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专利号: 2022101848332
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向TSN交换机的网络配置管理方法,其特征在于:基于面向新加入TSN交换机完全集中配置管理体系架构,包括以下步骤:S1:新加入TSN交换机PSW1加入TSN,向与其相邻连接的TSN交换机通过LLDP协议广播自身设备信息;

S2:相邻连接TSN交换机{NSW1,NSW2,NSW3,……,NSWi}接收新加入TSN交换机PSW1广播的信息报文进行分析并更新原有存储的邻居信息表;

S3:CNC周期性的向网络中的TSN交换机发送查询请求报文,访问TSN交换机中存储的邻居信息表,发现新加入TSN交换机PSW1;

S4:CNC向网络中所有的TSN交换机发送LLDP探测报文完成网络拓扑发现;

S5:TSN交换机响应CNC发送的拓扑探测报文;

S6:CNC根据拓扑管理的方法,建立TSN流在网络中传输调度的模型;

S7:CNC对TSN流进行优先级排序管理;

S8:CNC使用路径选择算法确定网络中TSN流的传输路径;

S9:计算TSN流调度周期;

S10:CNC分配传输时隙,输出TT流传输调度的门控列表;

S11:CNC将计算所得的TSN流的传输路径、调度周期和和门控列表下发到TSN交换机;

所述步骤S6具体包括:根据CNC发现的TSN网络拓扑和CNC通过CUC获取用户输入的TSN流参数,建立TSN网络模型G={Fi,E,SW,L},其中Fi代表在网络中传输调度的TSN流,E代表TSN中的终端设备,SW代表TSN中的TSN交换机设备,包括新加入TSN交换机,L代表TSN设备间的二元通信链路;对于在网络中传输调度的用户输入TSN流,参数信息包括TSN流大小FsF、优先级SPF、传输周期FcF、延迟DF和抖动JF,因此将TSN流表示为所述步骤S10具体包括:在TSN中,CNC按照数据帧的传输周期计算得到调度周期,并且将调度周期为不同优先级的TSN流分配传输时隙,保证数据帧的调度传输就在分配的足够长的时隙中完成,门控列表计算方法如下:S10.1:由数据帧调度周期Sc以及数据帧的传输周期,计算得到数据帧在一个调度周期Sc内可以传输的帧的数量,TT流在调度周期内传输的次数即数据帧调度个数计算的公式为:S10.2:每一条的TT流在网络中的传输时间即TT流完成一次调度输的帧调度时间通过TT流的大小计算,TT流的帧调度时间计算公式为:其中,R表示TT流Fi的流量传输速率, 表示TT流在TSN交换机中的抖动;

S10.3:对数据帧的传输添加约束条件,在满足所述约束条件下计算出门控列表;设定所有数据流的初始开始时间都为0时刻,根据其经过的路径和传输时延计算其所占用的传输时间;所述约束条件包括:帧传输约束 表示数据帧的传输从门控列表设计的时刻准时开始,且在划分的时隙内有且仅有一条TT流在传输;

调度约束 表示每个数据帧的传输不能抢用前面传输的数据帧的时隙;

冲突约束 表示当不同的TT流经过不同链路汇聚到同一TSN交换机时,两条TSN流要保证无冲突的进行传输;

TT流Fi在网络中经过某一路径累计的传输延迟为:

TSN流在网络中传输时不同的传输路径汇聚到同一TSN交换机后不冲突的约束条件为:上述公式表示TT流在经过新加入TSN交换机的传输路径上到达SW4时传输延迟小于或等于TT流在未经过新加入TSN交换机的传输路径上到达SW4时传输延迟,其余两个约束条件:S10.4:CNC为传输路径上传输的TT流划分传输时隙,保证TT流的确定性传输而不会造成网络拥塞等情况,为TT流分配的时隙至少需要保证1个时隙能够完成一条TT流的调度;实际上的时隙分配应该取决于TT流在网络传输的延迟和抖动,公式为:其中n表示在这一条TSN流前有几条已经完成传输的流, 表示TT流Fi的帧调度时间,帧调度时间表示CNC为每条传输路径上的TSN流分配传输时隙,用以保证TSN流的确定性传输, 表示TT流Fi的第i条路径的终端站以及TSN交换机设备数量, 表示TSN交换机与TSN交换机的二元链路延迟;

S10.5:CNC计算TT流传输调度的帧偏移量,同一条TT流的数据帧的偏移量即是CNC为TT流划分的传输时隙,不同的TT流的数据帧的偏移量即上一数据帧的传输时间FSTi,计算公式为:其中,n表示TT流Fi的帧个数;

S10.6:CNC计算新加入TSN交换机PSW1的门控列表,用户输入的TSN流为Fa,Fb,Fm,Fn,CNC为TT流Fa,Fb在网络中选择的传输路径是通过新加入TSN交换机的路径,TT流Fa为最高优先级,因此在TSN交换机中的传输是从初始时刻0开始的,那么新加入TSN交换机PSW1的门控列表计算如下:S10.6.1:CNC计算TT流Fa,Fb的队列循环时间即调度周期:

S10.6.2:CNC计算TT流Fa,Fb的传输时隙:

S10.6.3:CNC根据分配的传输时隙计算TT流Fa,Fb的帧偏移量:OFa1=0

……

……

S10.6.4:CNC输出新加入TSN交换机的门控列表;

S10.7:CNC重复步骤S10.6重新计算TT流Fm,Fn传输路径上的TSN交换机的门控列表;

S10.8:当TT流Fa,Fb,Fm,Fn在网络中汇聚时,在汇聚出的TSN交换机优先将TT流Fa,Fb传输完成之后再进行TT流Fm,Fn的传输;将TT流Fa,Fb和TT流Fm,Fn等效为两条TT流Fc,Fd,重复上述步骤S10.6计算输出门控列表。

2.根据权利要求1所述的面向TSN交换机的网络配置管理方法,其特征在于:所述步骤S1‑S2具体包括:新加入TSN交换机PSW1利用可扩展标记语言将设备信息首先组织成TLV格式,封装为LLDP帧,并通过启动LLDP协议向TSN中与PSW1相邻连接的TSN交换机{NSW1,NSW2,NSW3,……,NSWi}广播自身的设备信息,包括设备基本信息、主要能力、管理地址和端口标识;PSW1接收相邻连接TSN交换机{NSW1,NSW2,NSW3,......,NSWi}发送出的LLDP报文;然后相邻连接TSN交换机{NSW1,NSW2,NSW3,......,NSWi}通过显示邻居信息命令解析从邻居设备PSW1接收的LLDP报文,并对报文进行分析;LLDP报文的接收机制分为三个阶段组成:帧的识别、信息获取、以及信息更新;

新加入交换机PSW1的检测方式为首先检查{NSW1,NSW2,NSW3,......,NSWi}接收到的LLDP报文的目的地是否是LLDP报文的组播MAC Address,报文的类型是否是LLDP;其次通过TLV的格式定义逐步分析解码从LLDP DU帧内去获取报文中包含的设备信息、端口信息以及该信息的有效时长;直到解码到End Of LLDPDU TLV完成对报文的解析;然后{NSW1,NSW2,NSW3,......,NSWi}根据LLDP报文内包含的交换机信息,发送端口信息在相邻连接TSN交换机{NSW1,NSW2,NSW3,......,NSWi}上进行更新,将新加入TSN交换机的MAC Address信息添加到相邻连接TSN交换机{NSW1,NSW2,NSW3,......,NSWi}原有的邻居信息表中;若相邻连接TSN交换机接收到的报文解析识别到不是LLDP报文或者MAC Address是错误的,则会直接丢弃,重新识别检验下一个接收到的报文。

3.根据权利要求1所述的面向TSN交换机的网络配置管理方法,其特征在于:所述步骤S4具体包括:CNC首先对发生了变化的网络拓扑重新进行拓扑管理,拓扑发现的方式是基于TSN交换机设备的地址转发学习;CNC向网络中新加入TSN交换机PSW1发送一个与LLDP报文类型相似的探测报文,用以探测新加入TSN交换机PSW1的邻居节点设备,当新加入TSN交换机PSW1在接收到探测报文之后将该探测报文通过广播的方式转发给与其端口相邻连接的TSN交换机{NSW1,NSW2,NSW3,......,NSWi},通过这种方式去发现新加入TSN交换机加入网络后的链路连接状态;相邻连接TSN交换机{NSW1,NSW2,NSW3,......,NSWi}在接收到探测报文时,将这个探测报文以及自身信息封装为NETCONF/YANG模型定义的消息格式发送给CNC,CNC通过这种方式检测两个TSN交换机之间的单向链路,重复这个过程,完成TSN交换机的拓扑发现。

4.根据权利要求1所述的面向TSN交换机的网络配置管理方法,其特征在于:所述步骤S5具体包括:CNC发起的拓扑探测报文中记录每次经过的设备的MAC Address,CNC作为发起者,其MAC Address在首地址出现,每个TSN交换机直接将该地址作为目的地址返回响应报文,直接到达CNC;CNC发起拓扑探测报文后,随机给TSN交换机分配一个标识符Signij用来标识本次拓扑探测过程,TSN交换机首次收到该报文后,保存标识符的值,且探测报文中标识符Signij的值增加1,如果TSN交换机中不存在标识符的值,则认为该TSN交换机还未收到由CNC发来的探测报文,则等待接收CNC发来的探测报文并保存,然后通过端口转发探测报文,由下一个接收到此报文的TSN交换机返回响应报文给CNC;如果TSN交换机中存在标识符的值,且后续再次收到由CNC发出的探测报文,则第二次的请求报文会携带上一次的标识符Signij+1,然后对两个标识符进行比较,TSN交换机保存的标识符的值相同或者小于探测报文携带的标识符的值,则认为收到重复报文,丢弃处理。

5.根据权利要求1所述的面向TSN交换机的网络配置管理方法,其特征在于:所述步骤S7具体包括:在用户输入的TSN流中,CNC对所有的TSN流首先按照流量类型定义的优先级从高到低排序,排序方式如下:S7.1:CNC对TSN流首先按照优先级高低进行排序,即有TSN流Fi和Fi+1,如果则将TSN流Fi排序在Fi+1之前优先进行传输;如果 则TT流Fi+1排序在Fi之前优先进行传输;

S7.2:当输入的TSN流中存在优先级相同的TSN流Fi和Fi+1,即 则根据TSN流的传输周期大小 来判断,如果 那么CNC就将TSN流Fi排序在Fi+1之前优先进行传输;如果 那么CNC就将TSN流Fi+1排序在Fi之前优先进行传输;

S7.3:当输入的TSN流中存在优先级和传输周期相同的TSN流Fi和Fi+1,即那么便根据用户输入的延迟DF需求来判断,如果 那么CNC就将TSN流Fi排序在Fi+1之前优先进行传输;如果 那么CNC就将TSN流Fi+1排序在Fi之前优先进行传输。

6.根据权利要求1所述的面向TSN交换机的网络配置管理方法,其特征在于:所述步骤S8具体包括:CNC根据完成排序之后的TSN流的相关参数,使用路径选择算法确定TSN流的最终传输路径;在新加入TSN交换机加入网络之前根据网络拓扑得到网络中存在n条能够满足nTSN流传输的路径,用P表示TSN流Fi可能的传输路径集合,在新加入TSN交换机加入网络后,CNC根据发现的网络拓扑变化得到通过新加入TSN交换机的路径为r条,那么网络中存在可n+r满足TSN流传输的路径为n+r条,用P 表示TSN流Fi的传输路径集合如以下公式所示:n+r 1 2 3 n n+1 n+2 n+r

P ={p ,p ,p ,...,p,p ,p ,...,p }

上述集合表示在网络中存在n+r条传输路径,定义设备间的二元通信链路表示方式为其中 表示发送终端站与TSN交换机之间的链路,表示TSN交换机与TSN交换机之间的通信链路, 表示TSN交换机与接收终端站的通信链路,则路径表示方式为:

n

其中0<i<t,t表示网络中有t台TSN交换机设备, 表示网络中所有的路径p+r

都由设备间的二元通信链路组成;

CNC根据传输路径集合中,首先计算每条传输路径的延迟,计算公式如下:

CNC确定网络中TSN流的传输路径的具体算法执行步骤如下:

n+r

S8.1:CNC根据输入的网络拓扑得到TSN流Fi的传输路径集合P ;

n+r

S8.2:CNC计算路径集合P 中每条路径的延迟

S8.3:CNC根据用户输入的TSN流的延迟 将用户输入的延迟和抖动与CNC计算的路径的延迟进行匹配,为每条TSN流创建一个可传输路径集合 (0

其中GP表示所有TSN流的可传输路径集合的集合, 表示TSN流的可传输路径集合;

S8.4:CNC根据S8.3得到的TSN流可传输路径集合 按照完成的优先级排序传输,分别遍历TSN流的可传输路径集合S8.5:CNC遍历可传输路径 通过每条可传输路径的跳数 选取集合中跳数最少的一条路径作为该集合的输出结果,即TSN流Fi的传输路径;

S8.6:CNC判断该路径是否已经被其他TSN流占用传输;即按照排序好的TSN流表进行遍k历,如果遍历的TSN流的可传输路径集合 中的p 的 最小且未被占用,直接输出最终传输路径;如果已被占用,则执行步骤S8.7;

S8.7:CNC判断被占用的路径是否已经超出设定的传输路径可传输TSN流的阈值 定义基于TSN流数目NUM的 条已完成排序的TSN流可在同一条路径中进行传输;如果i≤CNC判断所遍历的TSN流Fi仍可直接输出最终传输路径;如果 CNC则重新执行步骤S8.6‑S8.8,直到选出最终传输路径;

S8.8:CNC输出TSN流的最终传输路径。

7.根据权利要求1所述的面向TSN交换机的网络配置管理方法,其特征在于:所述步骤S9具体包括:当TT流Fa、Fb在网络中传输调度时,其调度周期计算方法如下:

其中,Fca、Fcb是网络中TSN流的传输周期,表示TSN流Fa、Fb分别经过多长的时间从发送终端站发送一条数据流; 表示Fa、Fb两条TSN流的调度周期,调度周期表示TSN流Fa、Fb在网络中传输调度时,按照CNC计算得到的门控列表完成一次调度传输的周期;当TSN流Fm、Fn在网络中传输调度时,TSN流Fm、Fn的调度周期计算方法如下:网络中多条TSN流的调度周期Sc计算方法如下:

该式表示在网络中传输的TT流与非TT流的队列循环时间为Sc,在TT流完成调度之后,剩余时隙完成非TT流的传输调度。

8.根据权利要求1所述的面向TSN交换机的网络配置管理方法,其特征在于:所述步骤S11具体包括以下步骤:S11.1:将所有的配置数据报文使用建模语言描述进行编码;

S11.2:将TSN流的相关参数以及通过CNC计算好的相关配置信息保存为数据建模语言形式编码的报文;

S11.3:CNC通过NETCONF协议与TSN交换机,包括新加入TSN交换机和需要重配置的TSN交换机进行通信,将含有配置信息的报文下发到TSN交换机;

S11.4:TSN交换机对报文进行解析,如果报文信息正确,则TSN交换机按照相应需求更改交换机配置,在TSN交换机完成对配置信息的获取并完成配置之后,根据配置情况给CNC返回三种类型的回复消息:①配置成功消息,当CNC发送的对TSN交换机配置的指令成功配置后,返回配置成功消息到CNC,告知CNC配置成功;

②配置未完成消息,当CNC发送的配置指令成功但是交换机并未完全根据配置指令配置交换机,返回配置未完成消息到CNC;

③配置错误消息,当客户端请求返回的配置文件无法对设备配置成功时,TSN交换机将错误信息封装进返回消息中,用以告知用户错误信息;如果配置文件错误,返回消息至CNC。