一種時間觸發網絡中數據包的轉發方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種時間觸發網絡中數據包的轉發方法及裝置，首先根據網絡的業務流量和拓撲結構計算出時間路由轉發表并配置到交換機中，數據包到達時，根據數據包中的特征字段的HASH運算的結果查詢時間路由轉發表得到該數據包允許到達時隙和其輸出端口號，比較數據包的到達時隙和允許到達時隙，如果相符則轉發，否則丟棄。相對現有技術，本發明專利技術降低了時間觸發網絡交換機設計的復雜性，能實現網絡容錯，并可降低數據包的轉發延遲，可應用于光纖通道網絡及以太網等場景中，它使網絡各節點具備時間同步、無沖突、低延時、確定性的通信功能，能滿足航空航天、醫療技術、軌道交通、汽車等領域對高速、實時、容錯通信應用的需求。

【技術實現步驟摘要】
一種時間觸發網絡中數據包的轉發方法及裝置
本專利技術涉及航電網絡的大容量實時數據的處理及轉發領域，具體涉及一種時間觸發網絡中數據包的轉發方法及裝置。
技術介紹
時間觸發網絡可為可能爭用物理鏈路的數據幀分配好互不沖突的時隙，保證了網絡實時性，而航電網絡對實時性和可靠性要求較高。將時間觸發網絡傳輸的實時性、確定性、容錯能力等特點與航電網絡相結合，可以滿足工業實時通信的需要。由于時間觸發網絡由至少一個交換機組成，為了保證時間觸發交換機的強實時特性，需要對時間觸發數據包轉發方法以及時間同步方式進行優化。現有技術中，只有關于時間觸發的以太網裝置設備，在數據包轉發方法上，通過一張離線配置時間調度表控制交換機，為不同時刻到達的數據包安排不同的時隙進行轉發。這種表由子表項組成，包含1bit的子表項有效域，6bit的源端口，6bit的目的端口和64bit傳輸窗口時長，使用這種交換機數據包轉發方法，可能使得交換機設計架構變得復雜，降低轉發效率。現有技術在時間同步方式上采用AS6802同步協議，在2011年發布的SAEAS6802是一種使普通以太網具備無沖突同步通信的時間同步協議。AS6802協議中采用透明時鐘和固化函數相結合的方法，在實際情況中使用該方法很多因素影響同步時鐘精度，包括透明時鐘的精確度、節點晶振的穩定性、MAC和PHY芯片的選型、同步周期的設置、接收點的獲得方式等等。此實現方式相對較復雜且只能實現亞微秒級(理論上)的同步精度。現有技術中，只有時間觸發以太網交換機的相關裝置，還沒有出現成熟的時間觸發的光纖通道交換機裝置。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種時間觸發網絡中數據包的轉發方法及裝置，可用于FC或以太網等協議的交換機的設計與實現中，可以用于實現時間觸發光纖通道交換機，并且可以簡化時間觸發以太網交換機的設計，提高轉發性能本專利技術通過下述技術方案實現：一種時間觸發網絡中數據包的轉發方法，包括以下步驟：(a)首先進行預先的離線規劃：將所有節點數據包的發送和接收時間劃分成周期，一個周期劃分成多個時隙，在節點發送端，根據業務流的流量特征建立發送時隙表，在節點接收端，根據數據包的發送時隙建立接收時隙表，根據發送時隙表和接收時隙表，建立交換機的時間路由轉發表，然后根據要處理的業務流特征確定時隙長度；(b)在系統上電之后完成下面的各節點及交換機之間的原語時間同步：由主節點向從節點發送時間同步原語，從節點收到后立即將此原語返回，主節點再收到發出的原語，根據發送和接收的時刻得到兩節點間的延時，再用原語將此延時信息通知從節點以使其調整時鐘完成同步；(c)最后進行幀的發送、轉發和接收：在節點發送端，根據發送時隙表發送數據包；在交換機，根據接收的數據包對應的特征字段，進行HASH運算后查表得到時間路由轉發表的時隙比特位圖，若幀到達時刻對應的時隙在時間路由轉發表的比特位圖表示的可以轉發的時隙范圍內，則進行轉發輸出，否則丟棄。下面是關于本專利技術所涉及技術的進一步的介紹：這種技術預先對每個外部發送節點配置了發送時間調度表，并對連接外部發送節點的交換接收端口配置了時間路由轉發表，這個表滿足整個交換機內部每一時刻不同端口之間的幀的傳輸不存在輸出端沖突，即在每一時刻對所有的輸入端口和輸出端口都完成了匹配，之后根據這張表對幀來處理和轉發即可。為實現上述目的，本專利技術根據原協議對于幀的幀頭及開銷的預先設計好的格式，添加針對TT(Time-trigger)幀的標志位以區分幀類型，來用于交換設備事先對TT幀進行識別與解析。根據TT幀的特征字段，設計多個時隙來為不同節點的TT幀預留傳輸空間，根據業務流需求及鏈路延遲，上層軟件根據一定的算法為各節點分配對應的時隙，得到時隙表。一個時隙長度大于對應的發送節點的最大幀幀長并留有一定的空閑位及相應鏈路的延時；系統上電后完成主從同步過程，由主節點向從節點發送時間同步原語，從節點收到后立即將此原語返回，主節點再收到發出的原語，根據發送和接收的時刻得到兩節點間的延時，再用原語將此延時通知從節點以使其調整時鐘完成同步。設計計數器以確定某一時刻對應的時隙號。每次交換機在幀解析部分根據到達幀的源端口地址和目的端口地址的信息，進行HASH運算后查表得到時間路由轉發表的時隙比特位圖(Bitmap)，若幀到達時刻對應的時隙在時間路由轉發表的比特位圖表示的可以轉發的時隙范圍內則進行轉發輸出，若不在范圍內則丟棄。具體的講，所述步驟(a)中還包括時隙的分配方法：在交換機的接收端，對于即將接收的TT幀，根據其預期到達接收端口的時刻以及TT幀的源端口和目的端口地址信息的組合，設計多個時隙，并用多位二進制數的不同比特位來表示不同的時隙，每個比特位唯一地表示一個時隙，再根據系統網絡的節點個數和各自占用的帶寬為不同的節點分配一個到多個時隙，得到時隙表。在進行所述步驟(a)中的離線規劃時，根據不同節點的業務流特征和各節點到交換設備的鏈路延時由軟件通過一定的匹配算法得到每個端口的時間路由轉發表，這張表上記錄著不同的源端口和目的端口地址信息的組合對應的時隙比特位圖，與原有的路由轉發端口信息的比特位圖共同作為查表的結果，由于不同節點的數據流發送需求不同，使得不同節點的發送時間調度表也不同，之后根據時間路由轉發表通過FC幀通知每個不同節點各自的發送時刻。本專利技術的另一個目的是為了實現上述的數據包轉發方法，提供一種適配的裝置系統，包括輸入模塊、輸出模塊、PCI模塊、以及交換模塊，其中輸入模塊包括時鐘同步模塊、幀解析模塊等，其中：PCI模塊：主要負責交換部分與軟件進行幀交互以及寄存器連接，包括控制上層軟件對時間路由轉發表進行配置時的數據通道；時鐘同步模塊：用于在系統上電之后完成下面的各節點及交換機之間的原語時間同步，得到各個端口的時隙轉發表；幀解析模塊：用于對輸入的TT幀和非TT幀進行解析，然后傳輸至交換模塊；交換模塊：根據接收到的幀信息和使能信號對輸入端口處理后的幀進行調度和轉發。所述的幀解析模塊包括時間路由轉發查找模塊，用于對輸入的TT幀進行查時間路由轉發表的處理，若符合時隙分配要求，則將要轉發的端口號作為后面的交換轉發依據，若不符則將TT幀丟棄。在幀解析模塊中還進行幀類型的判斷和幀錯誤情形的檢測等處理。所述的交換模塊包括調度模塊和Crossbar模塊，其中：調度模塊：對來自于輸入模塊的幀信息進行排隊調度，使得TT幀和非TT幀實現無沖突調度；Crossbar模塊：對來自于調度模塊的配置信息控制開關通斷，讓TT幀和非TT幀實現實時調度。所述的TT幀和非TT幀解析后通過共用的輸出接口，負責將將數據包輸出交換裝置，輸出規則為：TT幀的輸出優先于非TT幀，即當有TT幀要傳輸時，輸出接口模塊先輸出TT幀，沒有TT幀傳輸，輸出接口模塊才能夠處理非TT幀。具體到幀在交換機中的處理過程，本專利技術的TT幀由光口進入交換機，經過串并轉換處理和字同步等操作后，在幀解析模塊的時間路由轉發子模塊進行上述的查時間路由轉發表的處理，若符合時隙分配要求，則將要轉發的端口號作為后面的交換轉發依據，并在幀解析模塊中進行幀類型的判斷和幀錯誤情形的檢測。完成之后，由于上述方法保證了各TT幀之間無競爭情形的發生，不需緩存直接送往Crossbar模塊進行交換轉發。到達輸出端口后根據對不同幀類型本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種時間觸發網絡中數據包的轉發方法，其特征在于包括以下步驟：(a)首先進行預先的離線規劃：將所有節點數據包的發送和接收時間劃分成周期，一個周期劃分成多個時隙，在節點發送端，根據業務流的流量特征建立發送時隙表，在節點接收端，根據數據包的發送時隙建立接收時隙表，根據發送時隙表和接收時隙表，建立交換機的時間路由轉發表，然后根據要處理的業務流特征確定時隙長度；(b)在系統上電之后完成下面的各節點及交換機之間的原語時間同步：由主節點向從節點發送時間同步原語，從節點收到后立即將此原語返回，主節點再收到發出的原語，根據發送和接收的時刻得到兩節點間的延時，再用原語將此延時通知從節點以使其調整時鐘完成同步；(c)最后進行幀的發送、轉發和接收：在節點發送端，根據發送時隙表發送數據包；在交換機接收端，根據接收的數據包對應的特征字段，進行HASH運算后查表得到時間路由轉發表的時隙比特位圖，若幀到達時刻對應的時隙在時間路由轉發表的比特位圖表示的可以轉發的時隙范圍內，則進行轉發輸出，否則丟棄。

【技術特征摘要】
2017.02.22 CN 20171009697521.一種時間觸發網絡中數據包的轉發方法，其特征在于包括以下步驟：(a)首先進行預先的離線規劃：將所有節點數據包的發送和接收時間劃分成周期，一個周期劃分成多個時隙，在節點發送端，根據業務流的流量特征建立發送時隙表，在節點接收端，根據數據包的發送時隙建立接收時隙表，根據發送時隙表和接收時隙表，建立交換機的時間路由轉發表，然后根據要處理的業務流特征確定時隙長度；(b)在系統上電之后完成下面的各節點及交換機之間的原語時間同步：由主節點向從節點發送時間同步原語，從節點收到后立即將此原語返回，主節點再收到發出的原語，根據發送和接收的時刻得到兩節點間的延時，再用原語將此延時通知從節點以使其調整時鐘完成同步；(c)最后進行幀的發送、轉發和接收：在節點發送端，根據發送時隙表發送數據包；在交換機接收端，根據接收的數據包對應的特征字段，進行HASH運算后查表得到時間路由轉發表的時隙比特位圖，若幀到達時刻對應的時隙在時間路由轉發表的比特位圖表示的可以轉發的時隙范圍內，則進行轉發輸出，否則丟棄。2.根據權利要求1所述的一種時間觸發網絡中數據包的轉發方法，其特征在于：所述步驟(a)中還包括時隙的分配方法：在交換機的接收端，對于即將接收的TT幀，根據其預期到達接收端口的時刻以及TT幀的源端口和目的端口地址信息的組合，設計多個時隙，并用多位二進制數的不同比特位來表示不同的時隙，每個比特位唯一地表示一個時隙，再根據系統網絡的節點個數和各自占用的帶寬為...

【專利技術屬性】
技術研發人員：涂曉東，蔣傅禮，吳曉凡，孟中樓，謝軍，陳昌禎，
申請(專利權)人：電子科技大學，成都光航信科技有限公司，
類型：發明
國別省市：四川,51