時間敏感網(wǎng)絡(TSN)是負責數(shù)據(jù)鏈路層標準的IEEE 802.1任務組的名稱,該技術(shù)旨在提升以太網(wǎng)的性能,使其更具備確定性、魯棒性、可靠性。隨著TSN技術(shù)在航空航天、汽車、軌道交通等領域的應用越來越多,工業(yè)領域的許多廠商也開始布局TSN設備研發(fā)與制造。入局TSN領域需要怎樣的工具?如何驗證TSN設備?如何進行TSN網(wǎng)絡配置?這些問題是虹科工程師曾經(jīng)著力研究的方向,同時也是虹科客戶在接觸TSN技術(shù)時必須考慮的內(nèi)容。
2022年3月3日-4日,虹科受邀出席第三屆TSN時間敏感網(wǎng)絡技術(shù)及應用論壇,并發(fā)表主題為“驗證TSN而建立的TSN測試工具—從設備端到配置工具”的演講。本次演講的主要內(nèi)容可分為以下三個部分:
為什么選擇TSN?
TSN測試系統(tǒng)應該具有哪些能力?
如何搭建TSN測試環(huán)境?
下面,將以文字的形式進行簡要分享:
Part 1
為什么選擇TSN?
目前,TSN技術(shù)已經(jīng)在航空航天、汽車、軌道交通等領域得到了應用,但是在工業(yè)上還沒有大規(guī)模推廣,這主要是因為工業(yè)領域現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議規(guī)范較多。若在這些總線廠商的支持下研發(fā)更多的TSN終端設備,TSN技術(shù)或?qū)⒊蔀橄乱淮I(yè)網(wǎng)絡核心技術(shù)。
TSN技術(shù)在以下方面具有獨特優(yōu)勢:
01
實時性
TSN提供服務質(zhì)量(QoS)骨干網(wǎng)絡處理實時流量
02
以太網(wǎng)技術(shù)
TSN標準建立在最廣泛使用的標準之上(EtherNET、5G),是現(xiàn)有的以太網(wǎng)技術(shù)生態(tài)的一部分
03
互操作性
TSN是一系列協(xié)議族的組合,設備之間一致性的實施方式使之具有互操作性
04
融合網(wǎng)絡
融合IT流量和實時流量的單一網(wǎng)絡
Part 2
TSN測試系統(tǒng)應該具有的能力
01
測試系統(tǒng)具有的TSN功能
TSN的測試系統(tǒng)中應該保證支持盡可能多的TSN功能,比如時間同步、時間感知整形器、基于信用的整形器、幀搶占等,從學習或研究的角度來看,這樣的測試系統(tǒng)更易于接受。
02
測試系統(tǒng)應該包含的TSN設備
TSN測試系統(tǒng)至少應該包括以下三種類型的設備:傳統(tǒng)的以太網(wǎng)設備(盡力而為流量)、TSN端點(時間關鍵型流量)和TSN交換機(網(wǎng)絡骨干線),這些設備可以滿足通訊需求,而如果需要進行測試與診斷,則需要用到專門的TSN測試工具,比如可以實現(xiàn)抓包分析與記錄的虹科RELY-TSN-LAB測試工具與虹科RELY-TSN-REC記錄儀。
03
測試系統(tǒng)應具有CNC配置軟件
TSN定義了一個特定的標準(IEEE 802.1Qcc用于配置管理),準備好上述工具之后,我們需要對其進行配置。我們可以利用終端設備的配置工具,如web server等工具來進行配置,但當有多個設備與多個TSN流在網(wǎng)絡中交換數(shù)據(jù)時,單獨配置則變得十分繁雜。因此,TSN測試系統(tǒng)中的網(wǎng)絡配置工具CNC十分關鍵。
最新劇透
虹科即將推出一款能夠?qū)Σ煌愋偷木W(wǎng)絡進行模擬、建模和后期分析的工具,允許在確定網(wǎng)絡拓撲和通信需求時配置 TSN 設備,并保證滿足約束條件,敬請期待。
Part 3
如何搭建TSN測試環(huán)境?
根據(jù)前面的介紹,我們總結(jié)的實現(xiàn)流程如下:首先需要明確并分析TSN網(wǎng)絡中具有怎么樣的流量特征,以及需要測試的TSN標準有哪些,如同步、整形等;然后,需要根據(jù)TSN流量特征和想要測試的TSN標準和功能準備相應的測試工具和平臺架構(gòu),并進行網(wǎng)絡配置。
虹科測試系統(tǒng)一
這個測試系統(tǒng)由流量生成器(干擾流量)、TSN板卡(視頻流)、TSN交換機(骨干網(wǎng)絡)這三個部分組成,其中,虹科TSN交換機可用于無縫實施確定性以太網(wǎng),虹科TSN板卡可連接PC作為終端站點,而流量生成器則可用于生成擁塞流量進而驗證設備。
時間整形與同步測試示例
這部分內(nèi)容直觀的展示了我們方案一部分的功能——時間同步功能的測試:
1、首先啟動流量生成器,捕獲數(shù)據(jù)顯示接受了100Mbps的流量,流量優(yōu)先級為5;
2、當啟動虹科RELY-TSN-PCIe板卡中的TAS(時間感知整形)功能以后,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。再次捕獲數(shù)據(jù),帶寬已經(jīng)減少,這是由于僅為優(yōu)先級5的流量預留了一個時隙;
3、當啟動評估板中的TAS(時間感知整形)功能以后,與上一步類似,無法同時打開窗口因此帶寬再次減少了;
4、啟動兩個設備中的同步功能以后,兩個設備可以同時打開窗口,同步完成后,帶寬恢復到之前的水平。
虹科測試系統(tǒng)二
這個測試系統(tǒng)相對來說更復雜,包括TSN板卡、多端口TSN交換機、TSN測試設備和流量生成器。
虹科測試平臺架構(gòu)
在虹科的測試平臺架構(gòu)中,網(wǎng)絡中的設備包括終端站點和TSN交換機,而終端站點又包括TSN設備和攝像機等其他盡力而為流量的非TSN設備。網(wǎng)絡中的TSN流主要為Talkers/sources、Listeners/destinations,這些TSN流將經(jīng)過TSN交換機。
虹科TSN解決方案
HongKe TSN Solutions
1
虹科RELY-TSN-LAB測試工具
執(zhí)行錯誤注入、延遲和帶寬測量、流量過濾和記錄IEEE 802.1AS網(wǎng)絡硬件時間戳
2
虹科RELY-TSN-REC記錄儀
支持同時對工業(yè)級大容量固態(tài)硬盤同時讀/寫數(shù)據(jù)操作;可以通過遠程訪問本地存儲,生成與Wireshark兼容的標準文件格式(PCAP);基于IEEE 802.1AS同步的流量硬件時間戳,可通過IO觸發(fā)
3
虹科RELY-TSN-PCIe板卡
可連接PC作為終端站點,并支持在TSN網(wǎng)絡中使用典型的工業(yè)應用和軟件,如SCADA、MES、OPC(UA)、MTConnect等。
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