CN112671495A - 一种调整确定性时延的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种调整确定性时延的方法和系统。通过提前计算全网的链路时延和传输时延，由集中式网络配置控制器计算路径，并根据实际时延调整路径策略，能够动态满足业务确定性时延需求，避免了突发时延下造成不满足确定性时延的问题，提高网络可靠性。

Description

一种调整确定性时延的方法和系统

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种调整确定性时延的方法和系统。

背景技术

现有的互联网面对激增的视频流量和工业机器应用，存在着大量的拥塞崩溃、数据分组时延等问题。而许多网络应用，例如工业互联网、远程医疗、无人驾驶、VR游戏等，需要达到1~10 ms时延，微秒级抖动。但传统的网络只能将端到端的时延减少到几十毫秒。

时间敏感网络（TSN：Time Sensitive Network）是一种用于对以太网业务提供低时延抖动的网络。近年来TSN技术作为新一代以太网技术，因其符合标准的以太网架构、具有精准的流量调度能力、可以保证多种业务流量的共网高质量传输、兼具技术及成本优势，在音视频传输、工业、移动承载、车载网络等多个领域成为下一代高实时以太网技术的重要演进方向。TSN主要由IEEE 802.1工作组负责相关基础协议的标准制定，为以太网提供了一套通用的时间敏感机制，在确保以太网数据通信的时间确定性同时，为不同协议网络之间的互操作提供了可能。

根据IEEE 802.1Qcc标准定义的TSN架构，TSN体系由集中式用户配置控制器（Centralized User Configuration controller，以下简称CUC）、集中式网络配置控制器（Centralized Network Configuration controller，以下简称CNC）、转发网元（交换机）组成。CUC主要用于获取应用系统的端到端传输性能需求，向所述的集中式网络配置控制器分发网络需求；所述的集中式网络配置控制器用于网络的拓扑和资源发现、接收CUC的业务流量网络需求，根据网络的拓扑和资源情况，确定全网流量的带宽预留和调度策略，实现流量的门控时隙调度策略，进而将上述策略下发给转发网元；转发网元根据收到的门控时隙调度策略来转发业务数据帧。

由于业务数据帧在网络实际传输过程中，除了链路时延外，还有入口调度、转发交换导致的时延等，且这些时延会根据流量拥塞情况发生变化，虽然通过时间同步协议可以将网元之间时间进行同步，并测量出链路时延，在设定门控时隙调度策略时在基准时间（Basetime）中加上链路时延参数，但是现有技术没有对入口调度、转发交换等时延进行实时测量，在门控时隙调度策略的基准时间中也没有加上这些时延参数，所述的集中式网络配置控制器不能根据实际网络的时延变化来调整转发路径满足确定性时延，会导致如下两个问题：

（1）转发网元在收到业务数据帧时，如果因为链路时延的突发问题，超出了最大时延需求，包会被丢弃，不能满足预先计划的业务需求。

（2）当包丢弃时，控制器需要再次全网重新计算调度，会带来计算开销和等待延迟。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种调整确定性时延的方法和系统，通过提前计算全网的链路时延和传输时延，由集中式网络配置控制器计算路径，并根据实际时延调整路径策略，能够动态满足业务最大时延需求，避免了突发时延下造成不满足确定性时延的问题，提高网络可靠性。

本申请公开了一种调整确定性时延的系统，该系统包括集中式网络配置控制器、若干个转发网元、起始终端和接收终端，所述转发网元的输出端连接所述集中式网络配置控制器的输入端，所述转发网元位于所述起始终端和接收终端之间，所述集中式网络配置控制器包括网元信息收集模块、路径计算模块、路径策略调整模块、路径策略下发模块，所述网元信息收集模块的接收端与所述转发网元的输出端相连接，所述路径计算模块的接收端与所述网元信息收集模块的输出端相连接，所述路径策略调整模块的接收端与所述路径计算模块的输出端相连接，所述路径策略下发模块的接收端与所述路径策略调整模块的输出端相连接，所述路径策略下发模块的输出端与所述转发网元的接收端相连接。

作为优选，所述转发网元包括上报时延信息模块、计算传输时延模块和接收路径策略指令模块，所述上报时延信息模块的输出端与所述网元信息收集模块的接收端相连接，所述接收路径策略指令模块的接收端与所述路径策略下发模块的输出端相连接，所述计算传输时延模块的输出端与接收端分别与所述上报时延信息模块的接收端和路径策略指令模块的输出端相连接。

一种调整确定性时延的方法，该方法包括如下步骤：

（1）全网时间同步后，每个转发网元上报自身的转发时延和传输时延给集中式网络配置控制器；

（2）计算满足确定性时延需求条件的路径集合，选出集合中最大的一条路径；

（3）给上述路径下发检测帧指令，起始终端发给一个带时间戳的报文给接收终端，接收终端收到报文并计算实际时延，上报给集中式网络配置控制器；

（4）判断实际时延，采用调整确定性时延的方法，将调整后的路径策略下发给转发网元。

（5）以实际时延为基准，判断与时延需求的差值。

（6）若差值>0，则从集合中删除该路径，选择剩余集合中最大值对应的路径，跳转至至步骤（2），直至集合为空；若差值为0，则通知转发网元执行路径策略一；若差值<0，则通知转发网元执行路径策略二；所述路径策略一为：除首个转发网元仅执行转发时延外，每个转发网元都执行链路时延和转发时延；所述路径策略二为：在路径策略一的基础上，每个转发网元都等待额外时间。

作为优选，所述步骤（7）中的路径策略二中每个转发网元都等待的额外时间为实际时延与时延需求的差值除以全部转发网元个数减一。

本发明的有益效果：本发明的调整确定性时延的方法和系统，通过协议检测帧检测每个转发网元的转发时延和传输时延，由集中式网络配置控制器计算路径总集合，并根据实际时延判断集合中的路径是否满足用户时延需求，动态选取最适合的路径，并下发给转发网元，达到确定性时延的效果。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

附图说明

图1是本发明一种调整确定性时延的系统的连接关系图；

图2是本发明的集中式网络配置控制器和转发网元的连接关系图；

图3是本发明一种调整确定性时延的方法的流程图。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图2，所述的集中式网络配置控制器包括网元信息收集模块、路径计算模块、路径策略调整模块、路径策略下发模块。其中网元信息收集模块用于收集来自网元上报的信息，包括转发时延和传输时延；路径计算模块用于计算满足用户时延需求的路径集合；路径策略调整模块用于动态调整集合中路径时延变化情况，路径策略下发模块用于下发路径策略给网元。

所述的转发网元包括上报时延信息模块、计算传输时延模块、接收路径策略指令模块。其中上报时延信息模块转发网元上报自身的转发时延和传输时延给集中式网络配置控制器。计算传输时延模块用于计算收到检测帧时间戳与发包时间戳的差值。接收路径策略指令模块用于更新并执行路径策略。

如图1和图3所示，本发明的调整确定性时延的方法和系统，包括集中式网络配置控制器和10个转发网元和起始终端A和接收终端B；

本发明的计算路径策略的方法，包括如下步骤：

1、全网时间同步，计算链路传输时延

2、每个转发网元上报自身的转发时延和传输时延给所述的集中式网络配置控制器（S1转发时延是10us；S2转发时延是15us、S1到S2链路传输时延是10us；S3转发时延是10us、S2到S3链路传输时延是10us；S4转发时延是20us、S3到S4链路传输时延是10us；S5转发时延是10us、S4到S5链路传输时延是5us；S6转发时延是12us、S5到S6链路传输时延是6us；S7转发时延是12us、S6到S7链路传输时延是100us；S8转发时延是18us、S7到S8链路传输时延是70us；S9转发时延是12us、S8到S9链路传输时延是1us；S10转发时延是12us、S9到S10链路传输时延是2us；）；

3、所述的集中式网络配置控制器计算不大于100us的路径集合。如（S1，S2，S3，S4，S5），（S1，S2，S3，S8, S9，S10）等

如图所示，本发明的调整确定性时延的方法，包括如下步骤：

1、所述的集中式网络配置控制器找出小于100us路径中最大时延的路径；

2、所述的集中式网络配置控制器给该路径下发一个发送检测帧指令，由A发给B，并且报文中带时间戳，B收到报文后，计算实际时延，上送给所述的集中式网络配置控制器；

3、所述的集中式网络配置控制器判断实际时延：

3.1如果大于100us，则说明该路径的实际时延不满足需求，在上述集合中找排时延第二的路径，执行5步骤；

3.2如果小于100us，则说明该路径的经过调整可满足需求，调整步骤见7；

3.3如果等于100us，则说明该路径的实际时延满足需求，使用该路径策略，下发路径策略8；

4.路径策略：在每个转发网元出口多停一会，如果n个转发网元，则每个转发网元的停留时间为(100-差值)/n-1，下发的路径策略为：第一个转发网元开始转发时间为t1，第二个转发网元为开始转发时间+链路时延+第二个转发网元的转发时延+停留时间，第三个到第十个转发网元都与第二个情况一致。

5.路径策略，相当于第7中的停留时间为0：下发的路径策略为：第一个转发网元开始转发时间为t1，第二个转发网元为开始转发时间+链路时延+第二个转发网元的转发时延，第三个到第十个转发网元都与第二个情况一致。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种调整确定性时延的系统，该系统包括集中式网络配置控制器、若干个转发网元、起始终端和接收终端，所述转发网元的输出端连接所述集中式网络配置控制器的输入端，所述转发网元位于所述起始终端和接收终端之间，其特征在于：所述集中式网络配置控制器包括网元信息收集模块、路径计算模块、路径策略调整模块、路径策略下发模块，所述网元信息收集模块的接收端与所述转发网元的输出端相连接，所述路径计算模块的接收端与所述网元信息收集模块的输出端相连接，所述路径策略调整模块的接收端与所述路径计算模块的输出端相连接，所述路径策略下发模块的接收端与所述路径策略调整模块的输出端相连接，所述路径策略下发模块的输出端与所述转发网元的接收端相连接。

2.如权利要求1所述的一种调整确定性时延的系统，其特征在于：所述转发网元包括上报时延信息模块、计算传输时延模块和接收路径策略指令模块，所述上报时延信息模块的输出端与所述网元信息收集模块的接收端相连接，所述接收路径策略指令模块的接收端与所述路径策略下发模块的输出端相连接，所述计算传输时延模块的输出端与接收端分别与所述上报时延信息模块的接收端和路径策略指令模块的输出端相连接。

3.如权利要求1或2所述的一种调整确定性时延的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

（1）全网时间同步后，每个转发网元上报自身的转发时延和传输时延给集中式网络配置控制器；

（2）计算满足确定性时延需求条件的路径集合，选出集合中最大的一条路径；

（3）给上述路径下发检测帧指令，起始终端发给一个带时间戳的报文给接收终端，接收终端收到报文并计算实际时延，上报给集中式网络配置控制器；

（4）判断实际时延，采用调整确定性时延的方法，将调整后的路径策略下发给转发网元；

（5）以实际时延为基准，判断与时延需求的差值；

（6）若差值>0，则从集合中删除该路径，选择剩余集合中最大值对应的路径，跳转至至步骤（2），直至集合为空；若差值为0，则通知转发网元执行路径策略一；若差值<0，则通知转发网元执行路径策略二；所述路径策略一为：除首个转发网元仅执行转发时延外，每个转发网元都执行链路时延和转发时延；所述路径策略二为：在路径策略一的基础上，每个转发网元都等待额外时间。

4.如权利要求3所述的一种调整确定性时延的方法，其特征在于：所述步骤（6）中的路径策略二中每个转发网元都等待的额外时间为实际时延与时延需求的差值除以全部转发网元个数减一。

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