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虹科告诉你进入TSN技术领域要准备什么

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【摘要】:
时间敏感网络(TSN)是负责数据链路层标准的IEEE 802.1任务组的名称,该技术旨在提升以太网的性能,使其更具备确定性、鲁棒性、可靠性。随着TSN技术在航空航天、汽车、轨道交通等领域的应用越来越多,工业领域的许多厂商也开始布局TSN设备研发与制造。

 

时间敏感网络(TSN)是负责数据链路层标准的IEEE 802.1任务组的名称,该技术旨在提升以太网的性能,使其更具备确定性、鲁棒性、可靠性。随着TSN技术在航空航天、汽车、轨道交通等领域的应用越来越多,工业领域的许多厂商也开始布局TSN设备研发与制造。入局TSN领域需要怎样的工具?如何验证TSN设备?如何进行TSN网络配置?这些问题是虹科工程师曾经着力研究的方向,同时也是虹科客户在接触TSN技术时必须考虑的内容。


 

2022年3月3日-4日,虹科受邀出席第三届TSN时间敏感网络技术及应用论坛,并发表主题为“验证TSN而建立的TSN测试工具—从设备端到配置工具”的演讲。本次演讲的主要内容可分为以下三个部分:

  • 为什么选择TSN?

  • TSN测试系统应该具有哪些能力?

  • 如何搭建TSN测试环境?

 

 

下面,将以文字的形式进行简要分享:

 

Part 1

为什么选择TSN?

目前,TSN技术已经在航空航天、汽车、轨道交通等领域得到了应用,但是在工业上还没有大规模推广,这主要是因为工业领域现场总线与工业以太网协议规范较多。若在这些总线厂商的支持下研发更多的TSN终端设备,TSN技术或将成为下一代工业网络核心技术。

TSN技术在以下方面具有独特优势:

01

实时性

TSN提供服务质量(QoS)骨干网络处理实时流量

02

以太网技术

TSN标准建立在最广泛使用的标准之上(EtherNET、5G),是现有的以太网技术生态的一部分

03

互操作性

TSN是一系列协议族的组合,设备之间一致性的实施方式使之具有互操作性

04

融合网络

融合IT流量和实时流量的单一网络

 

Part 2

TSN测试系统应该具有的能力

01

测试系统具有的TSN功能

TSN的测试系统中应该保证支持尽可能多的TSN功能,比如时间同步、时间感知整形器、基于信用的整形器、帧抢占等,从学习或研究的角度来看,这样的测试系统更易于接受。

02

测试系统应该包含的TSN设备

TSN测试系统至少应该包括以下三种类型的设备:传统的以太网设备(尽力而为流量)、TSN端点(时间关键型流量)和TSN交换机(网络骨干线),这些设备可以满足通讯需求,而如果需要进行测试与诊断,则需要用到专门的TSN测试工具,比如可以实现抓包分析与记录的虹科RELY-TSN-LAB测试工具与虹科RELY-TSN-REC记录仪。

03

测试系统应具有CNC配置软件

TSN定义了一个特定的标准(IEEE 802.1Qcc用于配置管理),准备好上述工具之后,我们需要对其进行配置。我们可以利用终端设备的配置工具,如web server等工具来进行配置,但当有多个设备与多个TSN流在网络中交换数据时,单独配置则变得十分繁杂。因此,TSN测试系统中的网络配置工具CNC十分关键。

 

最新剧透

虹科即将推出一款能够对不同类型的网络进行模拟、建模和后期分析的工具,允许在确定网络拓扑和通信需求时配置 TSN 设备,并保证满足约束条件,敬请期待。

 

Part 3

如何搭建TSN测试环境?

根据前面的介绍,我们总结的实现流程如下:首先需要明确并分析TSN网络中具有怎么样的流量特征,以及需要测试的TSN标准有哪些,如同步、整形等;然后,需要根据TSN流量特征和想要测试的TSN标准和功能准备相应的测试工具和平台架构,并进行网络配置。

虹科测试系统一

这个测试系统由流量生成器(干扰流量)、TSN板卡(视频流)、TSN交换机(骨干网络)这三个部分组成,其中,虹科TSN交换机可用于无缝实施确定性以太网,虹科TSN板卡可连接PC作为终端站点,而流量生成器则可用于生成拥塞流量进而验证设备。

时间整形与同步测试示例

这部分内容直观的展示了我们方案一部分的功能——时间同步功能的测试:
1、首先启动流量生成器,捕获数据显示接受了100Mbps的流量,流量优先级为5;
2、当启动虹科RELY-TSN-PCIe板卡中的TAS(时间感知整形)功能以后,仅保留一个时隙用于优先级5流量的传输,允许将所有剩余的流量发送到剩余的时隙中。再次捕获数据,带宽已经减少,这是由于仅为优先级5的流量预留了一个时隙;
3、当启动评估板中的TAS(时间感知整形)功能以后,与上一步类似,无法同时打开窗口因此带宽再次减少了;
4、启动两个设备中的同步功能以后,两个设备可以同时打开窗口,同步完成后,带宽恢复到之前的水平。

 

虹科测试系统二

这个测试系统相对来说更复杂,包括TSN板卡、多端口TSN交换机、TSN测试设备和流量生成器。

 

虹科测试平台架构

在虹科的测试平台架构中,网络中的设备包括终端站点和TSN交换机,而终端站点又包括TSN设备和摄像机等其他尽力而为流量的非TSN设备。网络中的TSN流主要为Talkers/sources、Listeners/destinations,这些TSN流将经过TSN交换机。

 

虹科TSN解决方案

HongKe TSN Solutions

 

 

1

虹科RELY-TSN-LAB测试工具

执行错误注入、延迟和带宽测量、流量过滤和记录IEEE 802.1AS网络硬件时间戳

2

虹科RELY-TSN-REC记录仪

支持同时对工业级大容量固态硬盘同时读/写数据操作;可以通过远程访问本地存储,生成与Wireshark兼容的标准文件格式(PCAP);基于IEEE 802.1AS同步的流量硬件时间戳,可通过IO触发

3

虹科RELY-TSN-PCIe板卡

可连接PC作为终端站点,并支持在TSN网络中使用典型的工业应用和软件,如SCADA、MES、OPC(UA)、MTConnect等。

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