虹科分享 | TSN时间敏感网络测试框架

一、时间敏感网络

时间敏感网络（TSN）允许合并OT和IT世界，并保证确定性以太网网络中所有设备的互操作性和标准化。TSN建立在一个真正成熟的生态系统中（如以太网），因此大家认为TSN将是下一代工业网络通信的核心技术。

这项技术可显著降低设备投资、维护、高级分析服务的无缝集成以及减少对单个供应商的依赖。所有这些优点使时间敏感网络成为未来以太网络中的参考技术。

现在TSN标准是一个庞大的标准体系，并且还在不断扩展，主要是在802.1Q标准上进行修改与扩充而来。TSN重点是对当前的二层以太网络进行特性的增强，目前已经制定了一系列标准，通过允许时间同步，流量分组优先转发，利用门控调度机制清理线路以及带宽预留等机制来保证业务流量在以太网中的传输性能，提高以太网的实时性和可靠性。

TSN为了满足确定性的时延需求，会牺牲掉部分带宽资源，所以需要考虑提高资源利用率。除此之外，如何部署TSN网络？是采用分布式部署还是结合SDN等技术进行集中式部署？如何互联多个封闭的TSN 网络？如何协调传输时延的最大时延和平均时延？这些都是在选取TSN产品和做相关开发的时候需要考虑的一些问题。

这些是国内用户在测试和开发过程中常常遇到的问题，为此我们将介绍一个TSN测试网络，希望对大家能够有所启发。

二、TSN测试框架

在上面这个图中，实线代表的是以太网，虚线代表的是TSN网络，TSN网络主干由四个 RELY-TSN-BRIDGE设备组成。这些设备是TSN交换机，每个都有四个TSN端口。这些设备将允许配置基于IEEE 802.1CB标准和RSTP协议的不同冗余拓扑结构，为用户提供一个灵活的测试平台。我们也可以将REC记录仪连接在TSN网络中可以用来记录保存TSN数据流，记录时间戳等。

这些产品使用的都是全集中的模型，支持Qbv YANG数据模型，并且可以由802.1Qcc（完全集中式配置）定义的CNC工具或设备使用NETCONF进行配置。

1. TSN端点

TSN流是指从一个源头到一个或多个目的地的时间敏感数据的单向流动，是TSN网络配置的基础，因为TSN网络的每个链接中的所有机制都是按TSN流定义或配置的。测试平台包括三个TSN设备，它们将按照以下类别作为端点执行。

1）Listener
TSN 网络的要素之一是 listener，它们是消费流量的设备。在我们的架构中，其中一块 RELY-TSN-PCIe 卡将被配置为 listener。 这是一个独立的 TSN 设备，包括两个 TSN 外部端口，用于连接 TSN 网络和执行产品介绍所述 的 TSN 标准，包括冗余标准 IEEE 802.1CB 和 RSTP。

2）Talker
TSN 网络的第二个元素是 talker。 在图中有两个 TSN talker。一边是安装在主机上的 RELY-TSN-PCIe 卡。该卡的功能与作为 listener 的 RELY-TSN-PCIe 卡的功能相同。在另一边，RELY-TSN-CPPS 设备也作为一个 talker。

2. 非TSN端点

在一个TSN网络中，将TSN设备与非TSN设备结合起来是非常普遍的。事实上，在未来，TSN将得到其系统的支持，比如测量/科学/测试等非 TSN 子系统将与控制/传感器/执行器等TSN子系统共存于同一个网络中。

为了提出一个测试平台并尽可能地涵盖在未来系统中可以找到的所有元素，建议的测试平台架构最好包括两个非TSN设备作为talker，从而能帮助我们更好的检查一个混合网络的性能。

举个例子，这两个非TSN元素可以包括：

• IP摄像机：传输预留流量
• 流量发生器：该设备允许在网络中创建拥堵场景

三、总结

TSN是专为满足这些要求而设计的新一代以太网。尽管TSN的引入将因行业而异，但提供实时工作负载的能力将是非常重要的，一些关键行业（如铁路或航空航天）正在将TSN作为其新平台中的标准IT/OT 网络。TSN的核心思维是提出了一个可互操作的系统，并支持多个制造商、协议和机构在同一个网络上共享，根据最严格的时间界限交付流量的能力，在同一物理网络上管理关键和非关键流量的融合，并提供支持高可用性通信的机制，而这也成为了TSN在参加当前最苛刻的关键（和非关键）应用方面的独特主张。有了互操作性和融合网络，市场上将会出现更多的解决方案，所以可以说，TSN能够激发更多具有成本效益的解决方案。