[發(fā)明專利]一種工業(yè)時間敏感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)確定性調(diào)度方法

在審

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• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111327540A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設計）人: 王浩;孫銳;王明存;李育桐
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L12/851
• 分類號: H04L12/851;H04L12/861;H04L12/865;H04L12/875
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及一種工業(yè)時間敏感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)確定性調(diào)度方法，屬于工業(yè)網(wǎng)絡技術領域，包括：S1：TSN管理網(wǎng)絡為各工業(yè)以太網(wǎng)設備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀分配優(yōu)先級；S2：根據(jù)數(shù)據(jù)幀特征參數(shù)定義工業(yè)數(shù)據(jù)特性；S3：在工業(yè)TSN交換機的出端口建立數(shù)據(jù)調(diào)度模型，由數(shù)據(jù)幀分配模塊、緩沖隊列以及數(shù)據(jù)幀調(diào)度模塊組成；數(shù)據(jù)幀分配模塊根據(jù)幀特征參數(shù)將緩沖隊列分成8個調(diào)度隊列；S4：數(shù)據(jù)幀被分配進入不同的調(diào)度隊列；S5：根據(jù)數(shù)據(jù)幀確定性和實時性要求的不同，對各調(diào)度隊列采用不同的整形機制；S6：數(shù)據(jù)幀調(diào)度模塊對數(shù)據(jù)幀進行輸出調(diào)度。本發(fā)明保證了工業(yè)CDT類數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性和實時性，并可有效降低SR類數(shù)據(jù)的抖動，同時也允許BE類數(shù)據(jù)的傳輸。

技術領域

本發(fā)明屬于工業(yè)網(wǎng)絡技術領域，涉及一種工業(yè)時間敏感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)確定性調(diào)度方法。

背景技術

當前，傳統(tǒng)工廠內(nèi)網(wǎng)絡的架構(gòu)通常呈現(xiàn)“兩層三級”的結(jié)構(gòu)：“兩層”是指存在“工廠IT網(wǎng)絡”和“工廠OT網(wǎng)絡”兩層技術異構(gòu)網(wǎng)絡；“三級”是指根據(jù)目前工廠管理層級的劃分，網(wǎng)絡也被分為“現(xiàn)場級”、“車間級”、“工廠級/企業(yè)級”三個層次，每層之間的網(wǎng)絡配置和管理策略相互獨立。盡管OT的設計滿足了諸如實時性、可靠性和可用性之類的屬性和對安全性至關重要的行為，但通常在設計IT時就沒有考慮這些屬性，所以傳統(tǒng)工廠互聯(lián)架構(gòu)存在以下的問題：1)IT和OT網(wǎng)絡技術標準各異；2)工業(yè)生產(chǎn)全流程存在大量“信息死角”；3)工業(yè)網(wǎng)絡靜態(tài)配置、剛性組織的方式難以滿足未來用戶定制、柔性生產(chǎn)的需要。

工業(yè)網(wǎng)絡最初是針對制造工廠中的設備及其控制器之間的點對點連接而開發(fā)的，但由于存在諸多缺點而被現(xiàn)場總線技術取代?，F(xiàn)場總線技術通過以串行順序傳輸信息并在時間上進行多路復用，并允許通過一條數(shù)字鏈路連接多個設備及其控制器。目前業(yè)界已存在著比如PROFINET、Ethernet/IP、EtherCAT等主流現(xiàn)場總線技術，這些技術都是基于標準以太網(wǎng)的修改或擴展，以提供實時，確定性和低延遲的通信，并且在業(yè)界得到了廣泛采用。但是這些實時工業(yè)以太網(wǎng)技術由于各自標準存在的差異性，導致彼此缺乏互操作性和兼容性，需要昂貴且與供應商兼容的設備才能實現(xiàn)最佳的實時性能。

為了解決這些問題，IEEE 802.1 TSN(Time-Sensitive Networking，時間敏感網(wǎng)絡)任務組試圖構(gòu)建一個統(tǒng)一的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，通過標準化使其在各個領域都能夠同構(gòu)運行，提供實時的數(shù)據(jù)傳輸。TSN是一種能使以太網(wǎng)具有確定性和實時性的新技術，能夠突破網(wǎng)絡通信上的總線的復雜性障礙、周期性與非周期性數(shù)據(jù)的傳輸障礙、以及實時性障礙，解決了現(xiàn)有網(wǎng)絡的一些缺點。因此，將時間敏感網(wǎng)絡技術應用于工業(yè)自動化網(wǎng)絡，促進了各個工業(yè)設備之間的互聯(lián)互通，能夠確保工業(yè)實時數(shù)據(jù)能夠通過標準網(wǎng)絡設施進行確定性傳輸。這將為未來工業(yè)通信系統(tǒng)帶來重大變革，真正實現(xiàn)IT和OT的實時無縫融合。

因此，當工業(yè)時間敏感網(wǎng)絡中同時存在大量不同類型數(shù)據(jù)時，仍缺乏一種合理的調(diào)度方法保證工業(yè)時間敏感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的確定性和實時性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種工業(yè)時間敏感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)確定性調(diào)度方法，考慮不同類型數(shù)據(jù)對確定性和實時性要求的不同，將數(shù)據(jù)幀分配進入不同的調(diào)度隊列并采用相應的整形機制；該方法允許各種類型的工業(yè)實時數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)盡力而為數(shù)據(jù)共享工業(yè)時間敏感網(wǎng)絡，保證工業(yè)CDT類數(shù)據(jù)流的確定性時延和可靠性傳輸，并可有效降低SR類數(shù)據(jù)流的抖動，同時也允許BE類數(shù)據(jù)流的傳輸。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種工業(yè)時間敏感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)確定性調(diào)度方法，包括以下步驟：

S1：在工業(yè)時間敏感網(wǎng)絡中，包含TSN管理網(wǎng)絡、多個工業(yè)控制設備，多個工業(yè)TSN交換機，多個執(zhí)行器、驅(qū)動器以及其他以太網(wǎng)設備；TSN管理網(wǎng)絡為各工業(yè)以太網(wǎng)設備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀分配優(yōu)先級；

S2：根據(jù)數(shù)據(jù)幀特征參數(shù)定義工業(yè)數(shù)據(jù)特性；