时间敏感网络数据转发方法及相关装置与流程

本发明属于通信，涉及一种时间敏感网络数据转发方法及相关装置。

背景技术：

1、随着新型电力系统的建设和风、光及储等新能源的广泛应用，融合多种能源系统和用户的微电网呈现点多面广和分散无序的特征，微网中大规模、多样化的分布式电源的灵活并网和高效调控，需要低时延、高可靠的电力现场确定性通信网络支撑，tsn(time-sensitive networking，时间敏感网络)技术提供了多种时延保障的tsn机制，保证其传输过程不被其它业务流量干扰，从而保证其传输时延最小，并且保证其传输时的高稳定性和可靠性。

2、目前，tsn的流量调度策略主要有基于信用的整形器cbs、时间感知整形器tas、周期性排队与转发模型cqf以及异步传输整形器ats等。其中，由于cbs在大数据量传输时难以满足更低时延和抖动要求的控制业务传输要求，tas存在复杂时间敏感网络组网环境下端到端门控协同问题，未能广泛应用。而基于cqf的数据转发端到端时延由于与网络拓扑无关，仅取决于时隙周期的大小和路径跳数，在多设备组网以及多业务流共存场景下得到广泛应用。

3、然而，在tsn网络边缘中，通常会出现终端节点到网桥节点的速率较低，而网桥节点间数据转发速率较高的情况，在这种接收端口与发送端口之间数据速率不匹配的场景中，如果网桥节点cqf的出口队列表仍采用传统设置的方式，即数据帧在第i个时隙周期到达，并且在第i+1个时隙转发到下一个节点，则会导致接入的终端节点数量偏少，进而使得tsn网络资源利用率不高，从而降低tsn网络的数据传输效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种时间敏感网络数据转发方法及相关装置。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明第一方面，提供一种时间敏感网络数据转发方法，包括：在奇传输周期，通过网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收数据，并通过网桥节点的发送端口发送网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收的数据；在偶传输周期，通过网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收数据，并通过网桥节点的发送端口发送网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收的数据；其中，在发送网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收的数据或发送网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收的数据时，各奇周期队列中相邻奇周期队列或各偶周期队列中相邻偶周期队列之间的时隙周期存在t/n的时隙偏移量；其中，t为传输周期，n为接收端口数量且n不小于2。

4、可选的，所述时间敏感网络数据转发方法还包括网桥节点设置步骤；所述网桥节点设置步骤包括：确定网桥节点的接收端口的数量为n，每个接收端口设置奇周期队列和偶周期队列，奇周期队列和偶周期队列的传输周期均设置为t；设置奇周期队列在奇传输周期接收数据，偶传输周期发送数据；偶周期队列在偶传输周期接收数据，奇传输周期发送数据；通过网桥节点的门控队列设置每个接收端口相对于相邻的上一个接收端口的时隙偏移量为t/n，并且在网桥节点的出口端，为n个接收端口分配1个发送端口，且发送端口的发送门控的执行周期按照t/n来设置。

5、可选的，所述接收端口数量n的最大值为网桥节点和终端设备节点的速率比。

6、可选的，所述在发送网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收的数据或发送网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收的数据时，根据网桥节点的各接收端口的优先级顺序，依次发送各偶周期队列接收的数据或各奇周期队列接收的数据。

7、可选的，所述通过网桥节点的发送端口发送网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收的数据或通过网桥节点的发送端口发送网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收的数据时，将发送端口的发送窗口时间推迟预设第一时间偏移量开始发送，并提前预设第二时间偏移量结束发送。

8、可选的，所述第一时间偏移量和第二时间偏移量根据时间敏感网络的时间同步误差和上下游节点间的时延抖动确定；其中，节点包括网桥节点和终端设备节点。

9、可选的，所述奇周期队列和偶周期队列的状态通过预设的静态门控列表控制。

10、本发明第二方面，提供一种时间敏感网络数据转发系统，包括：奇传输周期控制模块，用于在奇传输周期，通过网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收数据，并通过网桥节点的发送端口发送网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收的数据；偶传输周期控制模块，用于在偶传输周期，通过网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收数据，并通过网桥节点的发送端口发送网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收的数据；其中，在发送网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收的数据或发送网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收的数据时，各奇周期队列中相邻奇周期队列或各偶周期队列中相邻偶周期队列之间的时隙周期存在t/n的时隙偏移量；其中，t为传输周期，n为接收端口数量且n不小于2。

11、本发明第三方面，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述时间敏感网络数据转发方法的步骤。

12、本发明第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述时间敏感网络数据转发方法的步骤。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、本发明时间敏感网络数据转发方法，针对网桥节点接收端口速率与发送端口速率不匹配的场景，通过设置多个接收端口并配置奇周期队列和偶周期队列，以及在奇传输周期，通过网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收数据，并通过网桥节点的发送端口发送网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收的数据，在偶传输周期，通过网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收数据，并通过网桥节点的发送端口发送网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收的数据，有效压缩高速率发送端口的出口转发时间，使发送端口在单位周期内能够转发更多的数据包，大大提高了网桥节点的发送端口的资源利用率，确保了不同类型的流量能够高效地共享网络资源，在相同网络容量中有效增加了终端设备的接入数量。并且，采用奇偶周期队列模式，实现数据流接收和发送同时进行而且互不影响，每个节点都能够以固定的周期处理和转发数据包，从而保障端到端时延的确定性。

技术特征：

1.一种时间敏感网络数据转发方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的时间敏感网络数据转发方法，其特征在于，所述时间敏感网络数据转发方法还包括网桥节点设置步骤；

3.根据权利要求1所述的时间敏感网络数据转发方法，其特征在于，所述接收端口数量n的最大值为网桥节点和终端设备节点的速率比。

4.根据权利要求1所述的时间敏感网络数据转发方法，其特征在于，所述在发送网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收的数据或发送网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收的数据时，根据网桥节点的各接收端口的优先级顺序，依次发送各偶周期队列接收的数据或各奇周期队列接收的数据。

5.根据权利要求1所述的时间敏感网络数据转发方法，其特征在于，所述通过网桥节点的发送端口发送网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收的数据或通过网桥节点的发送端口发送网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收的数据时，将发送端口的发送窗口时间推迟预设第一时间偏移量开始发送，并提前预设第二时间偏移量结束发送。

6.根据权利要求5所述的时间敏感网络数据转发方法，其特征在于，所述第一时间偏移量和第二时间偏移量根据时间敏感网络的时间同步误差和上下游节点间的时延抖动确定；其中，节点包括网桥节点和终端设备节点。

7.根据权利要求1所述的时间敏感网络数据转发方法，其特征在于，所述奇周期队列和偶周期队列的状态通过预设的静态门控列表控制。

8.一种时间敏感网络数据转发系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述时间敏感网络数据转发方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述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如权利要求1至7任一项所述时间敏感网络数据转发方法的步骤。

技术总结本发明属于通信技术领域，公开了一种时间敏感网络数据转发方法及相关装置，包括：在奇传输周期，通过网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收数据，并通过网桥节点的发送端口发送网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收的数据；在偶传输周期，通过网桥节点的各接收端口的偶周期队列接收数据，并通过网桥节点的发送端口发送网桥节点的各接收端口的奇周期队列接收的数据。有效压缩高速率发送端口的出口转发时间，使发送端口在单位周期内能够转发更多的数据包，大大提高了网桥节点的发送端口的资源利用率，确保了不同类型的流量能够高效地共享网络资源，在相同网络容量中有效增加了终端设备的接入数量。技术研发人员：郭云飞,杨锦林,吴鹏,王玮,姚继明,张浩,虞跃,朱亮受保护的技术使用者：国网智能电网研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29