本發(fā)明涉及在基于以太網(wǎng)的運載工具中網(wǎng)絡(luò)中的進入調(diào)度幀（scheduledframe）的切換，其中，網(wǎng)絡(luò)提供時間感知流量整形（tas）且包括配置成用于傳輸基于tas的幀的至少一個橋。

背景技術(shù)：

對于在運載工具中網(wǎng)絡(luò)中獲得極低的時延（latency）和時基抖動（jitter）數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰呀?jīng)激發(fā)了基于以太網(wǎng)的時間感知整形器（ieee802.1qbv）的開發(fā)，該基于以太網(wǎng)的時間感知整形器當前由ieee802.1工作組限定。針對該開發(fā)的另一動機是對預測運載工具中的時間和安全重要的網(wǎng)絡(luò)的時序行為的需要。

時間感知整形器（tas）的一個目標是實現(xiàn)來自橋/開關(guān)中的隊列的流量的確定調(diào)度。在沒有tas的情況下，任意高優(yōu)先級流量（traffic）必須在隊列存儲器中等待調(diào)度，直到在出口端口（egressport）上的當前調(diào)度的幀已經(jīng)被傳輸。這引入了額外的可變時延，這在時間敏感的流（調(diào)度的流量）的情形中，例如在工業(yè)和機動車網(wǎng)絡(luò)中（其中，確定的時延是一種約束）是不可接受的。tas要求針對每個出口端口上的隊列中的每一個的調(diào)度機制，這意味著，每一個橋/開關(guān)均必須了解調(diào)度流量預期到達的時間，使得在這種特定時間窗口/時間間隙（slot）中，阻止更低優(yōu)先級的流量傳輸。

這是為了確保調(diào)度流量在確定的延遲下從發(fā)送者通過所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至接收器。為了保護調(diào)度流量不干擾可以恰好開始傳輸?shù)姆钦{(diào)度流量，可要求防護頻帶（guardband），使得在調(diào)度流量的傳輸?shù)拈_始不久之前，阻止從所有隊列的傳輸。防護頻帶的大小取決于干擾幀的最大可能的大小。

tas的主要特性中的一個是其保證端到端時延和時基抖動。然而，只要當網(wǎng)絡(luò)的一部分，例如橋或發(fā)送裝置不恰當?shù)剡\轉(zhuǎn)時，就可能不能保證時延和時基抖動。具體地，當相比于預期更遲地發(fā)送調(diào)度幀時，這可能導致一種狀況，其中后續(xù)調(diào)度幀也相比于預期更遲地到達。而且，如果隨后的幀發(fā)送得過晚，則總體誤差可增大。例如如果存在在調(diào)度幀發(fā)送裝置上運行的時間同步軟件堆棧的功能異常，則可出現(xiàn)這些問題。甚至時間同步軟件的重置也可引起這些結(jié)果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

獨立權(quán)利要求的方法和裝置限定針對這種問題的解決方案。具體地，本發(fā)明的益處是改善要求極低時延和時基抖動的時間-和-安全重要的數(shù)據(jù)包的輸送。因此其改善了運載工具中時間-和-安全重要的網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，例如針對位于基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中的橋中的開關(guān)限定入口流量限制（ingresspolicing）構(gòu)思，以便避免任何相當大的意外延遲，其否則將以不能接受的方式增大重要的調(diào)度幀的端到端時延和時基抖動?；旧希鉀Q方案由檢測在節(jié)點中相對于時間感知整形器的調(diào)度功能異常和及時撤銷（drop）在錯誤的點處傳輸?shù)娜我庹{(diào)度幀組成，因此保護在正確的時刻傳輸?shù)钠渌{(diào)度幀不發(fā)生意外的延遲。

附圖說明

本發(fā)明的實施例以示例且不受限于附圖中的圖的方式圖示，在附圖中，同樣的附圖標記指示相似的元件，以及附圖中：

圖1示出在支持時間感知整形器的裝置中的隊列模型的概覽；

圖2示出在基于以太網(wǎng)的運載工具中網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)度幀的操縱的示例；

圖3示出由位于不恰當?shù)毓ぷ鞯慕K端裝置中的時間感知整形器所引起的效果的示例；

圖4給出本發(fā)明的一些基本構(gòu)思的概覽；

圖5示出所建議的發(fā)明對于源于不恰當?shù)毓ぷ鞯难b置的調(diào)度幀的操縱的效果；

圖6給出位于橋中且配置成執(zhí)行本發(fā)明的開關(guān)的一些元件的概覽；以及

圖7是示出創(chuàng)造性方法的實施例的一些步驟的流程圖。

具體實施方式

在以下描述中，引入許多具體細節(jié)以提供對于本發(fā)明的實施例的透徹理解，以及實現(xiàn)針對本發(fā)明的實施例的描述。然而，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，能夠在沒有一個或多個具體細節(jié)的情況下或者用其它部件、系統(tǒng)等實踐這些實施例。在其它情形中，公知結(jié)構(gòu)或操作未被示出，或者未被詳細描述，以避免使所公開的實施例的方面模糊。

圖1示出支持tas的裝置1的出口或輸出端口12處的幀列隊機制。根據(jù)ieee802.1q標準（時間感知整形器基于該標準），在輸出端口12處允許最多八個隊列13。

實際上，切換的以太網(wǎng)裝置中的幀傳輸模式?jīng)]有沖突。然而，由于輸出端口12處的干擾，數(shù)據(jù)包的傳輸能夠經(jīng)受一些不確定的延遲。當數(shù)據(jù)包或幀準備好傳輸，但是因為正在相同鏈路上傳輸另一幀而不能夠被傳輸時，出現(xiàn)干擾。由于不可預測的延遲，該狀況能夠增大端到端的時延。對于要求極低時延和時基抖動的一些重要的數(shù)據(jù)包，必須避免干擾。這是tas的一個目標。

如圖1中所示，每一個調(diào)度幀隊列13具有門14，其能夠打開和關(guān)閉，且因此確定是否必須傳輸幀。門14由門驅(qū)動器15控制。調(diào)度幀的傳輸以1/t的頻率被周期性地執(zhí)行。當針對調(diào)度幀打開門時，輸出端口必須是空閑的，以便避免易于延遲傳輸?shù)母蓴_。這通過基于1/t的頻率的防護頻帶保證。

大體而言，在給定周期i中的時間t_gbi處防護頻帶16的開始處，所有門14均關(guān)閉。在一定時間間隔，例如t2-tgb1（其為對應(yīng)于由裝置1操縱的最長幀的傳輸延遲的時間間隔）之后，適當?shù)恼{(diào)度幀隊列門14被打開，以允許基于tas的幀的傳輸。在該情形中，當非調(diào)度的幀的傳輸在t_gbi之前開始時，這種幀的傳輸將在t2之前完成，因此避免對調(diào)度幀的干擾。

在調(diào)度幀已被完全發(fā)送之后，對應(yīng)的門14關(guān)閉，且其它門14打開。該場景然后在后續(xù)周期中重復，例如，t3、t4、t5.....為了保證橫跨多跳（hop）的網(wǎng)絡(luò)從終端裝置1到另一終端裝置的幀的輸送期間的零干擾，發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)該幀的每一個節(jié)點均必須運行tas。

圖1還示出帶有防護頻帶16的時間線17。基于時間線18示出用于第一調(diào)度隊列的門狀態(tài)，以及基于時間線19示出另一調(diào)度隊列的門狀態(tài)。在這兩個門狀態(tài)圖表中，字母'c'標記關(guān)閉的門，且字母'o'標記打開的門。從這些圖表中能夠看到，在每一個防護頻帶16處，所有門14均關(guān)閉以便傳輸。

圖2示出在包括兩個終端裝置1、6和四個橋2、3、4、5的網(wǎng)絡(luò)中基于tas的幀f1、f2、f3和f4的傳輸。圖2還示出對應(yīng)于裝置1的時間線21和分別對應(yīng)于橋2到5的時間線22到25。時間線26對應(yīng)于裝置6。

如從時間線21中能夠看到的，裝置1在時間t21處發(fā)送第一調(diào)度幀f1。時間線22示出由橋2提供防護頻帶16，其在時間t22處控制幀f1的轉(zhuǎn)發(fā)。以相同的方式，橋3、4和5設(shè)置其防護頻帶23、24、25以在傳輸幀f1時防止干擾，直至幀f1在裝置6處被接收。在第二防護頻帶16之后，裝置1發(fā)送第二幀f2，其將經(jīng)由橋2、3、4、5被傳輸至裝置6。然后針對調(diào)度幀f3和f4重復相同的過程。

圖3示出其中裝置1相比于預期更遲地傳輸調(diào)度幀f1的狀況（時間線31）。幀f1也以虛線圖示，以便相比于預期在時間t1處完成的計劃調(diào)度時間示出傳輸?shù)膶嶋H時間。這意味著，意外延遲被添加至該幀f1以及還有其它調(diào)度幀f2、f3的端到端時延，盡管是在計劃時間點處傳輸這些幀f2、f3的。

時間線32示出假設(shè)裝置1中沒有故障發(fā)生的狀況，這意味著所有幀f1、f2、f3均在正確時間到達，且能夠因此根據(jù)內(nèi)部防護頻帶16被傳輸。

時間線33示出其中幀f1到達過晚的狀況。該問題能夠由裝置1的硬件或軟件的運轉(zhuǎn)中的任意問題引起。引起這種問題的一個示例可以是裝置1的運轉(zhuǎn)故障的同步軟件堆棧。如圖3中所示，幀f1相比于預期時間t1更遲地到達橋1的輸入端口或入口端口處，其中時間t1是其調(diào)度到達時間。因此，當幀f1到達橋2的輸出端口處時，門已經(jīng)針對調(diào)度流量關(guān)閉。因此，幀f1必須等待直到下一個周期，下一個周期最初是針對幀f2的轉(zhuǎn)發(fā)保留的。該狀況可例如因為裝置1的時間同步軟件堆棧的重置而發(fā)生，這相應(yīng)地可由裝置1的基準時鐘的不良的同步引起。在該示例中，在必須傳輸幀f2之前，裝置1的內(nèi)部時鐘可以被調(diào)整到基準時鐘。這意味著幀f2可在正確時間傳輸。然而，由于在幀f1仍然在等待傳輸?shù)耐瑫rf2到達橋2的輸出隊列，因此幀f2必須等待直至幀f1被傳輸為止。如果在任意傳輸周期內(nèi)僅可以傳輸一個調(diào)度幀，則該問題尤其顯著。但是即使情況并非如此，幀f2將仍然在幀f1之后被轉(zhuǎn)發(fā)，這導致調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)時間的延遲。

在圖3中示出的示例中，幀f2在時間t13處傳輸，該時間最初是針對幀f3的傳輸（時間線33）保留的。顯然，對于要求極低時延和時基抖動的時間-和-安全重要的機動車應(yīng)用而言，這種狀況是不能夠容忍的。不幸地是，不存在解決這種問題或者為其給出解決方案的與tas相關(guān)的標準。

在此示出的解決方案將基于所謂的撤銷窗口和到達窗口來描述。然而，這兩個術(shù)語僅用于示出基本構(gòu)思，這意味著存在針對確定應(yīng)當撤銷還是傳輸進入的幀所限定的至少一個時間間隔。

當前同步的品質(zhì)影響時間感知整形器的時基抖動。在不同節(jié)點之間的同步誤差是tas的性能中的這種時基抖動的原因。在重要的應(yīng)用中，不可以超過特定同步誤差閾值。該最大可容許誤差取決于應(yīng)用。為了描述本發(fā)明的原理，假設(shè)最大可容許同步精確度被限定為+/-α，其表示在裝置的時鐘和網(wǎng)絡(luò)的基準時鐘之間的最大時間偏差。從這點導出在網(wǎng)絡(luò)中的兩個裝置之間的最大可容許時鐘偏差是2α。這在圖5中關(guān)于幀f1用附圖標記55標記。當然，其同樣適用于幀f2和f3。

基于這些假設(shè)，建議限定到達窗口41和撤銷窗口42，如圖4中所示。有利地，到達窗口稍微大于2α，具體地其可以被限定為2α+余量（margin），其中，在圖4中所示的示例中，余量是大于0的值。當然，余量也能夠是等于0的值。在圖4中所示的示例中，時間間隔2α+余量由箭頭43圖示。到達窗口41的時間間隔由箭頭44圖示，且撤銷窗口42的時間間隔由箭頭45指示。圖4中也示出每一個周期的持續(xù)時間t。

在圖5中，基于時間線52示出理想情形。在該情形中，調(diào)度幀f1、f2、f3中的每一個均在預期時間t1、t2、t3處到達，且分別在時間t11、t12、t13處轉(zhuǎn)發(fā)。然而，在裝置1和橋2之間存在同步誤差的情形中，調(diào)度幀f1、f2、f3可在預期到達時間之前或之后到達橋2處。由于預期到達時間和實際到達時間之間的差異是至少2α，因此兩個連續(xù)調(diào)度幀f1、f2、f3的到達之間的最大時間間隔至少等于t-2α，且具有最大值t+2α。相同的觀測適用于操縱調(diào)度幀f1、f2、f3的任意兩個直接鏈接的節(jié)點或橋2、3、4、5。

時間線53示出與圖3中圖示的時間線33相似的狀況。然而，時間線54示出如果橋1被配置成利用到達窗口41（如時間間隔44圖示）和撤銷窗口42（如時間間隔45圖示）則將發(fā)生什么情況。

能夠總結(jié)出，所建議的入口流量限制包括設(shè)置被稱為撤銷窗口42的時間窗口，其中，在該時間間隔45內(nèi)從裝置1接收的所有調(diào)度幀f1、f2、f3均將被撤銷。限定被稱為到達窗口44的另一時間窗口為時間間隔44，其中，在該時間間隔44內(nèi)到達的所有調(diào)度幀f1、f2、f3均將被接受且由接收裝置（例如橋2）轉(zhuǎn)發(fā)。該機制旨在于包括開關(guān)的橋中實現(xiàn)，其中開關(guān)負責網(wǎng)絡(luò)流量的列隊和轉(zhuǎn)發(fā)。

只要當調(diào)度幀f1、f2、f3到達橋2的輸入端口處，后續(xù)調(diào)度幀f2、f3就可最早在t-2α之后且最遲在t+2α處到達。因此，到達窗口41的間隔44優(yōu)選地被設(shè)置為2α+余量，且撤銷窗口42的時間間隔45優(yōu)選地被設(shè)置為t-2α-余量。當然，余量能夠等于0。根據(jù)這些撤銷窗口42和到達窗口41配置的開關(guān)和橋確保在沒有tas的功能異常的情況下到達的調(diào)度幀將根據(jù)計劃被傳輸，因為它們在到達窗口41內(nèi)到達。然而，如果存在tas功能異常，那么在有延遲的情況下到達的所有幀均將被撤銷。如時間線54上所示，到達窗口44位于防護頻帶16內(nèi)。

有利地，在所有橋2、3、4、5上執(zhí)行所描述的機制，以便確保貫穿整個網(wǎng)絡(luò)不存在意外的非確定延遲。

圖6示出開關(guān)60的示例，其可在橋2、3、4、5中的任一個中實現(xiàn)。開關(guān)60具有輸入端口61和輸出端口62。開關(guān)60包括中央處理單元cpu63，在其上執(zhí)行建議的入口流量限制算法。cpu63與地址總線64、控制總線65和數(shù)據(jù)總線66連接。

轉(zhuǎn)發(fā)引擎67被示出為包括若干定時器68，其也被標記為ptimer，其控制開關(guān)中斷控制器69。開關(guān)中斷控制器69與cpu63經(jīng)由轉(zhuǎn)發(fā)引擎接口70連接。

圖6中所示的開關(guān)60可如下工作：

在每一個到達窗口41和撤銷窗口42的末尾處，由對應(yīng)的計時器68向cpu63發(fā)送irq（中斷請求）。在這種配置中，存在用于每一個輸入端口61的計時器68，以設(shè)置到達窗口和撤銷窗口的時間間隔。cpu63執(zhí)行isr（中斷服務(wù)程序），其對應(yīng)于所建議的入口流量限制算法。isr可包括以下步驟：

在已經(jīng)接收irq之后，開關(guān)中斷控制器69經(jīng)由轉(zhuǎn)發(fā)引擎接口70、數(shù)據(jù)總線66和控制總線65向cpu63轉(zhuǎn)發(fā)irq。轉(zhuǎn)而，cpu63經(jīng)由接口70發(fā)送回所謂的中斷應(yīng)答。開關(guān)中斷控制器69然后將地址發(fā)送至cpu63，其對應(yīng)于當前執(zhí)行的irq。cpu63將然后運行位于該地址處的isr。

圖7示出包括所建議的方法的實施例的一些步驟的流程圖。在步驟100中，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)啟動。在該步驟中，限定了第一調(diào)度幀f1在橋2中的預期到達時間t1，以及到達窗口41的末尾，其是t2。限定了周期計數(shù)器，且其以0開始。

在步驟101中，檢查幀是否在到達窗口41內(nèi)到達。如果情況不是這樣，則在步驟102中檢測到異常。否則，所接收的幀被傳輸?shù)捷敵龆丝?2，且被轉(zhuǎn)發(fā)至例如橋3。撤銷窗口42在到達窗口41之后。在步驟104中，檢查幀是否在撤銷窗口45的時間間隔44期間到達。如果一個或多個幀已在時間間隔44期間到達，則這些幀將在步驟105中被撤銷。已經(jīng)到達撤銷窗口42的末尾時，方法繼續(xù)到步驟101，這意味著在后續(xù)到達窗口41開始的情況下，再次檢查幀是否在到達窗口41內(nèi)到達。

當然，如上文所描述的實施例的元件能夠組合以提供更多的實施例。并且盡管方法的示例性實施例和網(wǎng)絡(luò)的各種部件已經(jīng)在附圖中圖示且在前述詳細描述中描述，但是將理解的是，本發(fā)明不限于公開的實施例，而是包括如以下權(quán)利要求所闡述和限定的許多重新配置、改型和替代物。例如，圖7中所示的流程圖當然僅粗略地描述了所建議的方法的真實實施方案。對于圖6中所示的系統(tǒng)也同樣如此。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當能夠完全地理解本發(fā)明的原理，并且也應(yīng)當能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。