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)議介紹起了個頭，講解了TSN中用到的時鐘同步系統(tǒng)IEEE 802.1AS-Rev。如果有小伙伴漏掉了上期的內容，可以點此鏈接查看：快速了解時間敏感網(wǎng)絡(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
時間感知整形（TAS）可以說是TSN里的一個核心協(xié)議，正是它的應用為車內時間敏感數(shù)據(jù)提供了低的延時及抖動的保證。我們知道，以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)是在總線上串行傳輸?shù)模鐖D5，當有多個數(shù)據(jù)在交換機出口等待被轉出時（不同的數(shù)據(jù)會根據(jù)VLAN Tag中的優(yōu)先級在不同的隊列中排隊等待），誰先出誰后出就決定了數(shù)據(jù)的延遲大小。
圖5 以太網(wǎng)出口隊列示意圖
TAS通過開關門的機制，來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送。如圖6，通過右側的Gate Control list來控制每個隊列在某一時刻的開關門狀態(tài)，以右側黑框圈出的T05舉例，該時刻 隊列7到隊列0的開關門狀態(tài)分別是CoCCoCCC（C表示關門，o表示開門）。數(shù)據(jù)只有在開門的時候才可以進行發(fā)送，也就是說該時刻只有隊列6和隊列3可以發(fā)送數(shù)據(jù)。
圖6 TAS 開關門控制 (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，我們會關閉其他數(shù)據(jù)的發(fā)送，以保證TC1數(shù)據(jù)不會受到影響。從而為TC1提供低的延時保證。同時周期性開關門的特性也說明TAS更適合為周期性數(shù)據(jù)提供延時的保障。
圖7 TAS舉例
IEEE 802.1 Qbr & IEEE 802.3bu 幀搶占
幀搶占是TSN協(xié)議族中另一個提供延遲保障機制的協(xié)議，該協(xié)議通過修改前導碼將正常的以太網(wǎng)幀分為兩類：Express MAC (EMAC 高優(yōu)先級幀) 和 Preamble MAC（PMAC 低優(yōu)先級幀）。通過高優(yōu)先級幀可以打斷正在發(fā)送的低優(yōu)先級幀這一特性，減小高優(yōu)先級的等待時間。以圖8中的數(shù)據(jù)為例，正常情況下，藍色的PMAC幀先發(fā)送后，即使后面再來的EMAC幀也必須等待當前正在發(fā)送的PMAC幀發(fā)送完成后才能發(fā)送。但是應用了幀搶占后，EMAC幀可以打斷PMAC幀進行發(fā)送，當EMAC幀發(fā)送完成后，剩余的PMAC幀再進行發(fā)送。這樣一來就可以節(jié)約下了EMAC幀的等待時間。
圖8 幀搶占舉例
除了幀搶占自己單獨使用可降低延時之外。還可以與上面提到的TAS結合使用以減小Grandband的大小（如圖9），從而在頻繁開關門的情況下提高網(wǎng)絡利用率。
圖9 幀搶占結合TAS減小Grandband
在應用幀搶占的時候有三點注意：
? 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可被打斷的小幀長度為124Bytes 小于該長度不能被打斷
IEEE 802.1Qci Per-Stream Filtering and Policing
TSN協(xié)議族中的PSFP協(xié)議類似防火墻的機制，它可以對轉發(fā)前的數(shù)據(jù)進行篩選和過濾，對特定標識的數(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)絡攻擊或者自身發(fā)生錯誤，導致發(fā)送90Mbps的數(shù)據(jù)。此時由于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)中應用了PSFP，那么此機制可以提前根據(jù)數(shù)據(jù)流的特征（VLAN，MAC地址，IP地址等）識別出ECU1所允許發(fā)送的數(shù)據(jù)流僅能為20Mbps，因此就會對其進行錯誤處理，方式分為兩種：
? PSFP限制：限制數(shù)據(jù)流發(fā)送，降低到預設值
? PSFP阻斷：阻斷錯誤數(shù)據(jù)流
此外PSFP還可以防止網(wǎng)絡攻擊（例如ARP攻擊），以及通過其中的門控機制確保被篩選出的數(shù)據(jù)在特定的時機進行發(fā)送等。
圖10：PSFP舉例
IEEE 802.1CB Frame Replication and Elimination for Reliability (FRER)
802.1CB 協(xié)議主要負責數(shù)據(jù)的冗余備份傳輸，利用冗余機制解決環(huán)路網(wǎng)絡拓撲中，可能由CRC、線路開路，連接器斷開等導致的信息錯誤或丟失。如果應用了自動駕駛，并且有一個較高的功能安全等級，那么FRER成為了一個很好選擇。
圖11. R-tag 及序列號
在發(fā)送時，其會為特定數(shù)據(jù)打上標簽和序列碼（如圖11），并且在不同通路上復制傳輸。在鏈路匯聚點處，復制信息會被識別并消除，以防止接收節(jié)點的上層應用處理多個重復數(shù)據(jù)。其應用大致分為兩種形式：終端節(jié)點承擔FRER工作（如圖12）或 Switch節(jié)點成端FRER工作（如圖13）。后者相比于前者，實現(xiàn)起來難度較低，設計變更和復雜程度也會相對較小。
圖12. 終端節(jié)點承擔FRER功能
圖13. Switch承擔FRER功能
以上就是我們快速了解時間敏感網(wǎng)絡（TSN）的全部內容了。之后小編還會為大家?guī)砀郥SN的進階介紹，期待與大家的下次相遇~ 再見！
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