產品小學堂|可實現頻寬計量和延遲計算的時間敏感網絡RELY-TSN-LAB 操作指南和基本功能測試

時間敏感網絡(TSN)能夠合併OT和IT世界,這將是真正確保互操作性和標準化的創新性技術。這項技術的有效開發將顯著降低設備成本、維護、先進分析服務的無縫集成以及減少對單個供應商的依賴。為了在這些網絡中實現確定性,需要控制連接到網絡的設備的延遲和頻寬,並預測其在擁堵和錯誤情況下的行為。

RELY-TSN-LAB 時間敏感網絡測試工具

RELY-TSN-LAB是一種新概念的測試工具,可以在不同的測試條件下測量設備或TSN網段的延遲和頻寬。

01 網絡中的接入方式

開始使用RELY-TSN-LAB的第一步是將設備連接到LAN段或被測設備上。 RELY-TSN-LAB對從端口0收到的幀執行所有操作,並將它們轉發到端口1、端口2的情況也一樣,但幀被轉發到端口3。端口1和端口3收到的所有流量都分別傳遞給端口0和端口2,沒有任何變化。在RELY-TSN-LAB中實現的框圖如圖1所示。

圖1 RELY-TSN-LAB內部結構

PL 部分

SoC的可編程邏輯部分,是由兩個實驗工具塊組成,執行過濾、錯誤注入、頻寬計量和延遲計量的功能。第一個Labtool通過port-0和port-1向LAN段或被測設備註入流量。第二個Labtool通過port-2和port-3工作,從局域網段或被測設備上獲取流量。此外,這兩個模組都連接到第三個模組,實現相應的同步,以達到時間標記的目的。

PS部分

SoC 的處理系統部分,該部分通過內部配置接口連接到 PL 部分。它還有一個稱為服務端口的外部連接,可用於配置設備和檢索儲存的 .CSV 文件。服務端口可以設置在與其他以太網端口不同的網絡中。

建議的測試設置如圖2所示。流量可以在進入被測網絡之前以及在到達目的地之前再次被標記、測量或損壞。

圖2 LAB接入網路的方式

REL-TSN-LAB 對所有流量都是透明的(啟用錯誤注入時除外)。僅添加了大約 1us 的延遲。該延遲在兩個方向上是對稱的。這允許出於同步目的而在沒有不對稱的情況下測量路徑延遲。

02 基本功能測試

網絡拓撲模型

如下方的網絡拓撲模型(見圖3),這裡利用流量生成器(GEN)作為數據源進行流量發送,PC作為目的地,中間以一個交換機(BRIDGE)模擬大規模中間節點,設備LAB則用於測量數據源到目的地之間的流量傳輸頻寬以及延遲。

圖3 測試網絡拓撲結構

注意:也可以用GEN剩餘端口通過交換機向目的地PC發送多種不同類型的流量,通過配置過濾策略,根據不同的參數(IP 地址、以太網類型、內容等)限制測量不同流量的帶寬和傳輸延遲。

GEN定義傳輸的流量

使用流量生成器產生流量傳輸,以便在REC中捕獲此流量類別,GEN傳輸參數設置如圖4所示。

圖4 GEN流量參數設置

dst_MAC_address_lo: 該MAC地址被設備用作生成的任何出站幀的目標地址。這些位對應於MAC地址的低部分(位31至0)。設置為目標PC的0x5B893FBE。

dst_MAC_address_hi: 該MAC地址被設備用作生成的任何出站幀的目標地址。這些位對應於MAC地址的高部分(位47至32)。設置為目標PC的0x80FA。

Frame Size:它指定要傳輸的幀長。這個大小從60字節增加到1518字節(沒有CRC字段)。定義為1500字節大小。

Ethertype: 它指定要傳輸的幀的以太類型。默認值為0x000088FB。

Percentage: 它以百分比為單位定義了傳輸速率,它的粒度為一個單位。定義為千兆的百分30,即300兆速率。

Frame_tx_enable:設置為1,以啟用數據包傳輸。

LAB設備的帶寬測量

圖5顯示了每個TAP端口的狀態,勾選“port enabled”對TAP端口進行啟用。除此之外,每個端口還顯示了PHY的測量速度。

圖5 使能TAP端口

如圖6所示,勾選“Bandwidth meter enabed”,開始啟用LAB設備的頻寬計量功能,能計算經過兩個TAP之間的流量頻寬大小。

圖6 啟用LAB的頻寬計量

如圖7所示,通過使用過濾器選擇要在哪些幀上應用頻寬計量功能,最多可以配置 4 個過濾器,每個過濾器都可以通過用戶設置的 ID 來識別。在其 ID 旁邊,有一個計數器,用於測量與過濾器集匹配的幀數量。當相應的啟用複選框被選中並按下應用更改按鈕時,將應用過濾器。

注意:這使用全局過濾器(未進行任何過濾參數設置,只使能過濾器)

圖7 啟用LAB的頻寬計量過濾器

頻寬計量功能以及過濾器參數設置並啟動後,如圖8所示,在“BANDWIDTH METER”就可以看到TAP0和TAP1端檢測出來的流量頻寬,都是300M大小,符合流量生成器(GEN)設置的數據傳輸大小。

圖8 TAP測量得到的頻寬大小

設備的每個端口根據不同的標準記錄發送和接收的幀。這些計數器是環繞式計數器並具有復位功能。當它們自然環繞、重置或重新啟動設備時,它們可以歸零。所有統計計數器都是只讀的,因此對統計計數器的寫入嘗試將不成功。

圖9

為了檢查目的地PC接收的流量是否有誤,在PC端利用wireshark工具捕獲傳輸過來的流量,如圖10所示,通過對流量報文的解析以及帶寬的I/O統計,對比GEN參數配置,捕獲的流量與發送的流量保持一致,證明LAB設備在網絡中充當一個透明設備的角色。

圖10 PC端捕獲的傳輸流量

LAB設備的延遲計算

如圖11所示,定義將提取並儲存在設備中的時間戳幀的兩個段。其中,偏移量(offset)是指定要儲存幀字節的字節位置,字節數(Number of bytes)是指定要從指定偏移量儲存的幀字節數。

圖11 定義時間幀的提取字段

同理於頻寬計量過濾器設置,如圖12所示,幀時間戳同樣具有過濾器設置,這裡直接勾選不做任何過濾參數設置,使能一個全局過濾器。

圖12 啟用LAB的幀戳過濾器

如圖13所示,勾選“Frame timestamper enabled”,開始啟用LAB的延遲計算功能。並分別點擊TAP下方的“Download capture life”開始捕獲帶有時間戳資訊的幀,Web網頁會下載帶有.CSV後綴的文件,此文件用於計算TAP0和TAP1之間的網絡拓撲的傳輸延遲。

圖13 啟用LAB的延遲計算功能

如圖14所示,TAP0捕獲的CSV文件,文件中有之前設置的每個幀的偏移字段,以及在開頭當中這個幀捕獲時所對應的時間戳訊息,同理TAP1捕獲的CSV文件也一樣,延遲需要進行計算兩個文件的訊息。

圖14 捕獲的幀時間戳CSV文件

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