時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.1任務(wù)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(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多，工業(yè)領(lǐng)域的許多廠商也開始布局TSN設(shè)備研發(fā)與制造。入局TSN領(lǐng)域需要怎樣的工具？如何驗(yàn)證TSN設(shè)備？如何進(jìn)行TSN網(wǎng)絡(luò)配置？這些問(wèn)題是虹科工程師曾經(jīng)著力研究的方向，同時(shí)也是虹科客戶在接觸TSN技術(shù)時(shí)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(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用論壇，并發(fā)表主題為“驗(yàn)證TSN而建立的TSN測(cè)試工具—從設(shè)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(gè)部分：

為什么選擇TSN？

TSN測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該具有哪些能力？

如何搭建TSN測(cè)試環(huán)境？

下面，將以文字的形式進(jìn)行簡(jiǎn)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(lǐng)域得到了應(yīng)用，但是在工業(yè)上還沒(méi)有大規(guī)模推廣，這主要是因?yàn)楣I(yè)領(lǐng)域現(xiàn)場(chǎng)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(shè)備，TSN技術(shù)或?qū)⒊蔀橄乱淮I(yè)網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)。

TSN技術(shù)在以下方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：

01

實(shí)時(shí)性

TSN提供服務(wù)質(zhì)量（QoS）骨干網(wǎng)絡(luò)處理實(shí)時(shí)流量

02

以太網(wǎng)技術(shù)

TSN標(biāo)準(zhǔn)建立在最廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備之間一致性的實(shí)施方式使之具有互操作性

04

融合網(wǎng)絡(luò)

融合IT流量和實(shí)時(shí)流量的單一網(wǎng)絡(luò)

Part 2

TSN測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該具有的能力

01

測(cè)試系統(tǒng)具有的TSN功能

TSN的測(cè)試系統(tǒng)中應(yīng)該保證支持盡可能多的TSN功能，比如時(shí)間同步、時(shí)間感知整形器、基于信用的整形器、幀搶占等，從學(xué)習(xí)或研究的角度來(lái)看，這樣的測(cè)試系統(tǒng)更易于接受。

02

測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該包含的TSN設(shè)備

TSN測(cè)試系統(tǒng)至少應(yīng)該包括以下三種類型的設(shè)備：傳統(tǒng)的以太網(wǎng)設(shè)備（盡力而為流量）、TSN端點(diǎn)（時(shí)間關(guān)鍵型流量）和TSN交換機(jī)（網(wǎng)絡(luò)骨干線），這些設(shè)備可以滿足通訊需求，而如果需要進(jìn)行測(cè)試與診斷，則需要用到專門的TSN測(cè)試工具，比如可以實(shí)現(xiàn)抓包分析與記錄的虹科RELY-TSN-LAB測(cè)試工具與虹科RELY-TSN-REC記錄儀。

03

測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具有CNC配置軟件

TSN定義了一個(gè)特定的標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.1Qcc用于配置管理），準(zhǔn)備好上述工具之后，我們需要對(duì)其進(jìn)行配置。我們可以利用終端設(shè)備的配置工具，如web server等工具來(lái)進(jìn)行配置，但當(dāng)有多個(gè)設(shè)備與多個(gè)TSN流在網(wǎng)絡(luò)中交換數(shù)據(jù)時(shí)，單獨(dú)配置則變得十分繁雜。因此，TSN測(cè)試系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)配置工具CNC十分關(guān)鍵。

最新劇透

虹科即將推出一款能夠?qū)Σ煌愋偷木W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬、建模和后期分析的工具，允許在確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?a target="_blank">通信需求時(shí)配置 TSN 設(shè)備，并保證滿足約束條件，敬請(qǐng)期待。

Part 3

如何搭建TSN測(cè)試環(huán)境？

根據(jù)前面的介紹，我們總結(jié)的實(shí)現(xiàn)流程如下：首先需要明確并分析TSN網(wǎng)絡(luò)中具有怎么樣的流量特征，以及需要測(cè)試的TSN標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試的TSN標(biāo)準(zhǔn)和功能準(zhǔn)備相應(yīng)的測(cè)試工具和平臺(tái)架構(gòu)，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置。

虹科測(cè)試系統(tǒng)一

這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)由流量生成器（干擾流量）、TSN板卡（視頻流）、TSN交換機(jī)（骨干網(wǎng)絡(luò)）這三個(gè)部分組成，其中，虹科TSN交換機(jī)可用于無(wú)縫實(shí)施確定性以太網(wǎng)，虹科TSN板卡可連接PC作為終端站點(diǎn)，而流量生成器則可用于生成擁塞流量進(jìn)而驗(yàn)證設(shè)備。

時(shí)間整形與同步測(cè)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(shí)間同步功能的測(cè)試：
1、首先啟動(dòng)流量生成器，捕獲數(shù)據(jù)顯示接受了100Mbps的流量，流量?jī)?yōu)先級(jí)為5；
2、當(dāng)啟動(dòng)虹科RELY-TSN-PCIe板卡中的TAS（時(shí)間感知整形）功能以后，僅保留一個(gè)時(shí)隙用于優(yōu)先級(jí)5流量的傳輸，允許將所有剩余的流量發(fā)送到剩余的時(shí)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(jí)5的流量預(yù)留了一個(gè)時(shí)隙；
3、當(dāng)啟動(dòng)評(píng)估板中的TAS（時(shí)間感知整形）功能以后，與上一步類似，無(wú)法同時(shí)打開窗口因此帶寬再次減少了；
4、啟動(dòng)兩個(gè)設(shè)備中的同步功能以后，兩個(gè)設(shè)備可以同時(shí)打開窗口，同步完成后，帶寬恢復(fù)到之前的水平。

虹科測(cè)試系統(tǒng)二

這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)更復(fù)雜，包括TSN板卡、多端口TSN交換機(jī)、TSN測(cè)試設(shè)備和流量生成器。

虹科測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)

在虹科的測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備包括終端站點(diǎn)和TSN交換機(jī)，而終端站點(diǎn)又包括TSN設(shè)備和攝像機(jī)等其他盡力而為流量的非TSN設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)中的TSN流主要為Talkers/sources、Listeners/destinations，這些TSN流將經(jīng)過(guò)TSN交換機(jī)。

虹科TSN解決方案

HongKe TSN Solutions

1

虹科RELY-TSN-LAB測(cè)試工具

執(zhí)行錯(cuò)誤注入、延遲和帶寬測(cè)量、流量過(guò)濾和記錄IEEE 802.1AS網(wǎng)絡(luò)硬件時(shí)間戳

2

虹科RELY-TSN-REC記錄儀

支持同時(shí)對(duì)工業(yè)級(jí)大容量固態(tài)硬盤同時(shí)讀/寫數(shù)據(jù)操作；可以通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)本地存儲(chǔ)，生成與Wireshark兼容的標(biāo)準(zhǔn)文件格式（PCAP）；基于IEEE 802.1AS同步的流量硬件時(shí)間戳，可通過(guò)IO觸發(fā)

3

虹科RELY-TSN-PCIe板卡

可連接PC作為終端站點(diǎn)，并支持在TSN網(wǎng)絡(luò)中使用典型的工業(yè)應(yīng)用和軟件，如SCADA、MES、OPC（UA）、MTConnect等。