TSN方案概要

02

TSN方案設計

1. TSN網(wǎng)絡拓撲圖

本方案中TSN的網(wǎng)絡拓撲如圖1所示

2. device介紹

（1）MTSN套件

圖2 MTSN套件

（2）TSN交換機（SMARTmpsoc）

圖3 SMARTmpsoc

SMARTmpsoc Brick主要參數(shù)如下：

• SMARTzynq載體:

• 4x SFPcage適用于10/100/1000Base-T, 100Base-FX或1000Base-X

• 10/100/1000Base-T 1x RJ45

• UART控制臺(USB)

• 6V-30V DC(含電源)

• 2 x PMOD連接器

• 電源供電

• USB B電纜

• 光纖/銅SFP模塊（可選）

（3）SMARTzynq Brick（TSN流量生成器）

SMARTzynq Brick的主要參數(shù)如下：

• SMART zynq載體：

• 用于10/100 / 1000Base-T，100Base-FX或1000Base-X的4個SFP接口

• 1個RJ45支持10/100 / 1000Base-T協(xié)議

• UART控制臺（USB）

• 6V-30V DC（包括電源）

• 2個PMOD連接器

• 具有參考設計的SD卡

• 電源

• USB B電纜

• 光纖/銅SFP模塊（可選）

（4）流量生成器

流量生成器用于產(chǎn)生各種優(yōu)先級和帶寬的流量，已對網(wǎng)絡傳輸進行阻塞，從而驗證TSN的一些協(xié)議對網(wǎng)絡調(diào)度和降低網(wǎng)絡延遲的功能。

圖4 SMARTzynqBrick

3. device連接

在圖5中展示了運行TSN演示所需的硬件連接。套件三個硬件板塊，分別為TSN交換機1、TSN交換機2和流量生成器。

TSN交換機1和TSN交換機2出廠時已經(jīng)預先配置好，在板載ARM處理器的以太交換端口eth0上有不同的IP地址。流量生成器在服務端口也被預先配置有一個不同的IP地址。使用前需要對device進行以下連接：

（1）將TSN交換機1的PORT0和TSN交換機2的PORT0相連

（2）將TSN交換機1的PORT1和TSN交換機2的PORT1相連

（3）將TSN交換機1的PORT0和流量生成器的PORT0相連

（4）將TSN交換機1的PORT3和流量生成器的服務端口相連

（5）將TSN交換機2的PORT2和電腦連接

圖5 MTSNdevice連接

為了方便區(qū)分，TSN交換機1為device0，TSN交換機2為device1，流量生成器為device2。

4.協(xié)議驗證

（1) IEEE802.1AS（時間同步測試）

該測試表明TSN網(wǎng)絡中需要通用的時間同步。將傳輸時間劃分為多個循環(huán)窗口增加了對納秒計時器的需求，該計時器允許所有device同時打開這些窗口。缺乏這種機制會觸發(fā)大量的隨機帶寬損失。

圖6.沒有時間同步的TSN網(wǎng)絡

圖7.具有時間同步的TSN網(wǎng)絡

驗證步驟：

①單擊“TimeSynchronization Test”按鈕，它將彈出一個新頁面；

圖9.時間同步測試頁

②打開Wireshark，現(xiàn)在不要開始捕獲；

③單擊“Start Frame Generator”按鈕，它被配置為啟動device0中的流量生成器，主要參數(shù)定義了1500字節(jié)大小，VLAN優(yōu)先級為5的幀的傳輸，帶寬率為10％；

④在Wireshark中開始新的捕獲，打開I / O圖，并檢查是否以優(yōu)先級5接收了100Mbps的流量;

圖10.優(yōu)先級5的流量帶寬

⑤單擊“Enable TAS in Device 0”，時間感知整形器的配置僅發(fā)送到device0。它的配置如下：

• 僅保留一個時隙用于優(yōu)先級5流量的傳輸。

• 允許將所有剩余的流量發(fā)送到剩余的時隙中。

• 允許在所有時隙中傳輸PTP流量（優(yōu)先級6）。

圖11.時間感知整形器配置

⑥返回到I / O圖捕獲，并檢查帶寬是否限制為大約25％；（由于僅為優(yōu)先級5的流量預留了一個插槽）

圖12.時間感知整形器操作

⑦單擊“Enable TAS in Device 1”，Time Aware Shaper的配置僅發(fā)送到device1。它的配置方式與device0相同；

⑧返回I / O圖捕獲，由于device無法同時打開窗口，因此帶寬減少了，注意：帶寬減少可能與圖片有所不同，這是因為兩個device中的窗口啟動之間的時間差是隨機的；

圖13.帶寬減少（設置TAS后）

⑨單擊“Enable IEEE 802.1AS”按鈕，此按鈕的作用是激活兩個device中的IEEE 802.1AS，以使其具有同步時間，同步完成后，兩個device將同時打開循環(huán)窗口；

⑩返回I / O圖捕獲，檢查同步完成后，帶寬大約恢復到25％;

圖14.加載時間同步后的帶寬

?單擊“Go back”按鈕。單擊此按鈕時，流量生成器停止傳輸流量，并且時隙的配置被撤消。它帶您回到主頁;

?轉(zhuǎn)到Wireshark并停止捕獲。

（2）IEEE802.1Qbv（TAS：時間敏感整形器測試）

圖15.時間感知整形器配置

驗證步驟：

①單擊“Time Aware Shaper Test”按鈕，它將彈出一個新頁面，啟用了兩個VLC客戶端實例，VLC1對應于VLAN優(yōu)先級為2的流，而VLC2對應于VLAN優(yōu)先級4的流，這兩個視頻現(xiàn)在都可以顯示。

圖16.時間感知整形器測試頁

②單擊“Enable Time Aware Shaper”按鈕，時間感知整形器（時隙）的配置參數(shù)發(fā)送到兩個device。通過此操作，由于優(yōu)先級2（VLC實例1）的可用于傳輸?shù)膶Ｓ脮r隙，其流量已保留了一定百分比的帶寬；

③單擊“Start Frame Generator”按鈕，它配置為啟動device0中的流量生成器，主要參數(shù)定義1500字節(jié)大小的幀的傳輸，VLAN優(yōu)先級為5，帶寬速率為100％，以產(chǎn)生擁塞情況。此時，應該正確接收VLC實例1，而不能正確接收VLC實例2，這是由于在同一時隙中其余優(yōu)先級的帶寬仍存在競爭。

④在Wireshark中開始捕獲幾秒鐘，打開I / O圖形并以毫秒為單位設置x標度，然后注意將傳輸時間分成多個時隙。檢查優(yōu)先級為2的流量是否從未與其余流量同時傳輸，還要檢查是否接收到任何優(yōu)先級為4的流量。

圖17.時間感知整形器時隙

⑤單擊“Go back”按鈕，單擊此按鈕時，流量生成器停止傳輸流量，VLC實例被中斷，并且時隙的配置保持不變，返回主頁。

（3）IEEE802.1Qav（CBS：基于信用的整形器測試）

使用時間感知整形器機制，由于在每個傳輸窗口中保留了一個時隙，因此可以實現(xiàn)優(yōu)先級為2的流量的優(yōu)先級。在此測試中，將使用基于信用的整形器機制，以便在多個優(yōu)先級的流量之間分配帶寬。特別是，需要為優(yōu)先級4的流量分配足夠的帶寬（VLC2），并將優(yōu)先級5的流量的帶寬限制為允許其余流量傳輸?shù)闹?/span>,選擇的值限制了優(yōu)先級5流量的帶寬的20％。

驗證步驟：

①單擊“Credit Based Shaper Test”按鈕，這兩個視頻現(xiàn)在都可以顯示。啟用了兩個VLC客戶端實例。VLC實例1對應于VLAN優(yōu)先級為2的流，而VLC實例2對應于VLAN優(yōu)先級4的流。這兩個視頻現(xiàn)在都可以顯示。

圖18.基于信用的整形器測試頁

②單擊“Enable Credit Based Shaper”按鈕，基于信用的整形器的配置參數(shù)（帶寬分數(shù)）被發(fā)送到兩個device，通過此操作，由于優(yōu)先級5的流量的限制，優(yōu)先級4（VLC實例2）的流量已預留了一定百分比的帶寬；

③單擊“Start Frame Generator”按鈕，它配置為啟動device0中的流量生成器。主要參數(shù)定義1500字節(jié)大小的幀的傳輸，VLAN優(yōu)先級為5，帶寬速率為100％，以產(chǎn)生擁塞情況。此時，盡管負載流量的配置方式與之前的測試相同，但這次兩個視頻都能正常接收，因為CBS功能正在管理分配給每個優(yōu)先級的帶寬；

④在Wireshark中捕獲幾秒鐘，打開“I/O Graph”并以秒為單位設置x軸比例，并注意優(yōu)先級5流量的帶寬限制，它應該僅約為50Mbps（250Mbps的20％-1個時隙）。此外，x軸標度可以設置為毫秒，并且可以驗證優(yōu)先級4的流量始終與優(yōu)先級5的流量在同一時隙中傳輸。

圖19.基于信用的整形器圖1

圖20.基于信用的整形器圖2

⑤單擊“Go back”按鈕，單擊此按鈕時，流量生成器停止傳輸流量，VLC實例被中斷，并且所有與TSN相關的功能都被禁用，并將返回主頁。

（4）IEEE802.1CB（幀復制和消除的可靠性測試）

為了測試FRER機制所帶來的優(yōu)勢，使用了一個新的視頻流VLC3。這個視頻流在device0和device1中都是預先配置好的，以利用IEEE 802.1CB標準中定義的流識別功能。使用IEEE 802.1CB標準中定義的流識別功能。除了流識別功能，這個流還在device0中被配置為從端口0和端口1重復發(fā)送，在device1中丟棄收到的重復的收到的幀。通過這種配置，有可能實現(xiàn)無縫冗余即零恢復時間。

驗證步驟：

①單擊“FrameReplication and Elimination for Reliability Test”按鈕，這兩個視頻現(xiàn)在都可以顯示；兩個視頻流從device0發(fā)送，VLC3對應的是用FRER機制配置好的流量。VLC2對應于另一個沒有配置TSN機制的視頻流；

圖21.幀復制和消除的可靠性測試

②拔掉連接device0的port-0和device1的port-0的電纜，這時VLC2將停止幾秒鐘，VLC3將繼續(xù)不間斷播放。在這種情況下，VLC2停止了幾秒鐘然后又開始接收。因為RSTP功能檢測到port-0的鏈路是斷開的并開始通過port-1傳輸VLC2流。與RSTP不同，FRER機制是一個零時間恢復的冗余機制，這就是為什么VLC3在port-0鏈路斷開時不會中斷；

圖22.FRER測試模型

③單擊“Go back”按鈕返回主頁。