CN115766860A - 数据传输方法、tsn节点和计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及车载网络通信技术，特别涉及一种数据传输方法、TSN节点和计算机可读存储介质。其中数据传输方法包括：当接收到来自第一FlexRay网络中的源设备发送的FlexRay数据帧，则在确定所述FlexRay数据帧的传输时隙为静态时隙后，将所述FlexRay数据帧转换为TSN数据帧；在所述TSN数据帧的传输路径上对所述TSN数据帧以确定性时延进行传输；当所述TSN数据帧被传输至所述传输路径上的最后一个TSN节点，将所述TSN数据帧还原为所述FlexRay数据帧，并将所述FlexRay数据帧发送至所述FlexRay数据帧所指示的第二FlexRay网络中的目的设备，可以使得TSN网络能够兼容FlexRay网络，保证数据传输过程中的确定性时延。

Description

数据传输方法、TSN节点和计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及车载网络通信技术，特别涉及一种数据传输方法、TSN节点和计算机可读存储介质。

背景技术

FlexRay是FlexRay联盟推出的新一代汽车内部网络通讯协议。随着自动驾驶和车联网的概念日趋成熟，车载网络通信也面临巨大挑战。自动驾驶和信息娱乐产生海量的数据，车载网络需要接入大量的传感器和雷达等，对确定性低时延通信要求也更高，基于总线型的车载通信网络已经越来越无法满足FlexRay数据帧的传输。

目前，出现了可以用以太网传输FlexRay数据帧的方案，以太网尽力而为的传输方式导致这种传输方案无法保证数据传输过程中的确定性时延。

发明内容

本申请实施例的主要目的在于提出一种数据传输方法、TSN节点和计算机可读存储介质，使得TSN网络能够兼容FlexRay网络，保证数据传输过程中的确定性时延。

为至少实现上述目的，本申请实施例提供了一种数据传输方法，应用于时间敏感型网络TSN中的TSN节点，包括：当接收到来自第一FlexRay网络中的源设备发送的FlexRay数据帧，则在确定所述FlexRay数据帧的传输时隙为静态时隙后，将所述FlexRay数据帧转换为TSN数据帧；在所述TSN数据帧的传输路径上对所述TSN数据帧以确定性时延进行传输；当所述TSN数据帧被传输至所述传输路径上的最后一个TSN节点，将所述TSN数据帧还原为所述FlexRay数据帧，并将所述FlexRay数据帧发送至所述FlexRay数据帧所指示的第二FlexRay网络中的目的设备。

为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种TSN节点，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的数据传输方法。

为至少实现上述目的，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的数据传输方法。

本申请实施例提供的数据传输方法，使得TSN网络能够兼容FlexRay网络，即FlexRay网络中的FlexRay数据帧可以通过TSN网络进行传输，同时还能保证数据传输过程中的确定性时延。当接收到来自第一FlexRay网络中的源设备发送的FlexRay数据帧，则在确定FlexRay数据帧的传输时隙为静态时隙后，将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧，FlexRay数据帧的传输时隙为静态时隙，表明该FlexRay数据帧为确定性数据，需要以确定性时延进行传输。将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧，使得FlexRay数据帧能够以TSN数据帧的格式在TSN网络中以确定性时延进行传输。当TSN数据帧被传输至传输路径上的最后一个TSN节点，即TSN数据帧已经从TSN网络的入口处传输至出口处，此时再将TSN数据帧还原为FlexRay数据帧，并将FlexRay数据帧发送至FlexRay数据帧所指示的第二FlexRay网络中的目的设备，从而通过TSN网络完成FlexRay数据帧的传输。而且，本申请实施例的数据传输方法中无需直接用TSN网络替换原有的FlexRay网络，而是使得TSN网络能够兼容目前的FlexRay网络，在一定程度上还可以降低成本。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标识的元件表示为类似的元件，除非有特别的申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明的实施例提供的FlexRay数据帧的帧格式的示意图；

图2是根据本发明的实施例提供的转换节点的示意图；

图3是根据本发明的实施例提供的FlexRay网络并入TSN网络的连接图；

图4是根据本发明的一个实施例提供的一种数据传输方法的流程图一；

图5是根据本发明的实施例提供的FlexRay数据帧与TSN数据帧的相互转换图一；

图6是根据本发明一实施例提供的一种数据传输方法的流程图二；

图7是根据本发明的实施例提供的FlexRay数据帧的传输示意图；

图8是根据本发明的实施例提供的FlexRay数据帧与TSN数据帧的相互转换图二；

图9是根据本发明一实施例提供的一种数据传输方法的流程图三；

图10是根据本发明另一实施例提供的一种TSN节点的结构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

为便于对本申请实施例的理解，下面首先对本申请中所涉及的相关技术进行简要说明：

FlexRay是FlexRay联盟推出的新一代汽车内部网络通讯协议，相比于控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)总线最高速率的1Mbps，FlexRay提供了更快的数据速率、更灵活的数据通信、更全面的拓扑选择和容错运算。FlexRay两个信道上的数据速率最大可达到10Mbps，总数据速率可达到20Mbps，两条线路可以实现冗余传输，具有容错能力，当两条线路传输不同数据时，数据传输量翻倍。FlexRay协议根据时分多址(TimeDivision Multiple Access，TDMA)的方式来工作，数据在分配的固定时隙中传输，并周期性重复。每个通信周期划分为静态段和动态段。其中，FlexRay帧的固定长度静态段用固定时间触发的方式来传输信息，所述静态段可以提供有界延迟；而动态段有助于满足在系统运行时间内出现的不同带宽需求，所述动态段使用灵活时间触发的方式来传输信息。

FlexRay数据帧的格式如图1所示，由头段、有效负载段和结束段三大部分组成。其中头段5字节，包含保留位、净荷指示位(Payload Preamble Indicator)、空帧指示位(NullFrame Indicator)、同步帧指示位(Sync Frame Indicator)、起始帧指示位(StartupFrame Indicator)、帧标识(Frame ID)、有效载荷长度(Payload Length)、头校验(HeaderCRC)和周期计数(Cycle count)。(Frame ID)为帧标识，定义了在时隙(Slot)中发送的时隙号，帧标识是唯一的。Payload Length是数据段长度，指示该帧含有的有效数据长度，在每个周期(Cycle)下的静态段中，每帧的数据长度是相同的，在动态段的长度则是不同的；第二部分的有效负载段，包含要传输的有效数据，长度最大254个字节；第三部分是结束段，包含24bits的检验域，由起始段和有效负载段计算得出的循环冗余校验码(CyclicRedundancy Check，CRC)。

时间敏感型网络(Time Sensitive Network，TSN)是目前国际产业界正在积极推动的全新工业通信技术，能够被应用于车载通信网络，然而，直接使用TSN网络交换机替换原有的总线型网络的代价很高，很多传感器和终端没有做适配，需要基于现有总线网络逐步演进到TSN。目前，出现了可以用以太网传输FlexRay数据帧的方案，但这种传输方案无法保证数据传输过程中的确定性时延。

为了解决上述方案中使用以太网进行数据传输时不能保证数据传输过程中的确定性时延的问题，本申请的一个实施例中提供了一种数据传输方法，应用于时间敏感型网络TSN网络中的TSN节点，使TSN网络能够兼容FlexRay网络，以解决总线型的车载通信FlexRay网络并入时间敏感网络TSN时保证数据帧的传输过程中确定性低时延的问题。TSN网络中的TSN节点包括两种类型，分别为第一类TSN节点和第二类TSN节点，第一类TSN节点可以包括TSN网络的入口处和出口处的TSN节点，第二类TSN节点可以包括：位于TSN网络的入口处的TSN节点和位于TSN网络的出口处的TSN节点之间的若干TSN节点。第一类TSN节点也可以称为转换节点，参考图2，转换节点包括总线端口和TSN端口，总线端口可以用于和FlexRay网络的总线连接，TSN端口可以用于和TSN网络中的第二类TSN节点连接。第一类TSN节点即转换节点同时具备数据帧识别及格式转换的功能和数据转发的功能，比如位于TSN网络的入口处的转换节点的数据帧识别及格式转换功能可以理解为：识别接收的FlexRay数据帧，并将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧，数据转发的功能可以理解为：将转换后的TSN数据帧转发至FlexRay数据帧的传输路径上的下一个TSN节点。位于TSN网络的出口处的转换节点的数据帧识别及格式转换功能可以理解为：识别接收到TSN数据帧，并将TSN数据帧转换为FlexRay数据帧，数据转发的功能可以理解为：将转换后的FlexRay数据帧转发至FlexRay数据帧所指示的目的设备。第二类TSN节点具备数据转发的功能，即将接收到的TSN数据帧转发至传输路径上的下一个TSN节点。

在一个实施例中，TSN网络兼容FlexRay网络的示意图可以参考图3，其中，转换节点1即可以理解为：位于TSN网络的入口处的TSN节点，转换节点2即可以理解为：位于TSN网络的出口处的TSN节点。转换节点1和转换节点2之间的若干TSN节点即可以理解为上述的第二类TSN节点，需要说明的是，图3中只是省略了转换节点1和转换节点2之间可能存在的若干TSN节点，并不代表转换节点1和转换节点2之间不存在其他TSN节点。通过图3可以看出，TSN网络可以同时兼容FlexRay网络1、FlexRay网络2以及FlexRay网络3。值得一提的是，图3中只是以TSN网络可以兼容3个FlexRay网络为例，在具体实现中TSN网络可以兼容的FlexRay网络的数量并不以此为限。根据实际需要，可以将多个FlexRay网络与TSN网络通过多个转换节点，即TSN节点相连，每个FlexRay网络上的总线可以连接多个传感器或者设备，如图3所示，FlexRay网络1的总线上连接有总线1终端1、总线1终端2、总线1终端3，FlexRay网络2的总线上连接有总线2终端4、总线2终端5，FlexRay网络3的总线上连接有总线3终端6、总线3终端7。其中，FlexRay网络的总线上连接的终端可以为车辆中的刹车踏板、刹车控制器和刹车系统，即可以是同一辆汽车中的不同设备，比如，刹车踏板为连接在FlexRay网络1的总线上的终端，刹车控制器为连接在FlexRay网络2的总线上的终端，刹车系统为连接在FlexRay网络3的总线上的终端。FlexRay网络1中的刹车踏板产生刹车数据，通过TSN网络发送到FlexRay网络2中的刹车控制器。考虑到TSN网络实时性高，不同的车辆中的终端也可以通过TSN网络相连，以提高不同的车辆之间传输数据的实时性。

在一个实施例中，数据传输方法的流程示意图可以如图4所示，包括：

步骤401：当TSN网络中的TSN节点接收到来自第一FlexRay网络中的源设备发送的FlexRay数据帧，则在确定FlexRay数据帧的传输时隙为静态时隙后，将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧；

步骤402：在TSN数据帧的传输路径上对TSN数据帧以确定性时延进行传输；

步骤403：当TSN数据帧被传输至传输路径上的最后一个TSN节点，将TSN数据帧还原为FlexRay数据帧，并将FlexRay数据帧发送至FlexRay数据帧所指示的第二FlexRay网络中的目的设备。

本实施例使得TSN网络能够兼容FlexRay网络，即FlexRay网络中的FlexRay数据帧可以通过TSN网络进行传输，同时还能保证数据传输过程中的确定性时延。当接收到来自第一FlexRay网络中的源设备发送的FlexRay数据帧，则在确定FlexRay数据帧的传输时隙为静态时隙后，将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧，FlexRay数据帧的传输时隙为静态时隙，表明该FlexRay数据帧为确定性数据，需要以确定性时延进行传输。将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧，使得FlexRay数据帧能够以TSN数据帧的格式在TSN网络中以确定性时延进行传输。当TSN数据帧被传输至传输路径上的最后一个TSN节点，即TSN数据帧已经从TSN网络的入口处传输至出口处，此时再将TSN数据帧还原为FlexRay数据帧，并将FlexRay数据帧发送至FlexRay数据帧所指示的第二FlexRay网络中的目的设备，从而通过TSN网络完成FlexRay数据帧的传输。而且，本申请实施例的数据传输方法中无需直接用TSN网络替换原有的FlexRay网络，而是使得TSN网络能够兼容目前的FlexRay网络，在一定程度上还可以降低成本。

其中，第一FlexRay网络和第二FlexRay网络可以理解为需要通过TSN网络传输数据的FlexRay网络。即第一FlexRay网络的总线上连接的终端可以通过TSN网络向第二FlexRay网络的总线上连接的终端发送数据，使得TSN网络可以兼容第一FlexRay网络和第二FlexRay网络。

在步骤401中，当TSN网络中的TSN节点接收到来自第一FlexRay网络中的源设备发送的FlexRay数据帧，可以判断FlexRay数据帧的传输时隙是否为静态时隙，如果确定FlexRay数据帧的传输时隙是静态时隙，则将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧。其中，接收到来自第一FlexRay网络中的源设备发送的FlexRay数据帧可以为上述的位于TSN网络的入口处的TSN节点，比如为图3中的转换节点1，第一FlexRay网络可以为图3中的FlexRay网络1，第一FlexRay网络中的源设备可以为图3中的总线1终端1、总线1终端2、总线1终端3中的任意一个，转换节点1在接收并识别出FlexRay网络1中的源设备发送的FlexRay数据帧后，确定该FlexRay数据帧的传输时隙，如果确定出传输时隙为静态时隙，则将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧。

在具体实现中，TSN节点可以预先配置并初始化FlexRay网络和TSN网络，即为FlexRay网络配置统一的通信周期和数据速率。FlexRay网络从TSN网络中获取同步时钟作为基准时钟，通过所述基准时钟安排FlexRay网络的时隙基准。本实施例中，每个终端都会被分配唯一的Frame ID，在一个通信周期中，Frame ID在每个信道上只能使用一次。每个终端对数据传输的确定性时延可能要求不同，比如针对需要以确定性时延传输数据的终端，可以分配静态时隙的Frame ID，针对不需要以确定性时延传输数据的终端，可以分配动态时隙的Frame ID，从而使得可以通过Frame ID来确定FlexRay数据帧的传输时隙，以确定出FlexRay数据帧的传输时隙为静态时隙还是动态时隙。也就是说，本实施例中，当TSN网络中的TSN节点接收到来自第一FlexRay网络中的源设备发送的FlexRay数据帧，可以根据FlexRay数据帧的Frame ID判断FlexRay数据帧的传输时隙是否为静态时隙。

步骤401中提到的，将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧，可以理解为：转换节点将FlexRay数据帧转换为符合TSN网络中的数据格式的TSN数据帧。TSN网络中的数据格式包括如下字段：源MAC地址、目的MAC地址、以太网类型、Vlan id、优先级。

在一个例子中，转换节点将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧，包括：根据FlexRay数据帧的帧标识以及预设的帧标识与TSN数据帧之间的映射关系，将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧；其中，映射关系包括：帧标识和与帧标识对应的源MAC地址、目的MAC地址、以太网类型、Vlan id、优先级。通过预设的映射关系，方便了快速将FlexRay数据帧转换为符合TSN网络的数据格式的TSN数据帧。

比如，上述映射关系可以体现为表1中的映射表，在FlexRay网络初始化阶段可以形成TSN节点的映射表，映射表为FlexRay数据帧到TSN数据帧之间的映射。

表1

FlexRay数据帧与TSN数据帧之间的转换图可以如图5所示，左边的是FlexRay帧，包括帧头的Frame ID、有效负载Payload1段和校验CRC1，转换后的TSN数据帧包括Destination MAC Address、Source MAC Address、Vlan Id、Priority、EtherType、Payload2和校验CRC2，此Payload2包含整个FlexRay帧，CRC2是新生成的，与FlexRay帧的不一致。

其中，Vlan Id和Priority可以由TSN节点自动分配或者预先配置。TSN数据帧的优先级Priority是非零值，EtherType为0x8100。源MAC地址为在初始化配置阶段，源设备被分配的MAC地址，或者，源MAC地址为将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧的TSN节点的MAC地址。

在初始化配置阶段，转换节点可以为第一FlexRay网络中的各个终端分配唯一的源MAC地址、目的MAC地址。对一个终端分配的Frame ID，会对应为该终端分配的源MAC地址、目的MAC地址、以太网类型、Vlan Id、优先级，从而形成FlexRay数据帧到TSN数据帧之间的映射关系。

可以理解的是，FlexRay网络标准里，FlexRay数据帧一定有目的设备信息，但不一定有源设备信息，因此FlexRay数据帧转换为TSN数据帧后可能无法获取对应的源MAC地址，因此，若无法获取FlexRay数据帧的Frame ID对应的源设备信息，为了得到符合TSN网络的数据格式的TSN数据帧，可以将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧的TSN节点的MAC地址作为FlexRay数据帧的Frame ID对应的源MAC地址。

本实施例中，TSN数据帧中源MAC地址可以在初始化阶段接配置好，如果没配置好或者后期需要却获取不到，则可以将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧的TSN节点的MAC地址，确保确保源MAC地址一定能被获取到，从而能顺利将FlexRay数据帧转换为符合TSN网络的数据格式的TSN数据帧。

在步骤402中，TSN网络中的TSN节点可以在TSN数据帧的传输路径上对TSN数据帧以确定性时延进行传输。其中，TSN数据帧的传输路径可以由TSN网络控制器根据TSN数据帧中的源MAC地址和目的MAC地址确定。对TSN数据帧以确定性时延进行传输可以理解为：TSN数据帧的传输路径上的每个TSN节点均对TSN数据帧以确定性时延进行转发。其中，TSN网络控制器可以为TSN网络中独立于各TSN节点的控制器，也可以为TSN网络中任意一个指定的TSN节点，即某一个TSN节点还可以具备TSN网络控制器的功能。

在一个例子中，步骤402的实现方式可以为：确定为TSN数据帧在TSN节点上传输所预留的时间窗，并在时间窗内对TSN数据帧进行传输；其中，时间窗用于确保TSN数据帧在所述传输路径上传输的确定性时延。通过在TSN节点上为TSN数据帧预留时间窗能够确保TSN数据帧在确定的时间内被发出去，从而准确的保证TSN数据帧在其传输路径上传输的确定性时延。

在一个例子中，TSN节点可以接收TSN控制器下发的为所述TSN数据帧在所述TSN节点上传输所预留的时间窗；所述时间窗基于所述FlexRay帧的传输时隙和所述TSN网络的基准时钟确定，所述TSN网络的基准时钟、所述第一FlexRay网络的基准时钟以及所述第二FlexRay网络的基准时钟均相同。直接接收TSN控制器下发的时间窗，使得TSN节点能够快速的确定对TSN数据帧预留的时间窗，TSN网络的基准时钟、第一FlexRay网络的基准时钟以及第二FlexRay网络的基准时钟均相同，即TSN网络与各FlexRay网络的基准时钟同步，从而根据FlexRay帧的传输时隙和TSN网络的基准时钟能够更见精确的确定为TSN数据帧预留的时间窗。

在具体实现中，TSN网络控制器可以根据TSN数据帧在TSN网络的入口处的TSN节点到TSN网络的出口处的TSN节点，计算TSN数据帧在TSN网络中的传输路径，并在传输路径经过的TSN节点的处预留时间窗。由于FlexRay数据帧的大小固定，转换后的TSN数据帧也就大小固定，则预留的所有时间窗也是固定的。具体地，TSN网络控制器根据FlexRay数据帧的传输时隙和基准时钟，可以准确计算出转换后的TSN数据帧到达传输路径上每个TSN节点的时间，并预留相应的时间窗，传输路径上每个TSN节点根据预留的时间窗对转换后的TSN数据帧进行确定性传输。

在步骤403中，当TSN数据帧被传输至传输路径上的最后一个TSN节点，即TSN网络的出口处的TSN节点接收到TSN数据帧，则TSN网络的出口处的TSN节点识别出该TSN数据帧，并将TSN数据帧还原为FlexRay数据帧，并将FlexRay数据帧发送至FlexRay数据帧所指示的第二FlexRay网络中的目的设备。

具体实现中，TSN网络的出口处的TSN节点识别出该TSN数据帧，并对TSN数据帧进行解析，提取TSN数据帧的负载段Payload2中包含的FlexRay数据帧并缓存所述FlexRay数据帧。同时，从提取的FlexRay数据帧中的周期计数(Cycle count)获取该FlexRay数据帧的通信周期，在FlexRay数据帧对应的周期时隙将缓存好的FlexRay数据帧发送至FlexRay数据帧所指示的第二FlexRay网络的目的设备。其中，将FlexRay数据帧发送至第二FlexRay网络的目的设备的可以为上述的位于TSN网络的出口处的TSN节点，比如为图3中的转换节点2，第二FlexRay网络可以为图3中的FlexRay网络2，第二FlexRay网络中的目的设备可以为FlexRay数据帧的目的MAC地址所代表的终端，比如可以为：图3中的总线2终端4、总线2终端5中的任意一个。转换节点2对TSN数据帧进行识别，还原出FlexRay数据帧后，确定该FlexRay数据帧的通信周期，并在对应的周期时隙中将还原出的FlexRay数据帧发送到FlexRay网络2中FlexRay数据帧所指示的目的设备。

在一个实施例中，在确定所述FlexRay数据的传输时隙为动态时隙后，将所述FlexRay数据帧转换为以太网数据帧，在所述预留的时间窗的间隙对所述以太网数据帧进行传输。动态时隙的FlexRay帧为不需要保证确定性时延的数据帧，在时间窗的间隙尽力转发即可，预留的时间窗的间隙即除了预留的时间窗之外的其他时间，在预留的时间窗的间隙对以太网数据帧进行传输不会对静态时隙的FlexRay帧的确定性传输产生干扰，有利于进一步提高TSN数据帧以确定性时延传输的准确性。

其中，当FlexRay数据帧进入TSN网络后，若TSN网络的入口处的TSN节点根据FlexRay数据帧的Frame ID，确定FlexRay数据帧的传输时隙为动态时隙，即表明该FlexRay数据帧不需要确定性传输，TSN网络的入口处的TSN节点可以将FlexRay数据帧转换为以太网数据帧。

在一个例子中，转换节点将FlexRay数据帧转换为以太网数据帧，包括：根据FlexRay数据帧的帧标识以及预设的帧标识与以太网数据帧之间的映射关系，将FlexRay数据帧转换为以太网数据帧。其中，FlexRay数据帧的帧标识与以太网数据帧之间的映射关系和FlexRay数据帧的帧标识与TSN数据帧之间的映射关系大致相同，不同之处在于，转换为TSN数据帧的优先级Priority为非零值，比如为1-8之间的值，转换为以太网数据帧的优先级Priority为零值。优先值取值的不同也体现了TSN网络中的TSN节点会有优先传输TSN数据帧以保证TSN数据帧的确定性时延，在传输TSN数据帧的间隙传输太网数据帧，以尽量对TSN数据帧进行转发。也就是说，TSN网络的入口处的TSN节点可以根据表1中的映射关系以及以太网数据帧对应的优先级大小将FlexRay数据帧转换为以太网数据帧，并将转换后的以太网数据帧在预留的时间窗的间隙进行传输。以太网数据帧的传输路径上的每个TSN节点都在预留的时间窗的间隙内对以太网数据帧进行传输。

在一个实施例中，TSN节点具有N个静态时隙队列，步骤402的实现方式可以为：在N个静态时隙队列中，选择与FlexRay数据帧的静态时隙对应的静态时隙队列，并将由FlexRay数据帧转换后的所述TSN数据帧缓存至选择的静态时隙队列中；通过轮询调度所述N个静态时隙队列，在TSN数据帧的传输路径上对TSN数据帧以确定性时延进行传输。其中，N个静态时隙队列也可以称为N个确定性队列，用于保证数据传输过程中的确定性时延。通过设置N个静态时隙队列，一个静态时隙队列中缓存一个由静态时隙的FlexRay数据帧转换来的TSN数据帧，使得不同的TSN数据帧无需在同一个队列中排队传输，只要轮循到一个静态时隙队列，该静态时隙队列中缓存的一个TSN数据帧就能被发送出去，避免数据帧的拥塞从而保证TSN数据帧在其传输路径上传输的确定性时延。

在具体实现中，在FlexRay数据帧的传输路径上的每个TSN节点的出端口都具有N个静态时隙队列，其中，N个静态时隙队列与预先分配的N个静态时隙的帧标识一一对应，且N≥1。由于在对FlexRay网络进行初始化配置时，终端个数确定，注册的Frame ID确定，因此用于静态时隙传输的时隙个数确定，则TSN节点的静态时隙队列的个数设置为与静态时隙传输Frame ID的个数一致，静态时隙队列的大小可以容纳静态时隙的数据包缓存且大小设置一致。具体地，在静态时隙传输的FlexRay数据帧与静态时隙队列一一对应，即每个静态时隙队列对应一个在静态时隙传输的FlexRay数据帧，当FlexRay数据帧经过转换得来的TSN数据帧进入相应队列后进行确定性传输。

在一个实施例中，在确定FlexRay数据帧的传输时隙为动态时隙后，将FlexRay数据帧转换为以太网数据帧，并将转换后的以太网数据帧缓存至动态时隙队列。通过轮询调度所述N个静态时隙队列和所述1个动态时隙队列，在TSN数据帧的传输路径上对TSN数据帧以确定性时延进行传输，并在转换后的以太网数据帧的传输路径上对转换后的以太网数据帧进行传输。通过设置1个动态时隙队列，将所有动态时隙的FlexRay数据帧转换来的以太网数据帧均缓存至这1个动态时隙队列，通过轮询调度N个静态时隙队列和1个动态时隙队列，有利于在确保TSN数据帧的确定性传输的同时尽量对以太网数据帧传输。

具体实现中，在FlexRay数据帧的传输路径上的每个TSN节点的出端口还会设置一个动态时隙队列，用于缓存需发送的若干以太网数据帧。所有在动态时隙传输的FlexRay数据帧被转换后统一进入这一个动态时隙队列，通过轮询调度N个静态时隙队列和1个动态时隙队列，在保证TSN数据帧确定性传输的同时对动态时隙队列中的以太网数据帧进行传输。

比如，预先配置的FlexRay数据帧的Frame ID范围是1至2047，静态时隙的FrameID包括1000个，动态时隙的Frame ID包括1047个，则预先设置的静态时隙队列可以包括1000个，动态时隙队列即为1个。

在一个实施例中，本发明的数据传输方法可以根据以下步骤来实现，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。本实施例的数据传输方法的具体流程如图6所示，包括：

步骤601，将第一FlexRay网络与第二FlexRay网络通过TSN网络中的TSN节点相连。

具体而言，多个FlexRay网络可以通过TSN网络中的多个转换节点相连，转换节点包括TSN网络出口处的TSN节点以及TSN网络入口处的TSN节点。

步骤602，初始化FlexRay网络与TSN网络。

其中，步骤602提到的FlexRay网络可以包括：第一FlexRay网络与第二FlexRay网络。TSN节点可以配置并初始化FlexRay网络和TSN网络，即为FlexRay网络配置统一的通信周期和数据速率分配帧标识(Frame ID)。同时，FlexRay网络从TSN网络中获取同步时钟作为基准时钟，通过所述基准时钟安排FlexRay网络的时隙基准。即初始化后的FlexRay网络与TSN网络的基准时钟相同。TSN节点会预先知道FlexRay网络中的终端发送的数据是否需要保证确定性时延，从而会为需要保证确定性时延的终端分配静态时隙的Frame ID，为不需要保证确定性时延的终端分配动态时隙的Frame ID。

步骤603，为FlexRay网络中的终端分配MAC地址。

具体而言，转换节点可以为接入FlexRay总线的终端设备分别分配唯一的MAC地址。其中，分配的MAC地址包括源MAC地址和目的MAC地址。

步骤604，根据分配的Frame ID形成FlexRay数据帧到TSN数据帧之间的映射表。

步骤605：第一FlexRay网络中的源设备开始发送FlexRay数据帧。

步骤606：判断FlexRay数据帧的传输时隙是否为静态时隙；如果是，则进入步骤607，否则执行步骤608。

其中，FlexRay数据帧通过FlexRay总线到达转换节点，转换节点解析FlexRay数据帧的Frame ID，根据Frame ID判断FlexRay数据帧的传输时隙是否为静态时隙。

步骤607：将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧。

步骤608：将FlexRay数据帧转换为以太网数据帧。

步骤609：根据预留的时间窗传输TSN数据帧。

其中，预留的时间窗可以为TSN网络控制器下发，TSN网络控制器根据FlexRay帧的传输时隙和基准时钟，可以准确计算出转换后的TSN数据帧到达其传输路径上每跳TSN节点的时间，并确定要预留相应的时间窗。TSN数据帧的传输路径上的每个TSN节点根据TSN网络控制器下发的时间窗，对TSN数据帧进行确定性传输。

步骤610：在预留的时间窗的间隙对以太网数据帧进行传输。

步骤611：当TSN网络出口处的TSN节点接收到TSN数据帧或以太网数据帧，将TSN数据帧或以太网数据帧还原为FlexRay数据帧。

也就是说，如果TSN网络出口处的TSN节点接收到TSN数据帧，则将TSN数据帧还原为FlexRay数据帧，如果TSN网络出口处的TSN节点接收到以太网数据帧，则将以太网数据帧还原为FlexRay数据帧。

步骤612：TSN网络出口处的TSN节点将FlexRay数据帧发送至FlexRay数据帧所指示的第二FlexRay网络中的目的设备。

为便于理解，下面以一个具体示例对本实施例的数据传输方法进行说明：

如图7所示，FlexRay网络1中接入了总线1终端1、总线1终端2和总线1终端3，通过转换节点1与TSN网络相连。FlexRay网络2中接入了总线2终端4和总线2终端5，通过转换节点2与TSN网络相连。FlexRay网络3中接入了总线3终端6和总线3终端7，通过转换节点3与TSN网络相连。假设注册并分别分配了帧标识Frame ID为1和2，Frame ID为1的数据帧的源设备为总线1终端1，目的设备为总线2终端4，通过静态时隙1传输；Frame ID为2的数据帧的源设备为总线1终端2，目的设备为总线3终端6，通过动态时隙8传输。在转换节点1中形成Frame ID为1和2的映射表。假设转换节点为总线1终端1、总线1终端2、总线2终端4和总线3终端6分配的MAC地址分别为08：00：20：0A：8C：01、08：00：20：0A：8C：02、08：00：20：0A：8C：04和08：00：20：0A：8C：06。假设Frame ID为1的优先级配置为3、Vlan Id配置为1；Frame ID为2的优先级配置为0、Vlan Id配置为2。则转换节点1形成的映射表如表2所示：

表2

基于上述映射表和网络连接，进行数据帧传输，静态时隙的Frame 1通过路径上的预留时间窗确保确定性传输。Frame ID为1的数据帧的源设备为总线1终端1，目的设备为总线2终端4，通过静态时隙1传输；Frame ID为2的数据帧的源设备为总线1终端2，目的设备为总线3终端6，通过动态时隙8传输。如图7所示，实线是Frame ID为1的数据帧从总线1(即FlexRay网络1的总线)通过转换节点1经过TSN网络并到达转换节点2后，再经过总线2(即FlexRay网络2的总线)到达目的设备(总线2终端4)；虚线是Frame ID为2的数据帧从总线1通过转换节点1经过TSN网络并到达转换节点3后，再经过总线3(即FlexRay网络3的总线)到达目的设备(总线3终端6)。在发送数据之前，TSN网络为Frame 1帧计算从转换节点1到转换节点2的路径，并在路径上经过的节点出端口预留时间窗，时间窗的大小是转换后的TSN数据帧传输完成所需时间的大小。Frame ID为1的FlexRay数据帧通过静态时隙1传输到转换节点1，查找转换节点1的映射表2，将FlexRay数据帧1(即图8中的FlexRay帧1)转换为对应的TSN数据帧(即图8中的TSN帧)，转换前后的帧如图8的上方的a)所示。转换后缓存到对应队列，并从TSN端口转发到TSN网络，经过TSN网络的每个节点时根据预留时间窗进行转发，TSN数据帧传输到达转换节点2，转换节点2接受TSN数据帧并按序解析出原始FlexRay数据帧缓存，并在对应的周期和静态时隙1发送到总线2上，终端4接受到FlexRay数据帧1；FrameID为2的FlexRay数据帧通过动态时隙8传输到转换节点1，查找转换节点1的映射表2，将FlexRay数据帧2(即图8中的FlexRay帧2)转换为对应的以太网数据帧(即图8中的以太帧)，转换前后的数据帧如图8下方的b)图所示。转换后缓存到对应队列，并从TSN端口转发到TSN网络，经过TSN网络的传输到达转换节点3，转换节点3接受以太网数据帧并按序解析出原始FlexRay数据帧并缓存，并在对应的周期和动态时隙发送到总线3上，终端6接受到FlexRay数据帧2。

在相关技术中，采用以太网传输FlexRay数据帧的方案无法保证数据传输过程中的确定性时延，而本发明的实施例通过在TSN节点上为TSN数据帧预留时间窗，使得在将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧后，能够确保TSN数据帧在确定的时间内被发出去，从而准确的保证TSN数据帧在其传输路径上传输的确定性时延。在将动态时隙传输的FlexRay数据帧转换成以太网数据帧后，在预留的时间窗的间隙尽力转发所述以太网数据帧不会对静态时隙的FlexRay帧的确定性传输产生干扰，有利于进一步提高TSN数据帧以确定性时延传输的准确性。

在一个实施例中，本发明的数据传输方法可以采用以下步骤实现，下面对本实施例的数据传输方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须，具体流程如图9所示，可以包括如下步骤：

步骤901，将第一FlexRay网络与第二FlexRay网络通过TSN网络中的TSN节点相连。

步骤902，初始化FlexRay网络与TSN网络。

步骤903，为FlexRay网络中的终端分配MAC地址。

步骤904，根据分配的Frame ID形成FlexRay数据帧到TSN数据帧之间的映射表。

步骤905，设置缓存队列大小和数目。

其中，缓存队列包括：N个静态时隙队列和1个动态时隙队列。

步骤906：第一FlexRay网络中的源设备开始发送FlexRay数据帧。

步骤907：判断FlexRay数据帧的传输时隙是否为静态时隙；如果是，则进入步骤908，否则执行步骤909。

步骤908：将FlexRay数据帧转换为TSN数据帧。

步骤909：将FlexRay数据帧转换为以太网数据帧。

其中，步骤901至步骤904与上述实施例的步骤601至步骤604大致相同，步骤906至步骤909与上述实施例的步骤605至步骤608大致相同，为避免重复，此处不再赘述。

步骤910：通过轮询调度N个静态时隙队列和1个动态时隙队列，在TSN数据帧的传输路径上对TSN数据帧以确定性时延进行传输，并在转换后的以太网数据帧的传输路径上对转换后的以太网数帧进行传输。

步骤911：当TSN网络出口处的TSN节点接收到TSN数据帧或以太网数据帧，将TSN数据帧或以太网数据帧还原为FlexRay数据帧。

步骤912：TSN网络出口处的TSN节点将FlexRay数据帧发送至FlexRay数据帧所指示的第二FlexRay网络中的目的设备。

其中，步骤911至步骤912与上述实施例中的步骤611至步骤612大致相同，此处不再赘述。

为便于理解，下面以一个具体示例对本实施例的数据传输方法进行说明：

参考图7，假设静态时隙的FlexRay数据帧通过各转换节点中静态时隙队列的分配确保确定性传输。Frame ID为1的数据帧的源设备为总线1终端1，目的设备为总线2终端4，通过静态时隙1传输；Frame ID为2的数据帧的源设备为总线1终端2，目的设备为总线3终端6，通过动态时隙8传输。假设FlexRay总线初始化阶段注册了5个静态时隙的Frame ID，分别为1至5，所对应的静态时隙号也分别为1至5，则传输路径上的所有TSN节点的出端口需要分配5个静态时隙队列，队列大小与转换后TSN数据帧大小一致，另外分配一个动态时隙队列6，共6个队列。其中Frame1的帧进入静态时隙队列1、Frame2的帧进入静态时隙队列2，依次类推，直到Frame5的帧进入静态时隙队列5。所有动态时隙的Frame进入动态时隙队列6。队列调度时6个队列进行轮询，并进行时钟对齐。在发送数据之前，TSN网络为Frame 1帧计算从转换节点1到转换节点2的路径。Frame ID为1的FlexRay数据帧通过静态时隙1传输到转换节点1，转换节点1将FlexRay帧1转换为对应的TSN数据帧，转换前后的帧如图8上方的a)所示。转换后缓存到静态时隙队列1，等待轮询调度并从TSN端口转发到TSN网络，经过TSN网络路径上每个TSN节点时都进入静态时隙队列1并进行调度转发，TSN数据帧传输到达转换节点2，转换节点2接受TSN数据帧并按序解析出原始FlexRay数据帧缓存，并在对应的周期和静态时隙1发送到总线2上，终端4接受到FlexRay数据帧1；Frame ID为2的FlexRay数据帧通过动态时隙8传输到转换节点1，转换节点1将FlexRay数据帧2转换为对应的以太网数据帧，转换前后的帧如图8下方的b)所示。转换后缓存到对应动态时隙队列6，等待轮询调度并从TSN端口转发到TSN网络，经过TSN网络路径上每个TSN节点时都进入动态时隙队列6并进行调度转发，传输到达转换节点3，转换节点3接受以太网数据帧并按序解析出原始FlexRay数据帧缓存，并在对应的周期和动态时隙发送到总线3上，终端6接受到FlexRay数据帧2。

在本实施例中，通过设置N个静态时隙队列，一个静态时隙队列中缓存一个由静态时隙的FlexRay数据帧转换来的TSN数据帧，使得不同的TSN数据帧无需在同一个队列中排队传输，只要轮循到一个静态时隙队列，该静态时隙队列中缓存的一个TSN数据帧就能被发送出去，避免数据帧的拥塞从而保证TSN数据帧在其传输路径上传输的确定性时延。并且通过设置1个动态时隙队列，将所有动态时隙的FlexRay数据帧转换来的以太网数据帧均缓存至这1个动态时隙队列，通过轮询调度N个静态时隙队列和1个动态时隙队列，有利于在确保TSN数据帧的确定性传输的同时尽量对以太网数据帧传输。

需要说明的是，本申请实施例中的上述各示例均为为方便理解进行的举例说明，并不对本发明的技术方案构成限定。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明的另一个实施例涉及一种TSN节点，如图10所示，包括：至少一个处理器1001；以及与所述至少一个处理器1001通信连接的存储器1002；其中，所述存储器1002存储有可被所述至少一个处理器1001执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器1001执行，以使所述至少一个处理器1001能够执行上述各实施例中的数据传输方法。

其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。

处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。

上述产品可执行本申请实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的方法。

本发明的另一个实施例涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种数据传输方法，其特征在于，应用于时间敏感型网络TSN中的TSN节点，包括：

当接收到来自第一FlexRay网络中的源设备发送的FlexRay数据帧，则在确定所述FlexRay数据帧的传输时隙为静态时隙后，将所述FlexRay数据帧转换为TSN数据帧；

在所述TSN数据帧的传输路径上对所述TSN数据帧以确定性时延进行传输；

当所述TSN数据帧被传输至所述传输路径上的最后一个TSN节点，将所述TSN数据帧还原为所述FlexRay数据帧，并将所述FlexRay数据帧发送至所述FlexRay数据帧所指示的第二FlexRay网络中的目的设备。

2.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述在所述TSN数据帧的传输路径上对所述TSN数据帧以确定性时延进行传输，包括：

确定为所述TSN数据帧在所述TSN节点上传输所预留的时间窗，并在所述时间窗内对所述TSN数据帧进行传输；其中，所述时间窗用于确保所述TSN数据帧在所述传输路径上传输的确定性时延。

3.根据权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于，所述确定为所述TSN数据帧在所述TSN节点上传输所预留的时间窗，包括：

接收TSN控制器下发的为所述TSN数据帧在所述TSN节点上传输所预留的时间窗；所述时间窗基于所述FlexRay数据帧的传输时隙和所述TSN网络的基准时钟确定，所述TSN网络的基准时钟、所述第一FlexRay网络的基准时钟以及所述第二FlexRay网络的基准时钟均相同。

4.根据权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于，所述方法还包括：

在确定所述FlexRay数据帧的传输时隙为动态时隙后，将所述FlexRay数据帧转换为以太网数据帧，在所述预留的时间窗的间隙对所述以太网数据帧进行传输。

5.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述TSN节点具有N个静态时隙队列，所述N个静态时隙队列与预先分配的N个静态时隙的帧标识一一对应，N≥1；

所述在所述TSN数据帧的传输路径上对所述TSN数据帧以确定性时延进行传输，包括：

在所述N个静态时隙队列中，选择与所述FlexRay数据帧的静态时隙对应的静态时隙队列，并将由所述FlexRay数据帧转换后的所述TSN数据帧缓存至选择的静态时隙队列中；

通过轮询调度所述N个静态时隙队列，在所述TSN数据帧的传输路径上对所述TSN数据帧以确定性时延进行传输。

6.根据权利要求5所述的数据传输方法，其特征在于，所述TSN节点还具有1个动态时隙队列，所述动态时隙队列用于缓存需发送的若干太网数据帧，所述方法还包括：

在确定所述FlexRay数据帧的传输时隙为动态时隙后，将所述FlexRay数据帧转换为以太网数据帧，并将转换后的以太网数据帧缓存至所述动态时隙队列；

所述通过轮询调度所述N个静态时隙队列，在所述TSN数据帧的传输路径上，对所述TSN数据帧以确定性时延进行传输，包括：

通过轮询调度所述N个静态时隙队列和所述1个动态时隙队列，在所述TSN数据帧的传输路径上对所述TSN数据帧以确定性时延进行传输，并在所述转换后的以太网数据帧的传输路径上对所述转换后的以太网数据帧进行传输。

7.根据权利要求1至6任一项所述的数据传输方法，其特征在于，所述将所述FlexRay数据帧转换为TSN数据帧，包括：

根据所述FlexRay数据帧的帧标识以及预设的帧标识与TSN数据帧之间的映射关系，将所述FlexRay数据帧转换为TSN数据帧；其中，所述映射关系包括：帧标识和与所述帧标识对应的源MAC地址、目的MAC地址、以太网类型、Vlan id、优先级。

8.根据权利要求7所述的数据传输方法，其特征在于，所述源MAC地址为在初始化配置阶段，所述源设备被分配的MAC地址；或者，

所述源MAC地址为将所述FlexRay数据帧转换为TSN数据帧的TSN节点的MAC地址。

9.一种TSN节点，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至8中任一所述的数据传输方法。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的数据传输方法。

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