TWI601395B - 對網路中之資料框進行流量整形的方法及用於該方法之裝置及電腦程式產品 - Google Patents

對網路中之資料框進行流量整形的方法及用於該方法之裝置及電腦程式產品 Download PDF

Info

Publication number
TWI601395B
TWI601395B TW105103264A TW105103264A TWI601395B TW I601395 B TWI601395 B TW I601395B TW 105103264 A TW105103264 A TW 105103264A TW 105103264 A TW105103264 A TW 105103264A TW I601395 B TWI601395 B TW I601395B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
frame
normal
time
segment
current
Prior art date
Application number
TW105103264A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201635763A (zh
Inventor
克里斯多夫 曼金
Original Assignee
三菱電機股份有限公司
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 三菱電機股份有限公司 filed Critical 三菱電機股份有限公司
Publication of TW201635763A publication Critical patent/TW201635763A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI601395B publication Critical patent/TWI601395B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/22—Traffic shaping
    • H04L47/225—Determination of shaping rate, e.g. using a moving window
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/22—Traffic shaping
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/36—Flow control; Congestion control by determining packet size, e.g. maximum transfer unit [MTU]
    • H04L47/365—Dynamic adaptation of the packet size
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/50—Queue scheduling
    • H04L47/62—Queue scheduling characterised by scheduling criteria
    • H04L47/621—Individual queue per connection or flow, e.g. per VC
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/50—Queue scheduling
    • H04L47/62—Queue scheduling characterised by scheduling criteria
    • H04L47/622—Queue service order
    • H04L47/623—Weighted service order
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/50—Queue scheduling
    • H04L47/62—Queue scheduling characterised by scheduling criteria
    • H04L47/625—Queue scheduling characterised by scheduling criteria for service slots or service orders
    • H04L47/6275—Queue scheduling characterised by scheduling criteria for service slots or service orders based on priority
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/70—Admission control; Resource allocation
    • H04L47/82—Miscellaneous aspects
    • H04L47/826—Involving periods of time
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/04—Selecting arrangements for multiplex systems for time-division multiplexing

Landscapes

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

Description

對網路中之資料框進行流量整形的方法及用於該方法之裝置及電腦程式產品
本發明涉及封包交換網路(packet-switched networks)，例如乙太網。
這種網路越來越多被用在數據通訊以外的領域。
目前此應用的一個例子是工業網路(例如，Profinet標準(Profinet standard)，冗餘IEC標準(IEC standards on redundancy)：HSR，PRP，MRP)。
這些技術所引進的發展主要集中在改善這些網路的復原能力：抵抗單一失效而不影響數據傳輸。
然而，不能使用標準的乙太網實施其它的限制，例如數據傳輸的嚴格時間特性之執行。更具體地說，需要界限嚴密的(tightly bounded)延遲(latency)和/或抖動(jitter)之控制/命令訊息的傳輸，沒有獲得妥善解決。
在運輸領域上，已經開發且標準化(standardized)數種 解決方案，主要是在航空：航空電子全雙工交換式乙太網(AFDX，ARINC協議664第七部分)和TTEthernet技術(SAE AS6802)。這兩種解決方案都依賴將計時特性(timing property)加入到封包多工的組織。
作為一個例子，AFDX界定一種頻寬分配間隙(Bandwidth Allocation Gap，BAG)，其固定給定資料流能被送出的最大和保證速率：BAG設定資料流在固定時間間隔內可傳輸的容量，如第1圖所示，其顯示根據BAG整形之AFDX流量的兩個例子。當對每個資料流量設置BAG速率時，必須留意要提供足夠的頻寬給其他的流，且總位元速率(bitrate)不能超過鏈路容量(link capacity)。僅在源頭進行根據BAG之整形，然後在後端的節點進行非同步的多工。此技術不提供界限嚴密的抖動和傳輸延遲。
作為第二個例子，TTEthernet係基於嚴密同步的網路節點，定義出三種流量：時間觸發(TT，Time-triggered)，速率限制(RC，Rate-constrained)和盡力傳輸(BE，Best-effort)。
TT訊息是利用網域相關的同步時鐘，根據它預先定義的靜態排程而在網路上發送。他們優先於所有其他訊息類型。該排程為每一個交換輸出端(switch output port)定義一組TT窗(windows)，其中傳輸TT框(frames)。時間觸發訊息之發生、時間延遲和精確性是預先定義且受到保證。
RC訊息用於不太要求嚴格決定性和實時性的 應用程式。TT窗和網域相關的同步時鐘作為控制RC流量之整形演算法(algorithm)的輸入。該演算法檢查每個框傳輸是否可以在下一個TT窗開始之前完成。如果沒有框適合，傳輸器會保持閒置，直到下一個排程的TT框開始傳輸。這個閒置時間(稱為“防護帶”，“guard band”)保證RC框(以及BE框，如下所述)絕不干擾TT框。這些訊息保證頻寬是預定給每個應用程式，而延遲和時間偏差具有有界限之限制(bounded limits)。
BE訊息按照通常的乙太網規定，使用上述的避免干擾機制，在剩餘的TT窗中被傳輸。無法保證這些信息是否以及何時可以傳輸，送達收件人時，會出現什麼樣的延遲。
這三種流量是根據TDMA(分時多工存取，Time Division Multiple Access)方案而以時隙(time slot)分配，該方案組織在細分成子週期(基本期間)的循環週期中的傳輸多工，如第2圖所示，顯示TTEthernet流量排程。分配給每個資料流量類型的時隙是對應於每個基本期間的資料容量，而且它們的(時間)位置固定在整個網路上。
封包是根據瞬間定義的通訊排程而傳達。因此，當本地時鐘是同步時，該通訊排程被同步執行，並避免在網路被爭用。因為兩個或多個通訊參與者在同一時間點存取網路的可能性可以藉由設計而被排除，所以時間觸發通訊提供強大的時間分割。
為了努力提供支援在以標準乙太網為基礎的 網路上的TT流量的框架，IEEE(802.1 TSN工作組)目前正在標準化一個稱為“時間感知排程器(Time Aware Scheduler)”的傳輸選擇機制。本說明書的目的就是修改802.1Q標準，其稱為“802.1Qbv-加強排程流量”。這個傳輸選擇機制依賴與每個資料流量類別(traffic class)佇列相關聯的傳輸閘門(transmission gate)：如果傳輸閘門處於關閉狀態，或如果在與該佇列相關聯的下一閘門關閉事件發生之前沒有足夠時間可以發送該框的整體，則流量類別佇列的框不可用於傳輸。每一流量類別佇列“queueMaxSDU”參數定義出每個佇列的最大服務資料單元大小。超過該佇列的最大之大小的框會被丟棄。
與每個端口相關聯的閘門控制列表針對與每個端口的流量類別佇列(# 7，# 6，...，# 0-第3圖)相關聯的閘門改變傳輸閘門狀態。在不支援對排程流量予以增強的實施例中，假定所有閘門永久處於打開狀態。狀態機負責控制每個佇列閘門狀態的轉變，如第3圖所示，其顯示根據IEEE 802.1Qbv的傳輸選擇原則。
但是，為多工組織引入固定排程會在媒體存取上引發一些不公平：RC和BE流的框只能插入長度足以包括整個框的時隙，不過該長度是可變的。這導致RC框傳輸時額外的(並非總是)延遲和抖動，以及鏈路的頻寬浪費。
為了解決這個問題，IEEE 802.3br(修訂802.3：“散佈式快速流量之規範和管理參數”， “Specification and Management Parameters for Interspersing Express Traffic”)定義出所謂“正常-框”(具有低優先度的框，典型為RC和BE框)的搶占機制，其保證當所謂的“快速-框”(具有保證低延遲的框，通常是TT框)被排程用於傳輸且對快速流量不會增加延遲時，不會發生衝突。
這種機制允許MAC客戶端在所排程的快速流量到達前，有用於快速流量之排程以搶占正常框(如第4圖所示，其顯示快速和正常流量資料路徑)。當所排程的框到達時，它能夠被立即傳輸。
此外，802.3br規範定義出各中繼段分段重組方案(per-hop fragmentation and reassembly scheme)，其允許停止正常框之傳輸而給予快速框傳輸機會。正常框片段和快速框係經由其前文長度(preamble length)和所謂的“起始框定界標”(SFD，Start Frame Delimiter)欄位區別，如第5圖所示，其係與IEE 802.3br框和片段格式有關。這允許非快速框(正常框)不必等待足夠長的時隙來傳輸，從而導致正常流的延遲增加有限，並且能更佳利用鏈路容量。
但應注意的是，只有單一正常框可以在任何時間進行分段，即，傳輸時間持續的框覆蓋一個或數個TT窗。在第5圖中，MFCS是非最終片段的CRC(循環冗餘校驗，Cyclic Redundancy Check)。在此，其值是與框八位元組傳輸之XOR FFFF0000的FCS(框檢查順序，Frame Check Sequence)相同。SMD-Ix指示正常框的開頭，諸如框的第一片段(初始片段)，而SMD-Cx指示框的非初始片 段。為了完整說明，MAC DA和MAC SA分別為目的(destination)和來源(source)的MAC地址。“乙太網類型”是指乙太網類型的長度欄位。第5圖的上方部分則顯示沒有分段的快速和正常框，而其下方部分顯示正常框的連續片段。
最小搶占片段的大小為64字節(byte)。因此，長度小於128字節的封包不能被搶占。非最終片段具有8字節的長度倍數。
然而，上述的多工機制並不保證：相對於快速框，公平存取正常框媒體；相對於其他正常流，公平存取屬於給定流的正常框媒體，正常框或片段可根據IEEE 802.1Qbv，在多工期間插入其分配的時隙，正常框可以根據IEEE 802.3br分段。
本發明的目的是要改善這種狀況。
為此，首先提出一種對電信網路中要傳輸之資料框進行流量整形的方法，要傳輸之該資料框區分為：快速框，需要在預定的時間窗內被發送，和正常框，意欲在上述的時間窗以外的時間被發送(第9圖的步驟b)註釋在下面)，具體而言，對於當前正常框，該方法包括以下步驟：判斷該正常框是否可被分段(第9圖的步驟c))，如果 是：判斷到下一個時間窗開始前的剩餘時間是否足以傳輸該正常框的一個或數個片段，如果是：傳輸該一個或數個片段。
在一個特定的實施例中，前述正常框以及，如果有的話，從先前之正常框處理剩餘的一個或數個片段係在記憶體中佇列並且被分配各自的處理瞬時(processing instants)，且係比較當前時間與最小處理瞬時(第9圖的步驟a))，如果該當前時間大於該最小處理瞬時，便實施該等步驟。
在本發明之更特定的實施例中，數個資料流是一起被處理，每個資料流包括連續的正常框以及，如果有的話，從先前之正常框處理剩餘的一個或數個片段。每個資料流的這些正常框和/或片段分別在記憶體中佇列且被分配各自的處理瞬時。然後，比較當前時間與各個資料流之所有佇列中的最小處理瞬時(第9圖的步驟a))，如果該當前時間大於該最小處理瞬時，便實施該方法的該等步驟。
在一個特定的實施例中，如果該當前之正常框不能被分段，則判斷到下一個時間窗開始前的剩餘時間是否足以傳輸整個當前之正常框，並且：如果是，傳輸該整個當前之正常框，否則，施加一個拖延步驟，直到下一個當前時間。
在一個特定的實施例中，如果該當前之正常框可被分段，則判斷到下一個時間窗開始前的剩餘時間是 否足以傳輸至少一個片段，並且：如果是，傳輸至少一個片段，否則，施加一個拖延步驟，直到下一個當前時間。
更具體地，如果當前之正常框可被分段，則進一步判斷到下一個時間窗開始前的剩餘時間是否足以發送正常完整的資料框的剩餘部分，並且：如果是，傳輸該正常完整的資料框之剩餘部分的對應片段，否則，傳輸一個或數個片段，其對應於小於直到下一個時間窗開始前的剩餘時間的總持續時間。
在一個特定的實施例中，直到該下一個時間窗開始前的前述剩餘時間係與基於片段或資料框所被傳輸的鏈路之容量而估計之用於傳輸該片段或框的時間相比較。
此外，該處理瞬時(分配給經佇列的資料框和/或片段)係於資料框或片段的每個經排程之傳輸時，藉由基於傳輸流位元速率而估計之該經排程之傳輸的持續時間而更新。
在一個實施例中，如果正常框的總長度為最小片段大小的長度之至少兩倍，則正常框被視為能夠進行分段。
較佳地，正常框的總長度係以還沒有被傳輸的剩餘片段進行更新(此框長度更新步驟以在第9圖的S15和S18標示)。
在一個實施例中，前述時間窗係在循環時間表中被依次定義(如第8圖的實施例的例子)。
本發明的目的還在於一種裝置，具有流量整形手段(例如處理器和至少一個記憶體)，用於執行根據本發明的方法。
本發明的目的還在於一種電腦程式產品，當由處理器運行時，包括用於執行本發明的方法的指令。
本發明係以例示而非限制的方式說明，在附圖中，相同的元件符號指代相似的元件。
CLK‧‧‧同步時鐘資料
D‧‧‧裝置
FR‧‧‧框或片段
F1，...，Fi，...，Fm‧‧‧流
IN‧‧‧輸入介面
INST‧‧‧電腦程序代碼指令
MEMA‧‧‧工作記憶體
MEMB‧‧‧記憶體
MEMC‧‧‧第三記憶體
NET‧‧‧網路
OUT‧‧‧輸出介面
PROC‧‧‧處理器
SW‧‧‧開關
S1、S2、S4、S7、S8、S10、S11、S13-S18‧‧‧步驟
TST‧‧‧時間表
T1、T2‧‧‧終端
T3、T5、T9、T12‧‧‧決策點
i‧‧‧流
r i ‧‧‧位元速率
第1圖示出根據BAG之AFDX流量整形的兩個例子，第2圖示出TTEthernet流排程，第3圖示出根據IEEE 802.1Qbv的傳輸選擇原則，第4圖示出快速和正常流量資料路徑，第5圖示出未分段的快速和正常框，以及正常框的連續片段(下方部分)，第6圖示出一個包含許多元件的系統，該系統包括根據本發明之裝置，第7圖示出根據本發明之裝置的結構例子，並且包括流量整形手段，以便執行根據本發明之方法，第8圖示出定義前述時間窗的循環時間表的例子，第9圖示出根據本發明實施例的示例之方法步驟。
在本說明書的下面敘述中，“快速流量”(或“快速框”)表示低延遲、經排程或TT(“時間觸發”)流量(或框)，而“正常流量”(或“正常框”)表示速率限制(Rate-constrained；RC)流量，或盡力傳輸(Best-effort；BE)流量，或任何其他非快速流量(或框)。
本發明提出了一種組合框的排程和分段機制，這使得有可能保證上面列出的條件。
參照第6圖，排程功能可以位於設置給網路NET之開關SW的各輸出端的裝置D中，或者，可以位於在終端站(T1，T2)中具有框傳輸功能用於傳輸來自終端T1、T2之資料或語音資料的裝置D中。如第7圖所示，經由該裝置D的輸入介面IN所接收的每個資料流(下文亦稱資料流)(F1，...，Fi，...，Fm)之輸入框係依FIFO(“先進先出”)順序儲存在工作記憶體MEMA的獨立佇列(流量i標為Qi)中。該裝置D還包括處理器PROC，用於以同步時鐘資料CLK(從網路或從同步內部時鐘獲得)執行本發明的方法。此外，該裝置D包括記憶體MEMB(其可以是與工作記憶體MEMA相同或不同的記憶體單元)，其儲存如第8圖詳述的時間表TST，用於分配時隙給待傳輸的框或片段(FR)。最後，如參考第9圖所述而實施本發明，則用以傳輸的框或片段(第7圖中的FR)係以方便的順序在裝置的輸出介面OUT被接收。當然，裝置D可以進一步具有第三記憶體MEMC(與MEMA和MEMB相同或不同的記憶體單元)，用於儲存待由處理器PROC執行的電腦 程式碼指令(INST)，以便實施本發明之方法。
裝置D可實施為一自主裝置，例如終端T1、T2或開關SW的獨立晶片，或者可以使用此一終端或開關(或更廣泛地，網路中的任何元件)的硬體資源(如處理器和/或記憶體單元)。
參照第8圖，時間表TST係如下使用。
時間的單位是對應於接附到輸出端之傳輸鏈路上的1位元之持續時間來表示。較佳地，網路中的所有節點都同步於相同的時鐘，並具有當前時間CLK的相同圖像。時間的當前值以T表示。
無論是正常還是快速，與每個資料流i相關聯的位元速率係表示為r i ：在快速流之重複傳輸窗中傳輸的資料容量係使得該流的位元速率能被定義，正常流可以用位元速率來分配(最大值，強制與否)。
所有位元速率r i 的總和不得超過鏈路的總容量。為了簡化起見，所有鏈路較佳地(但視需要地)具有相同容量，以ρ表示。
每個快速流的框傳輸遵循一週期性模式。(有限長度的)TST表可包含所有已排程之快速流的一連串所有連續傳輸窗的開始和結束時間(分別為t o k 和t c k )。這意指快速框或片段在時間間隔[t o k ，t c k ]內傳輸，而正常框或片段在剩下之時間間隔[t c k ，t o k+1 ]傳輸(其中k模除(modulo)n)。另外假設，每個窗的持續時間是被預先計算， 使得當開始時，該窗可以允許已經提供的快速框之傳輸。所有的快速窗開始和結束時間儲存在TST循環表(第8圖中用k[n]由循環箭頭CIRC所示)。在實施時，表中的每一項是一組(t o k ，t c k )，其分別表示一個窗k的開始時間和結束時間。對應於表之深度的偏移量是在每次在該表中的讀取指針回到該表中的第一個元素時被加到該項上。讀取指針係考慮到時間T的當前值。
至於正常流，儲存在每個資料流佇列之前端(head)的每個正常框係與理論傳輸時間(TT i)相關聯，而理論傳輸時間係對應於該框的第一位元所應傳輸的理論時間。TT i係以遞增順序儲存，而具有最小TT i(第9圖中的min(TT i))的正常框或片段是供多工時插入的下一個正常框或片段的候選者。
現在參考第9圖：S是待傳輸之當前正常框或片段的大小，minfs是由IEEE 802.3br定義的最小片段大小(“minFrag”，根據該值在該規範中的符號)
r i 是流i的位元速率，ρ是鏈路的平均容量(在此所描述的範例)，△t是在拖延步驟(temporisation step)S2期間的時間增量(例如，一個位元傳輸的持續時間)，TT i是在根據本發明的方法之計算之前，在佇列Q i 中，框或片段FR的第一位元所應傳輸的理論時間。
正常框或片段在多工時(實際傳輸)要插入， 至少要滿足下列條件：a)T min(TT i )(在第9圖中，從決策點a)的箭頭“OK”)和b)T不包括在當前(t o k ,t c k )窗(在第9圖中，從決策點b)的箭頭“KO”)和c)S 2*minfs(在第9圖中，從決策點c)的箭頭“OK”)。
條件a)表示當前時間T已到開始考慮正常框。
如果有系統地驗證條件a)，該系統保證每個正常流的傳輸速率不會高於r i 。應注意的是，如果只要在RC流之間以相對於由各自的位元速率r i 所表示的比重之方式達到公平性，則條件a)可為非必要者。
條件b)表示，檢查當前時間T是否在時間窗k內(例如，在其開始時間t o k 及其結束時間t c k 之間)，以便在這種情況下，優先傳輸快速框。
條件c)是指，檢查(如果已經達到以上的條件a)和b))正常框是否可被分段。如果它不能被分段(決策點c)之輸出的KO箭頭方向)，則執行拖延步驟S2直到持續時間[t c k ,t o k+1 ](其中k[n]，意思是“K模除n”)長到足以發送這個不可分段的正常框。如果正常框可以分段(決策點c)之輸出的OK箭頭方向)，進一步的測試和步驟則如下面詳述而實施，以便在良好和公平的條件下進行分段。
該流程自第一步驟S1開始： 考慮普通框或片段來傳輸(該演算法指向一個例行流程，專用於普通框和片段的傳輸-用於發送整個框或片段時，流程的共同步驟用於演算法優化)，然後，計算每個佇列的TT i
參照TST表以便判斷具有當前索引k的當前時間窗，參考時鐘，以便判斷當前時間值T
然後，執行步驟a)：如果當前T係用於發送正常框或片段，則在考慮到當前窗索引k之情形下驗證當前時間是否落在時間窗k結束後(決策點T3的OK箭頭)，這意味著時間窗索引k需要更新(步驟S4的k[n]增量)。然後，執行步驟b)，以判斷優先級是否是要給予快速框。否則(決策點b)的KO箭頭)則判斷正常框是否可以分段。如果不是(決策點c)的KO箭頭)，則可用該框不能分段的訊息執行決策點T6(決策點c)的KO虛線箭頭)。在決策點T6，判斷整個完整的框是否可被傳輸，同時考慮到下一個窗開始t o k 前的剩餘時間T和鏈路容量ρ。如果是(決策點T6的OK箭頭)，那麼框FR在步驟S7中發送。用於發送下一個框(或片段，稍後會看到)的下一時間排程TT i 在步驟S8被更新，同時考慮發送具有S大小的新框之流位元速率r i 。進一步執行決策點T9，以便讀取最新片段-通常為其前端-以在步驟S7中發送，以判斷該片段是否是框的結束。在本演算法的分支中，由於完整的框是在步驟S7發送，所以決策點T9的輸出應為“OK”，並且返回步驟S1考慮進行處理下一候選框(步驟S10)。
如果根據決策點T6，不能傳輸整個完整的框(決策點T6的KO虛線箭頭方向，具有框不能被分段的信息)，則在步驟S2中進行拖延步驟，以便等待時間足以發送整個框之新的時間間隔[t c k ,t o k+1 ]。
如果該框可被分段(決策點c)的OK箭頭)，則考慮分段，並且在決策點T5檢查直到下一個窗開始前的剩餘時間是否足夠發送具有minfs持續時間的片段。如果是(決策點T5的OK箭頭)，則進一步檢查是否可以發送整個框(在決策點T6，如上面所解釋的)。如果僅可以發送片段(決策點T6的KO箭頭，具有框能被分段的訊息)，則在決策點T12檢查直到下一個窗開始前的剩餘時間是否足以發送完整框的其餘部分(決策點T12的KO箭頭，該條件也可以寫成：(t o k -T)ρ S-minfs：意指可以產生具有長度S-minfs的至少一個片段(補充用於構建完整框)，並在步驟S13發送，而不會干擾下一個傳輸框或片段)。然後，在步驟S14相應地更新排程時間TT i ，並在步驟S15考慮下一框的長度。然後，檢查該片段是否是框的結束(決策點T9)。通常，它應該是如此。不過，在所示的範例中，較佳的作法是檢查它，因為最後步驟(未在第9圖中示出)可能包含計算FCS(Frame Check Sequence，框校驗程序)，其中，FCS係添加在要傳輸之框的末端。
如果(t o k -T)ρ S-minfs(決策點T12的OK箭頭，而在決策點T5(t o k -T)*ρ minfs)，這意味著可以產生至少一個片段，並在步驟S16發送(但不是終止框的 最後一個片段)。在步驟S16中，片段的長度以(t o k -T)*ρ給定。然後，在步驟S17會相應地更新排程時間TT i ，以便在步驟S18考慮下一個框的長度。然後，檢查該片段是否是框的結束(決策點T9)。在這裡，可以是也可以不是。如果不是(決策點T9的KO箭頭)，則在步驟S11中考慮下一個片段，以再次用步驟S1實施。
應注意的是，當再次實施步驟S1時，在(不同流F1，...，Fm的)佇列Q1，...，Qm中的各別時間TT i 已經在步驟S8、S14和S17的其中一個步驟中更新，而且在步驟S7、S13和S16的其中一個步驟傳輸該片段或該框的期間，當前時間T也會前進。因此，這些參數TT i 和T自然被更新，並準備在步驟S1中被使用(當前窗索引k也可以在步驟S4被更新)。
在第9圖中所示的演算法的主要步驟列出如下：
本發明可應用於在時間上必需共享工作量(計算時間、處理排程等等)的任何領域。在這些情況下，不需作出特別的變化。
本發明可以用各種時間限制(從強實時性(例如關鍵控制迴路)到更寬鬆的延遲和同步(音頻-視頻傳送)和盡力傳輸)應用在網路支援的混合應用。
本發明可以實施在例如時間敏感的控制網路(或任何網路，如工廠自動化，或汽車或公用設施或火車)。
本發明解決了一個標準的實施問題，但可以用來作為支援標準化IEEE 802.1的TSN內之任何其它“傳輸選擇”機制，提供具有超低延遲的網路流量整形和網路負載分擔優化。
以上詳細描述並聯佇列中數個資料流(Q1，...，Qm的)的處理，如第7圖所示。然而，本發明也可以執行一個單一流的單一佇列。然後，佇列的每個框或片段具有處理時間TTi，其可每次實施第9圖所示的步驟時進行更新和重新安排，以判斷下次實施那些步驟時要處理哪個片段或框。
本發明可以嵌入電腦程式產品中，該電腦程式產品包括所有能夠執行本發明方法的特徵，而且，在資訊處理系統(例如，用戶設備或網路元件)載入時，該電腦程式產品使資訊處理系統執行本發明。電腦程式機制或本文中的電腦程式是指用以使具有資訊處理能力的系統直接或在轉換到另一語言之後執行特定功能的一組指令之任何表示法(以任何語言、代碼或符號)。這種電腦程式可以儲存到電腦或機器可讀取媒體上，允許從該媒體讀取資料、指令、訊息或訊息封包和其它機器可讀資訊。電腦或 機器可讀取媒體可以包括非揮發性記憶體，諸如ROM、快閃記憶體、磁碟驅動器記憶體、CD-ROM和其他永久性儲存體。另外，電腦或機器可讀取媒體可以包括，例如，揮發性記憶體，例如RAM、緩衝器、快取記憶體、和網路電路。此外，電腦或機器可讀取媒體可以包括在諸如網路鏈路和/或網路介面(包含有線網路或無線網路)之暫態媒體中的電腦或機器可讀資訊，其允許裝置讀取這樣的電腦或機器可讀資訊。
儘管已經示出和描述目前認為是本發明的較佳實施例，但是在不脫離本發明之真實範疇的情況下，可以理解本領域技術人員作出各種其它修改，並且等效物可以取代。此外，在不脫離在此所述的中心發明概念的情況下，可作出許多修改以適應特定的情況。此外，本發明之實施例可能不包括所有的上述特徵。因此，本發明並非意在受限於所公開的特定實施例，而是本發明包含落在如上廣泛描述之本發明之範疇內的所有實施例。
本領域的技術人員將很容易理解，本說明書中公開的各種參數可以被修改，並且所公開和/或所請求保護的各種實施例在不脫離本發明的範圍的前提下可以結合。
工業實用性
本發明可應用在多種領域的網路。
S1、S2、S4、S7、S8、S10、S11、S13-S18‧‧‧步驟
T3、T5、T9、T12‧‧‧決策點

Claims (13)

  1. 一種對電信網路中要傳輸之資料框進行流量整形的方法，要傳輸之該資料框區分為：快速框，需要在預定的時間窗內被發送，和正常框，意欲在該時間窗以外的時間被發送，其中，對於當前的正常框，該方法包括以下步驟：判斷該正常框是否可被分段，如果是：判斷到下一個時間窗開始前的剩餘時間是否足以傳輸該正常框的一個或數個片段，如果是：傳輸該一個或數個片段。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該正常框以及，如果有的話，從先前之正常框處理剩餘的一個或數個片段係在記憶體中佇列且被分配各自的處理瞬時(processing instants)，其中，係比較當前時間與最小處理瞬時，如果該當前時間大於該最小處理瞬時，便實施該等步驟。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，數個資料流一起被處理，每個資料流包括連續的正常框以及，如果有的話，從先前之正常框處理剩餘的一個或數個片段，其中，每個資料流的該正常框和/或片段係在記憶體中佇列且被分配各自的處理瞬時，且其中，係比較當前時間係與各個資料流的所有佇列中的最小處理瞬時，如果該當前時間大於該最小處理瞬時，便實施該等步驟。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，如果該當前 之正常框不能被分段，則判斷到下一個時間窗開始前的剩餘時間是否足以傳輸整個當前之正常框，並且：如果是，傳輸該整個當前之正常框，否則，施加一個拖延步驟，直到下一個當前時間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，如果該當前之正常框可被分段，則判斷直到下一個時間窗開始前的剩餘時間是否足以傳輸至少一個片段，並且：如果是，傳輸至少一個片段，否則，施加一個拖延步驟，直到下一個當前時間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中，如果該當前之正常框可被分段，則進一步判斷直到下一個時間窗開始前的剩餘時間是否足以發送正常完整的資料框的剩餘部分，並且：如果是，傳輸該正常完整的資料框之剩餘部分的對應片段，否則，傳輸一個或數個片段，該一個或數個片段對應於小於直到下一個時間窗開始前的該剩餘時間的總持續時間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，直到該下一個時間窗開始前的該剩餘時間係與基於片段或資料框所被傳輸的鏈路之容量而估計之用於傳輸該片段或資料框的時間相比較。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中，該處理瞬時係於資料框或片段的每個經排程的傳輸時，藉由基於傳 輸流位元速率而估計之該經排程之傳輸的持續時間而更新。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，如果正常框的總長度為最小片段大小之長度的至少兩倍，則正常框被視為能夠被分段。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中，正常框的該總長度係以還沒有被傳輸的剩餘片段進行更新。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該時間窗係在循環時間表中被依次定義。
  12. 一種對電信網路中要傳輸之資料框進行流量整形的裝置，具有流量整形手段，該流量整形手段用於執行如申請專利範圍第1至11項中任一項所述的方法。
  13. 一種電腦程式產品，包括：當以處理器運行時，用於執行如申請專利範圍第1至11項中任一項所述的方法的指令。
TW105103264A 2015-02-13 2016-02-02 對網路中之資料框進行流量整形的方法及用於該方法之裝置及電腦程式產品 TWI601395B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15305221.2A EP3057273B1 (en) 2015-02-13 2015-02-13 Method for a traffic shaping in a network
PCT/JP2016/000114 WO2016129205A1 (en) 2015-02-13 2016-01-12 Method for traffic shaping of data frames in network and device and computer program product therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201635763A TW201635763A (zh) 2016-10-01
TWI601395B true TWI601395B (zh) 2017-10-01

Family

ID=52629492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105103264A TWI601395B (zh) 2015-02-13 2016-02-02 對網路中之資料框進行流量整形的方法及用於該方法之裝置及電腦程式產品

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10218631B2 (zh)
EP (1) EP3057273B1 (zh)
JP (1) JP6395170B2 (zh)
KR (1) KR101977523B1 (zh)
CN (1) CN107113246B (zh)
TW (1) TWI601395B (zh)
WO (1) WO2016129205A1 (zh)

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10298503B2 (en) * 2016-06-30 2019-05-21 General Electric Company Communication system and method for integrating a data distribution service into a time sensitive network
US10624089B2 (en) 2016-11-14 2020-04-14 Mitsubishi Electric Corporation Network system and communication method
JP6646598B2 (ja) * 2017-02-08 2020-02-14 日本電信電話株式会社 信号転送装置及び信号転送方法
EP3379793A1 (en) * 2017-03-22 2018-09-26 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Asynchronous frame scheduler with efficient support for fragmentation
US10609054B2 (en) 2017-04-07 2020-03-31 Keysight Technologies Singapore (Sales) Pte. Ltd. Methods, systems, and computer readable media for monitoring, adjusting, and utilizing latency associated with accessing distributed computing resources
US10425321B2 (en) 2017-04-25 2019-09-24 Keysight Technologies Singapore (Sales) Pte. Ltd. Methods, systems, and computer readable media for testing time sensitive network (TSN) elements
JPWO2018220749A1 (ja) * 2017-05-31 2019-06-27 三菱電機株式会社 通信装置、通信方法及び通信プログラム
JP6751053B2 (ja) * 2017-06-05 2020-09-02 日本電信電話株式会社 通信装置
EP3451598B1 (en) * 2017-08-29 2020-03-25 Siemens Aktiengesellschaft Method of synchronization of data packet transmission
JP6833644B2 (ja) * 2017-09-13 2021-02-24 株式会社東芝 転送装置、転送方法及びプログラム
JP6897462B2 (ja) * 2017-09-27 2021-06-30 オムロン株式会社 制御システムおよび通信方法
EP3468118B1 (en) * 2017-10-04 2023-10-04 TTTech Computertechnik AG Method and device to configure real-time networks
EP3522477B1 (de) * 2018-01-31 2021-08-11 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur daten-kommunikation in einem insbesondere industriellen netzwerk, vorrichtung zur durchführung des verfahrens, computerprogramm sowie computerlesbares medium
WO2019224860A1 (ja) 2018-05-21 2019-11-28 三菱電機株式会社 通信装置、通信方法及び通信プログラム
JP7014091B2 (ja) * 2018-08-06 2022-02-01 オムロン株式会社 通信システム、通信装置および通信方法
US10270567B1 (en) * 2018-09-14 2019-04-23 Ge Aviation Systems Limited Avionics data networks
US11108675B2 (en) 2018-10-31 2021-08-31 Keysight Technologies, Inc. Methods, systems, and computer readable media for testing effects of simulated frame preemption and deterministic fragmentation of preemptable frames in a frame-preemption-capable network
DE102018129809A1 (de) * 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Verteilerknoten, Automatisierungsnetzwerk und Verfahren zum Übertragen von Telegrammen
CN109936517B (zh) * 2018-12-19 2022-07-08 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 拟态防御中的自适应动态流量分配方法
FR3091443B1 (fr) 2018-12-26 2022-12-30 Thales Sa Système de communication avionique mixte de types ARINC 664 P7 et Ethernet à routage prédéterminé
CN111385225B (zh) * 2018-12-28 2022-11-22 中兴通讯股份有限公司 一种数据调度方法、计算机装置及计算机可读存储介质
US10965392B2 (en) 2019-01-25 2021-03-30 Keysight Technologies, Inc. Active network tap supporting time sensitive network (TSN) standards
US11563768B2 (en) 2019-01-31 2023-01-24 Keysight Technologies, Inc. Methods, systems, and computer readable media for detecting and mitigating effects of timing attacks in time sensitive networks
CN111526583B (zh) * 2019-02-01 2023-03-28 大唐移动通信设备有限公司 资源配置方法、获取方法、网络设备及终端
EP3905620A4 (en) * 2019-02-03 2022-01-12 Huawei Technologies Co., Ltd. METHOD OF MESSAGE SCHEDULING, SCHEDULER, NETWORK DEVICE AND NETWORK SYSTEM
US11005783B2 (en) * 2019-03-22 2021-05-11 Nokia Solutions And Networks Oy Notification of timing mismatches for queues in time sensitive networking
EP3734919A1 (en) * 2019-04-30 2020-11-04 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. In-band signalling for dynamic transmission time window control
US11502932B2 (en) 2019-05-17 2022-11-15 Keysight Technologies, Inc. Indirect testing using impairment rules
JP7299106B2 (ja) * 2019-08-23 2023-06-27 矢崎総業株式会社 中継器および通信システム
AT522898A1 (de) * 2019-08-27 2021-03-15 B & R Ind Automation Gmbh Übertragung von Datenpaketen
CN111049759B (zh) * 2019-12-12 2021-10-08 国家电网有限公司 减小关键业务时延风电场网络交换机输出优化方法和系统
US11444831B2 (en) 2020-01-17 2022-09-13 Keysight Technologies, Inc. Methods, systems, and computer readable media for measuring schedule update time for a time aware shaper implementation
CN113498073B (zh) * 2020-03-19 2023-01-13 华为技术服务有限公司 一种灌包方法、相关装置以及系统
CN114363232A (zh) * 2020-09-30 2022-04-15 华为技术有限公司 一种切片帧的发送方法及装置
US20220131598A1 (en) * 2020-10-26 2022-04-28 Ge Aviation Systems Llc Converged avionics data network
CN112291101B (zh) * 2020-11-06 2021-12-07 珠海格力电器股份有限公司 通讯节点、上位机对下位机的通信分帧优化方法
EP4099649A1 (en) * 2021-05-31 2022-12-07 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Integrated scheduler for iec/ieee 60802 end-stations
EP4106283A1 (en) 2021-06-16 2022-12-21 ADVA Optical Networking SE Time-sensitive transmission of ethernet traffic between endpoint network nodes
CN113422741B (zh) * 2021-06-17 2022-11-01 清华大学 一种时间触发以太网交换机结构
CN114205309B (zh) * 2021-11-11 2023-12-29 湖南华芯通网络科技有限公司 一种面向tsn输出接口的帧发送时刻精确计算方法
CN114205315B (zh) * 2021-12-30 2024-04-19 湖南华芯通网络科技有限公司 一种时间敏感网络中支持Qbv机制的帧输出调度方法
CN114285541B (zh) * 2022-01-27 2023-06-06 重庆邮电大学 一种基于时延误差时间触发以太网调度表生成方法
CN115622941A (zh) * 2022-09-30 2023-01-17 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种动态流量调度方法、装置及存储介质
CN115378874B (zh) * 2022-10-20 2023-01-24 北京智芯微电子科技有限公司 数据发送、接收方法、装置、电子设备、芯片及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040202191A1 (en) * 2001-06-08 2004-10-14 International Business Machines Corporation Optimizing fragment sizes in frame relay networks
US20080112318A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-15 Rejean Groleau Traffic shaping and scheduling in a network
TW201234839A (en) * 2011-01-11 2012-08-16 Apple Inc Real-time or near real-time streaming

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2134301A (en) * 1999-12-08 2001-06-18 University Of British Columbia, The Weighted fair queuing scheduler
JP3584859B2 (ja) * 2000-06-29 2004-11-04 日本電気株式会社 パケットスケジューリング装置
CN100546301C (zh) * 2003-02-25 2009-09-30 株式会社日立制作所 流量整形方法及流量整形装置
EP1560377B1 (en) * 2004-01-30 2006-12-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method and device of dynamic resource allocation in a wireless network
US20070112371A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-17 Medtronic Vascular, Inc. Embolic protection filter having compact collapsed dimensions and method of making same
US7885240B2 (en) * 2006-11-15 2011-02-08 Motorola, Inc. Hybrid time division multiple access (TDMA)-carrier sense multiple access (CSMA) medium access control (MAC) for multi-hop ad hoc networks
US8982896B2 (en) * 2011-03-10 2015-03-17 Marvell World Trade Ltd. Data blocking systems for non-arbitrary networks
JP2013046389A (ja) * 2011-08-26 2013-03-04 Nec Saitama Ltd パケット送信装置、パケット送信方法及びプログラム
EP2896170B1 (en) * 2012-09-11 2023-03-08 Marvell Asia Pte, Ltd. Method and apparatus for transmitting packets in accordance with ieee 802.1 qbv
CN103888372B (zh) * 2012-12-21 2017-05-17 中兴通讯股份有限公司 一种流量整形方法和数据处理设备
JP6127857B2 (ja) * 2013-09-17 2017-05-17 富士通株式会社 トラフィック制御装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040202191A1 (en) * 2001-06-08 2004-10-14 International Business Machines Corporation Optimizing fragment sizes in frame relay networks
US20080112318A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-15 Rejean Groleau Traffic shaping and scheduling in a network
TW201234839A (en) * 2011-01-11 2012-08-16 Apple Inc Real-time or near real-time streaming

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Vaclav Mikolasek, Astrit Ademaj, Stanislav Racek, "Segmentation of standard ethernet messages in the time-triggered ethernet", Emerging Technologies and Factory Automation, 2008. ETFA 2008. IEEE International Conference on, 2008/09/18. *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6395170B2 (ja) 2018-09-26
EP3057273B1 (en) 2019-03-27
TW201635763A (zh) 2016-10-01
KR101977523B1 (ko) 2019-05-10
JP2017532870A (ja) 2017-11-02
WO2016129205A1 (en) 2016-08-18
CN107113246B (zh) 2020-08-11
CN107113246A (zh) 2017-08-29
US10218631B2 (en) 2019-02-26
KR20170118793A (ko) 2017-10-25
US20170331748A1 (en) 2017-11-16
EP3057273A1 (en) 2016-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI601395B (zh) 對網路中之資料框進行流量整形的方法及用於該方法之裝置及電腦程式產品
Messenger Time-sensitive networking: An introduction
Nasrallah et al. Performance comparison of IEEE 802.1 TSN time aware shaper (TAS) and asynchronous traffic shaper (ATS)
Laursen et al. Routing optimization of AVB streams in TSN networks
US11018791B2 (en) Method and device for time-controlled data transmission in a time-sensitive network
Gavriluţ et al. Traffic-type assignment for TSN-based mixed-criticality cyber-physical systems
Thangamuthu et al. Analysis of ethernet-switch traffic shapers for in-vehicle networking applications
Zhao et al. Comparison of time sensitive networking (TSN) and TTEthernet
Hellmanns et al. On the performance of stream-based, class-based time-aware shaping and frame preemption in TSN
TWI665896B (zh) 用以傳輸通訊訊號訊框之方法、實體及程式
US10652044B2 (en) Ultra-low transmission latency for sporadic network traffic
TWI756666B (zh) 在封包交換網路中藉由通訊實體之電腦手段實施之方法、及其電腦程式及電腦可讀取之非暫時性記錄媒體、以及封包交換網路之通訊實體
Berisa et al. AVB-aware routing and scheduling for critical traffic in time-sensitive networks with preemption
EP4099649A1 (en) Integrated scheduler for iec/ieee 60802 end-stations
US20240171518A1 (en) Method implemented in packet-switched network for scheduling transmission of ethernet frame
WO2023012948A1 (ja) 通信装置、通信システム、及び通信方法
Gaustad Analysis of bandwidth reservation strategy for AVB SR classes A and B in an Ethernet TSN switch

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees