CN117857475A - 一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道交通列车网络控制***技术领域，公开了一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法及***，包括：交换机上的终端设备向网络发送的数据在发送之前，进入交换机的出口缓存队列内；设定每一个所述出口缓存队列对应一个不同的QOS优先级以及一个发送权限实际值；根据所述QOS优先级以及所述发送权限实际值建立出口缓存队列的发送权限机制；根据所述发送权限机制判定当前出口缓存队列是否可获取发送数据的权限。本发明通过数据发送优先级权限动态管理的策略来管理网络不同优先级数据的发送，不仅有效避免了列车网络中高优先级数据抢占过多传输资源影响低优先级数据传输的问题，还提升了网络数据通讯可靠性。

Description

一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法及***

技术领域

本发明涉及轨道交通列车网络控制***技术领域，具体涉及一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法及***。

背景技术

国内轨道交通列车网络控制***正在从传统的MVB总线网络向以太网列车网络控制***转型过渡。列车以太网控制网络主要采用基于工业交换机构成的环形网络结构，列车上的控制设备通过以太网接口接入到工业交换机上，控制设备与控制设备之间的数据传输都通过交换机网络进行数据交换。

由于工业交换以太网采用“尽力而为”的发送机制，每个设备需要发送数据时，就向交换机发数据，再由交换机转发到其他交换机或者控制器，由于网络中的终端设备都可能在短时间向列车网络发送大量数据，进而导致网络瞬时产生大量数据，如果超出交换机转发上限，交换机会丢掉溢出的数据，引起传输数据丢失等问题，这在工业控制领域不可接受，工业领域为此通过为关键控制数据包设置高优先级，在出现大流量数据出现后，交换机优先转发高优先级的控制数据，空闲后再转发低优先级的故障数据，保证控制数据能正常传输，但是这个策略对***的运行也有影响，如果高优先级的数据一直在反复发送抢占了整个网络资源，将导致低优先级的故障诊断数据始终无法获得机会传输，导致***触发内资故障诊断逻辑产生大量故障，影响***有效运行。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明提供一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法及***，旨在针对传统实时以太网列车网络控制***的终端设备短时发送大量数据，其中高优先级数据始终占据网络全部带宽资源，导致低优先级数据无法发送，使列车网络控制***数据传输不确定的问题，管理网络不同优先级数据的发送，避免列车网络中高优先级数据抢占过多传输资源影响低优先级数据传输，提升网络数据通讯可靠性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明提供一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法，包括以下步骤：

S1、交换机上的终端设备向网络发送的数据在发送之前，进入交换机的出口缓存队列内；

S2、设定每一个所述出口缓存队列对应一个不同的QOS优先级以及一个发送权限实际值；

S3、根据所述QOS优先级以及所述发送权限实际值建立出口缓存队列的发送权限机制；

S4、根据所述发送权限机制判定当前出口缓存队列是否可获取发送数据的权限。

进一步地，根据所述发送权限机制判定获取发送数据权限的出口缓存队列包括：比较所述发送权限实际值与最高QOS优先级的大小，根据比较结果判定获取发送数据权限的出口缓存队列。

进一步地，将每一个出口缓存队列对应的不同的QOS优先级采用不同的数值表示；交换机上的数据进入出口缓存队列还未发送时，设定所有发送权限实际值等于最高QOS优先级对应的数值。

进一步地，当任意发送权限实际值大于等于最高QOS优先级对应的数值时，则此发送权限实际值对应的出口缓存队列获取发送数据权限。

进一步地，当任意发送权限实际值变量小于最高QOS优先级对应的数值时，则此发送权限实际值对应的出口缓存队列禁止发送数据。

进一步地，获取发送数据权限的出口缓存队列发送一包数据时，其权限实际值随之减少至小于最高QOS优先级对应的数值，在该数据包发送完毕后，其权限实际值随之增加直至恢复至最高QOS优先级对应的数值，此时该出口缓存队列再次获取发送数据的权限。

进一步地，当有不少于一个出口缓存队列获取发送数据权限时，

若无数据包发送的出口缓存队列，则交换机优先转发有数据包发送的出口缓存队列中的数据帧；

若有数据包发送的出口缓存队列，则交换机优先转发当前QOS优先级更高的出口缓存队列中的数据帧。

一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法的***，包括：

缓存模块，用于使交换机上的终端设备向网络发送的数据在发送之前，进入交换机的出口缓存队列内；

发送权限机制构建模块，用于设定每一个所述出口缓存队列对应一个不同的QOS优先级以及一个发送权限实际值，并根据所述QOS优先级以及所述发送权限实际值建立出口缓存队列的发送权限机制；

发送模块，用于根据所述发送权限机制判定当前出口缓存队列是否可获取发送数据的权限。

本发明的有益效果在于：本发明通过数据发送优先级权限动态管理的策略来管理网络不同优先级数据的发送，不仅有效避免了列车网络中高优先级数据抢占过多传输资源影响低优先级数据传输的问题，还提升了网络数据通讯可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有列车以太网网络控制***结构示意图。

图2为本发明交换机数据队列发送权限机制示意图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

如图2所示，本发明提供了一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、交换机上的终端设备向网络发送的数据在发送之前，进入交换机的出口缓存队列内；

S2、设定每一个出口缓存队列对应一个不同的QOS优先级以及一个发送权限实际值；

S3、根据QOS优先级以及发送权限实际值建立出口缓存队列的发送权限机制；

S4、根据发送权限机制判定当前出口缓存队列是否可获取发送数据的权限。

如图1所示，本发明是针对传统的列车以太网控制网络的缺点进行改进设计，其网络结构与传统以太网网络结构一致，即列车每个车厢配置有两台交换机，每个交换机至少具有2个千兆网口用于列车环网组件，交换机上有多个百兆网口用于连接列车上各类控制器。

根据发送权限机制判定获取发送数据权限的出口缓存队列包括：比较发送权限实际值与最高QOS优先级的大小，根据比较结果判定获取发送数据权限的出口缓存队列。

进一步地，将每一个出口缓存队列对应的不同的QOS优先级采用不同的数值表示，如交换机的出口缓存队列通常情况有8个，每个队列对应一个不同的QOS优先级，设定QOS优先级为0-7，其中0级优先级最高；正常情况下交换机上的数据进入出口缓存队列还未发送时，设定发送权限实际值等于最高QOS优先级对应的数值，这里即等于0；每个出口缓存队列都有一个出口缓存队列发送权限实际值，这个发送权限实际值为变量可以动态变化。

当任意发送权限实际值大于等于0时，则此发送权限实际值对应的出口缓存队列获取发送数据权限；当任意发送权限实际值变量小于0时，则此发送权限实际值对应的出口缓存队列禁止发送数据。

获取发送数据权限的出口缓存队列发送一包数据时，其权限实际值随之减少至小于0即变为负值，在该数据包发送完毕后，其权限实际值随之增加直至恢复至0，此时该出口缓存队列再次获取发送数据权限。

当有不少于一个出口缓存队列获取发送数据权限时，若存在无数据包发送的出口缓存队列，则交换机优先转发有数据包发送的出口缓存队列中的数据帧；若不存在无数据包发送的出口缓存队列，则交换机优先转发QOS优先级更高的出口缓存队列中的数据帧。

具体的，如图2所示，交换机中有A、B两个队列，A队列为高QOS优先级，B队列为低QOS优先级，在t0时刻，A、B两个队列的发送权限值都为0，由于A队列QOS优先级高，因而A队列优先获得发送数据权限，在t1时刻，A队列有数据包进入，所以交换机立即转发A队列数据包，A队列的权限实际值立即开始由0累计减少到负值，直到A队列数据包发送完过后的t2时刻，才开始慢慢恢复，到t3时刻才从负值恢复到0值，A队列再次获得发送权限。t3到t4时刻A队列重复之前规则再次发送数据包；在t4时刻，A队列和B队列发送权限值都为0，A、B队列都有权限发送数据，但是由于A队列无数据包，B队列有数据包，所以交换机优先转发B队列数据（如果A、B队列都有数据包需要发送，交换机进一步检查A、B队列的QOS优先级，QOS优先级高的队列A将先发送），在t5时刻，A队列有数据包需要发送，但是B队列还在发送之前的数据包，交换机还在转发B队列的Frame0数据帧，因而A队列的发送权限值开始从0不断累计，一直持续到t6时刻，B队列数据发送完成，A队列获得一个正值的发送权限，交换机立即转发A队列的Frame3数据帧，t7时刻，交换机获得转发A队列的Frame4数据帧。在t71时刻，A队列发送权限值降为负值，A队列数据帧转发许可结束，直到t8时刻，A队列Frame4数据帧发送结束，A队列发送权限值才停止降低开始回升，t9时刻A队列有数据Frame5需要发送，但是由于A队列发送权限值还未恢复到0或者正值区间，所有Frame5等到t10时刻A队列权限恢复到0后，立即发送。

本实施例中交换机通过以上设置的内部数据发送队列的发送权限机制来判断转发哪一个队列的数据，从而保证了以太网网络上的数据有序发送，避免之前的高QOS优先级数据始终占有网络资源使低优先级的数据无法发送的问题，实现了网络数据的整形，提高了网络资源利用率和提高***的可靠性。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种以太网列车控制网络的数据传输调度***，包括：

缓存模块，用于使交换机上的终端设备向网络发送的数据在发送之前，进入交换机的出口缓存队列内。

发送权限机制构建模块，用于设定每一个出口缓存队列对应一个不同的QOS优先级以及一个发送权限实际值，并根据QOS优先级以及发送权限实际值建立出口缓存队列的发送权限机制。

发送模块，用于根据发送权限机制判定当前出口缓存队列是否可获取发送数据的权限。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、交换机上的终端设备向网络发送的数据在发送之前，进入交换机的出口缓存队列内；

S2、设定每一个所述出口缓存队列对应一个不同的QOS优先级以及一个发送权限实际值；

S3、根据所述QOS优先级以及所述发送权限实际值建立出口缓存队列的发送权限机制；

S4、根据所述发送权限机制判定当前出口缓存队列是否可获取发送数据的权限。

2.如权利要求1所述的一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法，其特征在于，根据所述发送权限机制判定获取发送数据权限的出口缓存队列包括：比较所述发送权限实际值与最高QOS优先级的大小，根据比较结果判定获取发送数据权限的出口缓存队列。

3.如权利要求2所述的一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法，其特征在于，将每一个出口缓存队列对应的不同的QOS优先级采用不同的数值表示；交换机上的数据进入出口缓存队列还未发送时，设定所有发送权限实际值等于最高QOS优先级对应的数值。

4.如权利要求2所述的一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法，其特征在于，当任意发送权限实际值大于等于最高QOS优先级对应的数值时，则此发送权限实际值对应的出口缓存队列获取发送数据权限。

5.如权利要求2所述的一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法，其特征在于，当任意发送权限实际值变量小于最高QOS优先级对应的数值时，则此发送权限实际值对应的出口缓存队列禁止发送数据。

6.如权利要求2所述的一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法，其特征在于，获取发送数据权限的出口缓存队列发送一包数据时，其权限实际值随之减少至小于最高QOS优先级对应的数值，在该数据包发送完毕后，其权限实际值随之增加直至恢复至最高QOS优先级对应的数值，此时该出口缓存队列再次获取发送数据的权限。

7.如权利要求2所述的一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法，其特征在于，当有不少于一个出口缓存队列获取发送数据权限时，

若无数据包发送的出口缓存队列，则交换机优先转发有数据包发送的出口缓存队列中的数据帧；

若有数据包发送的出口缓存队列，则交换机优先转发当前QOS优先级更高的出口缓存队列中的数据帧。

8.基于如权利要求1~7任一所述的一种以太网列车控制网络的数据传输调度方法的***，其特征在于，包括：

缓存模块，用于使交换机上的终端设备向网络发送的数据在发送之前，进入交换机的出口缓存队列内；

发送权限机制构建模块，用于设定每一个所述出口缓存队列对应一个不同的QOS优先级以及一个发送权限实际值，并根据所述QOS优先级以及所述发送权限实际值建立出口缓存队列的发送权限机制；

发送模块，用于根据所述发送权限机制判定当前出口缓存队列是否可获取发送数据的权限。