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前言
以太网正在快速取代传统网络，作为航空电子设备和任务系统的核心高速网络。本文提出了以太网时间敏锐网络(TSN)在航空电子设备上应用的技术优良问题。在实质应用中，TSN已作为一个拥有丰富的机制和协议的工具箱，可满足与时间和靠谱性关联的QoS需求，因此呢TSN是汽车、工业4.0和电信等各应用行业中有线高速通信的重要技术。这里背景下，本案例重点呈现TSN按时QoS机制在直升机航空电子设备和任务系统中的应用。
案例概述
本案例科研是基于空客直升机机构供给的TSN通信架构原型案例。案例的第1部分重点阐述与直升机航空电子设备和任务网络关联的TSN标准，尤其是数据传输的实时性。第二部分是评定在下一代系统子集的现实网络中，TSN按时QoS核心机制怎样加强在调度最大流数量过程中的效率。
1、以太网TSN按时QoS机制与标准
拥有QoS保准的实时通信针对有些航空航天嵌入式系统（如直升机）来讲是必不可少的。IEEE 802.1 TSN TG（时间敏锐网络技术小组），研发了与时间和靠谱性关联的QoS需求的技术。IEEE 802.1协议簇（WG）为交换以太网制定标准。这些标准中定义的机制和协议依赖于数据链路层供给的服务，如时间同步、网络配置和管理以及QoS等特性。本案例中将重点探讨网络的实时性需求以及分析供给按时QoS的TSN机制。
IEEE802.1Q(TSN)中的按时QoS
实时通信系统中最重要的需求之一是保准延迟有边界。咱们将帧从发送方经过网络到接收方所花费的时间叫作为延迟。在有实时需要的网络中，例如直升机，数据流的延迟一般有一个最大容忍值，亦便是说，它们会受到截止时间的限制。
802.1Q中的按时QoS：严格的优先等级
流量优先级映射到流类别(TC)一共有8个等级，而后按照流的类别选取流进行传输。
+充分的优先级分配能保准按时完成任务。
–不能改变流量阻塞的损失。 –延迟可能不够低。
802.1Q中的按时QoS：基于信用的整形器-CBS
基于信用的传输管理：
• 仅当信用值>0时才准许传输。
• 当前正在传输的Traffic Class(TC)的信用值在传输时会减少，其他未传输的Traffic Class(TC)信用值会增多。
+充足的配置能保准按时完成任务。
+防止低优先级流量的阻塞 –延迟可能不够低。
802.1Q中的按时QoS：调度流量
为每一个TC分配一个规律门。仅当门打开时才准许传输。门的打开和关闭由预先定义的时间表掌控。
+充足的调度降低延迟和抖动
–生成正确的调度表可能是一个繁杂的算法问题 –带宽可能未得到充分利用
TC#3的帧已准备好传输并且其门已打开,但无足够的时间来传输完整的信息
802.1Q中的按时QoS：帧抢占
较低优先级的帧能够被较高优先级的帧抢占。
TC#3的帧已准备好传输并且其门已打开，但无足够的时间来传输完整的信息
+能够改善延迟
+与以下一块运用预定流量优化带宽利用率 –硬件实施并不简单
总结
航空航天TSN配置文件
IEEE802.1和SAE航空电子网络AS-1A2的联合工作。TSN配置文件：选取机制和配置以满足用例需求。日前处在研发的初期周期。
该标准为确定性IEEE802.3以太网的设计者、实施者、集成商和认证公司指定了配置文件，支持广泛的航空航天机载应用，包含哪些需要安全性、高可用性性和靠谱性、可守护性和有限延迟的应用。
2、TSN调度机制的效率
本案例下半部分重点与任务方面相关。案例中评定了不同TSN机制在网络负载增长时满足时序约束的相对能力，还量化了不同调度处理方法的内存运用状况,包括1000个流的特定应用程序。所有实验均运用软件RTaW‑Pegase进行。
机载TSN网络模型
该通信体系结构由两个在多个终端系统上相互连接的子网络构成。
上层网络：具相关键流的核心航空电子设备→科研重点
下层网络：重点是任务
定量评定
• 技术：模拟、最坏状况分析、设计空间探索系统、合成数据 • 候选TSN调度处理方法：整形、时间触发传输、抢占、手动（“用户优先级”）和自动流优先级分配（“简明优先事项”）
过载分析：在某些链路显现过载之前有多少个流？
该通信体系结构由两个在多个终端系统上相互连接的子网络构成。
上层网络：具相关键流的核心航空电子设备→科研重点
流数量
•
超过7000个流，最少一条链路过载的概率急剧增多 →网络容量上限 •
显示网络容量很重要，截止日期等于周期
拓扑压力测试®（TST）：
流数量
上图为运用软件RTaW-Pegase执行拓扑压力测试®（TST）得到的数据。在TSN处理方法中成功调度必定数量的流的概率，拥有7000个流的系统有89%的概率可经过CP进行调度。
•
Concise Priorities(CP)的性能接近最佳，由于它调度了99%的非过载配置
→整形、时间触发传输或帧抢占无增益 •
FIFO调度优于“用户优先级”，后者利用了6个优先级！最大限度内存运用：思虑中等规模的1000个流网络
最大限度内存运用
思虑中等规模的1000个流网络
出口端口（接口、交换机）
•
整形（此处由软件实现的预整形）在本案例科研中将平均内存运用量减少了80% •
每一个开关的总内存高达 568KB未整形 168KB带整形 •
优先级的设置不会减少FIFO存储器运用内存 •
CBS在记忆性方面亦表现得非常好。此处未运用CBS ，由于优先级分配算法未针对CBS进行优化。
结论
•
并非所有系统都触及到TSN中的所有标准（如本案例科研所示） •
战略位置好的策略匹配机制能提高成本效益 •
TSN策略机制的选取：关键影响原因有那些？
- 更高优先级的流量→能够选取流量整形
- 较低优先级流量→能够选取由时间触发的流量传输或抢占
- 相同优先级流量→能够设置更多优先级，更好的优先级分配和流量整形 •
在本案例中，优先级是计时所需的独一QoS机制 •
内存和时间同样都会对流量产生限制，流量整形确实是有效的 • 非纯粹的技术问题，例如重量、成本和认证工作等亦要思虑在内
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发表于 2024-8-31 07:34:19