一种改进车载TSN网络中数据转发可靠性的方法及装置与流程

本发明涉及物联网，具体为一种改进车载tsn网络中数据转发可靠性的方法及装置。

背景技术：

1、tsn是车载网络中的重要技术，其主要作用是提供可预测性、实时性和高保障的网络传输，它可以通过时间同步、流控制和优先级等机制，保证网络传输的实时性和可靠性。在车联网中，为了改善车载tsn网络转发时延，通常采用一种技术，即cut-through方式转发数据报文，cut-through转发技术将到达的数据包的首部信息先全部读取出来，然后立即进行转发，避免了数据包在转发过程中的排队等待，从而减少了数据转发的时延。cut-through转发虽然可以提高车载tsn网络的转发速度和效率，降低数据转发的时延，但是其也存在以下缺点：1)错误的数据包因不能被及时检测出而不能在数据包mac地址学习前被丢弃；2)在cut-through转发中，缓存区的大小分配不当直接影响转发性能和效率；为了克服以上缺点，本发明设计一种改进车载tsn网络中数据转发可靠性的方法及装置，有效改善此问题带来的影响，从而确保cut-through转发对于车载tsn网络的可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改进车载tsn网络中数据转发可靠性的方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种改进车载tsn网络中数据转发可靠性的方法，方法包括：s1：cut-through转发数据包开始进入车载tsn网络设备；s2：动态管理模块通过感知数据报文的包长与带宽，实时管理缓存区模块的缓存大小分配；s3：经过缓存分配之后的cut-through数据包送往错包学习判断模块；s4：错包学习判断模块依据错包指示，进行是否需要学习smac的判断，并丢弃错误的数据包；s5：经过错包学习判断模块处理后，正确的cut-through数据包被送往mac表模块，进行学习动作；s6：正确的cut-through数据包学习完成后，转发出车载tsn网络设备。

3、进一步的，动态管理模块根据当前的网络状况和传输需求，动态地调整缓存区的大小和分配，主要分析过程包括分析不同网络情况对缓存区的影响、分析不同传输需求对缓存区的影响以及动态调整缓存大小分配，具体方案如下：

4、s2-1:网络状况指网络的流畅程度，顺畅的网络报文无堆积，缓存区所占空间很小，而拥塞越严重的网络报文堆积越厉害，此时缓存区所占空间较大以防止重传；

5、s2-2:传输需求指网络中传输数据的要求，包括带宽、延迟、可靠性方面的要求，不同的传输需求对缓存区产生不同的影响；对于带宽要求较高的传输需求，缓存区要具有较大的容量以保证数据能够及时地传输，避免数据的丢失和重传，同时还要具有高速的读写能力，以保证及时地处理和传输数据；对于延迟要求较高的传输需求，缓存区具有较小的容量和较短的读写时间，以保证数据及时地传输，避免因缓存区的延迟而导致数据传输的延迟；对于可靠性要求较高的传输需求，缓存区具有较大的容量和较高的容错能力，以保证数据能够在传输过程中不丢失和重传，同时还具有较高的读写速度，以确保及时地处理和传输数据；

6、s2-3:缓存区的总空间记为m，将缓存区的总空间m划分为不同的单位区间，每个区间由一个起始位置mx和一个缓存空间大小gx组成，表示为[m0,m0+g0)，[m1,m1+g1)，...，[mx,mx+gx)，每个出向端口的报文根据自身的拥塞情况获取一个值x，其中获取值x表示拥塞的严重程度，范围从0到x，其中0表示最顺畅，x表示最严重的拥堵情况；根据拥塞的严重程度x的值得到mx分配的空间域。

7、进一步的，经过缓存分配之后的cut-through数据包将含有数据包的包首信息、数据包的错包指示、源mac地址、目的mac地址以及vlan id信息送往错包学习判断模块，所述错包指示是指报文尾部fcs校验结果错误，本设备会将此校验结果作出1bit的错包指示信号。

8、进一步的，错包学习判断模块接收到一个数据包包尾送来的错包指示时，对数据包包尾的信息进行判断，若是正确的包则送给mac表模块，若是错误的包，错包学习判断模块将该错误的数据包丢弃，避免错误的数据包对网络产生负面影响。

9、进一步的，经过错包学习判断模块处理后，正确的cut-through数据包被送往mac表模块，进行学习动作的工作过程主要包括：

10、s5-1：在mac地址表中查找对应的mac地址记录；

11、s5-2：若查找到匹配的mac地址记录，表示该mac地址已经存在于mac地址表中，不需要进行学习动作；若查不到匹配的mac地址记录，则表示该mac地址是新的，需要进行学习动作；学习动作是指网络交换机在接收到一个数据包时，检查该数据包中的源mac地址，并将其关联到接收该数据包的端口上，这个过程建立一个映射关系，将mac地址与接口端口对应起来；

12、s5-3：在学习动作完成后，mac地址表逐渐积累起每个mac地址与其对应端口的映射关系。

13、进一步的，一种改进车载tsn网络中数据转发可靠性的装置，装置包括动态管理模块、缓存区模块、错包学习判断模块、mac表模块；

14、动态管理模块通过以太网与缓存区模块相连接，通过网络交换机实现数据的传输和通信；缓存区模块通过内部总线与错包学习判断模块连接；错包学习判断模块通过物理线缆与mac表模块相连接；mac表模块通过以太网与网络接口相连接。

15、进一步的，动态管理模块负责感知数据报文的包长和带宽，它会根据当前的网络状况和传输需求，动态地调整缓存区的大小和分配，并根据实时情况对其他模块进行调度和协调。

16、进一步的，缓存区模块负责实时响应动态管理模块的指令，它根据动态管理模块的指令，分配和调整缓存区的大小，以满足当前的数据传输需求；由于车载tsn网络中存在传输延迟和突发流量的情况，该模块用以解决数据包的不稳定性和突发性，当接收到的数据包无法立即进行处理或转发时，缓存区模块将其存储在缓冲区中，并在合适的时机转发给目标接口，以避免数据的丢失或延迟。

17、进一步的，错包学习判断模块负责检测和识别接收到的错误包，该模块通过分析数据包的包首信息、数据包的错包指示、源mac地址、目的mac地址以及vlan id信息，来判断数据包是否完整和正确，若发现数据包存在错误或异常，错包学习判断模块将此错包丢弃。

18、进一步的，mac表模块用于记录和管理与网络交换机接口相连的设备的mac地址，mac地址表包含已学习到的mac地址和与之对应的接口信息；当数据包到达交换机时，mac表模块将根据目的mac地址在表中查找对应的接口，并决定数据包转发的接口地址；同时，mac表模块实现mac地址的学习功能，若mac地址是新的，则mac表模块会将其添加到mac地址表中进行学习；若mac地址已经存在于mac地址表中，则不需要进行学习。

19、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明首先通过采用cut-through转发方式，数据包可以快速进入车载tsn网络设备，减少了传输延迟，提高了数据传输效率。其次，动态管理模块能够感知数据报文的包长和当前网络的带宽情况，实时管理缓存区模块的缓存大小分配，确保网络设备能够灵活适应不同的数据流量和网络条件，提高了系统的稳定性和吞吐量。错包学习判断模块根据错包指示判断是否需要学习源mac地址，并丢弃错误的数据包，增强了网络设备的容错能力，提高了数据传输的可靠性和质量。经过错包学习判断模块处理后的正确cut-through数据包被送往mac表模块进行学习动作，从而建立了mac地址与接口的对应关系，加快了数据包的转发速度和寻址准确性。综上所述，本发明的有益效果包括提高数据转发效率、减少传输延迟、增强容错性、提高数据转发的可靠性和质量，为车载tsn网络设备带来了显著的优势。