本发明属于通信技术领域，更进一步涉及网络通信技术领域中的一种用于时延敏感网络的防碰撞流预留带宽系统及其方法。本发明可用于使用时延敏感网络TSN(Time-Sensitive Networking)的网桥和终端，发送方终端向目标接收方相同的至少两个数据流的不同传输路径上的接收方终端，同时发送至少两个数据流的带宽预留申请，接收方终端采用数据流带宽预留优先级获取方法，确定出数据流预留申请的优先级顺序，进行带宽预留，有效躲避节点数据发送的碰撞。
背景技术：
为了加速基于以太网的实时音视频流的传输以及提供可靠的带宽保障，在发送音频/视频数据之前，可以通过网络建立其从一个端点传送到另一个端点的路径。IEEE标准组织制定了以太网音视频桥协议(Ethernet Audio/Video Bridging，AVB)。Ethernet AVB在传统以太网的基础上又添加了一系列的标准协议，主要包括：IEEE 802.1AS：通用精确时间协议(Generalized Precision Time Protocol，gPTP)，IEEE 802.1Qat：流预留协议(Stream Reservation Protocol，SRP)/多流注册协议(Multiple Stream Registration Protocol，MSRP)，IEEE 802.1Qav：转发和队列协议(Forwarding and Queuing for Time-Sensitive Streams，FQTSS)以及其他相应的协议来支持基于音视频的媒体应用，从而能够在二层以太网络的基础上来提供高可靠、低时延和时间同步的音视频流服务。上述这些特征正好符合车载网络的要求。
为了增强时间同步，提升流预留能力，支持时间敏感的数据流量，在2012年11月，AVB由IEEE 802.1Task Group命名为时延敏感网络TSN(Time-Sensitive Networking)。
思科技术公司拥有的专利技术“用于桥接网络中的流预留的方法、节点和系统”(申请号200880103143.8，授权公告号CN 101779198 B)中公开了用于桥接网络中的流预留的方法、节点和系统。本发明的系统包括说者(Talker，即发送方)设备、听者(Listener，即接收方)设备和网桥，说者(Talker，即发送方)设备携带带宽信息为一流发出注册申请，听者(Listener，即接收方)设备根据自身状态给出听者注册响应，该听者注册至少具有请求、请求-失败、就绪或者就绪-失败之一的状态，网桥处于所述说着设备和听者设备的路径上，尝试为该流分配带宽资源，并根据说者设备和听者设备的状态通知说者设备和听者设备是否已为该流分配资源。该系统存在的不足之处是，该系统只能提供一个说者设备到听者设备的为一个数据流的带宽预留，当说者设备有两个以上的音视频数据数据流需要传输时，需要先后建立两次以上的预留过程才能达到目的，效率低。本发明的方法是，为说者(Talker，即发送方)设备携带带宽信息为一流发出注册申请，听者(Listener，即接收方)设备根据自身状态给出响应，网桥处于所述说着设备和听者设备的路径上，尝试为该流分配带宽资源，并根据说者设备和听者设备的状态通知说者设备和听者设备是否已为该流分配资源。该方法存在的不足之处是，先在网桥处判断带宽资源是否够用，然后在接收方终端再次判断接收方终端带宽资源是否够用，两次比较，降低了效率，增加了网桥的负担。
三星电子株式会社在其申请的专利文献“用于音频视频网络的增强流预留协议”(申请号公布号CN103597778A)中公开了一种用于音频视频网络的增强流预留协议方法。该协议内容是，发话方(Talker，即发送方)装置发送用于将数据流传输到收听方(Listener，即接收方)装置的流预留协议SRP(Stream Reservation Protocol)发话方通告消息，接收发话方通告消息，并检查用于流传输的输出端口上的带宽可用性。该方法存在的不足之处是，该方法只能提供从一个发话方到一个收话方为一个数据流提供预留，当发话方需要为同时到达的两个以上的数据流发出预留申请时，需要先后建立两次以上的预留过程才能达到分别预留带宽的目的，尤其在从发话方到收话方的通路上带宽不足的情况下，效率较低。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种用于时延敏感网络的防碰撞流预留带宽系统及其方法。本发明可以在发送方有至少两个数据流需要向相同的接收方传输时，为不同的数据流确定出带宽预留申请的优先级顺序，进行带宽预留，满足提高带宽预留效率和有效躲避节点数据发送碰撞的需求。
实现本发明的基本思路是：发送方终端向网桥发送声明报文，网桥将接收的声明报文，转发给不同传输路径上的接收方终端，接收方终端根据提取的不同数据流的发送方状态进行数据流排序，设置不同数据流的接收方状态，发送配置后的接收方注册报文，网桥从接收的接收方注册报文中，提取不同数据流的接收方状态，网桥采用接收方状态两两合并规则，对同一数据流来自不同接收方终端的接收方状态进行合并，得到同一数据流来自不同接收方终端的合并后的接收方状态，向发送方终端发送配置后的网桥注册报文，提高了带宽预留的效率，有效避免了数据流发送碰撞。
本发明的系统包括发送方终端、网桥、接收方终端。
所述的发送方终端，向网桥发送声明报文；接收网桥发送的网桥注册报文。
所述网桥，将接收的声明报文，转发给不同传输路径上的接收方终端；接收不同传输路径上的接收方终端发送的接收方注册报文；从不同传输路径上的接收方终端接收的接收方注册报文中，分别提取不同数据流的接收方状态；采用接收方状态两两合并规则，对同一数据流来自不同接收方终端的接收方状态进行合并，得到同一数据流来自不同接收方终端的合并后的接收方状态；将接收的所有接收方注册报文中提取的每一个数据流的流标志streamID值，以及相应数据流的合并后的接收方状态，配置到网桥注册报文中；向发送方终端发送网桥注册报文。
所述接收方终端，接收由网桥转发的声明报文；从不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取不同数据流的发送方状态；判断不同数据流的发送方状态是否为发布状态；采用数据流带宽预留优先级获取方法，对不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取的不同数据流的优先级rank值、流年龄streamAge值、流标志streamID值依次处理，按照数据流带宽预留优先级从高到低的顺序排列，得到排序后的数据流；对不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取的不同数据流的预留带宽值，以及不同传输路径上的接收方终端得到的不同数据流带宽预留优先级顺序，将相应传输路径上的带宽，依次分配给该路径上提出带宽预留申请的数据流，设置带宽分配成功的数据流的接收方状态为就绪状态，设置带宽分配失败的数据流的接收方状态为请求失败状态；将每一个从不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取的不同数据流的流标志streamID值，以及相应的不同数据流的接收方状态，配置到接收方注册报文中；向网桥发送接收方注册报文。
本发明的方法是发送方终端向目标接收方相同的至少两个数据流的不同传输路径上的接收方终端，同时发送至少两个数据流的带宽预留申请，具体步骤包括如下：
(1)发送声明报文：
发送方终端向网桥发送声明报文。
(2)转发声明报文：
网桥将接收的声明报文，转发给不同传输路径上的接收方终端。
(3)提取发送方状态：
不同传输路径上的接收方终端，从不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取不同数据流的发送方状态。
(4)判断不同数据流的发送方状态是否为发布状态，若是，则执行步骤(5)，否则，设置相应数据流的接收方状态为请求失败状态后执行步骤(6)。
(5)对数据流进行排序：
(5a)采用数据流带宽预留优先级获取方法，从不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取的不同数据流的优先级rank值、流年龄streamAge值、流标志streamID值依次处理，按照数据流带宽预留优先级从高到低进行排序，得到排序后的数据流；
(5b)对不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取的不同数据流的预留带宽值，以及不同传输路径上的接收方终端得到的不同数据流带宽预留优先级顺序，将相应传输路径上的带宽，依次分配给该路径上提出带宽预留申请的数据流，设置带宽分配成功的数据流的接收方状态为就绪状态，设置带宽分配失败的数据流的接收方状态为请求失败状态。
(6)发送配置后的接收方注册报文：
(6a)将每一个从不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取的不同数据流的流标志streamID值，以及相应的不同数据流的接收方状态，配置到接收方注册报文中；
(6b)不同传输路径上的接收方终端，分别向网桥发送接收方注册报文。
(7)提取接收方状态：
网桥从不同传输路径上的接收方终端接收的接收方注册报文中，分别提取不同数据流的接收方状态。
(8)合并接收方状态：
网桥采用接收方状态两两合并规则，对同一数据流来自不同接收方终端的接收方状态进行合并，得到同一数据流来自不同接收方终端的合并后的接收方状态。
(9)发送配置后的网桥注册报文：
(9a)网桥将接收的所有接收方注册报文中提取的每一个数据流的流标志streamID值，以及相应数据流的合并后的接收方状态，配置到网桥注册报文中；
(9b)网桥向发送方终端发送网桥注册报文。
(10)接收网桥注册报文：
发送方终端接收网桥注册报文，结束带宽预留过程。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，由于本发明的系统中有多个接收方终端，当一个发送方终端需要向多个接收方终端发送相同的数据流时，发送方终端向目标接收方相同的至少两个数据流的不同传输路径上的接收方终端，同时发送至少两个数据流的带宽预留申请，克服了现有技术只能提供从一个发送方终端到一个接收方终端为一个数据流提供带宽预留，当发送方终端需要向多个接收方终端发送相同的数据流时，需要先后建立多次的带宽预留过程才能达到分别进行带宽预留的目的，传输效率较低的问题，使得本发明提高了数据流带宽预留的效率。
第二，由于本发明在方法中采用数据流带宽预留优先级获取方法的步骤，对不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取的不同数据流的优先级rank值、流年龄streamAge值、流标志值streamID值依次处理，按照数据流带宽预留优先级从高到低的顺序排列，得到排序后的数据流，对不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取的不同数据流的预留带宽值，以及不同传输路径上的接收方终端得到的不同数据流带宽预留优先级顺序，将相应传输路径上的带宽，依次分配给该路径上提出带宽预留申请的数据流，克服了现有技术先在网桥处判断带宽资源是否够用，然后在接收方终端再次判断接收方终端带宽资源是否够用，两次比较，降低了效率，增加了网桥的负担的问题，使得本发明提高了数据流带宽预留的效率、可以有效躲避节点数据发送碰撞。
附图说明
图1为本发明系统的示意图；
图2为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
本发明的实施例是一个发送方终端，分别向目标接收方相同的两个数据流的不同传输路径上的三个接收方终端(第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终终端)，同时发送两个数据流的带宽预留申请。
参照附图1，结合本发明的实施例，对本发明的系统做进一步的描述。
本发明的系统包括发送方终端、网桥、接收方终端。其中：
所述的发送方终端，向网桥发送声明报文；接收网桥发送的网桥注册报文。
所述网桥，将接收的声明报文，转发给不同传输路径上的接收方终端；接收不同传输路径上的接收方终端发送的接收方注册报文；从不同传输路径上的接收方终端接收的接收方注册报文中，分别提取不同数据流的接收方状态；采用接收方状态两两合并规则，对同一数据流来自不同接收方终端的接收方状态进行合并，得到同一数据流来自不同接收方终端的合并后的接收方状态；将接收的所有接收方注册报文中提取的每一个数据流的流标志streamID值，以及相应数据流的合并后的接收方状态，配置到网桥注册报文中；向发送方终端发送网桥注册报文。
所述接收方终端，接收由网桥转发的声明报文；从不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取不同数据流的发送方状态；判断不同数据流的发送方状态是否为发布状态；采用数据流带宽预留优先级获取方法，对不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取的不同数据流的优先级rank值、流年龄streamAge值、流标志streamID值依次处理，按照数据流带宽预留优先级从高到低的顺序排列，得到排序后的数据流；对不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取的不同数据流的预留带宽值，以及不同传输路径上的接收方终端得到的不同数据流带宽预留优先级顺序，将相应传输路径上的带宽，依次分配给该路径上提出带宽预留申请的数据流，设置带宽分配成功的数据流的接收方状态为就绪状态，设置带宽分配失败的数据流的接收方状态为请求失败状态；将每一个从不同传输路径上的接收方终端接收的声明报文中，分别提取的不同数据流的流标志streamID值，以及相应的不同数据流的接收方状态，配置到接收方注册报文中；向网桥发送接收方注册报文。
参照附图2，结合本发明的实施例，对本发明的方法做进一步的描述。
步骤1，发送声明报文。
发送方终端向网桥发送声明报文。
所述声明报文包括：第一个数据流和第二个数据流的预留的带宽、优先级rank、流年龄streamAge、流标志streamID、发送方状态；假设第一个数据流预留的带宽为40Mbps，优先级rank值为1，流年龄streamAge值为100000、MAC地址为01-80-C2-00-00-20，uniqueID为9，发送方状态为发布状态；假设第二个数据流预留的带宽为40Mbps，优先级rank值为1，流年龄streamAge值为100000、MAC地址为01-80-C2-00-00-20，uniqueID为10，发送方状态为发布状态。
步骤2，转发声明报文。
网桥将接收的声明报文，转发给第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终终端。
步骤3，提取发送方状态。
第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终端，从各自接收的声明报文中，分别提取第一个数据流、第二个数据流的发送方状态。
步骤4，第一个数据流、第二个数据流的发送方状态均为发布状态，所以，执行步骤5。
步骤5，对数据流进行排序。
第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终端，均采用数据流带宽预留优先级获取方法，从接收的声明报文中，分别提取第一个数据流、第二个数据流的优先级rank值、流年龄streamAge值、流标志streamID值依次处理，按照数流带宽预留优先级从高到低进行排序，得到第一个数据流的带宽预留优先级高于第二个数据流。
所述的数据流带宽预留优先级获取方法的具体步骤如下：
第1步，从第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终端接收的声明报文中，分别提取第一个数据流、第二个数据流的优先级rank值，此时第一个数据流、第二个数据流的优先级rank值均为1，将所提取的优先级rank值中为1的数据流，组成普通数据流集合；
第2步，对普通数据流集合中的数据流，根据从第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终端接收的声明报文中，分别提取的第一个数据流、第二个数据流的流年龄streamAge值，采用冒泡法分别进行排序，此时第一个数据流、第二个数据流的流年龄streamAge值相同；
第3步，对普通数据流集合中流年龄streamAge值相同的第一个数据流、第二个数据流，根据从第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终端声明报文中分别提取的第一个数据流、第二个数据流的流标志streamID值，采用冒泡法分别进行排序，将流标志streamID值最小的第一个数据流，设置为带宽预留优先级最高的数据流。
对第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终端接收的声明报文中，分别提取的第一个数据流的预留带宽值40Mbps和第二个数据流的预留带宽值40Mbps，以及第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终端得到的第一个数据流高于第二个数据流的带宽预留优先级顺序，将相应传输路径上的带宽，假设不同路径上可提供的预留带宽资源均为60Mbps，依次分配给该路径上提出带宽预留申请的第一个数据流和第二个数据流，设置带宽分配成功的第一个数据流的接收方状态为就绪状态，设置带宽分配失败的第二个数据流的接收方状态为请求失败状态。
所述的就绪状态是指，沿着发送方终端通往每一个接收方终端的路径，均存在足够的用于为相应路径上的数据流建立带宽预留的带宽资源。
步骤6，发送配置后的接收方注册报文。
将第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终端接收的声明报文中，分别提取的第一个数据流的流标志streamID值9和第二个数据流的流标志streamID值10，以及第一个数据流的接收方状态-就绪状态和第二个数据流的接收方状态-请求失败状态，配置到接收方注册报文中。
第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终端，分别向网桥发送接收方注册报文。
所述的接收方注册报文包括，每个数据流的流标志streamID、接收方状态，所述数据流的接收方状态包括，就绪状态或者请求失败状态。
步骤7，提取接收方状态,。
网桥从第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终端接收的接收方注册报文中，分别提取第一个数据流、第二个数据流的接收方状态。
步骤8，合并接收方状态。
网桥采用接收方状态两两合并规则，对第一个数据流来自第一个接收方终端的接收方状态-就绪状态、来自第二个接收方终端的接收方状态-就绪状态、来自第三个接收方终端的接收方状态-就绪状态进行合并，得到第一个数据流来自第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终端的合并后的接收方状态-就绪状态。
网桥采用接收方状态两两合并规则，对第二个数据流来自第一个接收方终端的接收方状态-请求失败状态、来自第二个接收方终端的接收方状态-请求失败状态、来自第三个接收方终端的接收方状态-请求失败状态进行合并，得到第二个数据流来自第一个接收方终端、第二个接收方终端、第三个接收方终端的合并后的接收方状态-请求失败状态。
所述的两两合并规则是指以下几种情形：
第一种情形，对同一数据流来自不同接收方终端的接收方状态，当其中一个接收方状态为就绪状态，另一个接收方状态为就绪状态时，将两个接收方状态合并为就绪状态；
第二种情形，对同一数据流来自不同接收方终端的接收方状态，当其中一个接收方状态为就绪状态，另一个接收方状态就绪失败状态时，将两个接收方状态合并为就绪失败状态；所述就绪失败状态是指，沿着发送方终端通往每一个接收方终端的路径，至少有一条路径上存在足够的用于为这条路径上的数据流建立带宽预留的带宽资源；至少有一条路径上不存在足够的用于为这条路径上的数据流建立带宽预留的带宽资源；
第三种情形，对同一数据流来自不同接收方终端的接收方状态，当其中一个接收方状态为就绪失败状态，另一个接收方状态为就绪失败状态时，将两个接收方状态合并为就绪失败状态；
第四种情形，对同一数据流来自不同接收方终端的接收方状态，当其中一个接收方状态为就绪失败状态，另一个接收方状态为请求失败状态时，将两个接收方状态合并为就绪失败状态；
第五种情形，对同一数据流来自不同接收方终端的接收方状态，当其中一个接收方状态为请求失败状态，另一个接收方状态为请求失败状态时，将两个接收方状态合并为请求失败状态。
步骤9，发送配置后的网桥注册报文。
网桥将接收的所有接收方注册报文中提取的第一个数据流的流标志streamID值9和第二个数据流的流标志streamID值10，以及第一个数据流的接收方状态-就绪状态和第二个数据流的接收方状态-请求失败状态，配置到网桥注册报文中。
网桥向发送方终端发送网桥注册报文。
步骤10，接收网桥注册报文。
发送方终端接收网桥注册报文，结束带宽预留过程，此时发送方终端为第一个数据流的带宽预留成功，为第二个数据流的带宽预留失败。