CN114041280A - 用于适配至少一个预定义帧延迟的计算机实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于适配至少一个预定义帧延迟的计算机实现方法，其中对应的至少一个帧（20）经由基于帧的计算机网络（1）中的至少一个计算单元（10）的至少一个网络交换机（12）来传送，所述方法包括以下步骤：a.从所述至少一个计算单元（10）的所述至少一个网络交换机（12）接收输入数据（S1）；其中b.所述输入数据包括与所述至少一个帧（20）和/或所述至少一个网络交换机（12）相关联的至少一个信息；c.从所述至少一个信息中导出所述至少一个帧（20）的至少一个当前帧延迟（S2）；d.取决于所述至少一个当前帧延迟来适配所述至少一个预定义帧延迟（S3）；以及e.提供至少一个经适配的帧延迟（S4）。此外，本发明涉及一种对应的计算机程序产品以及一种监测单元。

Description

用于适配至少一个预定义帧延迟的计算机实现方法

1.技术领域

本发明涉及一种用于适配至少一个预定义帧延迟的计算机实现方法，其中对应的至少一个帧经由基于帧的计算机网络中的至少一个计算单元的至少一个网络交换机来传送。此外，本发明涉及对应的计算机程序产品以及监测单元。

2.背景技术

计算机网络从现有技术中是已知的，根据现有技术，作为节点的计算设备或单元使用数据链路作为连接来彼此交换数据。局域网（LAN）是被限制到小地理区域的计算机网络。LAN技术包括以太网、Arcnet和令牌环（Token Ring）。以太网是当今在使用中最流行的LAN技术。电气和电子工程师协会（IEEE）将以太网标准定义为IEEE标准802.3。在以太网中，数据流被划分成更短的片段，这些片段被称为用于数据传输的帧。因此，以太网是基于帧的或基于帧的用于数据传输的传输技术。

正在做出努力以提供用于标准以太网的实时能力。一种尝试是时间敏感型网络（TSN）。TSN扩展了根据IEEE 802. 1Q的以太网桥接标准。与根据IEEE 802.3的标准以太网和根据IEEE 802. 1Q的以太网桥接形成对照，时间在TSN中对于实现实时通信起着重要的作用。

TSN提供了实时以太网的若干个新特征，包括时间同步和确定性网络通信。如图2中以简化形式描绘的那样，在这种计算机网络1中，通常，计算单元10并不全部通过共享线缆或中继器中枢（repeater hub）来共享一个通道；取而代之，每个计算单元10与交换机12进行通信，交换机12进而将传入数据业务转发给目标计算单元10或目的地站。每个计算单元10仅与它自己的交换机10进行通信，而不与其他单元竞争线缆。计算单元10对帧20进行交换。关于TSN，交换机可以被称为TSN交换机。

通常，TSN中的数据业务的规划基于对传输帧的数据传输时间的最坏情况分析。该分析用于确定是否有足够的带宽可用于预期帧传输。

因此，最坏情况分析通常使用随机帧延迟的上边界（upper boundary），该随机帧延迟诸如桥接延迟和/或由相同通信链路（即，交换机中的相同输出端口）的不同帧使用所引起的先验未知干扰延迟。然而，大多数上边界和干扰延迟非常保守，从而导致不必要的预留或资源，包括带宽预留。

因此，本发明的目的是提供一种用于适配至少一个预定义帧延迟的计算机实现方法，其中对应的至少一个帧经由基于帧的计算机网络中的至少一个计算单元的至少一个网络交换机以高效且可靠的方式被传送，以改进资源的预留，并且从而改进数据业务容量。

3.发明内容

根据本发明的一个方面，该问题通过一种用于适配至少一个预定义帧延迟的计算机实现方法来解决，其中对应的至少一个帧经由基于帧的计算机网络中的至少一个计算单元的至少一个网络交换机来传送，所述方法包括以下步骤：

a. 从所述至少一个计算单元的所述至少一个网络交换机接收输入数据；其中

b. 所述输入数据包括与所述至少一个帧和/或所述至少一个网络交换机相关联的至少一个信息；

c. 从所述至少一个信息中导出所述至少一个帧的至少一个当前帧延迟；

d. 取决于所述至少一个当前帧延迟来适配所述至少一个预定义帧延迟；以及

e. 提供至少一个经适配的帧延迟。

因此，所述方法涉及一种用于适配至少一个预定义帧延迟的计算机实现方法。所述延迟可以被定义为如下帧的延迟：所述帧经由基于帧的计算机网络中的计算单元的网络交换机来传送。

换句话说，帧延迟是在计算机网络内将帧从一个计算单元传输到另一个计算单元所需的时间。例如，帧延迟可以是传输时间和其他延迟（例如，桥接延迟和干扰延迟）的总和。除了所述预定义帧延迟之外或替代于所述预定义帧延迟，可以适配交换机的输出端口处的最大队列占用率（queue-occupancy）的至少一个先验估计。

因此，所述帧是数字数据传输单元。在分组交换***中，帧是用于单个网络分组的简单容器。优选地，基于帧的计算机网络是如上文更详细解释的以太网网络，诸如TSN。替代地，可以使用任何其他基于帧的计算机网络。

首先，从基于帧的计算机网络的计算单元的一个或多个网络交换机接收输入数据。优选地，收集并接收来自基于帧的计算机网络的不同网络交换机的多个输入数据集。所述输入数据包括关于所述帧和/或相应网络交换机的信息。

换句话说，网络交换机被扩展有监测或收集能力。网络交换机能够监测数据业务或数据传输。特别地，所述帧的业务由交换机来监测，这是由于所述帧是由交换机传送的。网络交换机接收并转发所述帧。因此，例如，可以监测并收集例如采用所述帧进入和/或离开交换机的时间戳的形式的时间作为时间信息。附加地或替代地，可以监测并收集帧的进入或发送时间。附加地或替代地，可以检查、存储和/或转发队列占用率或例如输出端口处的队列的占用率。该信息可以被收集并存储在任何种类的存储单元（例如，数据库或云）中。可以将所述输入数据从存储单元传输到接收单元。

所述信息对于在下一步骤中导出当前帧延迟是必要的。通过使用当前帧延迟调整或校正所述预定义帧延迟来确定经适配的帧延迟。根据此，分别调整预定义基础资源预留或相关联的资源预留，例如带宽。

该调整可以基于一个当前帧延迟作为针对所述帧的单个值。替代地，可以重复上述步骤以收集多个当前帧延迟，例如一个帧随时间的多个当前帧延迟，以用于确定归一化的平均值或其他统计值作为当前帧延迟。以这种方式，由于考虑了更多的数据，因此可以增加当前帧延迟的可靠性。

以这种方式，可以改进保守的或最坏情况的预定义帧延迟或指定帧延迟，并且从而也改进资源预留。与现有技术形成对照，根据本发明的方法基于真实的数据业务。

与在网络规划阶段中执行的现有技术估计相比，根据本发明的方法使得对资源预留（诸如，带宽）进行经改进的确定。

此外，根据本发明的方法确保了改进的效率和准确性，这是由于这些方法步骤由一个中央监测单元来执行。与现有技术相比，所得的经适配的帧延迟更加可靠，这是由于所述方法不仅仅依赖于估计。

在一个方面，所述输入数据是原始的或经处理的。因此，所述输入数据可以是原始数据或经处理的输入数据，从而确保关于输入格式的增加的灵活性。

在另一方面，所述信息是所述至少一个帧的时间信息和/或关于所述至少一个交换机的存储单元的队列占用率的信息，其中存储单元存储所述至少一个帧。因此，与所述帧、网络交换机、和/或由交换机传送的其他数据相关联的任何种类的信息都可以用于导出当前帧延迟并且检查可能的帧丢失。所述时间信息可以包括时间戳，参见上文。因此，可以根据具体应用情况、基础技术***和用户要求以灵活的方式来应用所述方法。

在另一方面，所述时间信息包括至少两个时间戳，并且所述至少一个当前帧延迟被导出为与所述至少一个帧相关联的所述至少两个时间戳之间的时间差。因此，可以基于所述时间戳来确定时间改变或时间差。

在另一方面，所述至少一个当前帧延迟是队列占用率的改变。因此，可以确定队列占用率的改变。

在另一方面，所述适配是对所述预定义帧延迟的增加或减小。

在另一方面，所述预定义帧延迟是预定义的保守帧延迟，所述保守帧延迟反映了至少一个帧延迟的最坏情况场景。

在另一方面，如果所述帧的当前帧延迟低于所述预定义帧延迟，则所述适配是对所述预定义帧延迟的减小。因此，可以以可靠且高效的方式来校正所述预定义帧延迟或资源预留的估计。

在另一方面，所述方法进一步包括选自包括以下各项的组的至少一个步骤：

- 向用户输出经适配的帧延迟以供进一步评估；

- 向用户显示经适配的帧延迟以供进一步评估；以及

- 向计算单元传输经适配的帧延迟以供进一步评估，以及

- 在所述至少一个计算单元、基于帧的计算机网络、或基于帧的计算机网络的其他单元上应用经适配的帧延迟。

因此，可以进一步处置或处理经适配的帧延迟，作为输出数据、中间方法步骤的数据和/或任何其他相关信息。可以执行一个或多个动作。所述动作可以等同地被称为措施或进一步的方法步骤。可以取决于用户知识、用户进行的评估、或任何其他标准来触发所述动作。所述动作可以按顺序或者同时执行。动作包括例如存储和处理步骤。优点是可以以及时的方式来执行适当的动作。例如，可以在所述网络的计算机单元上应用所确定的经适配的帧延迟，以设置或实现相应的资源预留。

例如，在一个示例性用例中，根据本发明的方法可以用于检查是否可以在相同周期内发送附加的帧。在先前非常保守的值的情况下，这也许看起来是不可能的，但是所述方法导致了减小的估计并且因此导致了附加的帧。

本发明的另外方面是一种可直接加载到计算机的内部存储器中的计算机程序产品，其包括软件代码部分，所述软件代码部分用于当在计算机上运行所述计算机程序产品时执行根据前述权利要求中任一项的步骤。

本发明的另外方面是一种监测单元。

所述单元可以被实现为用于计算、特别是用于执行软件、app或算法的任何设备或任何装置。例如，所述监测单元可以包括中央处理单元（CPU）、以及可操作地连接到所述CPU的存储器。所述监测单元还可以包括CPU阵列、图形处理单元（GPU）阵列、至少一个专用集成电路（ASIC）、至少一个现场可编程门阵列或前述各项的任何组合。所述单元可以包括至少一个模块，所述模块进而可以包括软件和/或硬件。所述单元的一些或甚至全部模块可以由云计算平台来实现。

优选地，所述监测单元是网络控制器。

4.附图说明

在以下详细描述中，参考以下附图进一步描述了本发明的目前优选的实施例：

图1图示了根据本发明的方法的流程图。

图2图示了根据现有技术的示例性基于帧的计算机网络。

5.具体实施方式

图1图示了根据本发明的方法的流程图，该方法具有方法步骤S1至S4。这些方法步骤由监测单元（未示出）来执行。根据本发明的实施例，该监测单元是网络控制器。

网络控制器接收输入数据，该输入数据具有与帧20和/或计算单元10的网络交换机12相关联的信息，S1。

如果时间信息可用，则该信息可以是基于时间的。附加地或替代地，该信息可以基于输入端口处的帧20的业务与输出端口处的帧的适当队列的占用率改变之间的相关性。对于进一步的方法步骤S2至S4，并且从而确定预定义帧延迟是否被正确地指定，或者更确切地换句话说，确定是否真的发生了最坏情况的帧干扰，该信息是必不可少的。取决于所述信息，在步骤d中校正该预定义帧延迟并且从而校正资源预留的估计。

以这种方式，可以改进资源预留的估计，从而允许增加或附加的数据业务。换句话说，在基于帧的计算机网络内，显著地改进了业务容量。

参考符号

1 网络

10 计算单元或计算设备

12 网络交换机

20 帧

S1至S4 方法步骤S1至S4

Claims (12)

1.一种用于适配至少一个预定义帧延迟的计算机实现方法，其中对应的至少一个帧（20）经由基于帧的计算机网络（1）中的至少一个计算单元（10）的至少一个网络交换机（12）来传送，所述方法包括以下步骤：

a. 从所述至少一个计算单元（10）的所述至少一个网络交换机（12）接收输入数据（S1）；其中

b. 所述输入数据包括与所述至少一个帧（20）和/或所述至少一个网络交换机（12）相关联的至少一个信息；

c. 从所述至少一个信息中导出所述至少一个帧（20）的至少一个当前帧延迟（S2）；

d. 取决于所述至少一个当前帧延迟来适配所述至少一个预定义帧延迟（S3）；以及

e. 提供至少一个经适配的帧延迟（S4）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入数据是原始的或经处理的。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述信息是：

所述至少一个帧的时间信息，和/或

关于所述至少一个交换机的存储单元的队列占用率的信息，其中所述存储单元存储所述至少一个帧。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述时间信息包括至少两个时间戳，并且所述至少一个当前帧延迟被导出为与所述至少一个帧相关联的所述至少两个时间戳之间的时间差。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个当前帧延迟是队列占用率的改变。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述适配是对所述预定义帧延迟的增加或减小。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预定义帧延迟是预定义的保守帧延迟，所述保守帧延迟反映了至少一个帧延迟的最坏情况场景。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中如果所述帧的当前帧延迟低于所述预定义帧延迟，则所述适配是对所述预定义帧延迟的减小。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括选自包括以下各项的组的至少一个步骤：

- 向用户输出经适配的帧延迟以供进一步评估；

- 向用户显示经适配的帧延迟以供进一步评估；以及

- 向计算单元传输经适配的帧延迟以供进一步评估，以及

- 在所述至少一个计算单元、基于帧的计算机网络、或基于帧的计算机网络的其他单元上应用经适配的帧延迟。

10.一种可直接加载到计算机的内部存储器中的计算机程序产品，其包括软件代码部分，所述软件代码部分用于当在计算机上运行所述计算机程序产品时执行根据前述权利要求中任一项所述的步骤。

11.一种用于执行根据权利要求1-9所述的方法的监测单元。

12.根据权利要求11所述的监测单元，其中所述监测单元是基于帧的计算机网络的网络控制器。

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