【TSN】IEEE 802.1AS-2020和2011有哪些不同

原文链接https://www.ieee802.org/1/files/public/docs2020/as-draft-blog-post-0720-v01.pdf 仅按照个人理解进行翻译

IEEE 802.1工作组正在推动时间敏感网络（TSN）标准在工业自动化和汽车领域的应用。最主要的工作就是建立一个协议标准，允许在以太网（IEEE STD 802.3）和WiFi（IEEE STD 802.11）网络上传输同步后的时间。IEEE STD 802.1AS就是这样一个TSN标准，规定了如何传输时间同步信息。IEEE STD 802.1AS包括IEEE STD 1588精密时间协议（PTP）的概要。IEEE 802.1工作组最近完成了IEEE STD 802.1AS-2020的工作，其中包括了同样是最近完成的IEEE STD 1588-2019的一些特征。它们基于旧版本协议IEEE STD 802.1AS-2011和IEEE STD 1588-2008做出了重大修订。

IEEE 802.1AS为什么会出现

在发布最早的IEEE STD 802.1AS（2011）之前，IEEE STD 1588被用于在局域网中传输精确时间。虽然IEEE STD 802.1AS是基于IEEE STD 1588，但IEEE STD 802.1AS的需求集中在局域网应用中非常重要的两个方面：

• 适当的成本：使用自由运行时钟将会允许使用低成本的振荡器，这些振荡器在工业自动化和汽车车载网络应用中非常常见。
• 一致的性能：IEEE STD 802.1AS协议会验证网络中（例如域）的所有设备的操作协议。例如，如果检测到不支持IEEE STD 802.1AS协议的以太网交换机，则这个交换机会被排除在传输时间之外。这提供了一致的性能，对于许多局域网应用至关重要。

原始的IEEE STD 802.1AS针对即插即用的音视频应用程序，新的IEEE STD 802.1AS-2020保持向后兼容性。

IEEE 802.1AS的应用领域

由于IEEE STD 802.1AS对许多局域网应用的相关性，在以下领域中，标准化使用IEEE STD 802.1AS的工作正在进行：

• 工业自动化：在工业自动化的TSN文档IEC/IEEE 60802的草案中，时间同步需要满足IEEE STD 802.1AS。
• 汽车车载网络：在车载以太网通讯的TSN文档IEEE P802.1DG的草案中，时间同步需要满足IEEE STD 802.1AS。
• 5G：为了将5G系统集成到工业自动化应用中，3GPP组织中5G技术草案中，时间同步需要满足IEEE STD 802.1AS。

这些应用以前使用了许多其它标准，在最早的IEEE STD 802.1AS中的时间传输的规范和IEEE STD 802.1AS-2020的新特性允许这些应用程序使用基于IEEE 802的时间同步，功能集中于单个标准。其它的应用正在研究中。

802.1AS-2011对比1588-2008

IEEE STD 802.1AS-2011增加了两种技术和相关协议，这些内容不属于IEEE STD 1588-2008。这些技术是：

• 对于一个节点测量本地时钟对主时钟（网络中的所有时序都应该能够追溯到主时钟）的频率偏移量的方法，需通过不断地测量本地时钟相对于链路上相邻设备的频率偏移量，然后在一个时间同步报文中积累所有这些频率偏移量。

注：如果本设备距离主节点最近的路径是：主节点-设备A-设备B-本设备，这意味着需要分别测量主节点到设备A、设备A到设备B、设备B到本设备的频率偏移量，在最后进行累加。设备可以在同步报文中找到所有的三个结果。

• 将IEEE Std 802.1AS协议分成媒体相关层和媒体无关层的架构，媒体相关层能够利用为相应媒体指定的本地定时机制。

第一种技术允许在GM（Grandmaster）或拓扑发生变化时快速收敛，因为和相邻设备频率偏移量是持续测量的，因此在GM或拓扑发生变化时，设备就会得知。第二种技术有助于使用那些想要传输时间的媒体已经开发好的时间机制，即，该技术避免了重复开发现有的定时机制。在IEEE Std 802.1AS-2011中，该技术用作IEEE Std 802.11链路、IEEE Std 802.3 EPON和协调共享网络（例如，同轴电缆多媒体（MoCA））上的时间传输规范。这两种技术都已添加到IEEE Std 1588-2019中，因此它们可以轻松用于任何有用的PTP配置文件。

IEEE Std 802.1AS-2011还指定了一种模型，其中本地时钟是自由运行的，而不是采用锁相环或其它滤波器。这避免了需要通过严格指定过滤器参数来控制时间误差累积，这在不存在广泛网络设计能力的即插即用环境（例如，消费者环境）中很有帮助。

802.1AS-2020对比802.1AS-2011

IEEE Std 802.1AS-2020在IEEE Std 802.1AS-2011的基础上增加了：

• 通过使用精细定时测量(FTM)协议在IEEE 802.11链路上传输，该协议具有更好的时间精度。在IEEE Std 802.1AS-2011中使用的是IEEE Std 802.11的定时测量( TM )协议
• 复数个域，用于以下情况：
  • 用于专业的音视频以及新兴的工业和汽车应用，以帮助促进容错和冗余
  • 同时允许工业应用中的工作时钟和全球时间
• 改进特性以检测不符合IEEE Std 802.1AS-2020和/或IEEE Std 802.1AS-2011的设备的存在，并且不使用这些设备传输时间
• 支持IEEE Std 1588-2019中新的公共平均链路延迟服务的PTP配置，这允许对单个PTP链路进行延迟测量的结果，能够被所有PTP域使用。

所有上述功能都是在满足IEEE Std 1588配置要求的同时开发的。

802.1AS-2020和1588-2019

在IEEE Std 802.1AS-2011的开发过程中，与IEEE P1588委员会进行了重要合作，以确保IEEE Std 802.1AS-2011引用IEEE Std 1588-2008后，与IEEE Std 1588保持一致。随着IEEE Std 802.1AS-2020和IEEE Std 1588-2019的发展，合作继续进行，包括：

• 确保IEEE Std 802.1AS-2020与IEEE Std 1588-2019一致
• IEEE Std 1588-2019纳入新特性：通过累积相邻设备频率偏移量来计算整体的和媒体独立/媒体相关层架构
• 促进IEEE Std 1588-2019开发公共平均链路延迟服务功能，虽然最初认为是IEEE Std 802.1AS-2020需要此功能，但人们认为其它使用PTP的场景也可能会受益

IEEE 1588项目和IEEE 802.1AS项目之间的密切合作有助于从整体上改进IEEE标准组合。例如，当IEEE 802.1AS项目的改进被重新集成到基本IEEE 1588标准中时，这些改进可以用于局域网以外的应用程序（例如ITU-T中指定的电信技术）。

这项工作表明IEEE 802.1对新应用的承诺和对现有标准的支持。IEEE Std 802.1AS-2020修正案的新工作已经开始，将允许使用热备份用于改进容错和冗余。

如果想要一起讨论，欢迎使用私信或给我写邮件：[email protected]，最近都在做关于TSN设备的测试，偶尔会发一些个人总结。