[發明專利]時間觸發以太網中提高實時任務傳輸可靠性的調度方法

在審

• 申請號: 201710940708.9
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107809397A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 劉青春;陳聰;姚建國;康敏旸
• 申請（專利權）人: 中國航空無線電電子研究所
• 主分類號: H04L12/931
• 分類號: H04L12/931;H04L12/937
• 代理公司: 上海和躍知識產權代理事務所(普通合伙)31239
• 代理人: 楊慧

技術領域

本發明屬于以太網技術領域，特別涉及一種時間觸發以太網中提高實時任務傳輸可靠性的調度方法。

背景技術

在過去的幾十年間，傳統以太網以其高帶寬，低成本和實現簡單等特點，一直是當前運用最廣泛的局域網通信協議。然而，正是由于以太網的這些特點，使其無法支持具有時間特性的任務傳輸。為了兼容實時性與傳統以太網的特性，另一種解決方案被提了出來——時間觸發以太網。

時間觸發以太網在傳輸非實時類型的數據時，采用的傳輸方式與標準以太網的傳輸方式相同：數據到達交換機后，能夠馬上轉發到下一個網絡節點；若相應的端口已被占用，則數據包暫時存儲在交換機的緩沖區內，一直等到發送端口空閑才能進行轉發。這種在交換機緩沖區內等待是隨機的，無法預測的。所以造成了標準以太網的不確定性。而時間觸發以太網之所以能夠保證實時數據包傳輸時間的確定性，主要有以下幾點原因：

1)實時數據包是周期性的任務。在每個周期，相應的端系統會產生一個數據包并發送。這個過程被稱為任務，實時數據包的發送就是實時任務，或時間觸發的任務；相反的，非實時數據包的發送就是非實時任務，或者稱為事件觸發的任務。非實時的數據包的產生是由于相應的事件觸發而產生，而非在固定的時間段內產生。因此非實時數據包的傳輸具有不可預測性，而實時數據包的傳輸是可預測的。

2)實時數據的優先級高于非實時數據。由于實時數據一般是有時間約束的，所以在時間觸發以太網中定義實時數據的優先級高于非實時數據，且高優先級的數據具有可搶占低優先級數據傳輸的權利。也就是說，當一個非實時數據正在交換機的一個發送端口進行傳輸時，若此時有一個實時數據也要通過該端口進行傳輸，則非實時數據的傳輸必須中斷。等到實時數據的傳輸完成后，才能重新進行非實時數據的傳輸。

3)實時數據在交換機處的接收和發送時間是一定的。即使保證了第1條和第2條中的要素，由于實時數據在一個周期內的生成時間也不是完全確定的，因此還是無法確保傳輸時間的確定性。但是，確保實時數據在交換機處的接收時間和發送時間是一定的，就一定可以保證傳輸時間的確定性。保證實時數據在交換機處的接收時間的確定性，就是要求一個實時數據必須在該周期的某一個時間段內(下文中統稱之為接收窗口)到達該交換機。按照這種模式，實時數據在每個交換機處的轉發時間都是確定的，那么就可以保證實時數據包傳輸時間的確定性了。

4)實時數據與非實時數據在交換機內的緩沖區是分開的。這一點原因不是保證傳輸時間確定性的必要條件，但將實時數據與非實時數據的緩沖區分開，有利于非實時數據的重傳。在第2條中，被搶占的非實時數據在實時數據發送完成后會再次發送，這就是由于區分緩沖區的操作而保證的。

以上4條清晰解釋了時間觸發以太網中數據的傳輸過程以及它如何能夠保證實時數據傳輸時間的確定性。但是，通過第3條的描述，也容易想到一個問題：若實時數據無法在接收窗口內到達該交換機，交換機會采取什么樣的措施。實際上，對于無法在接收窗口內到達交換機的數據包，交換機將不再接收該數據包。相當于該數據包直接被丟棄了。但是，對于一個分布式系統來說，一個應用分布在多個端系統上，每個端系統上負責該應用的一個部分。而由于每個端系統是一個完整的系統，可能會存在著系統內部的緊急任務或者來自系統外部的中斷要求端系統處理。在這種情況下，端系統很可能會延誤對該應用的處理，從而導致數據發送的推遲，錯過了交換機的接收窗口。最終導致應用數據的傳輸的不可靠性。

因此，需要提供一種對時間觸發以太網調度方式的改進方法，以提高時間觸發以太網中的數據傳輸的可靠性，進而提高分布式系統中的應用數據的完整性。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的發明目的是提供一種時間觸發以太網中提高實時任務傳輸可靠性的調度方法。

本發明的發明目的通過以下技術方案實現：

一種時間觸發以太網中提高實時任務傳輸可靠性的調度方法，包含以下步驟：

步驟一、每次交換機節點接收到任務包時，判斷該任務包是否在規定的接收窗口內達到交換機節點；

步驟二、若任務包超過規定的接收窗口達到交換機節點，則判斷任務包是否滿足轉發條件；

步驟三、若任務包滿足轉發條件，則繼續轉發到下一個交換機節點或者目的節點，否則丟棄該任務包。

優選地，轉發條件為以下二條中的任一一條：

條件1、當前時間是否已經超過了任務的截止時間，若沒有超過，則滿足轉發條件；

條件2、從當前時間到任務的截止時間的這段時間，是否滿足任務包的傳輸時間，若滿足任務包的傳輸時間則滿足轉發條件。