[发明专利]TAS异步调用实现系统和方法

说明书

本发明提供一种TAS异步调用实现系统和方法。该TAS异步调用实现系统包括：数据包处理管线模块、队列调度模块以及多个发送端口模块，其中，在每个发送端口模块的前端还对应地设置一个TAS算法实现模块，由所述数据包处理管线模块处理的报文发送至所述队列调度模块、并经所述队列调度模块调度至所述TAS算法实现模块，以在每个TAS算法实现模块中对报文执行异步TAS算法。本发明解决了队列数量较多时进行WFQ调度时所增加的TAS时延和抖动问题，让抖动更小，时窗更精确的同时提高网络带宽利用率，同时可让系统易于扩展。

技术领域

本发明涉及以太网时间敏感网络TSN实现范畴领域，尤其涉及一种TAS异步调用实现系统和方法。

背景技术

IEEE 802.1 TSN任务组定义了时间敏感网络，通过一套协议规范构建超低时延和抖动、高可靠的确定性网络。其中在802.1AS时间同步的基础上，802.1Qci、802.1Qbv等协议规范通过仿真时分复用(TDM)来实现时间确定性功能及周期性数据非周期性数据同时传输的功能。

802.1Qbv描述了时间敏感调度算法(TAS)，主要方式为在出方向为每一个队列设置一个门控开关，通过门控的开和关操作，形成报文发送的时窗序列，并在相应的时窗内将周期性的时间敏感数据从队列中发送出去,避免非时间敏感数据和其它时间敏感数据的干扰，从而在降低时延的同时保证最大时延。

在交换节点使用硬件(如ASIC/FPGA/NPU等)实现该协议时，通常将门控和队列调度放在一起实现，如图1系统结构所示，RxMac(接收端口)收到报文后，由RxArbiter根据入方向的仲裁算法选择一个报文插入到Packet Processing Pipeline(数据包处理管线)中进行报文处理，之后发送Queue/Schedule/TxSelector模块,并在该模块实现门控功能，如图2队列门控结构所示，报文入对列后，有调度模块执行报文调度算法，调度模块的实现一般是在原有报文调度算法如CBS(基于信用的调度算法)、SP(严格优先级调度)等的基础上增加门控调度(TAS)，即给每个队列分配一个门控Gate，通过轮询门控或门控定时器事件(门控开关事件)来调度报文。调度出的报文经TxMac(发送端口)发送出去。

以上现有技术在channel(channel通常和端口或虚端口对应)与channel之间一般通过WFQ(加权公平排队)或近似算法如WDRR(加权差额循环)选择一个channel，然后将该channel下的有效报文根据队列上配置的调度算法及门控开关状态调度出去。

这种方法会因为轮转产生一定的时延和抖动，即排队时延和抖动，特别是当时channel数量或queue数量比较多时，比如一个具有64channel的系统，最差情况下，在同一时刻除channel0外，其它每个channel都有待发送的TSN报文,调度器当前工作在channel0上，channel0上的queue6包含即将发送的TSN报文，该TSN报文所在queue的门控因为相差30ns才能被打开，从而错过本轮调度，若每调度一个channel需要花费50ns,则再次调度到channel0时，已经经过了3.15us(63*50ns)，则channel0上的queue6的TSN报文要比理想情况晚3.1us(3.15us-50ns)才能被调度出去，为了在该轮调度能正确的将该queue6上的TSN报文调度出去，需要在配置规划该TSN窗口时将TSN窗口加大至可以覆盖到因轮转调度所带来的最大时延，这样做的结果增加了TSN报文时延和抖动的，也降低了有效的数据传输带宽。该抖动会随着跳数的增加而累加，若每个交换节点带来的抖动是3us，则经过7台交换设备时，该抖动会增大至21us,这意味着该TSN流在最后一个交换节点的TSN窗口配置将比第一个节点大21us，这样在整个网络中能够配置的TSN流数量受到一定限制。

如果使用定时器事件的方法实现门控调度，即给每个Channel指定一个定时器，极端情况下仍然存在上述情况，如多个定时器同时产生门控打开事件，则这种情况下和轮转情况下所有Channel都有需要的发送的报文类似。

发明内容