CN116489022A - 基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法与系统，包括时间敏感网络带内管理体系架构建立过程和基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理过程。在时间敏感网络带内管理的模式下，以动态的方式感知网络状态，对时间敏感网络进行管理能够被实现。系统主要由集中用户配置模块和集中网络配置模块组成。集中网络配置模块对网络进行预先配置，构建时间敏感网络带内管理体系，当集中用户配置模块收到新的网络通信资源需求时，结合集中网络配置模块对网络状态的动态感知，由带内管理系统对网络配置进行新的优化和修改，进而实现管理配置流量和终端业务流量的优化平衡。

Description

基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法与系统

技术领域

本发明属于时间敏感网络领域，是对时间敏感网络配置管理系统的设计和发明，具体设计的是一种基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法与系统。

背景技术

随着网络信息技术产业的快速发展与产业转型所带来的工业互联网的新机遇，时间敏感网络作为下一代网络技术成为了未来组成工业领域的控制管理网络的重要组成部分之一。

在使用时间敏感网络部署工业控制网络时，根据工业生产业务、环境、资金成本的不同在实际部署时使用的部署方式也不同，通常使用时间敏感网络带外管理模式部署控制网络。由于带外管理部署所需空间较大、线材资金成本较高，因此研究使用带内管理模式进行网络部署成为了现有工业环境升级控制网络的一种新的方向。

在时间敏感网络带内管理模式下，管理流量和业务流量同时经过交换设备进行收发和转发，因为对于时间敏感网络的配置也需要进行相应的改变。通过对时间敏感网络架构中集中网络配置功能的进一步开发，使其能够实时动态获取到当前网络状态，并且能够将量化后的网络状态信息，通过网络配置参数的形式，参与到网络配置中。再结合集中用户配置，在获取到新的通信请求时，能够结合网络实时状态，对时间敏感网络进行配置，包括对管理流量和业务流量同时进行调整，保证时间敏感网络业务流量的低时延高可靠性能，同时能够保证带内管理的实时性和有效性。

发明内容

本发明公开了一种基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法与系统，包括包括时间敏感网络带内管理系统架构，时间敏感网络带内管理体系架构建立过程和基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理过程。由于时间敏感网络具备集中用户配置能力和集中网络配置能力，能够通过集中用户配置，获取网络通信需求及动态获取网络通信状态，通过集中网络配置能力，将细致的网络配置和网络控制信息下达所辖所有的网络交换设备，因此，在时间敏感网络带内管理的模式下，以动态的方式感知网络状态，对时间敏感网络进行管理能够被实现。系统主要由集中用户配置模块和集中网络配置模块组成。由集中网络配置模块执行对网络进行预先配置操作，构建时间敏感网络带内管理体系，当集中用户配置模块收到新的网络通信资源需求时，结合集中网络配置模块对网络状态的动态感知，由带内管理系统对网络配置进行新的优化和修改，进而实现管理配置流量和终端业务流量的优化平衡。

本发明采用技术方案如下：

一种基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法，包括以下步骤：

1)基于带内动态管理系统，构建时间敏感网络的带内管理体系架构；

2)通过带内管理体系架构，动态感知当前时间敏感网络状态；

3)基于带内管理体系架构，结合带内管理网络配置信息、通信需求以及当前时间敏感网络状态，对时间敏感网络进行集中网络配置。

所述当前时间敏感网络状态包括：通信资源占用情况，网络逻辑连接以及优先级。

所述步骤1)包括以下步骤：

1-1)带内动态管理系统与第一台交换设备建立通信关系及带内网络管理关系；

1-2)判断1-1)中与带内动态管理系统建立带内网络管理关系的交换设备是否是最后一台交换设备，若不是，带内动态管理系统对已经建立带内网络管理关系的交换设备进行网络配置，使其能够与下一台交换设备建立带内网络管理关系，并回到步骤1-2)；若是，则过程结束，完成带内管理体系架构的构建。

所述步骤2)包括以下步骤：

2-1)带内动态管理系统中的集中网络配置模块维护并实时更新当前时间敏感网络状态；

2-2)将时间敏感网络状态信息以参数调用的形式提供给带内动态管理系统中的集中网络配置模块。

所述步骤3)包括以下步骤：

3-1)集中网络配置模块获取由2-2)提供的时间敏感网络状态信息；

3-2)集中网络配置模块获取由集中用户配置提供的当前网络通信需求；

3-3)集中网络配置模块中的主动感知网络状态模块获取当前带内管理网络配置信息；

3-4)利用3-1)、3-2)、3-3)所提供的信息，通过集中网络配置模块中的带内动态管理算法模块计算最新的网络配置，并下发到交换设备中。

所述带内动态管理算法模块中的算法为用于计算时间敏感网络配置参数的算法，算法的输入分别为时间敏感网络状态信息、当前网络通信需求以及当前带内管理网络配置信息，算法的输出为时间敏感网络配置集。

一种基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理系统，用于时间敏感网络，包括：

集中用户配置模块，用于接收用户提供的当前网络通信需求；

集中网络配置模块，用于动态感知当前时间敏感网络状态，并结合当前网络通信需求和带内管理网络配置信息，对时间敏感网络进行集中网络配置。

所述集中网络配置模块包括：

主动感知网络状态模块，用于获取当前网络实时状态信息和带内管理网络配置信息并发送给带内动态管理算法模块；

带内动态管理算法模块，用于根据当前网络通信需求、当前网络实时状态信息以及带内管理网络配置信息计算得到时间敏感网络配置集发送给动态下发网络配置模块；

动态下发网络配置模块，用于将时间敏感网络配置集下发到交换设备中。

一种基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理系统，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现所述的一种基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法。

一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的一种基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法。

本发明具有以下有益效果和优点：

1.在时间敏感网络中，有效解决由于带外管理部署所需空间较大、线材资金成本较高的问题，对于传统网络升级为时间敏感网络能够减轻成本、施工等方面的负担。

2.在时间敏感网络带内管理模式下，通过网络动态感知，将实时网络状态作为参数加入到网络配置算法中，能够提高带内管理模式下网络配置的效率，保证业务流量的低时延高可靠的同时，确保网络管理的实时性和有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明系统架构示意图；

图2是本发明建立时间敏感网络带内管理体系架构示意图；

图3是本发明建立时间敏感网络带内管理体系架构流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明内容作详细叙述：

本发明包括以下步骤：

1)建立时间敏感网络带内管理体系架构；

2)动态感知当前时间敏感网络状态过程，包括通信资源占用情况，网络逻辑连接及优先级等状态；

3)结合网络配置、通信需求以及带内管理体系架构，对时间敏感网络进行集中网络配置。

所述建立时间敏感网络带内管理体系架构包括以下步骤：

1-1)管理系统与第一台交换设备建立通信关系及网络管理关系；

1-2)判断1-1)中建立带内管理关系的交换设备是否是最后一台交换设备，若不是，管理系统对已经建立带内管理关系的交换设备进行网络配置，使得能够与下一台交换设备建立通信关系及网络管理关系，并步骤回到1-2)；若是，则过程结束。

所述动态感知当前时间敏感网络状态过程，包括通信资源占用情况，网络逻辑连接及优先级等状态包括以下步骤：

2-1)集中网络配置模块维护并实时更新当前网络状态，包括通信资源占用情况，网络逻辑连接及优先级等状态；

2-2)能够将网络状态信息以参数调用的形式提供给集中网络配置模块。

所述结合网络配置、通信需求以及带内管理体系架构，对时间敏感网络进行集中网络配置包括以下步骤：

3-1)获取由2-2)提供的当前网络实时状态信息；

3-2)获取由集中用户配置提供的当前网络通信需求；

3-3)获取由主动感知网络状态模块提供的当前带内管理网络配置信息；

3-4)通过集中网络配置，结合3-1)、3-2)、3-3)所提供的参数，计算(开放算法)最新的网络配置，并下发到交换设备中。

基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理系统，用于

建立时间敏感网络带内管理体系架构；

动态感知当前时间敏感网络状态过程，包括通信资源占用情况，网络逻辑连接及优先级等状态；

结合网络配置、通信需求以及带内管理体系架构，对时间敏感网络进行集中网络配置。

所述建立时间敏感网络带内管理体系架构，执行以下步骤：

1-1)管理系统与第一台交换设备建立通信关系及网络管理关系；

1-2)判断1-1)中建立带内管理关系的交换设备是否是最后一台交换设备，若不是，管理系统对已经建立带内管理关系的交换设备进行网络配置，使得能够与下一台交换设备建立通信关系及网络管理关系，并步骤回到1-2)；若是，则过程结束。

所述动态感知当前时间敏感网络状态过程，包括通信资源占用情况，网络逻辑连接及优先级等状态包括以下步骤：

2-1)集中网络配置模块维护并实时更新当前网络状态，包括通信资源占用情况，网络逻辑连接及优先级等状态；

2-2)能够将网络状态信息以参数调用的形式提供给集中网络配置模块。

所述结合网络配置、通信需求以及带内管理体系架构，对时间敏感网络进行集中网络配置包括以下步骤：

3-1)获取由2-2)提供的当前网络实时状态信息；

3-2)获取由集中用户配置提供的当前网络通信需求；

3-3)获取由主动感知网络状态模块提供的当前带内管理网络配置信息；

3-4)通过集中网络配置，结合3-1)、3-2)、3-3)所提供的参数，计算(开放算法)最新的网络配置，并下发到交换设备中。

本发明由以下的部分组成：

时间敏感网络带内动态管理系统，包括集中用户配置模块和集中网络配置模块。其中，集中用户配置模块具备接收用户通信需求的功能，通过用户输入、终端实时发起或者预先配置等方式，获取到网络终端的通信需求，如：带宽需求、源目的网络节点信息、网络时延要求、通信周期等。

集中网络配置模块具有主动感知网络状态能力，通过管理系统与时间敏感网络交换设备之间的网络管理协议，实时获取当前网络配置信息、网络状态信息，具体包括：时隙调度配置、门控配置、逻辑链路、当前终端通信信息、流量特性等；具备带内动态管理算法，该算法的输入参数为用户通信需求、当前网络状态，输出为时间敏感网络配置集，能够通过动态下发网络配置功能模块下发到时间敏感网络交换设备中并实时生效。

时间敏感网络带内动态管理系统通过以太网连接，接入时间敏感网络普通业务端口，根据对当前网络的需求不同，带内管理模式同样也拥有不同的连接方式，主要分为分层级的架构部署与线性架构部署两种。

图1所示为时间敏感网络带内动态管理系统组成包括集中用户配置模块和集中网络配置模块。时间敏感网络带内动态管理系统101，是由集中用户配置模块102和集中网络配置模块103组成。管理系统通过管理接口协议与时间敏感网络交换设备104连接，带内管理的模式下，管理系统101与终端A106终端B108同样无差别接入交换设备设备的普通业务网络端口。其中，终端与交换设备之间连接，如终端A106与时间敏感网络交换设备105，终端B108与时间敏感网络交换设备107之间，该连接所承载的流量为业务流量；交换设备之间，如时间敏感网络交换设备104与时间敏感网络交换设备105和时间敏感网络交换设备107之间连接承载的流量包括业务流量和管理流量。在时间敏感网络带内动态管理系统101的集中用户配置模块102中，具有接收用户通信需求109的功能，通过用户输入、终端实时发起或者预先配置等方式，获取到网络终端的通信需求，如：带宽需求、源目的网络节点信息、网络时延要求、通信周期等。集中网络配置模块103具有主动感知网络状态能力110，通过管理系统与时间敏感网络交换设备之间的网络管理协议，实时获取当前网络配置信息、网络状态信息，具体包括：时隙调度配置、门控配置、逻辑链路、当前终端通信信息、流量特性等；具备带内动态管理算法111，该算法为开放性算法，算法的输入参数为用户通信需求、当前网络状态，输出为时间敏感网络配置集，能够通过动态下发网络配置功能模块112下发到时间敏感网络交换设备中并实时生效。该配置下发通过管理系统101和交换设备之间的管理协议，由与管理系统实际相连接的交换设备转发给时间敏感网络中所有需要重新配置的交换设备。

图2所示为建立时间敏感网络带内管理体系架构。时间敏感网络带内动态管理系统201与时间敏感网络交换设备A202具备物理连接，时间敏感网络带内动态管理系统通过普通业务端口接入时间敏感网络交换设备A202。时间敏感网络交换设备B203，与时间敏感网络交换设备A202及时间敏感网络交换设备N204，组成一个具有N台设备的时间敏感网络。根据对当前网络的需求不同，带内管理模式同样也拥有不同的连接方式，主要分为分层级的架构部署与线性架构部署两种：每台交换设备与管理系统之间直接通过交换设备自身的普通业务口直接相互串联，最终由一台交换设备与管理系统201相连；若当前网络规模较大，可以使用分层的交换设备部署方案，分层部署的具体架构由三层组成，分别是最上层的核心层交换设备，中层的汇聚层交换设备以及最下层的边缘交换设备。图2通过简单的图示，能够代表以上两种带内管理模式的连接方式。

图3所示为建立时间敏感网络带内管理体系过程方法300。方法300由步骤301开始，管理系统201接收到交换设备A202发出的ARP报文，该报文为广播报文，交换设备A202请求建立基于TCP/IP协议的管理通信关系；步骤302中管理系统201将自身MAC地址通过ARP应答报文发送给交换设备A202，建立TCP/IP通信通道；步骤303基于当前网络层通信通道，管理系统201余交换设备A202建立时间敏感网络带内管理通信关系，该通信关系基于不同的管理协议，如：netconf管理协议、openflow管理协议、snmp管理协议或其他私有协议等；步骤304进行判定时间敏感网络交换设备A是否是网络中最后一台需要与管理系统201对接的交换设备，若是，则方法300结束，若不是，执行步骤305；在步骤305中，交换设备B203基于与交换设备A202的物理连接，发送ARP请求报文，该报文为广播报文；在步骤306中，交换设备A通过带内管理协议报文要求，上报接收到的交换设备B的ARP请求报文；在步骤307中，控制系统201接收到交换设备A上报的交换设备B发出的ARP请求报文，通过系统集中网络配置模块，对交换设备A下发网络配置，将接收该ARP广播报文的端口与管理系统201所接入的端口进行绑定，建立逻辑连接；步骤308判定交换设备B202是否为时间敏感网络中最后一台需要与管理系统201对接的交换设备，若是，则方法300结束，若不是，执行步骤309，在此之前已经有N-1数量的交换设备完成了与管理系统的对接，交换设备N204基于与交换设备N-1的物理连接，发送ARP请求报文，该报文为广播报文；在步骤310中，交换设备N-1通过带内管理协议报文，以及在此之前由管理系统下发的由交换设备N-1到交换设备A202的逻辑连接，将该由交换设备N204发出的ARP请求转发到管理系统201中；在步骤311中，管理系统接收到交换设备N204发出的ARP请求报文，通过系统集中网络配置模块，对交换设备N-1下发网络配置，将接收该ARP广播报文的端口与管理系统201所接入的端口进行绑定，建立逻辑连接；步骤312判定该交换设备N是否为时间敏感网络中最后一台需要与管理系统201对接的交换设备，若是，则方法300结束。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请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、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法流程图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图中的每一流程。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中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于带内动态管理系统，构建时间敏感网络的带内管理体系架构；

2)通过带内管理体系架构，动态感知当前时间敏感网络状态；

3)基于带内管理体系架构，结合带内管理网络配置信息、通信需求以及当前时间敏感网络状态，对时间敏感网络进行集中网络配置。

2.根据权利要求1所述的基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法，其特征在于，所述当前时间敏感网络状态包括：通信资源占用情况，网络逻辑连接以及优先级。

3.根据权利要求1所述的基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法，其特征在于，所述步骤1)包括以下步骤：

1-1)带内动态管理系统与第一台交换设备建立通信关系及带内网络管理关系；

1-2)判断1-1)中与带内动态管理系统建立带内网络管理关系的交换设备是否是最后一台交换设备，若不是，带内动态管理系统对已经建立带内网络管理关系的交换设备进行网络配置，使其能够与下一台交换设备建立带内网络管理关系，并回到步骤1-2)；若是，则过程结束，完成带内管理体系架构的构建。

4.根据权利要求1所述的基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法，其特征在于，所述步骤2)包括以下步骤：

2-1)带内动态管理系统中的集中网络配置模块维护并实时更新当前时间敏感网络状态；

2-2)将时间敏感网络状态信息以参数调用的形式提供给带内动态管理系统中的集中网络配置模块。

5.根据权利要求1所述的基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法，其特征在于，所述步骤3)包括以下步骤：

3-1)集中网络配置模块获取由2-2)提供的时间敏感网络状态信息；

3-2)集中网络配置模块获取由集中用户配置提供的当前网络通信需求；

3-3)集中网络配置模块中的主动感知网络状态模块获取当前带内管理网络配置信息；

3-4)利用3-1)、3-2)、3-3)所提供的信息，通过集中网络配置模块中的带内动态管理算法模块计算最新的网络配置，并下发到交换设备中。

6.根据权利要求5所述的基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法，其特征在于，所述带内动态管理算法模块中的算法为用于计算时间敏感网络配置参数的算法，算法的输入分别为时间敏感网络状态信息、当前网络通信需求以及当前带内管理网络配置信息，算法的输出为时间敏感网络配置集。

7.基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理系统，用于时间敏感网络，其特征在于，包括：

集中用户配置模块，用于接收用户提供的当前网络通信需求；

集中网络配置模块，用于动态感知当前时间敏感网络状态，并结合当前网络通信需求和带内管理网络配置信息，对时间敏感网络进行集中网络配置。

8.根据权利要求7所述的基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理系统，其特征在于，所述集中网络配置模块包括：

主动感知网络状态模块，用于获取当前网络实时状态信息和带内管理网络配置信息并发送给带内动态管理算法模块；

带内动态管理算法模块，用于根据当前网络通信需求、当前网络实时状态信息以及带内管理网络配置信息计算得到时间敏感网络配置集发送给动态下发网络配置模块；

动态下发网络配置模块，用于将时间敏感网络配置集下发到交换设备中。

9.基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理系统，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-6任一项所述的一种基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的基于网络动态感知的时间敏感网络带内管理方法。