CN116260762B - 一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法 - Google Patents

一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116260762B
CN116260762B CN202310148836.5A CN202310148836A CN116260762B CN 116260762 B CN116260762 B CN 116260762B CN 202310148836 A CN202310148836 A CN 202310148836A CN 116260762 B CN116260762 B CN 116260762B
Authority
CN
China
Prior art keywords
path
reliability
data
network
paths
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310148836.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116260762A (zh
Inventor
王浩
温泽旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University of Post and Telecommunications
Original Assignee
Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University of Post and Telecommunications filed Critical Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority to CN202310148836.5A priority Critical patent/CN116260762B/zh
Publication of CN116260762A publication Critical patent/CN116260762A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116260762B publication Critical patent/CN116260762B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/22—Alternate routing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12—Shortest path evaluation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/28—Routing or path finding of packets in data switching networks using route fault recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明涉及一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法，属于工业互联网领域，首先在网络拓扑中应用基于可靠性为代价的Dijkstra算法获取源节点s到目的节点d的不相交路径集C和节点相交路径集D，其次根据冗余路径评价指标Qr，优化冗余路径的选取，以满足数据的冗余级别N的要求，最后在相交节点处构造数据帧的调度规则，将更多数据调度在规划的传输质量好的路径上，减少传输质量差的路径上的调度，从而最大限度地提高数据的交付率。

Description

一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法
技术领域
本发明属于工业互联网领域，涉及一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法。
背景技术
时间敏感网络(TSN)是IEEE802.1工作组制定的一系列标准集合，通过扩展了传统以太网的功能，以支持工业以太网，车载网络，自动驾驶汽车等场合对数据的传输质量需求，提供高可靠与确定有界低时延传输服务。基于标准以太网的TSN通过增强时间同步(IEEE802.1ASrev)、确定性流调度(IEEE802.1Qbv)、高可靠无缝冗余(IEEE802.1CB)、路径控制和预留(IEEE802.1Qca)等一系列扩展性协议和标准，使得“关键”任务类别数据能够得到QoS保证，TSN支持时间敏感流量和尽力而为流量的共网传输，确保时间敏感流传输的确定性和低时延，低丢包率。同时这些增强的功能和普适性也使得TSN成为未来工业自动化系统、车载通信、智能电网等垂直行业应用的核心网络技术之一。
TSN任务组开发的IEEE802.1CB帧复制与消除(FRER)是TSN中容忍链路故障和节点故障，用于零丢包传输，特别是对于安全关键流，提供高可靠无缝冗余的主要解决方案。它提供了一种静态冗余机制，通过源节点或交换设备为每个流生成和编码序列号，并根据流的冗余级别将数据包复制到两个或多个不相交的冗余路径上。在中间节点和目的节点，使用流识别和解码序列号接收数据包，删除和丢弃重复的冗余数据，保证上层数据不会重复处理相同的数据帧，以及防止因节点流分裂功能的故障而导致发出重复的多份数据到同一链路上，影响数据传输的效率。通过FRER的多路径不相交的冗余传输，关键数据能够容忍网络出现的冗余级别为N的N-1次随机故障同时发生。
关键数据的可靠冗余传输依靠网络拓扑提供的不相交冗余路径，但并非所有网络拓扑都可以提供相同冗余级别的不相交传输路径。网络中通常提供源节点和目的节点之间的多条路径，在这所有可能的路径中，不相交路径(DP)，即源节点和目标节点之间没有共同节点或链路的路径，从冗余的角度来看，一个DP上的故障并不会影响其他DP上的通信。显然，并非每个网络拓扑都能在源和目的节点之间找到完全不相交的多条路径。某些情况下，关键数据希望网络能够提供多条传输路径，即使它们不是完全不相交的。
在DP网络中，源节点的一条流被复制在N条不相交的路径上，由于N条路径相互独立，各自传输，互不冲突，不存在中间节点接收同一数据的多份副本的情况。在最大不相交路径(MDP)网络中，路径相交的节点会接收同一数据的多个副本，由于相交节点端口序列恢复函数(SRF)的执行，数据的多份副本就会被提前消除和丢弃，造成相交节点后面的剩余路径中数据的冗余程度降低，使网络无法容忍任意N-1次故障的发生。如果剩余路径中发生了链路突发故障，将导致目的节点接收不到正常数量的数据包，最终导致数据交付率的降低。目前没有一种有效的方式能够实现帧复制与消除在冗余路径相交后，当发生N-1次随机故障后能够满足关键数据的全部交付。
综上所述，IEEE802.1CB帧复制与消除通过多条节点不相交的冗余路径复制每个数据包，并在运行了FRER协议的中间节点和以太网终端系统上删除复制的数据包，保证上层应用的正确通信。当网络拓扑不能为关键数据提供冗余级别为N的独立传输路径时，需要在源节点和目的节点之间寻找所有可能的传输路径，以此增加关键数据在网络中的副本数量，来提高数据交付的可靠性。这种方式将带来一个潜在的问题，所有的数据帧副本在经过相交节点或目的节点时都会由于序列恢复函数(SFR)的执行而导致数据包的消除，从而使网络中副本数据数量减少，系统可靠性降低。
如图1所示，一条流被复制在p1,p2,p3,p4这四条路径上，节点s是具备流分裂功能的源节点，r1,r2,r3,r4,r5是具备数据帧消除的中间节点，节点d是具备数据帧消除的目的节点。假设开始时流在四条冗余路径上都具有100个相同的数据帧，数据冗余级别为N＝4。
1)在图中a区域，路径p1,p2,p3,p4中都具有100个数据帧，可以容忍其中任意三条路径发生故障。
2)b区域中，p2和p3的数据到达r1节点，消除了重复的副本数据，数据的冗余级别N变为3。这里假设两条链路上的负载是动态变化的，在b区域，假设流在p3链路划分了60个帧，在p2链路划分40个帧。此时如果p1,p2,p4或p1,p3,p4发生故障，将导致目的节点无法交付正常数量的数据帧。
3)同理，在区域c,d,e,f中，当冗余数据经过中间节点r2,r3,r4,r5时，都会对数据的冗余副本进行消除，最终使得网络中数据的冗余级别进一步降低，直至最后网络中仅剩下一份数据，冗余级别N变为1，当网络突发链路故障时，就会使目的节点无法接收的数据减少，数据交付率下降。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法，解决数据的冗余路径出现相交的情况，提高数据最终的交付率。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法，包括以下步骤：
S1：根据网络拓扑源节点s和目的节点d，确定其网络视图；
S2：构建帧复制与消除中路径选择和数据转发网络架构；
S3：使用基于可靠性为代价的Dijkstra算法获取网络拓扑源节点s到目的节点d的不相交路径集C和节点相交路径集D；
S4：根据数据冗余级别N需求，优先从路径集C中按照路径可靠性权值依次选取路径添加到冗余路径集PN中，当C的路径元素数量K不足时N时，将节点相交路径集D的路径元素添加到冗余路径集PN中；
S5：对于不同的冗余级别N，组合D中N-K个路径元素到冗余路径集P中，共产生的组合数量为CJ N-K个，其中J为D中路径元素数量；分别计算出相应的冗余路径选取指标Qr，并选择Qr最大的一组冗余路径PN＝{p1,p2,...,pN}，作为关键流量的冗余传输路径；
S6：对于MD C不为空的情况，根据相交节点之后的剩余路径rvi(dj,C)可靠性Ri来调度流量，根据相交节点后的剩余路径可靠性计算模型计算剩余路径可靠性指标Ri；
S7：根据剩余路径可靠性指标Ri，计算相交节点之后端口数据帧调度到不同路径的调度比例Sd；
S8：调度器从调度队列获取准备发送的数据帧，首先将数据帧按调度比例Sd调度到可靠性Ri最高的链路上，其次将数据帧按比例Sd调度到其它的剩余路径上。
进一步，步骤S1中，控制平面运行中间系统到中间系统(IS-IS)协议，通过网络泛洪拓扑信息，使网络中的每个桥都获取到一个网络视图内的全局拓扑视图，并建立网络拓扑数据库，用于网络发现，以正确配置帧复制与消除用于多路径的通信。
进一步，步骤S2中所述构建帧复制与消除中路径选择和数据转发网络架构，具体包括：
控制平面：部署IS-IS协议，用于网络发现；
最短路径桥接(SPB)：基于网络拓扑数据库进行链路层的路由，使用基于链路可靠性为代价Dijkstra算法，从网络拓扑数据库中获取源节点s到目的节点d的最短路径SP(s,d)，并在每个桥中生成路径预留表，从而指导数据帧的转发；
数据平面：对进入中间节点的副本数据进行解码和消除，对来自上层的数据进行编码和复制，发送到冗余传输路径上。
进一步，步骤S3所述使用基于可靠性为代价的Dijkstra算法获取网络拓扑源节点s到目的节点d的不相交路径集C和节点相交路径集D，具体包括以下步骤：
首先计算获取不相交路径集C，在G(V,E)中为每条链路赋可靠性权值，设C＝φ，从网络拓扑数据库中获取源节点s到目的节点d的最短路径SP1(s,d)，将SP1(s,d)加入到路径集C中，从G(V,E)中删除属于最短路径SP1(s,d)的节点和链路；
然后从剩余的节点和链路中使用Dijkstra算法获取次最短路径SP2(s,d)，依次迭代，使剩余的网络没有路径时则结束，得到k-不相交最短路径；
其次获取节点相交路径集合D，设D＝φ，在G(V,E)中删除C中所有路径元素所包含的链路，得到网络G/(V,E)；
从G/中获取源节点s到目的节点d的最短路径SP/ 1(s,d)，将SP/ 1(s,d)加入到路径集D中；
再从G/(V,E)中删除SP/ 1(s,d)的链路，然后从剩余的节点和链路中依次迭代获取k/-节点相交路径，使剩余的网络没有路径则结束。
进一步，步骤S4中具体包括：
根据数据所需要的冗余程度N，组合D中N-K个路径元素到冗余路径集P中，计算其冗余路径评价指标Qr，其表示冗余路径最长不相交段l(p,C)的链路总和与冗余路径的链路和之比；
Qr的取值范围为[0，1]，Qr值越高，所选取的冗余路径组合越优，且数据越能够容忍网络发生的故障；当冗余路径最大不相交段l(dj,C)的链路和等于冗余路径的链路和时，Qr等于1，此时的冗余路径是相互独立，互不影响的，路径上的流量不会受到任何消除的影响，且数据能够容忍网络任意N-1次故障的发生。
进一步，路径可靠性计算方法如下：
假设系统中链路eij的可靠性为pij，给系统中每条链路赋权值Wij＝-lnpij，对于任意路径pi∈C，其路径上链路的加权和表示如下：
Wi＝ΣWij＝-ln(Πpij)＝-ln(P(pi))
路径pi的可靠性P(pi)＝e-Wi，当Wi最小时，P(pi)最大，即路径Ci的加权值Wi最小时，其可靠性P(pi)最大；
当源节点s和目的节点d之间是一条独立的路径时，其可靠性计算是路径上的每条链路的可靠性的乘积，如下式所示：
Rs,d＝Πpij
当源节点s和目的节点d之间有k条边不相交的路径C＝(p1,p2,p3...pk)时，由容斥定理计算两点之间的可靠性Rs,d如下式所示：
本发明的有益效果在于：本发明首先在网络拓扑中应用基于可靠性为代价的Dijkstra算法获取源节点s到目的节点d的不相交路径集C和节点相交路径集D，其次根据冗余路径评价指标Qr，优化冗余路径的选取，以满足数据的冗余级别N的要求，最后在相交节点处构造数据帧的调度规则，将更多数据调度在规划的传输质量好的路径上，减少传输质量差的路径上的调度，从而最大限度地提高数据的交付率。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为四条相交路径拓扑图；
图2为TSN网络架构图；
图3为不相交路径集C获取图；
图4为节点相交路径集D获取图；
图5为端口调度模型图；
图6为一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提出一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法，通过考虑三个要点来解决数据的冗余路径出现相交的情况，来提高数据最终的交付率。
①获取网络拓扑源节点s到目的节点d的不相交路径集C和节点相交路径集D，其中C和D中路径元素都通过可靠性计算的Dijkstra算法获取。根据数据冗余级别需求，首先从C中选取不相交路径，使数据传输能够在可靠性较高的几条独立路径上传输。若不满足冗余需求，则再根据相交路径评价指标Qr计算，从D中选取最优的节点相交路径传输，使相交节点对冗余数据的影响最小。
②计算相交路径评价指标Qr，其最小化相交节点的数量能够使冗余数据不至于多次被消除，此外，选择的相交节点远离源节点s，靠近目的节点d，能够使冗余数据意外消除造成的影响降低。
③根据相交节点后面的剩余路径可靠性指标Ri去计算端口流量的调度比例，把相交节点调度队列的数据按照调度比例调度到剩余的路径中去，能够避免数据的传输全部由一条或其中几条路径承担，从而造成链路负载和数据传输风险的增大。按照相交节点后剩余路径的可靠性比例调度流量，将更多数据调度在规划的传输质量好的路径上，减少传输质量差的路径上的调度，从而最大限度地提高数据的交付率。
实施例：
构建网络拓扑模型：在TSN网络模型中，包含交换机节点和传输链路两种要素，其中交换机节点都具备TSN特性且都支持帧复制与消除(FRER)功能。传输链路是以太网的全双工链路。构建时间敏感网络拓扑模型，设G＝(V，E)是节点为u，v∈V的有向图，e＝(u，v)∈E是从u到v的有向边，e：u→v，定义路径p为由边连接的不同节点序列，p＝(v1，v2，...，v)：定义不相交路径集C＝{c1,c2,...ck}，和节点相交路径集D＝{d1,d2,...dj}，其中D中任一路径都和C的其中一条路径重合，定义集合PN＝{p,p2,...,pN}表示G中源节点s到目的节点d的冗余路径集合。
定义路径的最长不相交段l(dj,C),它是路径C＝{c1,c2,...ck}和D的N-组合中dj(j＝1,2，...j)与C的任何其他路径之间的第一个相交节点之前的p段链路，将dj和ck(k＝1,2,...,k)∈C之间的相交节点的集合定义为MD C。可以推出，当时，路径p∈P的最长不相交段是它本身，是一条独立的路径，其中的流量不受任何消除的影响。
相交节点之后的剩余路径rvi(dj,C)定义为路径C＝{c1,c2,...ck}和D的特定N组合中dj(j＝1,2，...m)与C的任何其他路径之间的第一个相交节点之后的p段链路。
路径可靠性计算
假设系统中链路eij的可靠性为pij，给系统中每条链路赋权值Wij＝-lnpij，对于任意路径pi∈C，其路径上链路的加权和可以表示如下：
Wi＝∑Wij＝-ln(Πpij)＝-ln(P(pi))
因此，路径pi的可靠性P(pi)＝e-Wi，由公式得，当Wi最小时，P(pi)最大，即路径Ci的加权值Wi最小时，其可靠性P(pi)最大。
当源节点s和目的节点d之间是一条独立的路径时，其可靠性计算是路径上的每条链路的可靠性的乘积，如下式所示。
Rs,d＝Πpij
当源节点s和目的节点d之间有k条边不相交的路径C＝(p1,p2,p3...pk)时，由容斥定理计算两点之间的可靠性Rs,d如下式所示。
Rs,d＝P(p1∪p2∪…pk)
如图6所示，为本方案的具体实施步骤。
第一步：根据网络拓扑源节点s和目的节点d，确定其网络视图。控制平面运行中间系统到中间系统(IS-IS)协议，通过网络泛洪拓扑信息，使网络中的每个桥都获取到一个网络视图内的全局拓扑视图，并建立网络拓扑数据库，用于网络发现，以正确配置帧复制与消除用于多路径的通信。
第二步：构建帧复制与消除中路径选择和数据转发网络架构，如图2所示，控制平面部署IS-IS协议用于网络发现，最短路径桥接(SPB)基于网络拓扑数据库进行链路层的路由，其使用基于链路可靠性为代价Dijkstra算法，从网络拓扑数据库中获取源节点s到目的节点d的最短路径SP(s,d)，并在每个桥中生成路径预留表，从而指导数据帧的转发。数据平面对进入中间节点的副本数据进行解码和消除，和对来自上层的数据进行编码和复制，发送到冗余传输路径上。
第三步：使用基于可靠性为代价的Dijkstra算法获取网络拓扑源节点s到目的节点d的不相交路径集C和节点相交路径集D。
如图3所示，首先计算获取不相交路径集C，在G(V,E)中为每条链路赋可靠性权值，设C＝φ，从网络拓扑数据库中获取源节点s到目的节点d的最短路径SP1(s,d)，将SP1(s,d)加入到路径集C中。由于所选路径相互独立，从G(V,E)中删除属于最短路径SP1(s,d)的节点和链路,然后从剩余的节点和链路中使用Dijkstra算法获取次最短路径SP2(s,d)，依次迭代，使剩余的网络没有路径则结束，此算法结束后将得到k-不相交最短路径。
如图4所示，其次获取节点相交路径集合D，设D＝φ，在G(V,E)中删除C中所有路径元素所包含的链路，得到网络G/(V,E)。从G/中获取源节点s到目的节点d的最短路径SP/ 1(s,d)，将SP/ 1(s,d)加入到路径集D中。再从G/(V,E)中删除SP/ 1(s,d)的链路,然后从剩余的节点和链路中依次迭代获取k/-节点相交路径，使剩余的网络没有路径则结束。
第四步：根据数据冗余级别N需求，优先从路径集C中按照路径可靠性权值依次选取路径添加到冗余路径集PN中，使数据能够在可靠性较高的几条独立路径上进行传输。当C的路径元素数量K不足时N时，则将节点相交路径集D的路径元素添加到冗余路径集PN中。
由于D中元素的加入，使冗余路径上出现了相交节点，副本数据帧从不同路径进入相交节点后，序列恢复函数(SRF)的执行导致副本数据的删除和丢弃，从而影响副本数据的冗余程度，降低数据可靠性。如果相交的节点能够远离源节点s且接近目的节点d，可以最大限度地减少可能影响流量的链路数量。
根据数据所需要的冗余程度N，组合D中N-K个路径元素到冗余路径集P中，计算其冗余路径评价指标Qr，其表示冗余路径最长不相交段l(p,C)的链路总和与冗余路径的链路和之比。
Qr的取值范围为[0，1]，随着Qr的不断提高，所选取的冗余路径组合越优，且数据越能够容忍网络发生的故障。当冗余路径最大不相交段l(dj,C)的链路和等于冗余路径的链路和时，Qr等于1，此时的冗余路径是相互独立，互不影响的，路径上的流量不会受到任何消除的影响，且数据能够容忍网络任意N-1次故障的发生。
第五步：对于不同的冗余级别N，组合D中N-K个路径元素到冗余路径集P中，共产生的组合数量为CJ N-K个，其中J为D中路径元素数量。分别计算出相应的冗余路径选取指标Qr，并选择Qr最大的一组冗余路径PN＝{p1,p2,...,pN}，作为关键流量的冗余传输路径。
第六步：对于MD C不为空的情况，考虑根据相交节点之后的剩余路径rvi(dj,C)可靠性Ri来调度流量，根据相交节点后的剩余路径可靠性计算模型计算剩余路径可靠性指标Ri。
第七步：根据剩余路径可靠性指标Ri，计算相交节点之后端口数据帧调度到不同路径的调度比例Sd。
第八步：如图5所示，调度器从调度队列获取准备发送的数据帧，首先将数据帧按调度比例Sd调度到可靠性Ri最高的链路上，其次将数据帧按比例Sd调度到其它的剩余路径上。避免了数据全部由相交节点后的一条或其中几条路径承担，从而造成链路负载增大和数据传输风险的提高，按照相交节点后的剩余路径的可靠性指标按比例调度数据，将更多数据调度在规划的传输质量好的路径上，减少传输质量差的路径上的调度，从而最大限度地提高数据的交付率。
最后说明的是，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者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：根据网络拓扑源节点s和目的节点d，确定其网络视图；
S2：构建帧复制与消除中路径选择和数据转发网络架构；
S3：使用基于可靠性为代价的Dijkstra算法获取网络拓扑源节点s到目的节点d的不相交路径集C和节点相交路径集D；
S4：根据数据冗余级别N需求，优先从路径集C中按照路径可靠性权值依次选取路径添加到冗余路径集PN中，当C的路径元素数量K不足时N时，将节点相交路径集D的路径元素添加到冗余路径集PN中；
S5：对于不同的冗余级别N，组合D中N-K个路径元素到冗余路径集P中，共产生的组合数量为CJ N-K个，其中J为D中路径元素数量；分别计算出相应的冗余路径选取指标Qr，并选择Qr最大的一组冗余路径PN＝{p1,p2,...,pN}，作为关键流量的冗余传输路径；
S6：对于MD C不为空的情况，根据相交节点之后的剩余路径rvi(dj,C)可靠性Ri来调度流量，根据相交节点后的剩余路径可靠性计算模型计算剩余路径可靠性指标Ri；
S7：根据剩余路径可靠性指标Ri，计算相交节点之后端口数据帧调度到不同路径的调度比例Sd；
S8：调度器从调度队列获取准备发送的数据帧，首先将数据帧按调度比例Sd调度到可靠性Ri最高的链路上，其次将数据帧按比例Sd调度到其它的剩余路径上。
2.根据权利要求1所述的提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法，其特征在于：步骤S1中，控制平面运行中间系统到中间系统IS-IS协议，通过网络泛洪拓扑信息，使网络中的每个桥都获取到一个网络视图内的全局拓扑视图，并建立网络拓扑数据库，用于网络发现，以正确配置帧复制与消除用于多路径的通信。
3.根据权利要求1所述的提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法，其特征在于：步骤S2中所述构建帧复制与消除中路径选择和数据转发网络架构，具体包括：
控制平面：部署IS-IS协议，用于网络发现；
最短路径桥接SPB：基于网络拓扑数据库进行链路层的路由，使用基于链路可靠性为代价Dijkstra算法，从网络拓扑数据库中获取源节点s到目的节点d的最短路径SP(s,d)，并在每个桥中生成路径预留表，从而指导数据帧的转发；
数据平面：对进入中间节点的副本数据进行解码和消除，对来自上层的数据进行编码和复制，发送到冗余传输路径上。
4.根据权利要求1所述的提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法，其特征在于：步骤S3所述使用基于可靠性为代价的Dijkstra算法获取网络拓扑源节点s到目的节点d的不相交路径集C和节点相交路径集D，具体包括以下步骤：
首先计算获取不相交路径集C，在G(V,E)中为每条链路赋可靠性权值，设C＝φ，从网络拓扑数据库中获取源节点s到目的节点d的最短路径SP1(s,d)，将SP1(s,d)加入到路径集C中，从G(V,E)中删除属于最短路径SP1(s,d)的节点和链路；
然后从剩余的节点和链路中使用Dijkstra算法获取次最短路径SP2(s,d)，依次迭代，使剩余的网络没有路径时则结束，得到k-不相交最短路径；
其次获取节点相交路径集合D，设D＝φ，在G(V,E)中删除C中所有路径元素所包含的链路，得到网络G/(V,E)；
从G/中获取源节点s到目的节点d的最短路径SP/ 1(s,d)，将SP/ 1(s,d)加入到路径集D中；
再从G/(V,E)中删除SP/ 1(s,d)的链路，然后从剩余的节点和链路中依次迭代获取k/-节点相交路径，使剩余的网络没有路径则结束。
5.根据权利要求1所述的提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法，其特征在于：步骤S4中具体包括：
根据数据所需要的冗余程度N，组合D中N-K个路径元素到冗余路径集P中，计算其冗余路径评价指标Qr，其表示冗余路径最长不相交段l(p,C)的链路总和与冗余路径的链路和之比；
Qr的取值范围为[0，1]，Qr值越高，所选取的冗余路径组合越优，且数据越能够容忍网络发生的故障；当冗余路径最大不相交段l(dj,C)的链路和等于冗余路径的链路和时，Qr等于1，此时的冗余路径是相互独立，互不影响的，路径上的流量不会受到任何消除的影响，且数据能够容忍网络任意N-1次故障的发生。
6.根据权利要求1所述的提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法，其特征在于：路径可靠性计算方法如下：
假设系统中链路eij的可靠性为pij，给系统中每条链路赋权值Wij＝-ln pij，对于任意路径pi∈C，其路径上链路的加权和表示如下：
Wi＝ΣWij＝-ln(Πpij)＝-ln(P(pi))
路径pi的可靠性P(pi)＝e-Wi，当Wi最小时，P(pi)最大，即路径Ci的加权值Wi最小时，其可靠性P(pi)最大；
当源节点s和目的节点d之间是一条独立的路径时，其可靠性计算是路径上的每条链路的可靠性的乘积，如下式所示：
Rs，d＝Πpij
当源节点s和目的节点d之间有k条边不相交的路径C＝(p1，p2，p3...pk)时，由容斥定理计算两点之间的可靠性Rs，d如下式所示：
Rs，d＝P(p1∪p2∪…pk)
CN202310148836.5A 2023-02-22 2023-02-22 一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法 Active CN116260762B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310148836.5A CN116260762B (zh) 2023-02-22 2023-02-22 一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310148836.5A CN116260762B (zh) 2023-02-22 2023-02-22 一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116260762A CN116260762A (zh) 2023-06-13
CN116260762B true CN116260762B (zh) 2024-04-16

Family

ID=86687580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310148836.5A Active CN116260762B (zh) 2023-02-22 2023-02-22 一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116260762B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102395172A (zh) * 2011-11-16 2012-03-28 武汉大学 一种工业无线网状网络的数据传输方法
CN108156023A (zh) * 2017-12-11 2018-06-12 西安电子科技大学 一种基于冗余机制的时间敏感性网络分析系统及方法
CN111447186A (zh) * 2020-03-17 2020-07-24 重庆邮电大学 一种时间敏感网络帧复制与消除和无缝冗余互联方法
CN112565068A (zh) * 2020-11-20 2021-03-26 华南理工大学 一种应用于tsn网络的冗余流调度方法
CN112688812A (zh) * 2020-12-23 2021-04-20 浙江大学 应用于电力数据传输的可靠性感知时间敏感网络路由方法
CN112866103A (zh) * 2021-01-12 2021-05-28 重庆大学 一种面向边缘计算的时间敏感移动前传网络保护方法
CN112953830A (zh) * 2021-01-28 2021-06-11 北京邮电大学 时间敏感网络中流量帧的路由规划调度方法及装置
CN114389944A (zh) * 2022-03-01 2022-04-22 重庆邮电大学 一种面向工业应用的时间敏感网络完全分布式配置方法
CN115208751A (zh) * 2021-04-09 2022-10-18 英特尔公司 时间敏感网络中用于移动无线设备的路径选择和调度
CN115460130A (zh) * 2022-09-20 2022-12-09 重庆邮电大学 一种时间敏感网络中的多路径联合调度方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018015425A1 (en) * 2016-07-19 2018-01-25 Schneider Electric Industries Sas Time-sensitive software defined networking
US20200136894A1 (en) * 2018-10-24 2020-04-30 General Electric Company System and method for establishing reliable time-sensitive networks

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102395172A (zh) * 2011-11-16 2012-03-28 武汉大学 一种工业无线网状网络的数据传输方法
CN108156023A (zh) * 2017-12-11 2018-06-12 西安电子科技大学 一种基于冗余机制的时间敏感性网络分析系统及方法
CN111447186A (zh) * 2020-03-17 2020-07-24 重庆邮电大学 一种时间敏感网络帧复制与消除和无缝冗余互联方法
CN112565068A (zh) * 2020-11-20 2021-03-26 华南理工大学 一种应用于tsn网络的冗余流调度方法
CN112688812A (zh) * 2020-12-23 2021-04-20 浙江大学 应用于电力数据传输的可靠性感知时间敏感网络路由方法
CN112866103A (zh) * 2021-01-12 2021-05-28 重庆大学 一种面向边缘计算的时间敏感移动前传网络保护方法
CN112953830A (zh) * 2021-01-28 2021-06-11 北京邮电大学 时间敏感网络中流量帧的路由规划调度方法及装置
CN115208751A (zh) * 2021-04-09 2022-10-18 英特尔公司 时间敏感网络中用于移动无线设备的路径选择和调度
CN114389944A (zh) * 2022-03-01 2022-04-22 重庆邮电大学 一种面向工业应用的时间敏感网络完全分布式配置方法
CN115460130A (zh) * 2022-09-20 2022-12-09 重庆邮电大学 一种时间敏感网络中的多路径联合调度方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Time-Sensitive Networking Technologies for Industrial Automation in Wireless Communication Systems;Kang Yoohwa et al.;《Energies》;20211231;第14卷(第15期);全文 *
时间敏感网络（TSN）及无线TSN技术;许方敏 等;《电信科学》;20200604;第36卷(第08期);全文 *
时间敏感网络标准与研究综述;蔡岳平 等;《计算机学报》;20210731;第44卷(第7期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116260762A (zh) 2023-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8615599B1 (en) Method and apparatus for preventing loops in a network by controlling broadcasts
CA2010393C (en) Communication switching system
CN114615198A (zh) 内部网关协议洪泛最小化
US8817666B2 (en) System and method for multiple spanning tree protocol domains in a virtual local area network
EP2756638B1 (en) Method for shortest path bridging of multicast traffic
US8208476B2 (en) Method of routing virtual links in a frame-switching network
CN101310482A (zh) 生成生成树的方法
CN104113477A (zh) 动态路由分支系统和动态路由分支方法
JP5404938B2 (ja) 通信装置、通信システムおよび通信方法
CN108847961B (zh) 一种大规模、高并发的确定性网络系统
CN1937521A (zh) 在主要主机故障转移过程中堆栈地址的保持
US20100195531A1 (en) Method of routing virtual links in a frame-switching network with guaranteed determinism
US11956146B2 (en) Controller, network system, and flow management method
Álvarez et al. Mixing Time and Spatial Redundancy Over Time Sensitive Networking.
CN116260762B (zh) 一种提高时间敏感网络数据传输可靠性的方法
CN112688812B (zh) 应用于电力数据传输的可靠性感知时间敏感网络路由方法
CN113660677B (zh) 带权时变网络在耗费限制下的最大错误独立路径计算方法
Gouveia et al. Compact models for hop-constrained node survivable network design: An application to MPLS
Aggarwal et al. DUALCAST: a scheme for reliable multicasting
Bhattacharya et al. Optimal scheduling with deadline constraints in tree networks
JP4380485B2 (ja) ノード装置、ノード装置におけるパケット通信方法、およびプログラム
Nakayama et al. TDD-based rapid fault detection and recovery for fronthaul bridged network
AU2018200879B2 (en) Controller coordination system
CN118282867A (zh) 一种基于解决时间敏感网络冗余故障最小化成本优化方法
JPS62159943A (ja) ル−テイング方式

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant