[发明专利]一种以太网时延计算方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及工业以太网技术领域，尤其涉及一种以太网时延计算方法及装置。

背景技术

长期以来，由于现场总线的标准制式争议不休，互通与互操作问题很难解决，于是人们开始从现场总线转向使用以太网。经过近几年的努力，以太网技术已经被工业自动化系统广泛接受。

传统的实时工业以太网，为了保证数据的实时有效的传输，基本上是采用以下两种策略。一种是基于主从方式，所有的通讯都是客户端与主机的通讯，由主机负责各个客户端的调度，由主机保证调度的实时性。

这是一种类似基于传统的现场总线的工作策略。在采用这种方式时，主机的开销非常大，自动化控制系统的可扩展性差，每次增减一个客户端都需要对主机的调度进行调整，而且客户端之间不能直接通讯。

另一种是基于时间片的工作策略，实时的数据在分配的时间片中发送，可以有效地保证数据传输的实时性。但是由于存在时间片的分配，会导致数据传输效率的降低。

随着技术的发展和时代的进步，以太网技术以及得到极大的普及和提高，速率从10M到百兆，千兆。现在10G和100G以太网也已经得到了广泛的应用。由原来的半双工技术，CSMA/CD碰撞检测，进化到全双工，点对点互联。

从现在的角度看，全双工，点对点互联以及千兆速率以太网接口，可以看成是一个最基本的配置。在这样的以太网物理基础之上，如何来保证数据传输的实时性是一个值得探究的问题。

在一些情况下，由于以太网的带宽的富余，可以采用牺牲以太网的带宽换取传输的实时性的策略。以下详细陈述这样的过程：

首先，根据工业以太网的模型，可以确定数据传输的时延由电缆或光纤的时延以及交换机内部交换的时延所造成。其中，交换机内部交换的时延则主要由数据处理时延和数据在出端口排队时延构成。

对于一个以及固定布线的以太网交换系统来说，光缆或电缆的走线时延是固定的，交换机对数据处理的时间，基本也可以看作是一个固定值，唯有交换机内部数据队列排队的时延不固定，受队列排队的影响。

如果在这个以太网系统设计的时候，充分保证可用带宽的富裕，比如，可用带宽是实际平均需要带宽的十倍，也就是说，拿千兆以太网当百兆来用。其一般工作情况的实验数据如下：

数据经过一级交换机(千兆端口，无队列阻塞的情况下)的时延是5-10us(64字节的报文)到20-30us(1500字节的报文)，在最坏情况下，队列里每多排队多一个1500长度的报文。交换机增加12us的时延，排队多出4个1500的报文，将会带来48us的时延。

那么，对于一个平均10％流量的端口来说，从概率的角度，队列里出现一个1500报文的几率是10％，出现两个的几率是1％，出现4个1500报文的几率是0.01％。也就是说，在10％流量模型下，数据经过一级交换机的转发，除了交换机处理和线缆的固定延时外，带来的不大于50us的额外延时的几率不大于0.01％。

同理，如果系统需要经过5级交换机的构成完成数据的交换。(5级交换机的系统还是比较大的)在最坏情况下，还是可以保证不大于50us的额外延时的几率不大于0.05％。虽然发生的几率非常小，但是，在这种模型下，仍然有数据在转发的时延超过50us的可能，这对于数据的稳定传输仍然是不足够的。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种以太网时延计算方法及装置，旨在解决现有技术中以太网实时性能无法保证，系统复杂度高的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种以太网时延计算方法，应用于交换机，其中，包括：

在报文中设置预定的标识，生成用于记录以太网时延的实时报文以及用于获取线缆时延的线缆时延检测报文；

由所述交换机的输入端口接收所述实时报文并在所述实时报文中添加内部时戳；

在所述实时报文发送前，确定第二时戳；

根据所述内部时戳、第二时戳以及线缆时延，更新所述实时报文的以太网时延；

在所述交换机的输出端口发送所述更新以太网时延后的实时报文。

所述的方法，其中，通过定时计数器确定所述内部时戳以及第二时戳。

所述的方法，其中，所述根据所述内部时戳、第二时戳以及线缆时延信息，更新所述实时报文的以太网时延，具体包括：

计算所述内部时戳和第二时戳之间的差值，作为交互机处理时延；

将所述交换机处理时延与所述线缆时延相加，作为新增时延；