[发明专利]支持突发实时数据的时间触发传输方法

说明书

本发明公开的一种支持突发实时数据的时间触发传输方法，旨在提供一种通用性强、兼容普通时间触发传输，可提高传输能力的时间触发传输方法。本发明通过下述技术方案实现：在交换式全双工网络中，规划具备强实时数据包和普通时间触发数据包传输的节点；每个节点时隙分配一个抢占保护时隙；网络传输协议模块首先将待发送的数据送到发送缓存，抢占式时间触发调度模块将强实时数据包优先发送出去，普通时间触发数据则缓冲等待，并延迟一定时间后再被发送；数据包通过网络中的交换机进行路由转发时，网络交换机将优先对强实时数据包进行转发，接收数据分流模块对接收到的数据包进行分流，且强实时数据包优先送给上层协议，并交上层应用处理。

技术领域

本发明涉及一种航空机载交换式全双工传输网络，可兼顾突发数据实时传输的确定性传输方案。尤其是支持时间触发传输网络中的突发实时数据传输方法。

背景技术

CAN(Controller Area Network)总线作为一种面向实时控制应用的现场总线，以其短帧数据结构、多发工作方式、通信距离长、抗干扰能力强、位仲裁、价格低廉等特点，在工业控制领域得到了广泛应用。由于控制系统的功能越来越多，网络也越来越复杂，数据的传输密度也随之增加，而CAN总线的带宽较低，很难在有大数据量交换要求的应用中取得优势。现场总线中某些信息具有很强的时效性，不允许信息延时到达，否则信息将变为无效，甚至对系统造成严重危害。由于CAN总线采用位仲裁机制的自主抢占式模式，当信息量和数据密度大并且接近CAN总线额定带宽时，将导致低优先级的信息产生很大的数据延迟，甚至出现数据丢失等现象，对于传输时刻的正确性和精确性有严格要求的某些系统而言，常用的CAN总线已经无法满足其实时性。

当前工业应用中高速总线网络大多采用交换式全双工通信方式。交换式网络相比总线型网络而言，不存在数据冲突问题，且相比传统的CAN总线拥有更高的网络带宽容量，数据传输延迟相对更低，但也存在一定的局限性：交换机的存储转发机制使传输延迟具有不确定性。传输延迟的不确定性主要来自于交换机的排队延迟，当同时来自于多个端口的数据包需要向同一个端口转发时，交换机需要将这些数据包进行排队缓冲，并依次转发。当系统应用所传输的数据量较少时，网络负荷较低，数据传输的时延也较低，可以满足常规应用需求，而当应用于网络负荷较高的场合时，数据传输时延带来的影响则会比较明显，严重影响系统的功能和性能。

工业控制网络中传输的数据根据传输的可预测性，分为周期性数据和非周期性数据。周期性数据是基于时间驱动方式传输，即采用固定的频率进行数据传输，数据传输的时间具有周期性，数据长度往往是可预知的。非周期性数据的传输时间是随机的、不确定的，具有一定的突发性。为了保证总线系统中周期性数据的准确传输，引入时间触发机制是一个有效的手段。在网络中，根据节点传输需求随机传输数据的机制被称为事件触发传输，网络采用事件触发传输具有传输时延不确定、不可预知的特点(当网络负荷较重时更为明显)，会导致网络的确定性差，该传输方式在某些工业应用场景中是无法接受的；时间触发传输的实质是采用时分复用，通过全局时钟精确同步，节点使用预先分配时隙进行通信，周期性的数据传输构成一个时分多址周期，从而避免争用物理链路，将整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(也称时隙)，并将这些时隙分配给各个节点使用，每个节点在规划的时隙内进行数据传输，不同节点的时隙序列组成一个TDMA周期。时分复用的特点是独占时隙，而信道资源共享，时隙事先规划并分配好，每个节点使用的时隙不重叠，该方法可以很好的解决周期性数据传输时延不确定性问题。典型的时间触发协议(TTP)、时间触发CAN(TTCAN)、时间触发以太网(Time Triggered Ethernet)就采用了时间触发传输方法，并获得了越来越广泛的关注和应用。