一种时间触发网络中数据包的转发方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种时间触发网络中数据包的转发方法及装置，首先根据网络的业务流量和拓扑结构计算出时间路由转发表并配置到交换机中，数据包到达时，根据数据包中的特征字段的HASH运算的结果查询时间路由转发表得到该数据包允许到达时隙和其输出端口号，比较数据包的到达时隙和允许到达时隙，如果相符则转发，否则丢弃。相对现有技术，本发明专利技术降低了时间触发网络交换机设计的复杂性，能实现网络容错，并可降低数据包的转发延迟，可应用于光纤通道网络及以太网等场景中，它使网络各节点具备时间同步、无冲突、低延时、确定性的通信功能，能满足航空航天、医疗技术、轨道交通、汽车等领域对高速、实时、容错通信应用的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种时间触发网络中数据包的转发方法及装置
本专利技术涉及航电网络的大容量实时数据的处理及转发领域，具体涉及一种时间触发网络中数据包的转发方法及装置。
技术介绍
时间触发网络可为可能争用物理链路的数据帧分配好互不冲突的时隙，保证了网络实时性，而航电网络对实时性和可靠性要求较高。将时间触发网络传输的实时性、确定性、容错能力等特点与航电网络相结合，可以满足工业实时通信的需要。由于时间触发网络由至少一个交换机组成，为了保证时间触发交换机的强实时特性，需要对时间触发数据包转发方法以及时间同步方式进行优化。现有技术中，只有关于时间触发的以太网装置设备，在数据包转发方法上，通过一张离线配置时间调度表控制交换机，为不同时刻到达的数据包安排不同的时隙进行转发。这种表由子表项组成，包含1bit的子表项有效域，6bit的源端口，6bit的目的端口和64bit传输窗口时长，使用这种交换机数据包转发方法，可能使得交换机设计架构变得复杂，降低转发效率。现有技术在时间同步方式上采用AS6802同步协议，在2011年发布的SAEAS6802是一种使普通以太网具备无冲突同步通信的时间同步协议。AS6802协议中采用透明时钟和固化函数相结合的方法，在实际情况中使用该方法很多因素影响同步时钟精度，包括透明时钟的精确度、节点晶振的稳定性、MAC和PHY芯片的选型、同步周期的设置、接收点的获得方式等等。此实现方式相对较复杂且只能实现亚微秒级(理论上)的同步精度。现有技术中，只有时间触发以太网交换机的相关装置，还没有出现成熟的时间触发的光纤通道交换机装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种时间触发网络中数据包的转发方法及装置，可用于FC或以太网等协议的交换机的设计与实现中，可以用于实现时间触发光纤通道交换机，并且可以简化时间触发以太网交换机的设计，提高转发性能本专利技术通过下述技术方案实现：一种时间触发网络中数据包的转发方法，包括以下步骤：(a)首先进行预先的离线规划：将所有节点数据包的发送和接收时间划分成周期，一个周期划分成多个时隙，在节点发送端，根据业务流的流量特征建立发送时隙表，在节点接收端，根据数据包的发送时隙建立接收时隙表，根据发送时隙表和接收时隙表，建立交换机的时间路由转发表，然后根据要处理的业务流特征确定时隙长度；(b)在系统上电之后完成下面的各节点及交换机之间的原语时间同步：由主节点向从节点发送时间同步原语，从节点收到后立即将此原语返回，主节点再收到发出的原语，根据发送和接收的时刻得到两节点间的延时，再用原语将此延时信息通知从节点以使其调整时钟完成同步；(c)最后进行帧的发送、转发和接收：在节点发送端，根据发送时隙表发送数据包；在交换机，根据接收的数据包对应的特征字段，进行HASH运算后查表得到时间路由转发表的时隙比特位图，若帧到达时刻对应的时隙在时间路由转发表的比特位图表示的可以转发的时隙范围内，则进行转发输出，否则丢弃。下面是关于本专利技术所涉及技术的进一步的介绍：这种技术预先对每个外部发送节点配置了发送时间调度表，并对连接外部发送节点的交换接收端口配置了时间路由转发表，这个表满足整个交换机内部每一时刻不同端口之间的帧的传输不存在输出端冲突，即在每一时刻对所有的输入端口和输出端口都完成了匹配，之后根据这张表对帧来处理和转发即可。为实现上述目的，本专利技术根据原协议对于帧的帧头及开销的预先设计好的格式，添加针对TT(Time-trigger)帧的标志位以区分帧类型，来用于交换设备事先对TT帧进行识别与解析。根据TT帧的特征字段，设计多个时隙来为不同节点的TT帧预留传输空间，根据业务流需求及链路延迟，上层软件根据一定的算法为各节点分配对应的时隙，得到时隙表。一个时隙长度大于对应的发送节点的最大帧帧长并留有一定的空闲位及相应链路的延时；系统上电后完成主从同步过程，由主节点向从节点发送时间同步原语，从节点收到后立即将此原语返回，主节点再收到发出的原语，根据发送和接收的时刻得到两节点间的延时，再用原语将此延时通知从节点以使其调整时钟完成同步。设计计数器以确定某一时刻对应的时隙号。每次交换机在帧解析部分根据到达帧的源端口地址和目的端口地址的信息，进行HASH运算后查表得到时间路由转发表的时隙比特位图(Bitmap)，若帧到达时刻对应的时隙在时间路由转发表的比特位图表示的可以转发的时隙范围内则进行转发输出，若不在范围内则丢弃。具体的讲，所述步骤(a)中还包括时隙的分配方法：在交换机的接收端，对于即将接收的TT帧，根据其预期到达接收端口的时刻以及TT帧的源端口和目的端口地址信息的组合，设计多个时隙，并用多位二进制数的不同比特位来表示不同的时隙，每个比特位唯一地表示一个时隙，再根据系统网络的节点个数和各自占用的带宽为不同的节点分配一个到多个时隙，得到时隙表。在进行所述步骤(a)中的离线规划时，根据不同节点的业务流特征和各节点到交换设备的链路延时由软件通过一定的匹配算法得到每个端口的时间路由转发表，这张表上记录着不同的源端口和目的端口地址信息的组合对应的时隙比特位图，与原有的路由转发端口信息的比特位图共同作为查表的结果，由于不同节点的数据流发送需求不同，使得不同节点的发送时间调度表也不同，之后根据时间路由转发表通过FC帧通知每个不同节点各自的发送时刻。本专利技术的另一个目的是为了实现上述的数据包转发方法，提供一种适配的装置系统，包括输入模块、输出模块、PCI模块、以及交换模块，其中输入模块包括时钟同步模块、帧解析模块等，其中：PCI模块：主要负责交换部分与软件进行帧交互以及寄存器连接，包括控制上层软件对时间路由转发表进行配置时的数据通道；时钟同步模块：用于在系统上电之后完成下面的各节点及交换机之间的原语时间同步，得到各个端口的时隙转发表；帧解析模块：用于对输入的TT帧和非TT帧进行解析，然后传输至交换模块；交换模块：根据接收到的帧信息和使能信号对输入端口处理后的帧进行调度和转发。所述的帧解析模块包括时间路由转发查找模块，用于对输入的TT帧进行查时间路由转发表的处理，若符合时隙分配要求，则将要转发的端口号作为后面的交换转发依据，若不符则将TT帧丢弃。在帧解析模块中还进行帧类型的判断和帧错误情形的检测等处理。所述的交换模块包括调度模块和Crossbar模块，其中：调度模块：对来自于输入模块的帧信息进行排队调度，使得TT帧和非TT帧实现无冲突调度；Crossbar模块：对来自于调度模块的配置信息控制开关通断，让TT帧和非TT帧实现实时调度。所述的TT帧和非TT帧解析后通过共用的输出接口，负责将将数据包输出交换装置，输出规则为：TT帧的输出优先于非TT帧，即当有TT帧要传输时，输出接口模块先输出TT帧，没有TT帧传输，输出接口模块才能够处理非TT帧。具体到帧在交换机中的处理过程，本专利技术的TT帧由光口进入交换机，经过串并转换处理和字同步等操作后，在帧解析模块的时间路由转发子模块进行上述的查时间路由转发表的处理，若符合时隙分配要求，则将要转发的端口号作为后面的交换转发依据，并在帧解析模块中进行帧类型的判断和帧错误情形的检测。完成之后，由于上述方法保证了各TT帧之间无竞争情形的发生，不需缓存直接送往Crossbar模块进行交换转发。到达输出端口后根据对不同帧类型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时间触发网络中数据包的转发方法，其特征在于包括以下步骤：(a)首先进行预先的离线规划：将所有节点数据包的发送和接收时间划分成周期，一个周期划分成多个时隙，在节点发送端，根据业务流的流量特征建立发送时隙表，在节点接收端，根据数据包的发送时隙建立接收时隙表，根据发送时隙表和接收时隙表，建立交换机的时间路由转发表，然后根据要处理的业务流特征确定时隙长度；(b)在系统上电之后完成下面的各节点及交换机之间的原语时间同步：由主节点向从节点发送时间同步原语，从节点收到后立即将此原语返回，主节点再收到发出的原语，根据发送和接收的时刻得到两节点间的延时，再用原语将此延时通知从节点以使其调整时钟完成同步；(c)最后进行帧的发送、转发和接收：在节点发送端，根据发送时隙表发送数据包；在交换机接收端，根据接收的数据包对应的特征字段，进行HASH运算后查表得到时间路由转发表的时隙比特位图，若帧到达时刻对应的时隙在时间路由转发表的比特位图表示的可以转发的时隙范围内，则进行转发输出，否则丢弃。

【技术特征摘要】
2017.02.22 CN 20171009697521.一种时间触发网络中数据包的转发方法，其特征在于包括以下步骤：(a)首先进行预先的离线规划：将所有节点数据包的发送和接收时间划分成周期，一个周期划分成多个时隙，在节点发送端，根据业务流的流量特征建立发送时隙表，在节点接收端，根据数据包的发送时隙建立接收时隙表，根据发送时隙表和接收时隙表，建立交换机的时间路由转发表，然后根据要处理的业务流特征确定时隙长度；(b)在系统上电之后完成下面的各节点及交换机之间的原语时间同步：由主节点向从节点发送时间同步原语，从节点收到后立即将此原语返回，主节点再收到发出的原语，根据发送和接收的时刻得到两节点间的延时，再用原语将此延时通知从节点以使其调整时钟完成同步；(c)最后进行帧的发送、转发和接收：在节点发送端，根据发送时隙表发送数据包；在交换机接收端，根据接收的数据包对应的特征字段，进行HASH运算后查表得到时间路由转发表的时隙比特位图，若帧到达时刻对应的时隙在时间路由转发表的比特位图表示的可以转发的时隙范围内，则进行转发输出，否则丢弃。2.根据权利要求1所述的一种时间触发网络中数据包的转发方法，其特征在于：所述步骤(a)中还包括时隙的分配方法：在交换机的接收端，对于即将接收的TT帧，根据其预期到达接收端口的时刻以及TT帧的源端口和目的端口地址信息的组合，设计多个时隙，并用多位二进制数的不同比特位来表示不同的时隙，每个比特位唯一地表示一个时隙，再根据系统网络的节点个数和各自占用的带宽为...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂晓东，蒋傅礼，吴晓凡，孟中楼，谢军，陈昌祯，
申请(专利权)人：电子科技大学，成都光航信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51