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)著力研究的問題，同時也是虹科客戶在接觸TSN技術時必須考慮的內(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技術或?qū)⒊蔀橄乱淮I(yè)網(wǎng)絡核心技術。

TSN技術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

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)技術生態(tài)的一部分

03

互操作性

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流量和實施流量的單一網(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。