述网络封包不为本机发送的网络封包。
可选地，所述装置还包括数据库，所述数据库用于储存当前各类应用的网络需求，所述方法还包括：区分所述应用的类型，所述应用的类型包括TSN应用和非TSN应用；当所述应用为典型TSN应用时，将计算得到的网络需求更新到所述数据库后，直接下发至CNC。
可选地，所述方法还包括：当所述应用为非典型TSN应用时，将计算得到的网络需求更新到所述数据库后下发至CNC；且将计算得到的网络需求进行相邻装置的数据库同步。
可选地，所述方法还包括：接收所述相邻装置发送的目标类型的应用的需求后，判断本机是否有该目标类型的应用在运行；当存在该目标类型的应用在运行，不更新网络需求，以本机计算的网络需求为准；当不存在该目标类型的应用在运行，更新所述网络需求至所述数据库。
本发明实施例还提供一种装置，所述装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的TSN网络配置程序，所述TSN网络配置程序被所述处理器执行时实现以上所述的TSN网络配置方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的TSN网络配置方法的步骤。
相较于现有技术，所述TSN网络配置方法、装置及计算机可读存储介质，能够自动获取用户网络需求算法，通过分布式学习模型，能计算出新型应用的网络需求，减少了用户对网络需求参数的输入，提高了用户体验，满足新型应用的传输性能要求，提高了网络需求参数的精准度，提高了TSN网络的实时性和高确定性。
附图说明
图1是本发明较佳实施例之装置的运行环境图。
图2是本发明路由器的TSN网络配置系统较佳实施例的程序模块图。
图3是本发明较佳实施例之TSN网络配置方法的流程图。
图4是本发明较佳实施例之步骤S300的子步骤的流程图。
图5是本发明另一较佳实施例之TSN网络配置方法的流程图。
图6是本发明另一较佳实施例之TSN网络配置方法的流程图。
主要元件符号说明
Figure BDA0003090762530000041
具体实施方式
参阅图1所示，是本发明实施方式之装置1较佳实施例的运行环境图。装置1包括运行的TSN网络配置系统10。装置1中还包括存储器20和处理器30等。
其中，所述存储器20至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述处理器30可以是中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片等。
参阅图2所示，是本发明TSN网络配置系统10较佳实施例的程序模块图。
所述TSN网络配置系统10包括提取模块101、获取模块102、计算模块103及配置模块104。所述模块被配置成由一个或多个处理器(本实施例为一个处理器30)执行，以完成本发明。本发明所称的模块是完成一特定指令的计算机程序段。存储器20用于存储TSN网络配置系统10的程序代码等资料。所述处理器30用于执行所述存储器20中存储的程序代码。
提取模块101，用于定时抓取网络封包，提取参数。
具体地，提取模块101，定时抓取本机发送的网络封包，判断所述网络封包是否有虚拟局域网标签(Vlan Tag)；当所述网络封包有Vlan Tag时，提取以太网络类型(Ethernettype)、发包时间、封包大小、源IP地址、目的IP地址等参数，并封装成特定数据交换格式的消息，如JSON格式。
时间敏感网络(Time Sensitive Networking,TSN)的应用类型分为典型的TSN应用和新型的TSN应用。本实施例中，提取模块101根据网络封包的Vlan Tag判断所述应用为TSN应用和非TSN应用。本实施例中，所述参数包括Ethernet type、发包时间、封包大小、源IP地址、目的IP地址等参数。
本实施例中，提取模块101还用于通过以下方式判断所述网络封包是否为本机发送的网络封包：提取模块101判断所述网络封包的源MAC地址是否等于本机MAC地址；当所述网络封包的源MAC地址等于本机MAC地址时，提取模块101则判断所述网络封包为本机发送的网络封包；否则，提取模块101则判断所述网络封包不是本机发送的网络封包，则不用抓取。
获取模块102，用于将所述参数提交至分布式学习模型，所述分布式学习模型根据所述参数匹配应用，并获取该应用的网络需求。
计算模块103，用于将获取到的网络需求通过消息传输协议，如消息队列遥测传输协议(Message Queuing Telemetry Transport,MQTT)，上传至集中网络配置(CentralizedNetwork Configuration,CNC)，通过CNC计算所述网络需求的配置。
本实施例中，所述CNC根据时间敏感网络协议，如802.1Qav、802.1Qbv协议，计算出预留带宽以及门控列表。
配置模块104，用于接收CNC计算的配置，并将所述配置下发到TSN交换机，以使TSN交换机根据所述配置动态更新网络配置。
具体地，CNC计算的配置包括但不限于：预留带宽或者门控列表。配置模块104接收CNC计算的预留带宽或者门控列表，然后下发至TSN交换机，以使TSN交换机根据所述配置动态更新网络配置。例如，TSN交换机根据配置模块104发送的所述预留带宽或者门控列表，对特定网口进行配置，以满足应用的传输带宽。
通过动态更新网络配置，避免应用传输需求增长时，预留带宽过低，造成丢包；避免应用传输需求降低时，仍然占用固定带宽，造成网络资源浪费。
本实施例中，配置模块104通过网关协议，例如，NETCONFIG/YANG或者SNMP等协议，将配置下发到TSN交换机。
进一步地，所述装置1还包括数据库，所述数据库用于储存当前各类应用的网络需求。本实施例中，对于典型的TSN应用(如EtherCAT over TSN和OPC UA over TSN)，早期已有大量使用，会有较为准确的配置参考默认值。对于新型的TSN应用，本实施例中通过不断的抓包分析，对大量的样本进行统计，逐渐新增和更新数据库中的网络需求，且利用相邻设备的数据库同步，可以交流新型应用的参考需求，使得网络需求更加准确和普适。
提取模块101，还用于判断所述应用为典型TSN应用还是非典型TSN应用。
当所述提取模块101判断应用为典型TSN应用时，所述配置模块104还用于将计算得到的网络需求更新到所述数据库后，直接下发至CNC。
本实施例中，如果是典型TSN应用的网络需求更新，不需要同相邻设备的数据库同步，因为各数据库中已有较为准确的参考默认值。
当所述提取模块101判断应用为非典型TSN应用时，所述配置模块104还用于将计算得到的网络需求更新到所述数据库后下发至CNC，且将计算得到的网络需求进行相邻装置的数据库同步。
如果是新型TSN应用的需求参考更新，需要进行相邻装置的数据库同步，这样可以统计出较为适合多台装置同类型的新型TSN应用的网络需求；当统计样本足够多后，新型TSN应用也可以转变为典型TSN应用，而各数据库同步生成的网络需求也便可以成为较为准确的参考默认值了。
所述配置模块104还用于：
接收相邻装置发送的目标类型的应用的网络需求后，判断本机是否有该目标类型的应用在运行；当存在该目标类型的应用在运行，不更新网络需求，以本机计算的网络需求为准；当不存在该目标类型的应用在运行，更新相邻装置发送的网络需求至所述数据库。
当装置1接收到相邻装置的数据库更新消息时，需要判断更新的应用类型是否有在本机运行，如果有则不更新，以免网络需求变化影响到本机运行的应用的封包发送；如果没有，则可以进行更新。
本实施例中，能够自动获取用户网络需求算法，通过分布式学习模型，能计算出新型应用的网络需求，减少了用户对网络需求参数的输入，提高了用户体验，满足新型应用的传输性能要求，提高了网络需求参数的精准度，提高了TSN网络的实时性和高确定性。
参阅图3所示，是本发明较佳实施例之网络配置方法的流程图。所述网络配置方法应用于装置1，可通过所述处理器30执行图2所示的模块101～104而实现。
步骤S300，定时抓取网络封包，提取参数。
具体地，如图4所示，所述步骤S300还包括步骤：
步骤S3000，虚拟局域网标签(Vlan Tag)；当所述网络封包有Vlan Tag时，提取以太网络类型(Ethernet type)、发包时间、封包大小、源IP地址、目的IP地址等参数，并封装成特定数据交换格式的消息，如JSON格式。
时间敏感网络(Time Sensitive Networking,TSN)的应用类型分为典型的TSN应用和新型的TSN应用。本实施例中，装置1根据网络封包的Vlan Tag判断所述应用为TSN应用和非TSN应用。本实施例中，所述参数包括Ethernet type、发包时间、封包大小、源IP地址、目的IP地址等参数。
本实施例中，通过以下方式判断所述网络封包是否为本机发送的网络封包：判断所述网络封包的源MAC地址是否等于本机MAC地址；当所述网络封包的源MAC地址等于本机MAC地址时，则所述网络封包为本机发送的网络封包；否则，所述网络封包不是本机发送的网络封包，则不用抓取。
步骤S302，将所述参数提交至分布式学习模型，所述分布式学习模型根据所述参数匹配应用，并获取该应用的网络需求。
步骤S304，将获取到的网络需求通过消息传输协议上传至集中网络配置(Centralized Network Configuration,CNC)，通过CNC计算所述网络需求的配置。
例如，可以根据消息队列遥测传输协议(Message Queuing TelemetryTransport,MQTT)上传至CNC。本实施例中，所述CNC根据时间敏感网络协议，如802.1Qav、802.1Qbv协议，计算出预留带宽以及门控列表。
步骤S306，接收CNC计算的配置，并将所述配置下发到TSN交换机，以使TSN交换机根据所述配置动态更新网络配置。
具体地，接收CNC计算的配置包括但不限于：预留带宽或者门控列表。装置1接收CNC计算的预留带宽或者门控列表，然后下发至TSN交换机，以使TSN交换机根据所述配置动态更新网络配置。例如，TSN交换机根据所述预留带宽或者门控列表，对特定网口进行配置，以满足应用的传输带宽。
通过动态更新网络配置，避免应用传输需求增长时，预留带宽过低，造成丢包；避免应用传输需求降低时，仍然占用固定带宽，造成网络资源浪费。
本实施例中，装置1通过网关协议，例如，NETCONFIG/YANG或者SNMP等协议，将配置下发到TSN交换机。
进一步地，所述装置1还包括数据库，所述数据库用于储存当前各类应用的网络需求。本实施例中，对于典型的TSN应用(如EtherCAT over TSN和OPC UA over TSN)，早期已有大量使用，会有较为准确的配置参考默认值。对于新型的TSN应用，本实施例中通过不断的抓包分析，对大量的样本进行统计，逐渐新增和更新数据库中的网络需求，且利用相邻设备的数据库同步，可以交流新型应用的参考需求，使得网络需求更加准确和普适。
具体地，如图5所示，图5是本发明另一较佳实施例之TSN网络配置方法的流程图，所述网络配置方法还包括：
步骤S500，判断所述应用为典型TSN应用还是非典型TSN应用；
当所述应用为典型TSN应用时，执行步骤S502，当所述应用为非典型TSN应用时，执行步骤S504。
S502，将计算得到的网络需求更新到所述数据库后，直接下发至CNC。
本实施例中，如果是典型TSN应用的网络需求更新，不需要同相邻装置的数据库同步，因为各数据库中已有较为准确的参考默认值。
S504，将计算得到的网络需求更新到所述数据库后下发至CNC，且将计算得到的网络需求进行相邻装置的数据库同步。
如果是新型TSN应用的网络需求更新，需要进行相邻装置的数据库同步，这样可以统计出较为适合多台设备同类型的新型TSN应用的网络需求；当统计样本足够多后，新型TSN应用也可以转变为典型TSN应用，而各数据库同步生成的网络需求也便可以成为较为准确的参考默认值了。
进一步地，如图6所示，图5是本发明另一较佳实施例之TSN网络配置方法的流程图，所述网络配置方法还包括：
S600，接收相邻装置发送的目标类型的应用的网络需求后，判断本机是否有该目标类型的应用在运行；
S602，当存在该目标类型的应用在运行，不更新网络需求，以本机计算的网络需求为准；
S604，当不存在该目标类型的应用在运行，更新相邻装置发送的网络需求至所述数据库。
当设备接收到相邻装置的数据库更新消息时，需要判断更新的应用类型是否有在本机运行，如果有则不更新，以免网络需求变化影响到本机运行的应用发包；如果没有，则可以进行更新。
通过将上述方法应用于上述装置，能够自动获取用户网络需求算法，通过分布式学习模型，能计算出新型应用的网络需求，减少了用户对网络需求参数的输入，提高了用户体验，满足新型应用的传输性能要求，提高了网络需求参数的精准度，提高了TSN网络的实时性和高确定性。
值得注意的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种时间敏感网络(Time Sensitive Networking,TSN)网络配置方法，应用于装置，其特征在于，所述方法包括：
定时抓取网络封包，提取参数；
将所述参数提交至分布式学习模型，所述分布式学习模型根据所述参数匹配应用，并获取该应用的网络需求；
将获取到的网络需求通过消息传输协议上传至集中网络配置(Centralized NetworkConfiguration,CNC)，通过所述CNC计算所述网络需求的配置；
接收所述CNC计算的配置，并将所述配置下发到时间敏感网络(Time SensitiveNetworking,TSN)交换机，以使所述TSN交换机根据所述配置动态更新网络配置。
2.如权利要求1所述的TSN网络配置方法，其特征在于，所述通过CNC计算所述网络需求的配置，包括：
所述CNC根据TSN网络协议协议，计算出预留带宽及门控列表。
3.如权利要求1所述的TSN网络配置方法，其特征在于，所述将所述配置下发到TSN交换机，包括：
通过网关协议将所述配置下发到所述TSN交换机。
4.如权利要求1所述的TSN网络配置方法，其特征在于，所述定时抓取网络封包，提取参数，包括：
定时抓取本机发送的网络封包，判断所述网络封包是否有虚拟局域网标签(VlanTag)；
当所述网络封包有Vlan Tag时，至少提取以太网络类型(Ethernet type)、发包时间、封包大小、源IP地址、目的IP地址，并封装成特定数据交换格式的消息。
5.如权利要求4所述的TSN网络配置方法，其特征在于，所述定时抓取本机发送的网络封包，包括：
判断所述网络封包的源MAC地址是否等于本机MAC地址；
所述网络封包的源MAC地址等于本机MAC地址时，则所述网络封包为本机发送的网络封包；
否则，所述网络封包不为本机发送的网络封包。
6.如权利要求1所述的TSN网络配置方法，其特征在于，所述装置还包括数据库，所述数据库用于储存当前各类应用的网络需求，所述方法还包括：
区分所述应用的类型，所述应用的类型包括TSN应用和非TSN应用；
当所述应用为典型TSN应用时，将计算得到的网络需求更新到所述数据库后，直接下发至CNC。
7.如权利要求6所述的TSN网络配置方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述应用为非典型TSN应用时，将计算得到的网络需求更新到所述数据库后下发至CNC；
且将计算得到的网络需求进行相邻装置的数据库同步。
8.如权利要求7所述的TSN网络配置方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收所述相邻装置发送的目标类型的应用的需求后，判断本机是否有该目标类型的应用在运行；
当存在该目标类型的应用在运行，不更新网络需求，以本机计算的网络需求为准；
当不存在该目标类型的应用在运行，更新所述相邻装置发送的网络需求至所述数据库。
9.一种装置，其特征在于，所述装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的TSN网络配置程序，所述TSN网络配置程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的TSN网络配置方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的TSN网络配置方法的步骤。
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