IEEE 802.1Qav 协议笔记

草稿-未完待续

802.1Qav

时间敏感流的转发和排队（Forwarding and queuing for time-sensitive streams）

一、简述

作用：
Qav 队列及转发协议的作用是确保传统的异步以太网数据流量不会干扰到 AVB
的实时音视频流。时间敏感的 AV 流转发采用伪同步模式（Pseudosynchronous），这个机制依赖于 SRP 提供沿路经的预留带宽以及为 PTP 提供 8Khz 的时钟。在每个 125us 的时隙，包含 AVB 数据的 802.3 以太网等时帧（Isochronous）就会被进行转发。同时，为了避免普通数据流量与 AVB 流量之间的对网络资源的竞争，AVB 交换机内对时间敏感的 AV 流和普通数据流进行了区别处理，将等时帧与异步帧分别进行排队，并且赋予等时帧最高的优先级。在优先保证等时帧传输的条件下，继续提供普通异步传输的服务，这就是 Qav 的优先级管理（Prioritize）及流量整形（Traffic Shaping）。尽管终端及交换机设备都需要相应机制保障 75%的带宽资源用于 AVB 应用，但802.1Qav 的大部分实现将由 AVB 交换机负责。

必要性：
调度和流量整形允许在同一网络上具有不同优先级的不同流量类的共存 - 每个流量类对可用带宽和端到端延迟具有不同的要求。根据IEEE 802.1q的标准桥接使用八个不同的优先级和严格的优先级方案。在协议级别，这些优先级在标准以太网帧的802.1Q VLAN标记中可见。这些优先级已经允许区分更重要和更不重要的网络流量，但即使具有八个优先级中的最高优先级，也不能给出端到端传送时间的绝对保证。其原因是以太网交换机内部的缓冲效应。如果交换机已开始在其中一个端口上传输以太网帧，则即使是最高优先级的帧也必须在交换机缓冲区内等待此传输完成。使用标准以太网交换，无法避免这种非确定性。在应用程序不依赖于单个以太网帧的及时交付的环境中（例如办公室IT基础架构），这不是问题。在这些环境中，文件传输，传输控制协议。然而，在工业自动化和汽车汽车环境中，闭环控制或安全应用正在使用以太网网络，可靠和及时的交付是至关重要的。对于此处使用的以太网，需要增强IEEE 802.1Q的严格优先级调度。

AVB问题：

• IEEE802.1 AVB 协议并没有规定我们如何对输入的视频流包进行分割处理？
• 到底是直接转发还是缓冲队列后转发？
• 如果需要缓冲，到底需要多少 RAM 作为缓冲区域？
• 后段转发的有可能多个数据流的各自时间片大小如何划分？
• 优先权如何设定？
• 音频流的格式很多， 占用带宽最大的 7.1 声道 32 位数据将会占用 12Mb/s 带宽，我们如何处理多数据流的应用？
• 在有操作系统的情况下，如何保证转发任务能够及时按时执行？

二、

三、CBS算法

参数

过程

CBS算法工作的工作工程分为一下三种情况：

情况1：对于队列中的一个帧，此时credit信用值为0，且无其他正在传输的帧（称为冲突，若有，则要等那帧传完），所以可以立刻传输。传输时credit以sendSlope下降，传完后，credit以idleSlope上升，升到0后又能传输新帧。如图L-1：

如果有源源不断的帧到来，即每当credit由负值升到0时，都要帧在等着传的话，则：该队列的传输速率/portTransmitRate = 该队列的帧在端口上传输的时间比例 。即：
bandwidthFraction = idleSlope/portTransmitRate

情况2：当端口正在传输一个冲突的帧时，frame A 需要排队等待，等冲突帧传完后再传。当frame A 传完时，此时credit仍大于0，可惜队列中已经无帧可传，故credit被置0.如下图L-2:

情况3. 现在CBS队列中有3个帧在等待端口传完一个冲突帧，credit以idleSlope上升。冲突帧传完后，frame A 被传输，A 传完时，credit仍大于0，所以马上接着传输frame B；当B传完之后，credit小于0了，所以frame C 只能等待credit爬升回0，才能传输。如下图L-3。注意：相当于credit小于0后，该CBS队列就“哑巴”了，需要等到credit升到0才能再次说话。在它哑巴期间，可能其他队列在使用端口传输。

参考文献

1. IEEE 802.1Qav 协议综述
2. Time-Sensitive_Networking