CN114513404B - 时间敏感网络的配置方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

时间敏感网络的配置方法、装置及计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了时间敏感网络的配置方法、装置及计算机可读存储介质，其中配置方法包括：获取用户的网络需求并将所述网络需求发送给TSN控制器；所述TSN控制器将所述网络需求转译为网络策略，并根据当前网络的状态验证所述网络策略的可执行性；根据通过验证的网络策略对时间敏感网络进行配置；本发明提供的配置方法通过获取用户的网络需求，将网络需求转译成网络策略，根据网络策略对时间敏感网络进行配置，可以屏蔽底层设备、网络协议等各自不同的配置规则，用户仅通过意图的表达，就可以自动完成时间敏感网络的配置，实现以太网数据的实时传输，从而降低TSN网络配置的复杂性，提高TSN网络配置自动化、智能化水平。

Description

时间敏感网络的配置方法、装置及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种时间敏感网络的配置方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
时间敏感网络TSN(Time Sensitive Network)是以传统以太网为基础的新一代网络标准，具有时间同步、延时保证等确保实时性的功能，可以解决传统以太网的传输时延以及不确定性，因此在工业领域、汽车领域、音视频传输领域都可以有很好的应用发展。
工业物联网是TSN未来最广泛的应用之一，TSN网络由于增加了中心控制、所有网络设备的时间同步，具有更低的延迟等特性，使用TSN交换机来连接工业设备，可以保证工业设备数据的实时准确传输，也解决了工业领域总线的复杂性问题，TSN还可以用于工业服务器之间的大数据传输。
现有的TSN交换机可支持NETCONF协议的网络配置方法，NETCONF是为了简化自动化而诞生的，但实际上，由于NETCONF的不规则性导致网络配置的自动化变得更加困难。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种可以降低TSN网络配置的复杂性，提高TSN网络配置自动化的配置方法及装置。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种时间敏感网络的配置方法，包括：
获取用户的网络需求并将所述网络需求发送给TSN控制器；
所述TSN控制器将所述网络需求转译为网络策略，并根据当前网络的状态验证所述网络策略的可执行性；
根据通过验证的网络策略对时间敏感网络进行配置；其中，所述对时间敏感网络进行配置包括检测网络拓扑、对网络流量进行配置生成流量策略、计算门控列表中的一项或多项。
作为优选的一种技术方案，所述获取用户的网络需求，进一步包括：获取用户的文字输入信息，所述输入信息包括文字输入、语音输入中的一种或多种；通过北向接口将所述输入信息发送给TSN控制器。
作为优选的一种技术方案，所述TSN控制器将所述网络需求转译为网络策略，进一步包括：对所述网络需求的指令依次进行关键字提取、词法分析、语义挖掘；根据语义挖掘的结果确定用户的意图；将所述意图与预设的网络策略库进行比对从而确定与该意图所对应的网络策略。
作为优选的一种技术方案，根据当前网络的状态验证所述网络策略的可执行性，进一步包括：通过数据库***的拓扑数据进行策略验证，验证流量能否从源地址到达目的地址，验证通过后，将流量配置策略写入数据库，调用南向接口进行配置下发操作，并给用户返回配置成功消息提醒。
作为优选的一种技术方案，所述检测网络拓扑进一步包括：发送LLDP报文对相互直连TSN交换机进行检测；发送BDDP报文对TSN交换机之间存在传统交换机的情况进行检测。
作为优选的一种技术方案，所述对网络流量进行配置生成流量策略进一步包括：在端设备间导入网络传输需求，根据所述网络传输需求设定网络参数，所述网络参数包括网络带宽、周期、时延和抖动参数要求中的一项或多项。
作为优选的一种技术方案，所述计算门控列表进一步包括：获取数据库的流量，并将数据流大小信息转换为时间信息；所述时间信息包括流周期、截止时间、延迟时间信息；将流周期、截止时间、延迟时间信息通过时间槽进行取整操作；根据网络拓扑规划的路径信息，计算每个交换机每个端口经过的所有流的对应的门控策略表。
作为优选的一种技术方案，在根据所述通过验证的网络策略对时间敏感网络进行配置，之后还包括：获取TSN交换机的状态信息；所述状态信息包括TSN交换机的在线状态和主从时间偏差，以及端口收发包数量的统计信息；将所述状态信息反馈给用户。
另一方面，本发明还提供一种时间敏感网络的配置装置，包括：
获取单元，用于获取用户的网络需求并将所述网络需求发送给TSN控制器；
转译单元，用于将所述网络需求转译为网络策略，并根据当前网络的状态验证所述网络策略的可执行性；
配置单元，用于根据通过验证的网络策略对时间敏感网络进行配置；其中，所述对时间敏感网络进行配置包括检测网络拓扑、对网络流量进行配置生成流量策略、计算门控列表中的一项或多项。
本发明提供的配置方法通过获取用户的网络需求，将网络需求转译成网络策略，根据网络策略对时间敏感网络进行配置，可以屏蔽底层设备、协议各自不同的配置规则，用户仅通过意图的表达，就可以自动完成时间敏感网络的配置，实现以太网数据的实时传输，从而降低TSN网络配置的复杂性，提高TSN网络配置自动化、智能化水平。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种时间敏感网络的配置方法的流程图；
图2是本发明一实施例提供的一种工业TSN网络动态配置模型图；
图3是本发明一实施例提供的基于RDF的网络拓扑检测意图转译流程图；
图4是本发明一实施例提供的基于RDF的网络流量配置意图转译流程图；
图5是本发明一实施例提供的工厂TSN网络配置模型图；
图6是本发明一实施例提供的一种时间敏感网络的配置装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，本实施例提供一种时间敏感网络的配置方法，包括以下步骤：
S10：获取用户的网络需求并将所述网络需求发送给TSN控制器；
具体的，用户通过语音或者文字输入指令，若输入信息为语音输入，则通过语音识别将语音输入转换为文字输入；接着通过RESTAPI接口将所述文字输入发送给TSN控制器。
为了方便理解，在本实施例以工厂焊接场景为例，对整个配置流程做具体说明，参照图2，图2是本实施例中提供的的工厂焊接的TSN网络动态配置模型图，图中的PLC是焊接机内部逻辑控制器，焊机内部使用总线连接各焊接点，可以采集电压、电流等数据。焊接机上的PLC和摄像头通过以太网连接至TSN交换机，通过TSN交换机发送至工厂控制中心服务器。控制中心服务器对将PLC数据和摄像头图像数据进行融合，做人工智能训练，通过人工智能方式，对PLC参数优化。优化后的参数通过TSN交换机传输至焊机PLC，对PLC进行实时升级，完成参数优化过程。
在本实施例中，用户通过交互界面发出意图指令。获取到用户输入后，交互***将用户指令通过北向接口发送至TSN控制器，例如用户输入的意图为“我想要自动检查网络连接状态”。在此需要说的是，本实施例中记载的北向接口包括但不限于restAPI，restconf，RPC。
S20：所述TSN控制器将所述网络需求转译为网络策略，并根据当前网络的状态验证所述网络策略的可执行性；
具体的，首先对所述网络需求的指令依次进行关键字提取、词法分析、语义挖掘；然后根据语义挖掘的结果确定用户的意图；最后将所述意图与预设的网络策略库进行比对从而确定与该意图所对应的网络策略。
应当理解的是，可采用基于模板的方法，或知识图谱等方法，从网络策略库中选择与用户意图匹配的策略，在本实施例中，网络策略库如表1所示。
表1
TSN网络配置功能 网络策略
网络拓扑检测 创建设备、创建链路
网络流量配置 创建流量
门控列表计算 路径计算、门控列表计算
时钟同步配置 主时钟设置
进一步的，根据当前网络的状态验证所述网络策略的可执行性具体包括：通过与数据库交互，判断资源的可用性、策略是否存在冲突、以及网络策略的正确性，其中资源的可用性指网络设备是否在线、端口是否可用、链路是否连接等等；策略冲突指网络配置策略冲突，比如创建一条链路从设备A-设备B，但是设备B的端口已被占用，则该策略无法执行；网络策略的正确性指该配置是否描述存在参数错误，比如创建一条网络传输流量从设备A-设备B，但是两设备间没有路径可达，在则该网络策略不正确。这些判断主要是对网络状态的检测与判断。
在本实施例中，TSN控制器接收到用户指令，进行关键词提取，语义挖掘等操作，得到S10步骤中的指令意图为“网络拓扑检测”。
接着，对用户意图进行意图转译，将用户意图映射为基于知识图谱的资源描述框架RDF(Resource Description Framework)如图3所示，根据RDF方法将上述用户意图转译为“创建设备”、“创建链路”2条网络策略。
S30：根据通过验证的网络策略对时间敏感网络进行配置；所述对时间敏感网络进行配置包括检测网络拓扑、对网络流量进行配置生成流量策略、计算门控列表中的一项或多项。下面对各个网络配置做具体介绍。
S301：根据通过验证的网络策略对检测网络拓扑；
在本实施例中，TSN控制器接收到网络策略，开始检测TSN交换机所连接的设备如焊机PLC、摄像头、人工智能服务器等，并检测网络连接链路、连接端口等状态，实现网络拓扑结构的自动配置，拓扑检测模块将检测结果写入数据库，并返回给用户交互界面进行拓扑显示。
在另外一实施例中，S302：根据通过验证的网络策略对网络流量进行配置生成流量策略。
由于之前的获取网络需求以及转译的步骤在上述步骤S10-S20中已经详细的阐述过，故在此只阐述一下具体应用，获取到用户输入后，交互***将用户指令通过RESTAPI发送至TSN控制器，在本实施例中用户输入的网络需求为“焊机PLC到人工智能服务器建立一条实时流量，发送焊机数据”。
TSN控制器接收到用户意图，进行意图分析，得到用户意图为“流量配置”。接着对用户意图进行转译，得到基于RDF图如图4所示，转译成网络策略：建立一条周期型时间敏感流量、源为焊机PLC、目的为人工智能服务器、带宽分配为100MB、延时要求为10ms。
接着调用数据库***的拓扑数据进行策略验证，验证流量能否从源地址到达目的地址，验证通过后，将流量配置策略写入数据库，调用南向接口进行配置下发操作，并给用户返回配置成功消息提醒。
在一些实施例中，当用户发出指令“摄像头到人工智能服务器配置一条实时流量，发送摄像头图像数据”、“人工智能服务器到焊机PLC配置一条实时流量，发送优化参数”，TSN控制器对用户指令进行意图分析、意图转译、策略验证等步骤后，将流量配置策略下发到TSN交换机中。
在另外一实施例中，S303：根据通过验证的网络策略对门控列表进行机计算；
由于之前的获取网络需求以及转译的步骤在上述步骤S10-S20中已经详细的阐述过，故在此只阐述一下具体应用，获取到用户输入后，TSN控制器将用户意图转换为“门控计算”，***开始调用数据库管理模块，从数据库中读取数据，将读取到的时间槽粒度作为计算规划的单位。将数据流大小信息转换为时间信息，将流周期，截止时间，延迟时间等指标信息，通过时间槽进行取整操作。然后根据网络拓扑规划的路径信息，计算每个交换机每个端口经过的所有流的对应的门控，将计算的门控下发到TSN交换机中。TSN交换机根据以上的配置信息完成网络中各种数据的实时传输。
在另外一实施例中，网络配置完成后，TSN控制器调用监控采集模块，将TSN交换机的状态信息，包括交换机在线状态和主从时间偏差，以及端口收发包数量统计信息发给用户交互界面，实时的监测TSN网络的运行状态。
通过以上步骤和方法，实现了工厂焊接场景的TSN网络自动检测，摄像头数据及焊机设备的关键参数实时采集及训练数据的下发，***显示模型如图5所示。用户使用简单的指令输入，就可以完成TSN网络的配置，实现了TSN网络配置的自动化、智能化操作。
现有的时间敏感网络配置，主要通过NETCONF协议将网络策略下发到TSN交换机进行网络配置，NETCONF是为了简化自动化而诞生的，但实际上，不同的设备厂商之间配置差别很大，它所呈现的不规则性使得自动化变得更加复杂，用户配置十分困难。由以上实施例可以看出，本发明提出的基于意图的时间敏感网络方法，可以屏蔽底层设备、网络协议等各自不同的配置规则，用户仅通过意图的表达，就可以自动完成时间敏感网络的配置，实现以太网数据的实时传输。
在另外一实施例中，如图6所示，本发明还提供一种时间敏感网络的配置装置，包括：
获取单元100，用于获取用户的网络需求并将所述网络需求发送给TSN控制器；在此需要说明的是，由于具体的获取方式以及过程在上述时间敏感网络的配置方法的步骤S10中已经详细阐述，故在此不再赘述。
转译单元200，用于将所述网络需求转译为网络策略，并根据当前网络的状态验证所述网络策略的可执行性；由于具体的转译方式以及过程在上述时间敏感网络的配置方法的步骤S20中已经详细阐述，故在此不再赘述。
配置单元300，用于根据通过验证的网络策略对时间敏感网络进行配置；其中，所述对时间敏感网络进行配置包括检测网络拓扑、对网络流量进行配置生成流量策略、计算门控列表中的一项或多项；由于具体的配置方式以及过程在上述时间敏感网络的配置方法的步骤S30中已经详细阐述，故在此不再赘述。。
另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，该计算机可读存储介质可存储有程序，该程序执行时包括上述方法实施例中记载的任何一种时间敏感网络的配置方法的部分或全部步骤。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁盘或光盘等。
以上参照附图描述了根据本发明的实施例的用于配置时间敏感网络的示例性流程图。应指出的是，以上描述中包括的大量细节仅是对本发明的示例性说明，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该方法可具有更多、更少或不同的步骤，且各步骤之间的顺序、包含、功能等关系可以与所描述和图示的不同。

Claims (10)

1.一种时间敏感网络的配置方法，其特征在于，包括：
获取用户的网络需求并将所述网络需求发送给TSN控制器；
所述TSN控制器将所述网络需求转译为网络策略，并根据当前网络的状态验证所述网络策略的可执行性；所述TSN控制器将所述网络需求转译为网络策略，包括：
对所述网络需求的指令依次进行关键字提取、词法分析、语义挖掘；
根据语义挖掘的结果确定用户的意图；
将所述意图映射为基于知识图谱的资源描述框架RDF，根据RDF方法将所述用户意图转译为网络策略；
根据通过验证的网络策略对时间敏感网络进行配置；其中，所述对时间敏感网络进行配置包括检测网络拓扑、对网络流量进行配置生成流量策略、计算门控列表中的一项或多项。
2.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，所述获取用户的网络需求，进一步包括：
获取用户的文字输入信息，所述输入信息包括文字输入、语音输入中的一种或多种；
通过北向接口将所述输入信息发送给TSN控制器。
3.根据有权利要求2所述的配置方法，其特征在于，所述北向接口包括restAPI，restconf，RPC。
4.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，根据当前网络的状态验证所述网络策略的可执行性，进一步包括：
通过数据库***的拓扑数据进行策略验证，验证流量能否从源地址到达目的地址，验证通过后，将流量配置策略写入数据库，调用南向接口进行配置下发操作，并给用户返回配置成功消息提醒。
5.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在，所述检测网络拓扑进一步包括：
发送LLDP报文对相互直连TSN交换机进行检测；
发送BDDP报文对TSN交换机之间存在传统交换机的情况进行检测。
6.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，所述对网络流量进行配置生成流量策略进一步包括：
在端设备间导入网络传输需求，根据所述网络传输需求设定网络参数，所述网络参数包括网络带宽、周期、时延和抖动参数要求中的一项或多项。
7.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，所述计算门控列表进一步包括：
获取数据库的流量，并将数据流大小信息转换为时间信息；所述时间信息包括流周期、截止时间、延迟时间信息；
将流周期、截止时间、延迟时间信息通过时间槽进行取整操作；
根据网络拓扑规划的路径信息，计算每个交换机每个端口经过的所有流的对应的门控策略表。
8.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，在根据所述通过验证的网络策略对时间敏感网络进行配置，之后还包括：
获取TSN交换机的状态信息；所述状态信息包括TSN交换机的在线状态和主从时间偏差，以及端口收发包数量的统计信息；
将所述状态信息反馈给用户。
9.一种时间敏感网络的配置装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取用户的网络需求并将所述网络需求发送给TSN控制器；
转译单元，用于将所述网络需求转译为网络策略，并根据当前网络的状态验证所述网络策略的可执行性；其中，所述TSN控制器将所述网络需求转译为网络策略，包括：
对所述网络需求的指令依次进行关键字提取、词法分析、语义挖掘；
根据语义挖掘的结果确定用户的意图；
将所述意图映射为基于知识图谱的资源描述框架RDF，根据RDF方法将所述用户意图转译为网络策略；
配置单元，用于根据通过验证的网络策略对时间敏感网络进行配置；其中，所述对时间敏感网络进行配置包括检测网络拓扑、对网络流量进行配置生成流量策略、计算门控列表中的一项或多项。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的一种时间敏感网络的配置方法的步骤。
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