一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备和方法与流程

1.本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备和方法。


背景技术：

2.flexe(flexible ethernet，灵活以太网)是承载网实现业务隔离和网络切片的一种接口技术。通过打破mac层与phy层强绑定的一对一映射关系，flexe实现了对接口资源的灵活、精细化管理，解决了不同客户业务需求与网络能力之间不平衡的问题，使部分行业对硬管道隔离、带宽按需分配的需求得到了满足。ip网络的融合承载已成为大势所趋。随着新应用、新业务的不断涌现，现有的通信行业在按需快速组网、资源灵活配置等方面，面临新的挑战。以捆绑、通道化和子速率功能为基础，flexe在ip网络中通过大带宽接口、网络切片、通道化子接口物理隔离等特性，可以实现带宽按需分配、硬管道隔离等方案，这些方案可用于支持基于业务体验的未来网络架构，以支撑未来的高带宽视频、vr/ar、5g等业务发展。目前，flexe主要应用在超大带宽接口、ip+optical灵活组网以及网络切片等场景中。
3.flexe的实施进一步增大了数据路由的压力，在一些场景下由于数据类型复杂，存在数据传输不稳定，丢包率高和时延不可控的问题，缺乏安全性。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明实施例提供了一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备和方法，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，解决现有flexe网络由于数据量和数据类型复杂导致的传输不稳定、效率低且路由压力大的问题。
5.本发明的一个方面提供了一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备，包括：
6.现场可编程门阵列，所述现场可编程门阵列构建多个flexe端口，通过flexe端口外接多个物理接口；所述现场可编程门阵列用于创建多个flexe组，并将各flexe端口虚拟化为客户端client并加入所述flexe组，由所述现场可编程门阵列根据所配置的带宽为各客户端分配时隙以基于灵活以太网进行数据传输；
7.确定性网络终端，所述确定性网络终端通过多协议标签交换网络端组连接所述现场可编程门阵列，并关联至各客户端；
8.交换芯片，所述交换芯片通过多个虚拟通道口连接所述确定性网络终端，并将各虚拟通道口关联至各客户端；所述交换芯片还用于连接上层应用或设备；所述
9.所述确定性网络终端还用于对所述交换芯片和所述现场可编程门阵列之间交互的多种格式的报文数据包按照设定格式进行封装和打包为封装数据包，所述设定格式至少包括关联引流标签和流指示。
10.在一些实施例中，所述封装数据包括预设数据长度的标签值、保留位、指示位和生存时间位，所述标签值标记用于转发的指针，所述指示位用于指示栈底，所述生存时间位用
于指示数据生存时间。
11.在一些实施例中，所述封装后的报文数据包包括：所述关联引流标签、物理端口信息、flexe端口信息、客户端组信息、多协议标签交换网络端组信息、虚拟通道口信息和流指示。
12.在一些实施例中，所述确定性网络终端包括边缘路由器和/或标签交换路由器。
13.另一方面，本发明还提供一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法，所述方法在上述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备上运行，所述方法包括：
14.由交换芯片通过虚拟通道口将待发送的报文数据包发送至确定性网络终端；
15.由所述确定性网络终端按照预设多协议标签交换体系将所述报文数据包格式封装为封装数据包，以基于多协议标签交换的形式进行数据路由；由所述确定性网络终端将所述封装数据包发送至现场可编程门阵列；由所述现场可编程门阵列创建flexe组，将被设置为flexe端口的物理端口添加到所述flexe组；将各flexe端口虚拟化为客户端client加入所述flexe组，并关联至所述交换芯片中的所述虚拟通道；由所述现场可编程门阵列根据所配置的带宽为各客户端分配时隙，基于灵活以太网通过关联所述虚拟通道的客户端将所述封装数据包传输至所述物流端口，以进行传输。
16.在一些实施例中，由所述确定性网络终端按照预设多协议标签交换体系将所述报文数据包格式封装为封装数据包，包括：配置关联引流标签、物理端口信息、flexe端口信息、客户端组信息、多协议标签交换网络端组信息、虚拟通道口信息和流指示，并封装所述报文数据包。
17.在一些实施例中，所述关联引流标签采用预设的多协议标签交换标签栈编码，依次包括标签值、保留位、指示位和生存时间位，所述标签值标记用于转发的指针，所述指示位用于指示栈底，所述生存时间位用于指示数据生存时间。
18.在一些实施例中，所述标签值为20bit，所述保留位为3bit、所述指示位为1bit和所述生存时间位为8bit。
19.在一些实施例中，所述流指示依次包括20bit的流id、3bit的保留值，1bit的s位指示是否为栈底，8bit的next header；其中，所述保留值的最后一位sn flag指示是否有封包序号值，所述next header用于指示所述封包序号值后的封装类型。
20.另一方面，本发明还提供一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法，所述方法在上述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备上运行，所述方法包括：
21.由所述现场可编程门阵列创建flexe组，将被设置为flexe端口的物理端口添加到所述flexe组；将各flexe端口虚拟化为客户端client加入所述flexe组，并关联至交换芯片中的虚拟通道；
22.由所述现场可编程门阵列根据所配置的带宽为各客户端分配时隙，基于灵活以太网通过所述客户端接收报文数据包，并通过多协议标签交换网络端组发送至确定性网络终端；
23.由所述确定性网络终端按照预设多协议标签交换体系将所述报文数据包格式封装为封装数据包，以基于多协议标签交换的形式进行数据路由；所述确定性网络终端将所述封装数据包通过虚拟通道口发送至交换芯片；
24.由所述交换芯片对所述封装数据包进行转发。
25.本发明的有益效果至少是：
26.本发明所述基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备和方法中，所述数据交换设备将flexe的接口管理配置与确定性网络进行融合，将实体的物理接口通过现场可编程门阵列配置的flexe端口关联至创建的虚拟客户端client和flexe组；而将客户端通过mpls网络协议与detnet终端的mpls网络端组进行关联，对发送或接收的客户端的多种格式的报文数据包按照设定格式进行格式封装，得到封装数据包，封装数据包再由交换芯片进行发送或接收，实现接口安全和高效管理的交互功能。使得报文数据包在接口之间的数据流通拓扑关系明确、数据交换有序、数据交换有生存时间，保证海量关联数据交换的正确率。
27.本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
28.本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
29.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
30.图1为本发明一实施例所述基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备的结构示意图。
31.图2为本发明一实施例所述基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法的流程示意图。
32.图3为本发明另一实施例所述基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法的流程示意图。
33.图4为本发明另一实施例所述基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法的流程示意图。
具体实施方式
34.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
35.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
36.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
37.在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
38.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
39.flexe技术通过引入flexe shim层实现了mac与phy层解耦，从而实现了灵活的速率匹配。flexe通用架构包括flexe client、flexe shim和flexe group，其中：flexe client：对应网络中外在观察到的各种用户接口，与现有ip/ethernet网络中的传统业务接口一致。每个flexe client可根据带宽需求灵活配置，支持各种速率的以太网mac数据流，并通过64b/66b的编码方式将数据流传递至flexe shim层；flexe shim：作为插入mac层与phy层中间的一个逻辑层，通过基于时隙分配器calendar的slot分发机制实现flexe技术的核心架构；flexe group：本质上是各种以太网phy层，默认把phy的带宽池化为5g粒度的资源。
40.在通过flexe进行数据传输的过程中，由于ip网络融合承载已成为大势所趋，对资源的灵活配置提出了更高要求，现在的网络通信中，由于数据量数据类型和数据量极其庞大，会对数据路由造成极大压力，对网络数据传输的稳定性提出了新的挑战。
41.为了实现海量数据的无冲突路由，本发明提供基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备，如图1所示，包括：现场可编程门阵列、确定性网络终端和交换芯片。
42.现场可编程门阵列构建多个flexe端口，通过flexe端口外接多个物理接口；现场可编程门阵列用于创建多个flexe组，并将各flexe端口虚拟化为客户端client并加入flexe组，由现场可编程门阵列根据所配置的带宽为各客户端分配时隙以基于灵活以太网进行数据传输。
43.确定性网络终端(detnet终端)通过多协议标签交换(mpls)网络端组连接现场可编程门阵列，并关联至各客户端。
44.交换芯片通过多个虚拟通道口连接确定性网络终端，并将各虚拟通道口关联至各客户端；交换芯片还用于连接上层应用或设备。
45.确定性网络终端还用于对交换芯片和现场可编程门阵列之间交互的多种格式的报文数据包按照设定格式进行封装和打包为封装数据包，设定格式至少包括关联引流标签和流指示。
46.在本实施例中，所述基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备将detnet终端与flexe技术进行融合，为了保证数据的稳定转发，本实施例将flexe端口虚拟化得到的客户端client、确定性网络终端的多协议标签交换网络端组以及交换芯片的虚拟通道口进行关联，建立数据传递和交换的有序链路。
47.detnet也称为确定性网络，是指利用网络资源打造可预测、可规划、可设计、可验证、具有确定性能力的专网，确定性能力涵盖了时延确定、抖动确定、丟包确定、带宽确定、路径确定、连接确定、可靠性确定等。在确定性网络中，关键事件的发生可以事先调度规划好的。通过各个子系统之间通信任务的特定规划，使关键任务处于一种无冲突的状态。detnet架构将与detnet相关的数据平面功能分为两个子层：服务子层和转发子层。服务子层用于提供detnet服务功能，如保护和重新排序，包含detnet控制字(d-cw)和识别服务标签(s-label)；转发子层用于提供转发保证(低损耗、有保证的延迟和有限的重新排序)。
48.本实施例中，确定性网络终端构建多协议标签交换网络端组连接现场可编程门阵列并关联至相应的虚拟客户端。并基于多协议标签交换(mpls)技术进行报文数据包的封装
和路由。
49.多协议标签交换(mpls)是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力。更特殊的是，它具有管理各种不同形式通信流的机制。mpls独立于第二和第三层协议，提供了一种方式将ip地址映射为简单的具有固定长度的标签，用于不同的包转发和包交换技术。它是现有路由和交换协议的接口，如网际互连协议(ip)、异步传输模式(atm)、帧中继、资源预留协议(rsvp)、开放最短路径优先(osrf)等。多协议标签交换mpls最初是为了提高转发速度而提出的。与传统ip路由方式相比，它在数据转发时，只在网络边缘分析ip报文头，而不用在每一跳都分析ip报文头，从而节约了处理时间。
50.在一些实施例中，关联引流标签包括预设数据长度的标签值、保留位、指示位和生存时间位，标签值标记用于转发的指针，指示位用于指示栈底，生存时间位用于指示数据生存时间。标签值为20bit，保留位为3bit、指示位为1bit和生存时间位为8bit。
51.在一些实施例中，封装数据包包括：关联引流标签、物理端口信息、flexe端口信息、客户端组信息、多协议标签交换网络端组信息、虚拟通道口信息和流指示。
52.在一些实施例中，确定性网络终端包括边缘路由器和/或标签交换路由器。其中边缘路由器用于对进入网络的数据进行数据封装，标签交换路由器则是按照封装后的标签进行路由。
53.另一方面，本发明还提供一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法，所述方法在上述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备上运行，所述方法包括步骤s101～s103，本实施例中步骤s101～s103是经客户端向外发送数据的过程，包括：
54.步骤s101：由交换芯片通过虚拟通道口将待发送的报文数据包发送至确定性网络终端。
55.步骤s102：由确定性网络终端按照预设多协议标签交换体系将报文数据包格式封装为封装数据包，以基于多协议标签交换的形式进行数据路由；由确定性网络终端将封装数据包发送至现场可编程门阵列。
56.步骤s103：由现场可编程门阵列创建flexe组，将被设置为flexe端口的物理端口添加到flexe组；将各flexe端口虚拟化为客户端client加入flexe组，并关联至交换芯片中的虚拟通道；由现场可编程门阵列根据所配置的带宽为各客户端分配时隙，基于灵活以太网通过关联虚拟通道的客户端将封装数据包包传输至物流端口，以进行传输。
57.在一些实施例中，由确定性网络终端按照预设多协议标签交换体系将报文数据包格式封装为封装数据包，包括：配置关联引流标签、物理端口信息、flexe端口信息、客户端组信息、多协议标签交换网络端组信息、虚拟通道口信息和流指示，并封装报文数据包为封装数据包。
58.在一些实施例中，关联引流标签采用预设的多协议标签交换标签栈编码，依次包括标签值、保留位、指示位和生存时间位，标签值标记用于转发的指针，指示位用于指示栈底，生存时间位用于指示数据生存时间。
59.在一些实施例中，标签值为20bit，保留位为3bit、指示位为1bit和生存时间位为8bit。
60.在一些实施例中，所述流指示依次包括20bit的flowid、3bit的保留值，1bit的s位
指示是否为栈底，8bit的next header；其中，所述保留值的最后一位sn flag指示是否有封包序号值，所述next header用于指示所述封包序号值后的封装类型。
61.另一方面，本发明还提供一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法，所述方法在上述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备上运行，所述方法包括步骤s201～s204，本实施例中步骤s201～s204是经客户端向内接收数据的过程：
62.步骤s201：由现场可编程门阵列创建flexe组，将被设置为flexe端口的物理端口添加到flexe组；将各flexe端口虚拟化为客户端client加入flexe组，并关联至交换芯片中的虚拟通道。
63.步骤s202：由现场可编程门阵列根据所配置的带宽为各客户端分配时隙，基于灵活以太网通过客户端接收报文数据包，并通过多协议标签交换网络端组发送至确定性网络终端。
64.步骤s203：由确定性网络终端按照预设多协议标签交换体系将报文数据包格式封装为封装数据包，以基于多协议标签交换的形式进行数据路由；确定性网络终端将封装数据包通过虚拟通道口发送至交换芯片。
65.步骤s204：由交换芯片对封装数据包进行转发。
66.下面结合具体实施例对本发明进行说明：
67.如图1所示，本实施例一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备，包括交换芯片，交换芯片设置inlk口(虚拟接口)；与inlk口连接的detnet终端；与所述detnet终端连接的现场可编程门阵列fpga，fpga外接若干个物理端口。
68.fpga创建flex组，将被设置为flexe端口的物理端口添加到flexe组；fpga在flexe组中创建关联flexe端口的客户端client组，并根据所配置的带宽为客户端client组分配时隙，其中，一个flexe端口对应预设数量的时隙。
69.detnet终端为客户端client组创建关联的mpls网络端组(多协议标签交换网络端)，detnet终端对通过mpls网络端组的多种格式的报文数据包按照设定格式进行格式封装，得到封装数据包，封装数据包分别发送给交换芯片和fpga。
70.交换芯片为mpls网络端组创建关联的inlk通道口，根据所配置的带宽为inlk通道口设置带宽，并为inlk通道口分配端口号。
71.在一些实施例中，对于通过客户端client组发送的报文数据包，交换芯片通过第一inlk通道口将该报文数据包发送给detnet终端，detnet终端对报文数据包进行格式封装，封装后的封装数据包由detnet终端的mpls网络端组通过关联的客户端client组发送给fpga，由fpga通过为客户端client组分配的时隙发送封装数据包通过关联的flexe端口给物理端口。
72.在一些实施例中，对于接收到的客户端client组的报文数据包，fpga通过关联的mpls网络端组将报文数据包发送给detnet终端，detnet终端对报文数据包进行格式封装，得到封装数据包，封装数据包由detnet终端的mpls网络端组通过关联的inlk通道口发送给交换芯片，由交换芯片根据inlk通道口对应的端口号对封装数据包进行转发。
73.在一些实施例中，封装数据包包括：关联引流标签、物理端口信息、flexe端口信息、客户端client组信息、mpls网络端组信息、inlk通道口信息、流指示。
74.在一些实施例中，关联引流标签为标准的mpls标签栈编码，依次包括：20bit的标
签值label，3bit的exp保留位，1bit的s位指示是否为栈底，8bit的ttl生存时间。
75.在一些实施例中，流指示依次包括20bit的flowid、3bit的保留值，1bit的s位指示是否为栈底，8bit的next header；其中，保留值的最后一位sn flag指示是否有封包序号值，next header用于指示封包序号值后的封装类型。
76.在一些实施例中，物理端口信息、flexe端口信息、客户端client组信息、mpls网络端组信息、inlk通道口信息，现场可编程门阵列fpga对所述物理端口信息、flexe端口信息以及客户端client组信息进行关联，detnet终端对客户端client组信息与mpls网络端组信息进行关联，交换芯片对所述mpls网络端组信息和inlk通道口信息进行关联。
77.如图2所示，本发明还提出一种融合flexe和detnet的交换方法，包括如下步骤：现场可编程门阵列fpga创建flex组，将被设置为flexe端口的物理端口添加到flexe组；fpga在flexe组中创建关联的客户端client组，并根据所配置的带宽为客户端client组分配时隙，其中，一个flexe端口对应预设数量的时隙；detnet终端为客户端client组创建关联的mpls网络端组，detnet终端对通过mpls网络端组的多种格式的报文数据包按照设定格式进行格式封装得到封装数据包，封装数据包分别发送给交换芯片和fpga；交换芯片为mpls网络端组创建关联的inlk通道口，根据所配置的带宽为inlk通道口设置带宽，并为inlk通道口分配端口号。
78.在一些实施例中，如图3所示，对于通过客户端client组发送的报文数据包，交换芯片通过第一inlk通道口将该报文数据包发送给detnet终端，detnet终端对报文数据包进行格式封装，得到封装数据包，封装数据包由detnet终端的mpls网络端组发送给fpga，由fpga通过为客户端client组分配的时隙发送封装数据包通过关联的flexe端口给物理端口；报文数据包包括物理端口信息、flexe端口信息、客户端client组信息、mpls网络端组信息、inlk通道口信息；封装数据包包括：关联引流标签、物理端口信息、flexe端口信息、客户端client组信息、mpls网络端组信息、inlk通道口信息、流指示。
79.在一些实施例中，如图4所示，对于接收到的客户端client组的报文数据包，fpga通过关联的mpls网络端组将报文数据包发送给detnet终端，detnet终端对多种格式的报文数据包按照设定格式进行格式封装，得到封装数据包，封装数据包包由detnet终端的mpls网络端组通过关联的inlk通道口发送给交换芯片，由交换芯片根据inlk通道口对应的端口号对封装数据包进行转发。报文数据包包括物理端口信息、flexe端口信息、客户端client组信息、mpls网络端组信息、inlk通道口信息；封装数据包包括：关联引流标签、物理端口信息、flexe端口信息、客户端client组信息、mpls网络端组信息、inlk通道口信息和流指示。
80.在一些实施例中，封装数据包包括：关联引流标签、物理端口信息、flexe端口信息、客户端client组信息、mpls网络端组信息、inlk通道口信息和流指示。
81.在一些实施例中，关联引流标签为标准的mpls标签栈编码，依次包括：20bit的标签值label，3bit的exp保留位，1bit的s位指示是否为栈底，8bit的ttl生存时间。
82.在一些实施例中，流指示依次包括20bit的流id(flowid)、3bit的保留值，1bit的s位指示是否为栈底，8bit的next header；其中，保留值的最后一位sn flag指示是否有封包序号值，next header用于指示封包序号值后的封装类型。
83.在一些实施例中，获取物理端口信息、flexe端口信息、客户端client组信息、mpls网络端组信息、inlk通道口信息，现场可编程门阵列fpga对物理端口信息、flexe端口信息
以及客户端client组信息进行关联，detnet终端对客户端client组信息与mpls网络端组信息进行关联，交换芯片对mpls网络端组信息和inlk通道口信息进行关联。
84.综上所述，本发明所述基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备和方法中，所述数据交换设备将flexe的接口管理配置与确定性网络进行融合，将实体的物理接口通过现场可编程门阵列配置的flexe端口关联至创建的虚拟客户端client和flexe组；而将客户端通过mpls网络协议与detnet终端的mpls网络端组进行关联，对发送或接收的客户端的报文数据包进行格式封装，得到封装数据包，封装数据包再由交换芯片进行发送或接收，实现接口安全和高效管理的交互功能。使得报文数据包在接口之间的数据流通拓扑关系明确、数据交换有序、数据交换有生存时间，保证海量关联数据交换的正确率。
85.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现前述边缘计算服务器部署方法的步骤。该计算机可读存储介质可以是有形存储介质，诸如随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、软盘、硬盘、可移动存储盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。
86.本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体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。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(asic)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。
87.需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
88.本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
89.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备，其特征在于，包括：现场可编程门阵列，所述现场可编程门阵列构建多个flexe端口，通过flexe端口外接多个物理接口；所述现场可编程门阵列用于创建多个flexe组，并将各flexe端口虚拟化为客户端client并加入所述flexe组，由所述现场可编程门阵列根据所配置的带宽为各客户端分配时隙以基于灵活以太网进行数据传输；确定性网络终端，所述确定性网络终端通过多协议标签交换网络端组连接所述现场可编程门阵列，并关联至各客户端；交换芯片，所述交换芯片通过多个虚拟通道口连接所述确定性网络终端，并将各虚拟通道口关联至各客户端；所述交换芯片还用于连接上层应用或设备；所述确定性网络终端还用于对所述交换芯片和所述现场可编程门阵列之间交互的多种格式的报文数据包按照设定格式进行封装和打包为封装数据包，所述设定格式至少包括关联引流标签和流指示。2.根据权利要求1所述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备，其特征在于，所述关联引流标签包括预设数据长度的标签值、保留位、指示位和生存时间位，所述标签值标记用于转发的指针，所述指示位用于指示栈底，所述生存时间位用于指示数据生存时间。3.根据权利要求1所述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备，其特征在于，所述封装数据包包括：所述关联引流标签、物理端口信息、flexe端口信息、客户端组信息、多协议标签交换网络端组信息、虚拟通道口信息和流指示。4.根据权利要求1所述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备，其特征在于，所述确定性网络终端包括边缘路由器和/或标签交换路由器。5.一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法，其特征在于，所述方法在如权利要求1至4任意一项所述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备上运行，所述方法包括：由交换芯片通过虚拟通道口将待发送的报文数据包发送至确定性网络终端；由所述确定性网络终端按照预设多协议标签交换体系将所述报文数据包格式封装为封装数据包，以基于多协议标签交换的形式进行数据路由；由所述确定性网络终端将所述封装数据包发送至现场可编程门阵列；由所述现场可编程门阵列创建flexe组，将被设置为flexe端口的物理端口添加到所述flexe组；将各flexe端口虚拟化为客户端client加入所述flexe组，并关联至所述交换芯片中的所述虚拟通道；由所述现场可编程门阵列根据所配置的带宽为各客户端分配时隙，基于灵活以太网通过关联所述虚拟通道的客户端将所述封装数据包传输至所述物流端口，以进行传输。6.根据权利要求5所述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法，其特征在于，由所述确定性网络终端按照预设多协议标签交换体系将所述报文数据包格式封装为封装数据包，包括：配置关联引流标签、物理端口信息、flexe端口信息、客户端组信息、多协议标签交换网络端组信息、虚拟通道口信息和流指示，并封装所述报文数据包为所述封装数据包。7.根据权利要求6所述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法，其特征在于，所述关联引流标签采用预设的多协议标签交换标签栈编码，依次包括标签值、保留位、指示
位和生存时间位，所述标签值标记用于转发的指针，所述指示位用于指示栈底，所述生存时间位用于指示数据生存时间。8.根据权利要求7所述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法，其特征在于，所述标签值为20bit，所述保留位为3bit、所述指示位为1bit和所述生存时间位为8bit。9.根据权利要求7所述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法，其特征在于，所述流指示依次包括20bit的流id、3bit的保留值，1bit的s位指示是否为栈底，8bit的next header；其中，所述保留值的最后一位sn flag指示是否有封包序号值，所述next header用于指示所述封包序号值后的封装类型。10.一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换方法，其特征在于，所述方法在如权利要求1至4任意一项所述的基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备上运行，所述方法包括：由所述现场可编程门阵列创建flexe组，将被设置为flexe端口的物理端口添加到所述flexe组；将各flexe端口虚拟化为客户端client加入所述flexe组，并关联至交换芯片中的虚拟通道；由所述现场可编程门阵列根据所配置的带宽为各客户端分配时隙，基于灵活以太网通过所述客户端接收报文数据包，并通过多协议标签交换网络端组发送至确定性网络终端；由所述确定性网络终端按照预设多协议标签交换体系将所述报文数据包格式封装为封装数据包，以基于多协议标签交换的形式进行数据路由；所述确定性网络终端将所述封装数据包通过虚拟通道口发送至交换芯片；由所述交换芯片对所述封装数据包进行转发。

技术总结
本发明提供一种基于灵活以太网和确定性网络的数据交换设备和方法，所述数据交换设备将FlexE的接口管理配置与确定性网络进行融合，将实体的物理接口通过现场可编程门阵列配置的FlexE端口关联至创建的虚拟客户端Client和FlexE组；而将客户端通过MPLS网络协议与DetNet终端的MPLS网络端组进行关联，对发送或接收的客户端的报文数据包进行格式封装，封装后的报文数据包再由交换芯片进行发送或接收，实现接口安全和高效管理的交互功能。使得报文数据包在接口之间的数据流通拓扑关系明确、数据交换有序、数据交换有生存时间，保证海量关联数据交换的正确率。联数据交换的正确率。联数据交换的正确率。


技术研发人员：曾京文 戴勇 汪大洋 蔡昊 束一 江凇 丁正阳 许密 徐惠臣 邵正朋 白杨
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司信息通信分公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/9/20