CN115913810A - 一种总线通信网络的实时动态带宽分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种总线通信网络的实时动态带宽分配方法，该方法包括：将总线通信网络以固定的时间单位划分为调度周期，然后将每一个调度周期都再次进行划分，划分为总线周期确定调度段以及总线周期竞争调度段。一个新的总线周期开始后，如果处于总线周期确定调度段，总线以时间触发方式调度具有高实时性高优先级特征的消息；如果处于总线周期的竞争调度段，总线以事件触发的方式通过矢量字查询技术调度大数据块消息。本发明兼容传统交换机的通用网络应用场景，可以实现实时动态带宽分配技术。
Description
技术领域
本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其为网络总线调度的主从式通信网络、通信总线的实时动态带宽分配方法，涉及到通信过程中的周期调度划分、矢量字查询的方式方法。
背景技术
在确定网络通信或时间触发网络通信中，网络的带宽受到物理传输介质、网络数据传输编码格式等的制约，存在理论上的总线传输带宽上限。但是在实际的工况下，由于总线数据流的发送在时间上不总是均匀的，在使用事件触发调度时时可以保证总线带宽被完全使用但高实时性消息存在被迟滞的风险，而在使用时间触发调度时可以保证消息调度高实时性但是总线带宽往往无法被完全利用。
传统的总线通信网络带宽分配技术是时分制多路传输，将整个总线传输在时间上划分为以调度周期为最小单元，在每一个调度周期上通过对来自若干个信号源的信号在时间上错开采样，形成一个组合的脉冲序列，最终满足在系统中任意两个终端间均能互相交换信息，总线的带宽也随着总线网络的确定按照时间长度分配给了各个通信节点，无法随着实时的网络状态动态改变。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何解决由于大数据块高带宽的数据对于总线通信网络造成的阻塞以及高优先级消息延时的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其包括以下步骤：
步骤1：总线控制器广播周期调度消息，总线进入高优先级调度阶段；
步骤2：总线控制器执行调度周期高优先级消息；
步骤3：总线控制器对周期高优先级消息调度结束后，总线控制器广播周期调度消息，切换总线进入低优先级调度阶段；
步骤4：在低优先级调度状态，总线控制器调度低优先级消息；
步骤5：接收到调度周期的网络所有终端节点，开始调度直传消息，总线处于竞争调度段状态；
步骤6：周期调度消息广播了当前总线周期剩余时间，包括总线控制器在内的每个终端节点根据维护周期计数器，将当前队列最后一次传输的帧时间与周期剩余时间进行比较，如果不能满足则停止发送调度，每个终端节点周期剩余时间各自维护，保证在周期结束前，总线恢复到静默期。
其中，所述周期调度消息是报文或者触发信号。
其中，所述高优先级调度阶段是时间触发调度的消息或具有高优先度的消息插入的阶段。
其中，所述总线控制器是能够对网络进行调度的网络节点，或者能够对网络进行调度的终端。
其中，所述低优先级调度阶段是事件调度触发的消息或具有低优先级的消息插入的阶段。
其中，所述步骤6中的调度过程是根据总线控制器对所有终端进行矢量字查询而完成事件触发的调度过程。
其中，所述事件触发的调度过程为：通过矢量字查询轮询所有的终端设备以及端口，有待发送数据时进行调度，无待发送数据时则跳过的调度过程。
其中，所述矢量字查询的过程为：矢量字能通过1比特变量映射一个端口或者多个端口的数据情况。
其中，所述方法将基于时间触发的总线周期调度进行二次划分，将每一个总线周期再划分为两个不同的区段：确定调度段、竞争调度段；在处于确定调度段时，总线网络对小数据块低带宽的周期数据进行调度；在处于竞争调度段时，总线网络对大数据块高带宽的周期数据进行调度。
其中，两种区段说明如下：
确定调度段：在确定调度段内，以时间触发的方式对消息进行调度，确保小数据块消息的实时性；确定调度段起始于一个新的调度周期开始的时刻，此时总线控制器向总线发送状态报文作为确定调度段开始标志；当确定调度段结束时，总线控制器向总线发送状态报文作为确定调度段结束与竞争调度段开始标志；
竞争调度段：在竞争调度段内，以事件触发的方式对消息进行调度，在每一个总线网络周期中对多个可能的大量数据块进行轮询，保证在竞争调度段时间内尽可能的传输多的数据，确保的总线带宽的利用率；竞争调度段起始于确定调度段结束的时刻，此时总线控制器向总线发送状态报文；竞争调度段结束与当前总线调度周期结束的时刻相同，此时新的调度周期开始，总线控制器向总线发送状态报文；
在竞争调度段中，使用矢量字查询的方法对向总线中所有的通信终端查询数据端口的缓冲区，通过总线控制器对返回矢量字进行判断，跳过无数据的端口调度，只对有数据的端口进行调度，提升带宽的利用率。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明的实时动态带宽分配是一种基于对网络调度周期按照数据量和实时性要求进行二次划分的带宽分配方法，通过在总线网络的调度周期中划分为确定调度段和竞争调度段，在保证总线高优先级信息的传输不被迟滞的同时，能够合理的将大数据块高带宽的按照事件触发的方式进行调度，使得总线网络的带宽被实时合理分配。
附图说明
图1示出本发明总线网络周期调度策略示意图。
图2示出本发明总线网络周期调度时序示意图。
图3示出本发明矢量字查询调度流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其包括以下步骤：
步骤1：总线控制器广播周期调度消息，总线进入高优先级调度阶段；
步骤2：总线控制器执行调度周期高优先级消息；
步骤3：总线控制器对周期高优先级消息调度结束后，总线控制器广播周期调度消息，切换总线进入低优先级调度阶段；
步骤4：在低优先级调度状态，总线控制器调度低优先级消息；
步骤5：接收到调度周期的网络所有终端节点，开始调度直传消息，总线处于竞争调度段状态；
步骤6：周期调度消息广播了当前总线周期剩余时间，包括总线控制器在内的每个终端节点根据维护周期计数器，将当前队列最后一次传输的帧时间与周期剩余时间进行比较，如果不能满足则停止发送调度，每个终端节点周期剩余时间各自维护，保证在周期结束前，总线恢复到静默期。
其中，所述周期调度消息是报文或者触发信号。
其中，所述高优先级调度阶段是时间触发调度的消息或具有高优先度的消息插入的阶段。
其中，所述总线控制器是能够对网络进行调度的网络节点，或者能够对网络进行调度的终端。
其中，所述低优先级调度阶段是事件调度触发的消息或具有低优先级的消息插入的阶段。
其中，所述步骤6中的调度过程是根据总线控制器对所有终端进行矢量字查询而完成事件触发的调度过程。
其中，所述事件触发的调度过程为：通过矢量字查询轮询所有的终端设备以及端口，有待发送数据时进行调度，无待发送数据时则跳过的调度过程。
其中，所述矢量字查询的过程为：矢量字能通过1比特变量映射一个端口或者多个端口的数据情况。
其中，所述方法将基于时间触发的总线周期调度进行二次划分，将每一个总线周期再划分为两个不同的区段：确定调度段、竞争调度段；在处于确定调度段时，总线网络对小数据块低带宽的周期数据进行调度；在处于竞争调度段时，总线网络对大数据块高带宽的周期数据进行调度。
其中，两种区段说明如下：
确定调度段：在确定调度段内，以时间触发的方式对消息进行调度，确保小数据块消息的实时性；确定调度段起始于一个新的调度周期开始的时刻，此时总线控制器向总线发送状态报文作为确定调度段开始标志；当确定调度段结束时，总线控制器向总线发送状态报文作为确定调度段结束与竞争调度段开始标志；
竞争调度段：在竞争调度段内，以事件触发的方式对消息进行调度，在每一个总线网络周期中对多个可能的大量数据块进行轮询，保证在竞争调度段时间内尽可能的传输多的数据，确保的总线带宽的利用率；竞争调度段起始于确定调度段结束的时刻，此时总线控制器向总线发送状态报文；竞争调度段结束与当前总线调度周期结束的时刻相同，此时新的调度周期开始，总线控制器向总线发送状态报文；
在竞争调度段中，使用矢量字查询的方法对向总线中所有的通信终端查询数据端口的缓冲区，通过总线控制器对返回矢量字进行判断，跳过无数据的端口调度，只对有数据的端口进行调度，提升带宽的利用率。
实施例1
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，在以下描述中使用iC代指总线控制器，使用mSOH与mSOL代指总线控制器发送的用于标志调度起始与结束的消息。
图1是本发明总线通信网络动态带宽分配技术中总线网络周期调度策略示意图，描述了总线周期被二次划分后，总线网络从一个周期开始到结束时的调度段划分以及在各个调度段的调度行为，总线调度被划分为确定调度段与竞争调度段。
总线周期确定调度段：总线周期确定调度段处于总线周期的前期，在该调度段中总线控制器对小数据块的周期数据进行调度，采用时间触发的调度方式。对于周期更长数据还可以固定多个总线网络周期才调度一次。对于非周期数据，在该调度段中支持高优先级事件的插入。
总线周期竞争调度段：总线周期竞争调度段处于总线周期的后期，在该调度段中总线控制器对大数据块的周期数据采用事件触发的方式进行调度，在每个总线周期通过矢量字的方式对多个可能的大数据块进行轮询，如果有数据则传输一定量的数据，直到总线网络周期结束。对于非周期的数据，在该调度段中支持高优先级事件和低优先级事件的插入。
图2是本发明总线网络周期调度时序示意图，一个完整的总线周期调度流程如下：
步骤1：iC广播mSOH消息，总线进入高优先级调度阶段；
步骤2：iC周期高优先级执行调度；
步骤3：iC周期高优先级调度结束后，iC广播mSOL消息，切换总线为低优先级状态；
步骤4：在低优先级状态，iC调度周期低优先级消息t；
步骤5：接收到mSOL的网络所有终端，开始调度直传消息，总线处于竞争状态；
步骤6：mSOL广播了当前总线周期剩余时间，每个终端节点(包括iC)根据维护周期计数器，当前队列最后一次传输的帧时间与周期剩余时间进行比较，如果不能满足则停止发送调度，每个终端节点总线剩余时间各自维护，保证在周期结束前，总线恢复到静默期。
图3是本发明矢量字查询调度流程图，在总线周期的竞争调度段中矢量字查询调度包括如下步骤：
步骤1：等待总线周期进入进入竞争调度段，进入竞争调度段后进入步骤2；
步骤2：iC向终端A发送矢量字查询消息，在接收到来自终端A的矢量字查询响应时进入到步骤3；
步骤3：根据返回矢量字判断数据端口1是否有带发送的数据，如果有则跳转至步骤4，如果没有则跳转至步骤6；
步骤4：iC计算当前调度周期剩余时间足够，足够跳转至步骤5，不够则跳转至步骤8；
步骤5：对终端A端口1的数据进行调度，调度完成后跳转至步骤6；
步骤6：依照步骤3、4、5对返回矢量字中的所有端口进行历遍，之后跳转到步骤7；
步骤7：依照步骤3、4、5、6对总线所有的终端进行轮询访问，完成后跳转至步骤8；
步骤8：等待总线网络周期结束，之后跳转至步骤1；
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
综上，本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种总线通信网络的实时动态带宽分配方法，该方法包括：将总线通信网络以固定的时间单位划分为调度周期，然后将每一个调度周期都再次进行划分，划分为总线周期确定调度段以及总线周期竞争调度段。一个新的总线周期开始后，如果处于总线周期确定调度段，总线以时间触发方式调度具有高实时性高优先级特征的消息；如果处于总线周期的竞争调度段，总线以事件触发的方式通过矢量字查询技术调度大数据块消息。本发明兼容传统交换机的通用网络应用场景，可以实现实时动态带宽分配技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1：总线控制器广播周期调度消息，总线进入高优先级调度阶段；
步骤2：总线控制器执行调度周期高优先级消息；
步骤3：总线控制器对周期高优先级消息调度结束后，总线控制器广播周期调度消息，切换总线进入低优先级调度阶段；
步骤4：在低优先级调度状态，总线控制器调度低优先级消息；
步骤5：接收到调度周期的网络所有终端节点，开始调度直传消息，总线处于竞争状态；
步骤6：周期调度消息广播了当前总线周期剩余时间，包括总线控制器在内的每个终端节点根据维护周期计数器，将当前队列最后一次传输的帧时间与周期剩余时间进行比较，如果不能满足则停止发送调度，每个终端节点周期剩余时间各自维护，保证在周期结束前，总线恢复到静默期。
2.如权利要求1所述的总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其特征在于，所述周期调度消息是报文或者触发信号。
3.如权利要求1所述的总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其特征在于，所述高优先级调度阶段是时间触发调度的消息或具有高优先度的消息插入的阶段。
4.如权利要求1所述的总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其特征在于，所述总线控制器是能够对网络进行调度的网络节点，或者能够对网络进行调度的终端。
5.如权利要求1所述的总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其特征在于，所述低优先级调度阶段是事件调度触发的消息或具有低优先级的消息插入的阶段。
6.如权利要求1所述的总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其特征在于，所述步骤6中的调度过程是根据总线控制器对所有终端进行矢量字查询而完成事件触发的调度过程。
7.如权利要求6所述的总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其特征在于，所述事件触发的调度过程为：通过矢量字查询轮询所有的终端设备以及端口，有待发送数据时进行调度，无待发送数据时则跳过的调度过程。
8.如权利要求7所述的总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其特征在于，所述矢量字查询的过程为：矢量字能通过1比特变量映射一个端口或者多个端口的数据情况。
9.如权利要求1所述的总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其特征在于，所述方法将基于时间触发的总线周期调度进行二次划分，将每一个总线周期再划分为两个不同的区段：确定调度段、竞争调度段；在处于确定调度段时，总线网络对小数据块低带宽的周期数据进行调度；在处于竞争调度段时，总线网络对大数据块高带宽的周期数据进行调度。
10.如权利要求9所述的总线通信网络的实时动态带宽分配方法，其特征在于，两种区段说明如下：
确定调度段：在确定调度段内，以时间触发的方式对消息进行调度，确保小数据块消息的实时性；确定调度段起始于一个新的调度周期开始的时刻，此时总线控制器向总线发送状态报文作为确定调度段开始标志；当确定调度段结束时，总线控制器向总线发送状态报文作为确定调度段结束与竞争调度段开始标志；
竞争调度段：在竞争调度段内，以事件触发的方式对消息进行调度，在每一个总线网络周期中对多个可能的大量数据块进行轮询，保证在竞争调度段时间内尽可能的传输多的数据，确保的总线带宽的利用率；竞争调度段起始于确定调度段结束的时刻，此时总线控制器向总线发送状态报文；竞争调度段结束与当前总线调度周期结束的时刻相同，此时新的调度周期开始，总线控制器向总线发送状态报文；
在竞争调度段中，使用矢量字查询的方法对向总线中所有的通信终端查询数据端口的缓冲区，通过总线控制器对返回矢量字进行判断，跳过无数据的端口调度，只对有数据的端口进行调度，提升带宽的利用率。
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