用于多个网络之间的互操作性的系统和方法技术方案

在实时网络之间互操作的网络交换机(200)包括多个端口(210a‑210e)和耦合到所述多个端口的交换电路系统(205)。至少一个端口(例如端口(210e))耦合到在第一实时网络中操作的节点(例如节点(300))或实时网络(350)。实时网络(350)承载第一流量。第一流量包括尽力而为流量和第一实时流量。另外，另外的端口(诸如端口(210a))被配置为耦合到第二实时网络(诸如实时网络(250))的节点。实时网络(250)承载第二流量，第二流量只包括第二实时流量。交换电路系统(205)耦合到端口(210a‑210e)并且被配置有指定端口之间的数据路由的映射。因此，交换电路系统(205)被配置成基于该映射在第一实时网络(诸如实时网络(350))和一个或多个第二实时网络(诸如实时网络(250))之间路由数据包，并维护第一实时流量和第二实时流量之间的(或第一实时流量和第二实时流量的)实时行为。在操作期间，交换电路系统(205)在从实时网络(250)路由到实时网络(350)的数据包中插入路由信息，并且从从实时网络(350)路由到实时网络(250)的数据包中移除路由信息。另外，交换电路系统(205)被配置成将数据包路由到用于第一流量和第二流量的不同队列，以供在至少一个设备(诸如设备325)上执行的应用进行处理。此外，基于映射来执行数据包到不同队列的路由。对往返于第一队列对以及第二队列对的数据包的流入和流出打时间戳，基于时间戳来关联第一和第二实时网络的时钟同步信息。实时网络可以具有不同的协议，诸如由IIE 802.1定义的时间敏感网络以及一个或多个实时网络(诸如PROFINET等时通信、EtherCAT现场总线系统、以太网/IP过程控制和工业自动化应用以及以太网Powerlink的确定性协议)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及时间敏感的(TS)网络领域，更具体而言，涉及用于网络之间的互操作性的系统和方法，包括在带有不同协议的实时网络之间管理数据流路径和虚拟局域网(VLAN)标记的配置、网络之间的时钟同步和/或调度数据流出。
技术介绍
在工业或嵌入式应用领域，有多个实时以太网实现可用。虽然在功能上类似，但是，每一实现都与其他实现充分不同，以致于它们不能彼此互操作。例如，PROFINET、用于控制自动化技术的以太网(EtherCAT)、以太网工业协议(以太网/IP)以及以太网Powerlink全部都使用相同以太网物理层，但是，在它们本身之间不能互操作。另外，这些实时以太网实现也不能连接到标准IEEE802.1交换机，因为由每一种实现使用的媒体访问控制(MAC)层的实现被自定义以支持其自己的专有协议。如此，由于有大量现有的实时基于以太网的协议的部署，因此，需要定义这些现有的专有技术如何可以与标准IEEE802.1以太网技术共存并互操作。例如，将实时数据传送支持添加到IEEE802.1下的标准以太网的特征统称为时间敏感的(TS)联网(networking)。这些特征在以太网交换机中以IEEE802.1定义流预留和基于时间的调度。一方面，流预留保证端对端的用于实时/时间敏感的流(例如，数据包)的带宽。另一方面，基于时间的调度允许“时间窗口”的配置，在该时间窗口，只有特定数据包被允许流出交换机。可以通过在数据流穿过网络时由端点最小化数据流的年龄(即，数据流的延迟)，将这些“时间窗口”与时间敏感的数据包(TS数据包)的传输相协调。使用这样的“时间窗口”还可以约束或限制流从制作者到使用者的最大延迟，以便可以确定准确的调度。TS联网基于虚拟局域网(VLAN)技术。VLAN是不同的隔离广播域。VLAN是从局域网(LAN)中分割的，并只能通过一个路由器或多个路由器在彼此之间传递数据。另外，VLAN允许基于组织逻辑地分段交换网络。换言之，可以按照功能或应用而并非基于物理或地理位置来分段网络。TS网络预定义特定的VLAN标记，这些标记允许在TS数据包通过LAN路由时标识TS数据包。TS网络接口控制器(NIC)通过多个队列支持TS联网特征。队列基于VLAN标记分离LAN流量。然而，如上文所提及的，现有技术的实时网络设备通常实现不符合IEEE802.1的、并因此不与TS网络兼容的自定义MAC。因此，需要一种允许TS网络和现有技术实时网络之间的互操作性的方案，包括需要在网络之间使时钟同步和/或需要调度数据流出。
技术实现思路
下面介绍了用于网络之间的互操作性的系统和方法的各实施例，包括管理承载不同流量(traffic)的实时网络之间的数据流路径和虚拟局域网(VLAN)标记的配置、网络之间的时钟同步以及调度数据流出。在一个实施例中，用于在实时网络之间互操作的系统可包括多个端口以及耦合到所述多个端口的交换电路系统。至少一个端口可以耦合到承载第一流量的第一实时网络。第一流量可包括第一实时流量和尽力而为流量。一个或多个其他端口可以耦合到承载第二流量的一个或多个第二实时网络。第二流量可只包括第二实时流量。交换电路系统可以被配置有指定多个端口之间的数据路由的映射，并可以相应地基于所述映射在第一实时网络和一个或多个第二实时网络之间路由数据包，由此维护第一实时流量和第二实时流量之间的(或者第一实时流量和第二实时流量的)实时行为。交换电路系统可以在从一个或多个第二实时网络路由到第一实时网络的数据包中插入路由信息，并可以从从第一实时网络路由到一个或多个第二实时网络的数据包中移除路由信息。进一步，交换电路系统可以基于映射，将数据包路由到第一流量和第二流量的不同队列，以供在至少一个设备上执行的应用进行处理。在另一个实施例中，用于在实时网络之间互操作的系统可包括网络交换机。网络交换机可包括交换电路系统、耦合到承载第一流量的第一实时网络的至少一个端口以及分别耦合到承载第二流量的一个或多个第二实时网络的一个或多个额外的其他端口。类似于上文，第一流量可包括第一实时流量和尽力而为流量，第二流量可只包括第二实时流量。交换电路系统可以耦合到端口，并可以被配置有指定端口之间的数据路由的映射。交换电路系统可以被配置成基于映射在第一实时网络和一个或多个第二实时网络之间路由数据包，以便维护第一实时流量和第二实时流量之间的(或者第一实时流量和第二实时流量的)实时行为。在操作过程中，交换电路系统可以在从一个或多个第二实时网络路由到第一实时网络的数据包中插入路由信息，并可以从从第一实时网络路由到一个或多个第二实时网络的数据包中移除路由信息。系统还可以包括耦合到网络交换机的第一设备。应用可以在第一设备上执行，第一设备可包括第一流量的至少两个第一队列对以及一个或多个第二实时网络的第二流量的一个或多个相应的第二队列对。交换电路系统可以被配置成基于映射将数据包路由到第一队列对中的一个或多个队列以及到相应的第二队列对中的一个或多个队列，以供在第一设备上执行的应用进行处理。示例性实施例还可以包括根据上面的技术的各实施例的交换电路系统的配置以及操作。在进一步的实施例中，第一设备可以被配置成对往返于第一队列对以及第二队列对的数据包的流入和流出打时间戳，应用可以基于时间戳关联第一实时网络和一个或多个第二实时网络的时钟同步信息。另外，在一些实施例中，交换电路系统可包括被配置成执行在第一实时网络和一个或多个第二实时网络之间路由数据包、插入路由信息、移除路由信息以及将数据包路由到第一队列对和第二队列对的操作的一个或多个功能单元。在一个实施例中，网络节点可包括网络交换机和第一设备。网络节点可被配置成第一实时网络和一个或多个第二实时网络中的至少一个之间的桥接器。在一个实施例中，用于同步实时网络的系统可包括位于第一实时网络上的第一设备。该设备可包括功能单元、耦合到功能单元的端口以及耦合到功能单元和端口并被配置用于基于一个或多个额外的实时网络到相应的输出队列的映射来分离网络数据包的多个输出队列。功能单元可以被配置成对于一个或多个额外的实时网络中的每一个，基于主时钟生成同步数据包。数据包(例如，网络数据包)可以由(相应的)额外的实时网络的网络记时器(例如，网络的主时钟)用来将该(相应的)额外的实时网络同步到主时钟。另外，功能单元可以被配置成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在第一实时网络和一个或多个第二实时网络之间互操作的系统，所述系统包括：多个端口，包括：耦合到所述第一实时网络的至少一个端口，其中所述第一实时网络承载包括尽力而为流量和第一实时流量的第一流量；以及分别耦合到所述一个或多个第二实时网络的一个或多个端口，其中所述一个或多个第二实时网络中的每一个都承载只包括第二实时流量的第二流量；以及耦合到所述多个端口的交换电路系统，其中所述交换电路系统被配置有指定所述多个端口之间的数据路由的映射；其中，所述交换电路系统被配置成基于所述映射在所述第一实时网络和所述一个或多个第二实时网络之间路由数据包，由此维护所述第一实时流量和所述第二实时流量之间的实时行为，其中所述交换电路系统在从所述一个或多个第二实时网络路由到所述第一实时网络的数据包中插入路由信息，并且其中所述交换电路系统从从所述第一实时网络路由到所述一个或多个第二实时网络的数据包中移除路由信息；其中，所述交换电路系统被配置成将数据包路由到用于所述第一流量和所述第二流量的不同队列，以供在至少一个设备上执行的应用进行处理，其中基于所述映射来执行所述数据包到所述不同队列的所述路由。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.15 US 14/054,227;2014.10.10 US 14/511,8631.一种用于在第一实时网络和一个或多个第二实时网络之间互
操作的系统，所述系统包括：
多个端口，包括：
耦合到所述第一实时网络的至少一个端口，其中所述第一实
时网络承载包括尽力而为流量和第一实时流量的第一流量；以及
分别耦合到所述一个或多个第二实时网络的一个或多个端
口，其中所述一个或多个第二实时网络中的每一个都承载只包括
第二实时流量的第二流量；以及
耦合到所述多个端口的交换电路系统，其中所述交换电路系统被
配置有指定所述多个端口之间的数据路由的映射；
其中，所述交换电路系统被配置成基于所述映射在所述第一实时
网络和所述一个或多个第二实时网络之间路由数据包，由此维护所述
第一实时流量和所述第二实时流量之间的实时行为，其中所述交换电
路系统在从所述一个或多个第二实时网络路由到所述第一实时网络的
数据包中插入路由信息，并且其中所述交换电路系统从从所述第一实
时网络路由到所述一个或多个第二实时网络的数据包中移除路由信
息；
其中，所述交换电路系统被配置成将数据包路由到用于所述第一
流量和所述第二流量的不同队列，以供在至少一个设备上执行的应用
进行处理，其中基于所述映射来执行所述数据包到所述不同队列的所
述路由。
2.如权利要求1所述的系统，
其中，所述不同队列包括与第一流量相关联的第一队列对以及与
第二流量相关联的一个或多个第二队列对，
其中，所述交换电路系统进一步被配置成对往返于所述第一队列
对以及所述一个或多个第二队列对的数据包的流入和流出打时间戳，
其中，所述应用基于所述时间戳来关联所述第一实时网络和一个
或多个第二实时网络的时钟同步信息。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述交换电路系统进一步包
括：
一个或多个功能单元，所述一个或多个功能单元被配置成执行以
下操作：所述在所述第一实时网络和所述一个或多个第二实时网络之
间路由数据包以及将数据包路由到不同队列。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述一个或多个功能单元中的
至少一个包括在网络交换机中。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述一个或多个功能单元中的
至少另一个包括在所述至少一个设备中。
6.如权利要求5所述的系统，其中网络节点包括：
所述网络交换机；以及
所述至少一个设备。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述网络节点被配置为所述第
一实时网络和所述一个或多个第二实时网络中的至少一个之间的桥接
器。
8.一种用于配置第一实时网络和一个或多个第二实时网络之间
的互操作性的方法，其中所述第一实时网络承载包括尽力而为流量和
第一实时流量的第一流量，并且其中所述一个或多个第二实时网络只
承载第二实时流量，所述方法包括：
配置网络交换机，所述网络交换机包括多个端口和耦合到所述多
个端口的交换电路系统，其中所述配置包括：
配置所述多个端口中的一个或多个端口以分别耦合到所述一个
或多个第二实时网络中的一个；以及
配置所述多个端口中的至少一个端口以耦合到所述第一实时网
络；以及
用指定所述多个端口之间的数据路由的映射来配置所述交换电
路系统；以及
配置所述交换电路系统以执行以下操作：
基于所述映射在所述第一实时网络和所述一个或多个第二
实时网络之间路由数据包，由此维护所述第一实时流量和所述第
二实时流量之间的实时行为；
在从所述一个或多个第二实时网络路由到所述第一实时网
络的数据包中插入路由信息；
从从所述第一实时网络路由到所述一个或多个第二实时网
络的数据包中移除路由信息；以及
将数据包路由到用于所述第一流量和第二流量的不同队列，
以供在至少一个设备上执行的应用进行处理，其中基于所述映射
来执行所述数据包到所述不同队列的所述路由。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述不同队列包括与第一流
量相关联的第一队列对以及与第二流量相关联的一个或多个第二队列
对，所述方法进一步包括：
配置所述交换电路系统以执行以下操作：
对往返于所述第一队列对以及所述一个或多个第二队列对
的数据包的流入和流出打时间戳，其中所述应用基于所述时间戳
关联所述第一实时网络和一个或多个第二实时网络的时钟同步信
息。
10.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·钱德霍克，R·W·卡明斯，高昌哲，B·K·奥多姆，
申请(专利权)人：美国国家仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US