[發明專利]基于雙平面的時間觸發以太網交換機及分組交換方法

有效

• 申請號: 201810509357.0
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108712351B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 邱智亮;高毅;張森;陳郝明;潘偉濤;張洪斌;趙海峰;金守英;王方圓;張式琪
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L12/937
• 分類號: H04L12/937;H04L12/865;H04J3/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明公開了一種基于雙平面的時間觸發以太網交換機及分組交換方法，主要解決現有時間觸發以太網交換機轉發時間觸發TT業務確定性與實時性差的問題。其裝置包括：輸入分流模塊(1)、時鐘同步器(2)、時間觸發TT交換平面(3)、事件觸發ET交換平面(4)和輸出仲裁模塊(5)。輸入分流模塊分別與時鐘同步器、TT交換平面、ET交換平面連接，以分別完成交換機時鐘同步、轉發TT業務幀與ET業務幀；TT交換平面和ET交換平面均與輸出仲裁模塊連接，以選擇優先發送的業務幀，完成數據發送。本發明能保證時間觸發TT業務的絕對優先級轉發，減小了時間觸發TT業務的轉發時延，可應用于高速低延遲的時間觸發交換網絡。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，特別涉及一種時間觸發以太網交換機，可應用于支持時間觸發功能的的實時性、可靠性以及高安全性以太網交換網絡。

背景技術

以太網傳輸技術以其所具備的成本低、帶寬高、適用于各種業務等優勢被廣泛應用于社會的各行各業。但隨著分布式系統的發展，系統中設備之間數據交互的實時性、可靠性以及高安全性需求更加迫切，使得以太網技術無法適用于相應的業務領域。時間觸發以太網TTE的出現，將時間觸發技術的實時性、確定性與傳統以太網的優勢相結合，有效地解決了傳統以太網無法滿足高實時性、可靠性需求的弊端，被廣泛應用于航天航空、工業控制等具有高實時性、高安全性需求的領域。時間觸發以太網TTE交換機作為時間觸發以太網中重要的組成部分，其設計結構及交換方法直接影響時間觸發以太網的工作性能。一方面，時間觸發以太網交換機能夠實現對時間觸發TT業務的確定性、實時性轉發，另一方面，時間觸發以太網交換機兼容普通以太網，能夠對確定性、實時性要求不嚴格的事件觸發ET業務進行轉發。

北京計算機技術及應用研究所在其申請的專利文獻“一種高同步的時間觸發以太網裝置及方法”(申請號：201710616838.7，公開號：CN107483135A)中公開了一種時間觸發以太網交換機。該裝置包括交換/控制邏輯、本地時鐘、同步原語接收模塊、時鐘同步模塊、時間觸發器、中央控制器、任務調度控制模塊。所述交換/控制邏輯，用于進行交換機對其所連網絡端系統進行控制；所述本地時鐘，用于提供交換機整體的工作時鐘；所述同步原語接收模塊，用于接收由端系統發送來的數據，區分出時鐘同步原語和傳輸數據幀，并向中央控制器傳輸者兩部分數據；所述時鐘同步模塊，用于接收中央控制器發出的時鐘同步控制命令，產生時鐘同步具體信息，并實現時鐘同步；所述時間觸發器，用于提供時間觸發事件所需的時間觸發條件和時間信息；所述中央控制器，用于控制交換機內的各模塊的工作；所述任務調度控制模塊，依據任務調度表，用來對交換機中收到的數據進行分類控制，將不同的數據放進對應的數據緩沖區中。該裝置存在的不足之處是，任務調度控制模塊統一對時間觸發TT業務、事件觸發ET業務進行調度處理，時間觸發TT業務與事件觸發ET業務在內部調度等大部分的操作中互相干擾，導致時間觸發TT業務在交換機內部處理時延過長，無法保證時間觸發TT業務的確定性與實時性要求。

發明內容

本發明目的在于針對上述已有技術的不足，提供一種基于雙平面的時間觸發以太網交換機及分組交換方法，以保證時間觸發TT業務的絕對優先級轉發，最大限度減小時間觸發TT業務的轉發時延，滿足時間觸發TT業務的確定性與實時性要求。

為實現上述目的，本發明基于雙平面的時間觸發以太網交換機，是通過可編程邏輯芯片FPGA實現，該交換機的交換平面分為時間觸發TT交換平面與事件觸發ET交換平面，其中時間觸發TT交換平面負責時間觸發TT業務的交換和時間同步；事件觸發ET交換平面負責對事件觸發ET業務進行交換。整個以太網交換機包括：

輸入分流模塊，用于接收從交換機的網絡接口傳入交換機內部的數據幀，根據提取出的數據幀頭中的幀類型值將幀數據分類為協議控制PCF幀、時間觸發TT業務幀和事件觸發ET業務幀，并將協議控制PCF幀送入時鐘同步器，將時間觸發TT業務幀送入時間觸發TT交換平面，將事件觸發ET業務幀送入事件觸發ET交換平面；