時間敏感網絡(TSN)能夠合并OT和IT世界，這將是真正確保互操作性和標準化的創新性技術。這項技術的有效開發將顯著降低設備成本、維護、先進分析服務的無縫集成以及減少對單個供應商的依賴。為了在這些網絡中實現確定性，需要控制連接到網絡的設備的延遲和帶寬，并預測其在擁堵和錯誤情況下的行為。

RELY-TSN-LAB

時間敏感網絡測試工具

RELY-TSN-LAB是一種新概念的測試工具，可以在不同的測試條件下測量設備或TSN網段的延遲和帶寬。

網絡中的接入方式

RELY-TSN-LAB

開始使用RELY-TSN-LAB的第一步是將設備連接到LAN段或被測設備上。RELY-TSN-LAB對從端口0收到的幀執行所有操作，并將它們轉發到端口1,端口2的情況也一樣，但幀被轉發到端口3。端口1和端口3收到的所有流量都分別傳遞給端口0和端口2，沒有任何變化。在RELY-TSN-LAB中實現的框圖如圖1所示。

圖1RELY-TSN-LAB內部結構

01PL部分

SoC的可編程邏輯部分，該部分由兩個實驗工具塊組成，執行過濾、錯誤注入、帶寬計量和延遲計量的功能。第一個Labtool通過port-0和port-1向LAN段或被測設備注入流量。第二個Labtool通過port-2和port-3工作，從局域網段或被測設備上獲取流量。此外，這兩個模塊都連接到第三個模塊，實現相應的同步，以達到時間標記的目的。

02PS部分

SoC 的處理系統部分，該部分通過內部配置接口連接到 PL 部分。它還有一個稱為服務端口的外部連接，可用于配置設備和檢索存儲的 .CSV 文件。服務端口可以設置在與其他以太網端口不同的網絡中。

建議的測試設置如圖2所示。流量可以在進入被測網絡之前以及在到達目的地之前再次被標記、測量或損壞。

圖2LAB接入網絡方式

REL-TSN-LAB 對所有流量都是透明的（啟用錯誤注入時除外）。僅添加了大約 1us 的延遲。該延遲在兩個方向上是對稱的。這允許出于同步目的而在沒有不對稱的情況下測量路徑延遲。

基本功能測試

RELY-TSN-LAB

網絡拓撲模型

如下方的網絡拓撲模型（見圖3），這里利用流量生成器（GEN）作為數據源進行流量發送，PC作為目的地，中間以一個交換機（BRIDGE）模擬大規模中間節點，設備LAB則用于測量數據源到目的地之間的流量傳輸帶寬以及延遲。

圖3測試的網絡拓撲結構

注意：也可以用GEN剩余端口通過交換機向目的地PC發送多種不同類型的流量，通過配置過濾策略，根據不同的參數（IP 地址、以太網類型、內容等）限制測量不同流量的帶寬和傳輸延遲。

GEN定義傳輸的流量

使用流量生成器產生流量傳輸，以便在REC中捕獲此流量類別，GEN傳輸參數設置如圖4所示。

圖4 GEN流量參數設置

dst_MAC_address_lo: 該MAC地址被設備用作生成的任何出站幀的目標地址。這些位對應于MAC地址的低部分（位31至0）。設置為目標PC的0x5B893FBE。

dst_MAC_address_hi: 該MAC地址被設備用作生成的任何出站幀的目標地址。這些位對應于MAC地址的高部分（位47至32）。設置為目標PC的0x80FA。

Frame Size:它指定要傳輸的幀長。這個大小從60字節增加到1518字節（沒有CRC字段）。定義為1500字節大小。

Ethertype: 它指定要傳輸的幀的以太類型。默認值為0x000088FB。

Percentage: 它以百分比為單位定義了傳輸速率，它的粒度為一個單位。定義為千兆的百分30，即300兆速率。

Frame_tx_enable:設置為1，以啟用數據包傳輸。

LAB設備的帶寬測量

圖5顯示了每個TAP端口的狀態，勾選“port enabled”對TAP端口進行啟用。除此之外，每個端口還顯示了PHY的測量速度。

圖5使能TAP端口

如圖6所示，勾選“Bandwidth meter enabed”，開始啟用LAB設備的帶寬計量功能，能計算經過兩個TAP之間的流量帶寬大小。

圖6 啟用LAB的帶寬計量

如圖7所示，通過使用過濾器選擇要在哪些幀上應用帶寬計量功能，最多可以配置 4 個過濾器，每個過濾器都可以通過用戶設置的 ID 來識別。在其 ID 旁邊，有一個計數器，用于測量與過濾器集匹配的幀數量。當相應的啟用復選框被選中并按下應用更改按鈕時，將應用過濾器。

注意：這使用全局過濾器（未進行任何過濾參數設置，只使能過濾器）

圖7啟用LAB的帶寬計量過濾器

帶寬計量功能以及過濾器參數設置并啟動后，如圖8所示，在“BANDWIDTH METER”就可以看到TAP0和TAP1端檢測出來的流量帶寬，都是300M大小，符合流量生成器(GEN)設置的數據傳輸大小。

圖8TAP測量得到的帶寬大小

設備的每個端口根據不同的標準記錄發送和接收的幀。這些計數器是環繞式計數器并具有復位功能。當它們自然環繞、重置或重新啟動設備時，它們可以歸零。所有統計計數器都是只讀的，因此對統計計數器的寫入嘗試將不成功。

圖9

為了檢查目的地PC接收的流量是否有誤，在PC端利用wireshark工具捕獲傳輸過來的流量，如圖10所示，通過對流量報文的解析以及帶寬的I/O統計，對比GEN參數配置，捕獲的流量與發送的流量保持一致，證明LAB設備在網絡中充當一個透明設備的角色。

圖10PC端捕獲的傳輸流量

LAB設備的延遲計算

如圖11所示，定義將提取并存儲在設備中的時間戳幀的兩個段。其中，偏移量（offset）是指定要存儲幀字節的字節位置，字節數（Number of bytes）是指定要從指定偏移量存儲的幀字節數。

圖11 定義時間幀的提取字段

同理于帶寬計量過濾器設置，如圖12所示，幀時間戳同樣具有過濾器設置，這里直接勾選不做任何過濾參數設置，使能一個全局過濾器。

圖12啟用LAB的幀戳過濾器

如圖13所示，勾選“Frame timestamper enabled”，開始啟用LAB的延遲計算功能。并分別點擊TAP下方的“Download capturelife”開始捕獲帶有時間戳信息的幀，Web網頁會下載帶有.CSV后綴的文件，此文件用于計算TAP0和TAP1之間的網絡拓撲的傳輸延遲。

圖13啟用LAB的延遲計算功能

如圖14所示，TAP0捕獲的CSV文件，文件中有之前設置的每個幀的偏移字段，以及在開頭當中這個幀捕獲時所對應的時間戳信息，同理TAP1捕獲的CSV文件也一樣，延遲需要進行計算兩個文件的信息。

圖14 捕獲的幀時間戳CSV文件

虹科方案

HongKe Solution

虹科是國內為數極少的在OT領域深耕多年并技術經驗全面的供應商，并積極推動IT與OT的融合。為了，虹科攜手合作伙伴SoC-e/RELYUM為客戶提供多種TSN解決方案，包括評估套件、交換機、測試工具、記錄儀等硬件設備，以及IP核、配置軟件等產品。

審核編輯：湯梓紅