大家好，上期我們介紹了TSN是什么，能夠給我們帶來什么好處以及TSN的用途。在文章也給我們的協(xié)議介紹起了個(gè)頭，講解了TSN中用到的時(shí)鐘同步系統(tǒng)IEEE 802.1AS-Rev。如果有小伙伴漏掉了上期的內(nèi)容，可以點(diǎn)此鏈接查看：快速了解時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)_Part1
今天我們就開始介紹TSN協(xié)議族中的其他成員包括：延遲（TAS和幀搶占）、流量監(jiān)控（802.1Qci）和冗余（802.1CB）
IEEE 802.1Qbv Time Aware Shaper
時(shí)間感知整形（TAS）可以說是TSN里的一個(gè)核心協(xié)議，正是它的應(yīng)用為車內(nèi)時(shí)間敏感數(shù)據(jù)提供了低的延時(shí)及抖動(dòng)的保證。我們知道，以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)是在總線上串行傳輸?shù)?，如圖5，當(dāng)有多個(gè)數(shù)據(jù)在交換機(jī)出口等待被轉(zhuǎn)出時(shí)（不同的數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)VLAN Tag中的優(yōu)先級(jí)在不同的隊(duì)列中排隊(duì)等待），誰(shuí)先出誰(shuí)后出就決定了數(shù)據(jù)的延遲大小。
圖5 以太網(wǎng)出口隊(duì)列示意圖
TAS通過開關(guān)門的機(jī)制，來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送。如圖6，通過右側(cè)的Gate Control list來控制每個(gè)隊(duì)列在某一時(shí)刻的開關(guān)門狀態(tài)，以右側(cè)黑框圈出的T05舉例，該時(shí)刻 隊(duì)列7到隊(duì)列0的開關(guān)門狀態(tài)分別是CoCCoCCC（C表示關(guān)門，o表示開門）。數(shù)據(jù)只有在開門的時(shí)候才可以進(jìn)行發(fā)送，也就是說該時(shí)刻只有隊(duì)列6和隊(duì)列3可以發(fā)送數(shù)據(jù)。
圖6 TAS 開關(guān)門控制 (圖片部分引自IEEE 802.1Q)
一般來講 Gate Control List是周期循環(huán)的，在關(guān)鍵數(shù)據(jù)（圖7中TC1數(shù)據(jù)）發(fā)送前和發(fā)送中，我們會(huì)關(guān)閉其他數(shù)據(jù)的發(fā)送，以保證TC1數(shù)據(jù)不會(huì)受到影響。從而為TC1提供低的延時(shí)保證。同時(shí)周期性開關(guān)門的特性也說明TAS更適合為周期性數(shù)據(jù)提供延時(shí)的保障。
圖7 TAS舉例
IEEE 802.1 Qbr & IEEE 802.3bu 幀搶占
幀搶占是TSN協(xié)議族中另一個(gè)提供延遲保障機(jī)制的協(xié)議，該協(xié)議通過修改前導(dǎo)碼將正常的以太網(wǎng)幀分為兩類：Express MAC (EMAC 高優(yōu)先級(jí)幀) 和 Preamble MAC（PMAC 低優(yōu)先級(jí)幀）。通過高優(yōu)先級(jí)幀可以打斷正在發(fā)送的低優(yōu)先級(jí)幀這一特性，減小高優(yōu)先級(jí)的等待時(shí)間。以圖8中的數(shù)據(jù)為例，正常情況下，藍(lán)色的PMAC幀先發(fā)送后，即使后面再來的EMAC幀也必須等待當(dāng)前正在發(fā)送的PMAC幀發(fā)送完成后才能發(fā)送。但是應(yīng)用了幀搶占后，EMAC幀可以打斷PMAC幀進(jìn)行發(fā)送，當(dāng)EMAC幀發(fā)送完成后，剩余的PMAC幀再進(jìn)行發(fā)送。這樣一來就可以節(jié)約下了EMAC幀的等待時(shí)間。
圖8 幀搶占舉例
除了幀搶占自己?jiǎn)为?dú)使用可降低延時(shí)之外。還可以與上面提到的TAS結(jié)合使用以減小Grandband的大?。ㄈ鐖D9），從而在頻繁開關(guān)門的情況下提高網(wǎng)絡(luò)利用率。
圖9 幀搶占結(jié)合TAS減小Grandband
在應(yīng)用幀搶占的時(shí)候有三點(diǎn)注意：
? 數(shù)據(jù) “被且僅被” 分成兩類：PMAC幀和EMAC幀
? 需要依賴底層支持，將原有的MAC層分為EMAC 和 PMAC
? PMAC可被打斷的小幀長(zhǎng)度為124Bytes 小于該長(zhǎng)度不能被打斷
IEEE 802.1Qci Per-Stream Filtering and Policing
TSN協(xié)議族中的PSFP協(xié)議類似防火墻的機(jī)制，它可以對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)前的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和過濾，對(duì)特定標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)幀加以控制。以圖10為例，正常情況下ECU1和ECU2各自發(fā)送20Mbps數(shù)據(jù)，但是由于ECU1受到網(wǎng)絡(luò)攻擊或者自身發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致發(fā)送90Mbps的數(shù)據(jù)。此時(shí)由于switch出口處僅支持100M帶寬，那么ECU2只能發(fā)送10Mbps的數(shù)據(jù)，因此無法正常工作。
如果該系統(tǒng)中應(yīng)用了PSFP，那么此機(jī)制可以提前根據(jù)數(shù)據(jù)流的特征（VLAN，MAC地址，IP地址等）識(shí)別出ECU1所允許發(fā)送的數(shù)據(jù)流僅能為20Mbps，因此就會(huì)對(duì)其進(jìn)行錯(cuò)誤處理，方式分為兩種：
? PSFP限制：限制數(shù)據(jù)流發(fā)送，降低到預(yù)設(shè)值
? PSFP阻斷：阻斷錯(cuò)誤數(shù)據(jù)流
此外PSFP還可以防止網(wǎng)絡(luò)攻擊（例如ARP攻擊），以及通過其中的門控機(jī)制確保被篩選出的數(shù)據(jù)在特定的時(shí)機(jī)進(jìn)行發(fā)送等。
圖10：PSFP舉例
IEEE 802.1CB Frame Replication and Elimination for Reliability (FRER)
802.1CB 協(xié)議主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的冗余備份傳輸，利用冗余機(jī)制解決環(huán)路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，可能由CRC、線路開路，連接器斷開等導(dǎo)致的信息錯(cuò)誤或丟失。如果應(yīng)用了自動(dòng)駕駛，并且有一個(gè)較高的功能安全等級(jí)，那么FRER成為了一個(gè)很好選擇。
圖11. R-tag 及序列號(hào)
在發(fā)送時(shí)，其會(huì)為特定數(shù)據(jù)打上標(biāo)簽和序列碼（如圖11），并且在不同通路上復(fù)制傳輸。在鏈路匯聚點(diǎn)處，復(fù)制信息會(huì)被識(shí)別并消除，以防止接收節(jié)點(diǎn)的上層應(yīng)用處理多個(gè)重復(fù)數(shù)據(jù)。其應(yīng)用大致分為兩種形式：終端節(jié)點(diǎn)承擔(dān)FRER工作（如圖12）或 Switch節(jié)點(diǎn)成端FRER工作（如圖13）。后者相比于前者，實(shí)現(xiàn)起來難度較低，設(shè)計(jì)變更和復(fù)雜程度也會(huì)相對(duì)較小。
圖12. 終端節(jié)點(diǎn)承擔(dān)FRER功能
圖13. Switch承擔(dān)FRER功能
以上就是我們快速了解時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的全部?jī)?nèi)容了。之后小編還會(huì)為大家?guī)砀郥SN的進(jìn)階介紹，期待與大家的下次相遇~ 再見！
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