[发明专利]基于双平面的时间触发以太网交换机及分组交换方法

说明书

本发明公开了一种基于双平面的时间触发以太网交换机及分组交换方法，主要解决现有时间触发以太网交换机转发时间触发TT业务确定性与实时性差的问题。其装置包括：输入分流模块(1)、时钟同步器(2)、时间触发TT交换平面(3)、事件触发ET交换平面(4)和输出仲裁模块(5)。输入分流模块分别与时钟同步器、TT交换平面、ET交换平面连接，以分别完成交换机时钟同步、转发TT业务帧与ET业务帧；TT交换平面和ET交换平面均与输出仲裁模块连接，以选择优先发送的业务帧，完成数据发送。本发明能保证时间触发TT业务的绝对优先级转发，减小了时间触发TT业务的转发时延，可应用于高速低延迟的时间触发交换网络。

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种时间触发以太网交换机，可应用于支持时间触发功能的的实时性、可靠性以及高安全性以太网交换网络。

背景技术

以太网传输技术以其所具备的成本低、带宽高、适用于各种业务等优势被广泛应用于社会的各行各业。但随着分布式系统的发展，系统中设备之间数据交互的实时性、可靠性以及高安全性需求更加迫切，使得以太网技术无法适用于相应的业务领域。时间触发以太网TTE的出现，将时间触发技术的实时性、确定性与传统以太网的优势相结合，有效地解决了传统以太网无法满足高实时性、可靠性需求的弊端，被广泛应用于航天航空、工业控制等具有高实时性、高安全性需求的领域。时间触发以太网TTE交换机作为时间触发以太网中重要的组成部分，其设计结构及交换方法直接影响时间触发以太网的工作性能。一方面，时间触发以太网交换机能够实现对时间触发TT业务的确定性、实时性转发，另一方面，时间触发以太网交换机兼容普通以太网，能够对确定性、实时性要求不严格的事件触发ET业务进行转发。

北京计算机技术及应用研究所在其申请的专利文献“一种高同步的时间触发以太网装置及方法”(申请号：201710616838.7，公开号：CN107483135A)中公开了一种时间触发以太网交换机。该装置包括交换/控制逻辑、本地时钟、同步原语接收模块、时钟同步模块、时间触发器、中央控制器、任务调度控制模块。所述交换/控制逻辑，用于进行交换机对其所连网络端系统进行控制；所述本地时钟，用于提供交换机整体的工作时钟；所述同步原语接收模块，用于接收由端系统发送来的数据，区分出时钟同步原语和传输数据帧，并向中央控制器传输者两部分数据；所述时钟同步模块，用于接收中央控制器发出的时钟同步控制命令，产生时钟同步具体信息，并实现时钟同步；所述时间触发器，用于提供时间触发事件所需的时间触发条件和时间信息；所述中央控制器，用于控制交换机内的各模块的工作；所述任务调度控制模块，依据任务调度表，用来对交换机中收到的数据进行分类控制，将不同的数据放进对应的数据缓冲区中。该装置存在的不足之处是，任务调度控制模块统一对时间触发TT业务、事件触发ET业务进行调度处理，时间触发TT业务与事件触发ET业务在内部调度等大部分的操作中互相干扰，导致时间触发TT业务在交换机内部处理时延过长，无法保证时间触发TT业务的确定性与实时性要求。

发明内容

本发明目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于双平面的时间触发以太网交换机及分组交换方法，以保证时间触发TT业务的绝对优先级转发，最大限度减小时间触发TT业务的转发时延，满足时间触发TT业务的确定性与实时性要求。

为实现上述目的，本发明基于双平面的时间触发以太网交换机，是通过可编程逻辑芯片FPGA实现，该交换机的交换平面分为时间触发TT交换平面与事件触发ET交换平面，其中时间触发TT交换平面负责时间触发TT业务的交换和时间同步；事件触发ET交换平面负责对事件触发ET业务进行交换。整个以太网交换机包括：

输入分流模块，用于接收从交换机的网络接口传入交换机内部的数据帧，根据提取出的数据帧头中的帧类型值将帧数据分类为协议控制PCF帧、时间触发TT业务帧和事件触发ET业务帧，并将协议控制PCF帧送入时钟同步器，将时间触发TT业务帧送入时间触发TT交换平面，将事件触发ET业务帧送入事件触发ET交换平面；