[發明專利]基于TSN的自適應調節時隙窗口和帶寬共享的工業物聯網

在審

• 申請號: 202010877964.X
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112003791A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 羅志勇;黃典典;王耀;何禹辰
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L12/801
• 分類號: H04L12/801;H04L12/851;H04L12/863;H04L29/08
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 陳棟梁

本發明請求保護一種基于TSN的自適應調節時隙窗口和帶寬共享的工業物聯網，具體包括以下步驟：首先網絡中不同類型的流量按照既定的流量類分類，按照FIFO的原則放入對應的隊列中，當信道空閑，存在排隊待發送的幀；檢查對應的門，如果對應的門是關閉的，等待對應的門開啟；如果對應的門是開啟狀態，進入下一步；檢查對應的時隙窗口，如滿足傳輸條件則準備傳輸；如果傳輸的信道空閑，順利發送數據；當傳輸的信道繁忙，系統激活自適應帶寬共享ABS機制和動態自適應時隙開窗ASW機制；當系統的QoS在正常范圍中時，系統無需更改傳輸結構，當QoS接近閾值，即延遲接近ST_High時系統按需調整對應的門控條目。

技術領域

本發明屬于工業物聯網領域，具體涉及一種使用時間敏感網絡確保工業通信中關鍵負載通信的質量。

背景技術

目前物聯網技術的發展帶來了很多解決問題的思路和方法，可以更好地推進高科技低能耗的社會建設工作。工業物聯網被看作成物聯網的組成部分之一，當前主要由以美國工業互聯網和德國工業4.0所主導的信息物理系統 (Cyber-Physical Systems，CPS)為代表，它主要將大數據、云計算、傳感器或控制器等技術集成到生產中的各個過程中，以提高生產效率和產品的質量，從而降低生產成本，將傳統行業轉變為智能化產業。

工業4.0的一個中心特征是聯網的網絡物理系統(CPS)，其中物理過程由計算機控制，由計算機網絡向CPS控制器傳輸傳感器數據和執行器命令。由于傳感器和執行器可能在工廠之間分布，而且許多物理過程如一組協作機器人的運動控制是高度時間敏感的。

以太網由于其開放性和低成本，以太網技術作為鏈路層連接標準在通行網絡中得到了廣泛的應用，但是傳統的以太網是設計來提高鏈路利用率，以便為最佳服務(besteffort services)實現最大的端到端的吞吐量(throughput)。而當最佳服務提供高鏈接利用率和簡單的實現時，不能保證端到端的延遲。因此，以太網不適合那些要求確定性端對端延遲的應用，例如：工業、自動化控制。

為了保證物理系統在控制下的確定性行為，因此需要一個具有確定性有界網絡延遲和延遲變化的實時通信網絡來連接傳感器、執行器和控制器。傳統上，現場總線已被用于此目的，后來隨著以太網技術的飛速發展，SERCOS III、 PROFINET、TTEthernet、EtherCAT、FlexRay等提出了不同的實時以太網技術。

盡管這些以太網技術提供了確定性的實時屬性，并且可以在同一介質上傳輸實時和非實時流量，但它們彼此不兼容，因此不同技術不能在同一物理介質上運行。大大限制了互操作性和互聯性。

本發明主要解決的是工業物聯網領域中對ST數據傳輸的確定性延遲、保證傳輸的時效性。在TSN時間敏感網絡的基礎上進一步改進部分傳輸機制，加入自適應帶寬共享(ABS)機制和動態自適應時隙開窗(ASW)機制，更加確保ST流量傳輸的確定性延遲和在保證ST傳輸的情況下盡量保證BE流量的正常傳輸。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種基于TSN的自適應調節時隙窗口和帶寬共享的工業物聯網。本發明的技術方案如下：

一種基于TSN的自適應調節時隙窗口和帶寬共享的工業物聯網，其在傳統的時間敏感網絡的時間感知整形器TAS基礎上，加入自適應帶寬共享ABS機制和動態自適應時隙開窗ASW機制，具體包括以下步驟：

1)首先網絡中不同類型的流量按照既定的流量類分類，按照FIFO的原則放入對應的隊列中，當信道空閑，存在排隊待發送的幀；

2)檢查對應的門，如果對應的門是關閉的，等待對應的門開啟；如果對應的門是開啟狀態，進入下一步；

3)檢查對應的時隙窗口，如滿足傳輸條件則準備傳輸；

4)如果傳輸的信道空閑，順利發送數據；