CN111510392A - 星上以太网流量动态控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种星上以太网流量动态控制的方法，本发明在TCP/IP协议4层结构的应用层中，通过接收端接收缓存的状态反馈和发送端发送速率的动态计算达到网络通信流量的动态控制效果。在星上以太网通信过程中，由于器件老化或故障使得原先网络收发的平衡速率被打破，数据接收端的接收缓存通过触发不同容量的阈值信号，向数据发送端反馈对应的流控信息。数据发送端采用二分逼近法不断地根据数据接收端反馈的流控信息动态计算修正发送速率，直至达到预先设定的动态计算次数或网络收发速率重新到达平衡为止。

Description

星上以太网流量动态控制的方法

技术领域

本发明涉及一种星上以太网流量动态控制的方法。

背景技术

目前，航天器应用的领域越来越广泛，相应的星载数据的种类和数量也随之急剧增长，大量的数据需要在星上各个模块之间传输，传统的串口和低速以太网通信无法满足星上大数据量实时传输的要求。为了应对单机模块之间大数据量的通信，高速的千兆以太网随之被星上单机采用。

以太网通信时，当数据发送端的发送速率和数据接收端的数据接收处理的速率达到平衡，才能使得所有的传输数据完整的被接收处理，保证数据传输的质量。航天器工作的空间环境复杂恶劣，电子系统长时间运行可能出现性能衰退导致数据接收端处理能力变弱，从而使得数据接收速率下降，破坏原有以太网数据收发速率的平衡。接收端若是来不及接收处理发送过来的以太网数据，将会导致重要数据的丢失，严重破坏了航天器所需要执行的任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星上以太网流量动态控制的方法。

为解决上述问题，本发明提供一种星上以太网流量动态控制的方法，包括：

在TCP/IP协议的四层结构的应用层中，通过网络数据的接收端的接收缓存的不同容量阈值的反馈信息和网络数据的发送端发送速率的不断地动态计算修正，维护网络数据收发速率的达到新的动态平衡。

进一步的，在上述方法中，通过网络数据接收端的接收缓存的不同容量阈值的反馈信息，包括：

网络数据的接收端维护一块数据接收缓存空间，并为所述接收缓存空间设置三个容量阈值，分别为：下限阈值、标识阈值和上限阈值，其中，所述上限阈值最大，标识阈值次之，下限阈值最小，接收缓存空间中的数据量在达到不同阈值时，根据相应的机制判断是否反馈相应的流控信号。

进一步的，在上述方法中，接收缓存空间中的数据量在达到不同阈值时，根据相应的机制判断是否反馈相应的流控信号，包括：

当接收缓存空间中的数据量在达到下限阈值时，只有反馈过标识阈值或上限阈值信息后才会启用，并且在反馈过下限阈值后，下限阈值失效直至再次反馈标识阈值或上限阈值。

进一步的，在上述方法中，接收缓存空间中的数据量在达到不同阈值时，根据相应的机制判断是否反馈相应的流控信号，包括：

当接收缓存空间中的数据量在达到标识阈值时，网络数据的接收端在首次反馈上限阈值信息后就启用标识阈值，网络数据的发送端只有在以开始的发送速率或低速率发送数据的情况下，收到反馈的标识阈值流控信号才处理该流控信息，否则不予处理。

进一步的，在上述方法中，接收缓存空间中的数据量在达到不同阈值时，根据相应的机制判断是否反馈相应的流控信号，包括：

当接收缓存空间中的数据量在达到上限阈值时，直接向发送端反馈上限阈值流控信号。

进一步的，在上述方法中，维护网络数据收发速率的达到新的动态平衡，包括：

网络开始时处于数据收发速率平衡的发送速率S_orig，远低于S_orig的低速率S_lowest，每次收到接收端的上限阈值信号，发送端的发送速率会修正为S_lowest发送数据；每次收到接收端的下限阈值信号，发送端的发送速率修正为S_orig发送数据，然后在收到标识阈值时，接收端采用二分逼近法计算新的发送速率。

进一步的，在上述方法中，接收端采用二分逼近法计算新的发送速率，包括以下步骤：

S1：发送端采用速率S_orig发送数据，当收到接收端的上限阈值的流控信号时，将发送速率设为S_lowest发送数据，同时设置S_low＝S_lowest，S_high＝S_orig；

S2：发送端在收到标识阈值流控信号后，计算新的发送速率S_mid＝(S_low+S_high)/2，并修正发送速率为S_mid；

S3：当发送端以S_mid的速率发送数据时，收到上限阈值流控信号时，将发送速率设为S_lowest发送数据；否则转到S5执行；

S4：当发送端收到标识阈值流控信号时，设置S_high＝S_mid，同时转到S2执行；

S5：当发送端以S_mid的速率发送数据时，收到下限阈值流控信号时，判断发送速率动态计算次数是否达到设定值，若达到则当前S_mid为新的平衡速率，结束发送速率的动态计算；若没有达到则转到S6执行；

S6：将发送速率设为S_orig发送数据；

S7：当发送端收到标识阈值流控信号时，设置S_low＝S_mid，同时转到S2执行。

与现有技术相比，本发明在TCP/IP协议4层结构的应用层中，通过接收端接收缓存的状态反馈和发送端发送速率的动态计算达到网络通信流量的动态控制效果。在星上以太网通信过程中，由于器件老化或故障使得原先网络收发的平衡速率被打破，数据接收端的接收缓存通过触发不同容量的阈值信号，向数据发送端反馈对应的流控信息。数据发送端采用二分逼近法不断地根据数据接收端反馈的流控信息动态计算修正发送速率，直至达到预先设定的动态计算次数或网络收发速率重新到达平衡为止。

附图说明

图1是网络数据流量动态控制的整体示意图；

图2是发送速率二分逼近法动态计算示意图；

图3是发送速率二分逼近法动态计算流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种星上以太网流量动态控制的方法，包括：

在TCP/IP协议的四层结构的应用层中，通过网络数据的接收端的接收缓存的不同容量阈值的反馈信息和网络数据的发送端发送速率的不断地动态计算修正，维护网络数据收发速率的达到新的动态平衡，以此实现网络数据流量的动态控制效果。

本发明解决航天器接收端接收数据能力下降后，导致以太网数据收发速率不平衡，使得数据来不及接收丢失而影响航天器所需执行的重要任务。利用本发明能够使得航天器各单机模块之间，在以太网收发速率失衡后通过流量的动态控制重新趋于平衡状态，保证以太网数据通信的质量。

本发明就是针对航天器在恶劣空间、长期无人值守的环境下，由于以太网数据接收端处理性能下降等原因导致数据接收能力变弱，使得原有的以太网数据收发速率平衡破坏后，通过数据接收端的接收缓存状态反馈和数据发送端发送速率的动态计算，使能收发速率重新趋于平衡，达到以太网通信时数据流量的控制效果。

优选的，通过网络数据接收端的接收缓存的不同容量阈值的反馈信息，包括：

网络数据的接收端维护一块数据接收缓存空间，并为所述接收缓存空间设置三个容量阈值，分别为：下限阈值、标识阈值和上限阈值，其中，所述上限阈值最大，标识阈值次之，下限阈值最小，接收缓存空间中的数据量在达到不同阈值时，根据相应的机制判断是否反馈相应的流控信号。

优选的，接收缓存空间中的数据量在达到不同阈值时，根据相应的机制判断是否反馈相应的流控信号，包括：

当接收缓存空间中的数据量在达到下限阈值时，只有反馈过标识阈值或上限阈值信息后才会启用，并且在反馈过下限阈值后，下限阈值失效直至再次反馈标识阈值或上限阈值；

当接收缓存空间中的数据量在达到标识阈值时，网络数据的接收端在首次反馈上限阈值信息后就启用标识阈值，网络数据的发送端只有在以开始的发送速率或低速率发送数据的情况下，收到反馈的标识阈值流控信号才处理该流控信息，否则不予处理；

当接收缓存空间中的数据量在达到上限阈值时，只要接收缓存空间中缓存的数据量达到上限阈值就会直接向发送端反馈上限阈值流控信号。

优选的，维护网络数据收发速率的达到新的动态平衡，包括：

网络开始时处于数据收发速率平衡的发送速率S_orig，远低于S_orig的低速率S_lowest，为了加快新的平衡速率的计算，每次收到接收端的上限阈值信号，发送端的发送速率会修正为S_lowest发送数据；每次收到接收端的下限阈值信号，发送端的发送速率修正为S_orig发送数据，然后在收到标识阈值时，接收端采用二分逼近法计算新的发送速率。

优选的，接收端采用二分逼近法计算新的发送速率，包括以下步骤：

S1：发送端采用速率S_orig发送数据，当收到接收端的上限阈值的流控信号时，将发送速率设为S_lowest发送数据，同时设置S_low＝S_lowest，S_high＝S_orig；

S2：发送端在收到标识阈值流控信号后，计算新的发送速率S_mid＝(S_low+S_high)/2，并修正发送速率为S_mid；

S3：当发送端以S_mid的速率发送数据时，收到上限阈值流控信号时，将发送速率设为S_lowest发送数据；否则转到S5执行；

S4：当发送端收到标识阈值流控信号时，设置S_high＝S_mid，同时转到S2执行；

S5：当发送端以S_mid的速率发送数据时，收到下限阈值流控信号时，判断发送速率动态计算次数是否达到设定值，若达到则当前S_mid为新的平衡速率，结束发送速率的动态计算；若没有达到则转到S6执行；

S6：将发送速率设为S_orig发送数据；

S7：当发送端收到标识阈值流控信号时，设置S_low＝S_mid，同时转到S2执行。

具体的，如图1至图3所示，本发明提供一种星上以太网流量动态控制的方法包括如下步骤：

步骤一，数据发送端和接收端之间建立UDP通信，建立两个不同的端口，其中一个端口传输数据，另一个端口传输流控信息。数据接收端初始化一块接收缓存空间，设置下限阈值为接收缓存大小的四分之一，设置标识阈值为接收缓存大小的二分之一，设置上限阈值为接收缓存大小的四分之三。其中，上限阈值一直有效，当缓存中缓存的数据量达到上限阈值，就触发上限阈值信号即向接收端发送上限阈值流控信息；标识阈值在以太网收发速率平衡破坏后首次触发上限阈值后启用；下限阈值在标识阈值或上限阈值触发后启动，在触发过下限阈值后失效，直至再次触发标识阈值或上限阈值。

步骤二，数据发送端在收发速率平衡阶段使用速率S_orig发送数据。降低数据接收端的数据处理能力，模拟星上数据接收速率降低的工况。当以太网收发速率平衡破坏后，数据发送端接收到上限阈值流控信号后，将发送速率设置为超低速发送，例如星上能够完成对应任务所需以太网数据传输的最低速率S_lowest。同时给两个变量赋值，S_low＝S_lowest，S_high＝S_orig。

步骤三，当接收端收到标识阈值流控信息时，计算新的发送速率S_mid＝(S_low+S_high)/2，同时将动态计算次数加一，并修正发送速率为S_mid发送数据。

步骤四，数据发送端在以S_mid发送数据过程中，若是收到标识阈值流控信息直接丢弃不予处理，只有在以速率S_orig或S_lowest发送数据时收到标识阈值信息才会处理。当数据发送端以S_mid速率发送数据时收到上限阈值流控信号时，将发送速率设置S_lowest发送数据；否则转到步骤六执行。

步骤五，当数据发送端收到标识阈值信息后，设置S_high＝S_mid，同时转到步骤三执行。

步骤六，当数据发送端收到下限阈值信号时，判断发送速率动态计算次数是否到达预设值(例如本例中的5次)。若是已达到预设值，则当前的发送速率S_mid为新的平衡速率，动态计算结束；若没有达到预设值则转到则步骤七执行。

步骤七，将发送速率设置为S_orig发送数据。

步骤八，当数据接收端收到标识阈值信息时，设置S_low＝S_mid，同时转到步骤三执行。

综上所述，本发明主要是针对星上以太网数据传输过程中，在收发速率平衡被打破，接收端数据接收能力下降后，通过利用数据接收端接收缓存对缓存中缓存数据量触发的不同阈值信息的反馈，在数据接收端根据不同阈值的反馈信号采用二分逼近法动态计算修正发送速率，使得星上以太网数据收发速率在无人值守的情况下重新趋于新的平衡状态，以此达到以太网数据通信过程中流量的动态控制，确保星上任务顺利执行。本发明中可以通过调整发送速率动态计算次数的预设值来调节新的平衡速率的计算时间和准确性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种星上以太网流量动态控制的方法，其特征在于，包括：

在TCP/IP协议的四层结构的应用层中，通过网络数据的接收端的接收缓存的不同容量阈值的反馈信息和网络数据的发送端发送速率的不断地动态计算修正，维护网络数据收发速率的达到新的动态平衡。

2.如权利要求1所述的星上以太网流量动态控制的方法，其特征在于，通过网络数据接收端的接收缓存的不同容量阈值的反馈信息，包括：

网络数据的接收端维护一块数据接收缓存空间，并为所述接收缓存空间设置三个容量阈值，分别为：下限阈值、标识阈值和上限阈值，其中，所述上限阈值最大，标识阈值次之，下限阈值最小，接收缓存空间中的数据量在达到不同阈值时，根据相应的机制判断是否反馈相应的流控信号。

3.如权利要求2所述的星上以太网流量动态控制的方法，其特征在于，接收缓存空间中的数据量在达到不同阈值时，根据相应的机制判断是否反馈相应的流控信号，包括：

当接收缓存空间中的数据量在达到下限阈值时，只有反馈过标识阈值或上限阈值信息后才会启用，并且在反馈过下限阈值后，下限阈值失效直至再次反馈标识阈值或上限阈值。

4.如权利要求2所述的星上以太网流量动态控制的方法，其特征在于，接收缓存空间中的数据量在达到不同阈值时，根据相应的机制判断是否反馈相应的流控信号，包括：

当接收缓存空间中的数据量在达到标识阈值时，网络数据的接收端在首次反馈上限阈值信息后就启用标识阈值，网络数据的发送端只有在以开始的发送速率或低速率发送数据的情况下，收到反馈的标识阈值流控信号才处理该流控信息，否则不予处理。

5.如权利要求2所述的星上以太网流量动态控制的方法，其特征在于，接收缓存空间中的数据量在达到不同阈值时，根据相应的机制判断是否反馈相应的流控信号，包括：

当接收缓存空间中的数据量在达到上限阈值时，直接向发送端反馈上限阈值流控信号。

6.如权利要求1所述的星上以太网流量动态控制的方法，其特征在于，维护网络数据收发速率的达到新的动态平衡，包括：

网络开始时处于数据收发速率平衡的发送速率S_orig，远低于S_orig的低速率S_lowest，每次收到接收端的上限阈值信号，发送端的发送速率会修正为S_lowest发送数据；每次收到接收端的下限阈值信号，发送端的发送速率修正为S_orig发送数据，然后在收到标识阈值时，接收端采用二分逼近法计算新的发送速率。

7.如权利要求6所述的星上以太网流量动态控制的方法，其特征在于，接收端采用二分逼近法计算新的发送速率，包括以下步骤：

S1：发送端采用速率S_orig发送数据，当收到接收端的上限阈值的流控信号时，将发送速率设为S_lowest发送数据，同时设置S_low＝S_lowest，S_high＝S_orig；

S2：发送端在收到标识阈值流控信号后，计算新的发送速率S_mid＝(S_low+S_high)/2，并修正发送速率为S_mid；

S3：当发送端以S_mid的速率发送数据时，收到上限阈值流控信号时，将发送速率设为S_lowest发送数据；否则转到S5执行；

S4：当发送端收到标识阈值流控信号时，设置S_high＝S_mid，同时转到S2执行；

S5：当发送端以S_mid的速率发送数据时，收到下限阈值流控信号时，判断发送速率动态计算次数是否达到设定值，若达到则当前S_mid为新的平衡速率，结束发送速率的动态计算；若没有达到则转到S6执行；

S6：将发送速率设为S_orig发送数据；

S7：当发送端收到标识阈值流控信号时，设置S_low＝S_mid，同时转到S2执行。

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