基于分段帧复制和消除的时间敏感网络动态冗余机制研究

为解决时间敏感网络IEEE 802.1CB协议中并未明确如何实现复制帧的可靠传输的问题,以及从端到端角度进行可靠性保护存在的网络资源浪费问题,提出了一种基于分段帧复制和消除的时间敏感网络动态冗余机制。该机制利用可靠性概率模型根据数据流优先级的不同对各数据流部署不同的冗余路径,同时借助分段保护的思想实现对网络冗余的压缩处理,能够在保证数据传输高可靠性的同时有效地压缩网络冗余。该算法首先根据数据流的优先级对客户端流进行筛选,仅针对优先级大于等于4的数据流进行冗余保证;其次,利用遗传算法计算源节点和目的节点之间的最优主路径进行数据传输,并根据可靠性概率模型判断是否达到预期可靠性,若没有达到,将使用分段帧复制和消除手段来确认冗余路径以及需要部署的FERE-NODE数量;最后,经过不断迭代更新获得部署FERE-NODE的最优解以及最佳冗余路径策略。通过在NeSTiNg平台搭建仿真实验,结果表明,在与最短路径算法、基于拉格朗日松弛的时延约束的最小代价算法(DCLC)两种基准算法的对比中,所提冗余算法在丢包率分别降低了0.15%,0.23%,平均时延上分别降低了9.33%,7.35%;在与两种端到端的冗余机制ETE-FRER和ONE-FRER的对比中,所提冗余算法在99.999%可靠性要求下的带宽消耗分别降低了35.0%,12.4%,充分验证了该算法在保证网络高可靠性的同时能够有效地降低网络冗余消耗。

时间敏感网络中基于边不相交路径对选择的帧复制与消除机制

工业互联网应用如工业自动化控制系统,对网络提出了更严格的性能要求,包括有界低时延、低抖动与高可靠。传统以太网尽力而为的转发技术难以满足工业互联网确定性的传输需求。IEEE 802.1工作组在标准化的时间敏感网络增强了以太网的时间同步、确定流调度以及可靠性等功能。帧复制与消除机制FRER通过在2条源节点与目的节点相同且不相交路径上并行传输相同的帧,并在目的节点消除重复帧,提高了时间敏感网络的可靠性。该机制存在以下2个问题:(1)路径选择未考虑路径自身可靠性;(2)完全不相交的路径对可能不存在。通过构建路径可靠性模型,提出基于边不相交路径对计算方法,解决了上述问题。仿真结果表明:提出的机制有效提高了路径可靠性的同时降低了帧的时延抖动;当网络负载为0.9时,提出的机制与传统FRER及FRER-MPC相比,时延抖动分别降低了15.6%和11.19%。

5G确定性网络关键技术研究和应用

5G确定性网络是支撑5G+工业互联网建设的重要一环,研究5G确定性网络的关键技术和落地方案具有重要意义。首先研究5G超高可靠低时延通信技术以及帧复制和消除技术,以降低传输时延并提高可靠性,其次在5G网络中探索循环队列转发技术,以消除端到端抖动,最后提出一种5G确定性网络落地方案,并在实际工业生产实验室中进行试验。试验结果表明,所提网络方案的综合性能优于现有网络方案,可以满足众多工业场景对5G确定性网络的需求。

5G多路冗余传输技术综述

当前社会正处在科技高速发展的时代,无线通信技术的迅猛发展不仅推动了工业、交通、医疗等领域的数字化转型,也在不断升级无线通信网络,试图从有线向无线化迈进。随着计算机技术和无线通信技术的不断演进,许多应用场景要求在无线环境下实现高可靠传输。特别是面向现代工业自动化、自动驾驶等领域,对高可靠传输的需求更为迫切。深入研究了作为当前业界最先进的无线传输技术之一的5G技术,重点关注了5G系统内多路冗余传输技术。综述了该技术在应用背景、技术原理和技术路线方面的关键要点。在应用背景方面,突出了5G冗余传输在现代工业自动化、自动驾驶等无线场景中的实际应用需求。在技术原理方面,有针对性地从业务端到端多路冗余传输对有关研究进行归纳和梳理,重点分析5G多路冗余传输的技术原理,解释了其在提高传输可靠性方面的独特优势。在技术路线方面,综合考虑了5G多路冗余传输技术的发展方向和各种可能的实施路径。最后,指出5G多路冗余传输技术未来发展的困难和挑战,并探讨其未来发展趋势,以更好地理解5G冗余传输技术在无线通信领域的关键作用和前景。