[发明专利]一种基于软件可定义的实时传输机制

说明书

本发明公开了一种基于软件可定义的实时传输机制，本发明步骤：1)定义网络由应用层、控制层和数据层组成，应用层包括网络状态管理模块、调度模块、切片构建模块和配置管理模块；2)网络状态管理模块维护网络拓扑、网络状态和网络节点信息；3)切片构建模块根据业务流的服务质量需求将其分为时间敏感性网络业务流和普通网络业务流。并建立网络切片，其配置包括传输路径、转发队列和交换节点的优先级配置；4)调度模块识别不同流的服务质量需求，查找相应网络切片所需的带宽来决定是否接纳此流来对不同流进行流量调度；5)控制器根据网络切片构造返回的结果，通过配置管理模块部署到相应的交换机上。保障工业互联网中不同业务流的实时传输需求。

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及一种基于软件可定义的实时传输机制。

背景技术

未来的工业领域将会有数以百亿计的设备连接上网，传送在工业互联网中的信息大多是来自工业现场的周期性的测量信息、交织在现场级和控制级，控制对等体间的控制信息，同步各级网络设备和操作用的同步时钟信息，这些信息自身就具有严格的时间要求，需要特别高的实时性和确定性。传统的工业以太网无法承受这些巨大的数据传输量，也无法保障工业控制网络中的实时性要求。网络物理系统(CPS)和工业互联网向工业网络提出了新的要求，因此就需要一种新的架构来满足高速率、高带宽和海量连接等方面诉求。

于是越来越多的设计师、工程师们希望使用这些网络代替当前的现场总线以用于时间敏感型应用，他们在IEEE802.3网络上开发了许多网络架构，为工业自动化系统中的时间敏感应用提供了实时通信的保证。这些技术的基本原理是通过网络对时间触发流量从而进行精确的传输调度，以提供确定性和有界的延迟和抖动。这些传输时间表往往是离线合成的，且保持固定，因此增加了动态添加或移除网络应用程序的难度。并且，这些网络技术原本是为了提供尽力而为的通信服务而设计的，缺乏提供实时保证的机制；工业以太网里常用的协议是在以太网标准协议上做了修改并增加相应的功能，这些协议虽然可以满足工业系统对确定性、实时性的要求，但是它们互操作性低，成本也比较昂贵，加上网络带宽的不足，因此并不能满足当前工业控制系统的传输需求。

工业互联网络的主要目标是不仅可以定义可动态配置的基础设施，而且还可提供共享通信基础设施上不同应用的互操作性。毋庸置疑这必将涉及到更多的通信技术，产品、机器和操作人员的关联性也会越来越大，工业网络也将面临越来越多的异质性。时间敏感网络(Time Sensitive Network，TSN)和软件定义网络(Software Defined Network，SDN)等方法用来设计可以在不同应用上通用的标准，工业控制中的应用主要包括一些视频、音频、对机器的控制等，虽然TSN已经站在了考虑工业自动化的角度上，但相比之下SDN在工业互联网络领域的潜力将会更胜一筹。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种基于软件可定义的实时传输机制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包含如下步骤：

步骤(1)定义网络，网络由应用层、控制层和数据层组成，应用层由网络状态管理模块、调度模块、切片构建模块和配置管理模块组成，控制层的实体为控制器，数据层的实体为物理交换机；

步骤(2)网络状态管理模块维护网络拓扑信息、网络状态信息和网络节点信息，具体包含如下步骤：

2-1通过Netconf协议与数据层的物理交换机进行信息交互，获得网络拓扑信息。

2-2根据当前网络实时流量得到网络状态信息。

2-3根据各个转发节点的负载状况得到网络节点信息。

步骤(3)切片构建模块根据业务流的服务质量需求将其分为时间敏感性网络业务流(TSNF)和普通网络业务流(CNF)。为每一种业务建立网络切片，网络切片的配置包括传输路径、转发队列和交换节点的优先级配置，具体步骤如下：