浅析时间触发以太网TTE

【导读】：近年来，实时网络传输需求给实时网络带来了新的需求和挑战，成为各国工业界研究的热点问题。在激烈的竞争中时间触发以太网脱颖而出，其将时间触发技术的确定性、容错机制和实时性能同普通以太网的灵活性、动态性能以及“尽力而为”相结合，为同步的、高度可靠嵌入式计算与网络、容错设计提供支持。

【关键词】：传统以太网；TTE；事件触发；事件触发。

【小提问】：TTE相比传统以太网的区别是什么？特点是什么？事件触发和事件触发有何不同？TTE传输的数据帧有哪些？各自特点？TTE与汽车？

【正文】：

1.TTE简介

（1）定义：

TTE=传统以太网+时钟同步+时间触发通信+速率受约传输+保证传输

TTE 将时间触发传输的实时性、确定性、容错能力等特点与传统以太网“尽投递”的灵活性、动态性等特点相结合，可支持各种不同类型的应用业务。

（2）特点：

A.TTE与IEEE以太网802.3协议完全兼容，能够使各种不同类型的应用业务在同一个网络上实现无缝连接，如个人PC机、网站、多媒体系统均使用相同网络。

B.适用各种带宽速率网络。TTE在TDMA机制上采用时间触发机制和事件触发机制并存，能充分利用带宽以提高通信网络的效率。它能高效的应用于10Mbit/s， 100Mbit/s等各种带宽网络。

C.TTE具备容错机制，可限制个别端系统的错误在整个网络的蔓延并防止黑客对系统资源的非法访问。

D.TTE具有系统可扩展性，当传输网络因功能需要而扩展时，已有的电子应用无需做出任何改变。

E.TTE 可用于安全优先的载错运行应用，即系统在有错误出现时仍可保持全功能运行。如TTE的时间同步服务，冷启动服务，团集检测和恢复服务等。

2.TTE的数据传输与交换

2.1时间触发vs 事件触发

交通运输

• 汽车，出租车是事件触发优点: 灵活

• 公交车，火车是时间触发优点: 可预知

1)事件触发（Events Trigger，ET）系统:事件（发送消息或任务执行）的开始是没有特殊时序的，且事件可能来自系统内或外部。是一个物理隔离的确定系统，控制信号依照一个安排好的时序依次产生。

2）时间触发（Time Trigger，TT）系统:事件是按照在分布式系统内部的某个时序依次发生的。环境的不可预测性将带来系统的不确定性，其控制信号的产生在时间上不可预测。

2.2 TTE 网络体系架构

正面的层次结构是协议层次结构，侧面的是TTE 服务控制

以太网标准IEEE 802.3

IEEE 802.3标准位于ISO / OSI参考模型的最低层，TTEthernet执行服务在数据链路层，不加修改地使用所有IEEE802.3服务

2.3 TTE传输的数据流

TTE 提供三种不同的数据帧：

事件触发time-triggered(TT)traffic：将自己的本地时钟与网络中其他时间触发通信控制器的本地时钟同步得到全局时间基。

速率受限rate-constrained(RC)traffic：通过建立最大化带宽利用的周期通信来保证在复杂的网络中有限的传输时延。

尽力投递best-effort(BE)traffic：传统以太网的传输业务类型。系统不保证其传输时延、抖动，甚至不保证帧一定能够被投递到接收端。

2.4TTE 网络构件和拓扑结构

TTE 网络构件主要包括：时间触发以太网交换机（CM）、时间触发以太网控制器终端（SM）和时间触发以太网客户终端（SC）及物理链路。

CM：时钟同步的决策者，整合SM 发送的同步帧，并把整合的结果发送给 SM

和SC，建立网络同步并在同步基础上进行流量控制。CM 具有整合功能、时钟同

步功能、余度容错功能、流量控制功能。

SM：时钟同步的发起者，接收CM 整合后的同步帧做时钟同步，并在同步基础上进行流量控制。SM 具有时钟同步功能、余度容错功能、流量控制功能。

SC：时钟同步的参与者，被动接收CM 整合后的同步帧做时钟同步，并在同步基础上进行流量控制。SC 具有时钟同步功能、余度容错功能、流量控制功能。

为了提高系统的可靠性，常采用双冗余甚至多冗余的结构，以防止单个网络中心交换机故障导致的网络失败。

2.5网络构件余度容错机制

（1）沉默故障模型：系统中某个设备出现故障，停止输出数据。设备正常发送/接收了A、B消息，随后设备发生沉默故障，导致后面的C、D、E、F帧无法正常发送/接收。使用TTE协议中的同步/异步集群检测解决，一旦集群检测成功，就重新开始建立同步。

（2）遗漏故障模型：存在遗漏故障的设备在某个随机的时刻将无法发送或接收随机数量的帧。正常发送/接收了A、C、F消息，而B、D、E消息无法正常发送/接收。可以通过多重冗余机制预防。

（3）随机故障模型：一个设备发生错误，在任意时刻发送随机信息至网络中。随机地在任何时间出现沉默和遗漏故障，以及发送帧的误传。比如帧A 的遗漏或误传为 X，帧 B 的遗漏或误传为 Y，帧 D 的遗漏或误传为 K 等。针对随机故障模型可以使用语义控制予以解决，辅助工具是令牌桶控制。

网络容错机制

1）超时监视技术

2）速率限制技术

3）多通道技术

2.6 TTE 系统的数据交换

通过TTE交换机完成

TTE 交换机功能如下：（为保证TTE 网络的数据正确、实时交换)

1)对ET 消息和 TT 消息的分类

2)对TT 消息的传输引入恒定的时延

3)节省存储（ Memory Saved） 的 TT 交换路径

4)支持 TT 消息对 ET 消息的抢占

5) 对被打断的 ET 消息的重传

6) 以以太网标准处理 ET 消息

3.应用

（1）绿色能源和TTTech

•除了风能以外，智能电网（尤其是变电站自动化）正越来越引起人们的关注；

• 可再生能源（太阳能，风能等），功率分配及智能电网自动化是TTTech发展的大趋势。

（2）Audi and TTTech

Audi A8, A7 and A6:

TTTech 安全软件平台–为受到严格成本控制的大批量生产提供质量保证。

（3）汽车和TTTech

• TTEthernet具有高扩展性，高速通信的能力以满足未来自动驾驶的能力，目前正在与BMW，HMC，GM，Audi等合作，计划在2017年生产出商用自动驾驶车辆

• TTTEthernet通信中极低延时的优点，使其作为汽车的主干网络成为可能

• TTEthernet的高容错的特点，以及冗余的架构，为更加智能的汽车提供几家的安全的保障

• TTEthernet与TI的战略联盟为其大规模商业化使用提供支撑

• TTEthernet支持多种通信方式，使其与现存成熟技术有机的结合在一起