▍前言
時間敏感網路（TSN）是負責數據鏈路層標準的IEEE 802.1任務組的名稱，該技術旨在提升以太網的性能，使其更具備確定性、魯棒性、可靠性。隨著TSN技術在航空航天、汽車、軌道交通等領域的應用越來越多，工業領域的許多廠商也開始佈局TSN設備研發與製造。進入TSN領域需要怎樣的工具？如何驗證TSN設備？如何進行TSN網路配置？這些問題是虹科工程師曾經著力研究的方向，同時也是客戶在接觸TSN技術時必須考慮的內容。
2022年3月3日-4日，虹科受邀出席第三屆TSN時間敏感網路技術及應用論壇，並發表主題為『驗證TSN而建立的TSN測試工具—從設備端到配置工具』的演講。本次演講的主要內容可分為以下三個部分：
- 為什麼選擇TSN？
- TSN測試系統應該具有哪些能力？
- 如何搭建TSN測試環境？
接下來就為大家整理演講中的精彩內容
Part 1、為甚麼選擇TSN?
目前，TSN技術已經在航空航天、汽車、軌道交通等領域得到了應用，但是在工業上還沒有大規模推廣，這主要是因為工業領域現場總線與工業以太網協議規範較多。若在這些總線廠商的支持下研發更多的TSN終端設備，TSN技術或將成為下一代工業網路核心技術。
TSN技術在以下方面具有獨特優勢：
一、實時性
▍TSN提供服務質量（QoS）骨幹網路處理實時流量
二、乙太網技術
▍TSN標準建立在最廣泛使用的標準之上（EtherNET、5G），是現有的以太網技術生態的一部分
三、互操作性
▍TSN是一系列協議族的組合，設備之間一致性的實施方式使之具有互操作性
四、融合網路
▌融合IT流量和實時流量的單一網路
Part2、TSN測試系統應該具有的能力
一、測試系統具有的TSN功能
TSN的測試系統中應該保證支持盡可能多的TSN功能，比如時間同步、時間感知整形器、基於信用的整形器、幀搶占等，從學習或研究的角度來看，這樣的測試系統更易於接受。
二、測試系統應該包含的TSN設備
TSN測試系統至少應該包括以下三種類型的設備：傳統的以太網設備（盡力而為流量）、TSN端點（時間關鍵型流量）和TSN交換機（網路骨幹線），這些設備可以滿足通訊需求，而如果需要進行測試與診斷，則需要用到專門的TSN測試工具，比如可以實現抓包分析與記錄的虹科RELY-TSN-LAB測試工具與虹科RELY-TSN-REC記錄儀。
三、測試系統應具有CNC配置軟體
TSN定義了一個特定的標準（IEEE 802.1Qcc用於配置管理），準備好上述工具之後，我們需要對其進行配置。我們可以利用終端設備的配置工具，如web server等工具來進行配置，但當有多個設備與多個TSN流在網路中交換數據時，單獨配置則變得十分繁雜。因此，TSN測試系統中的網路配置工具CNC十分關鍵。
Part 3、如何搭建TSN測試環境？
根據前面的介紹，我們總結的實現流程如下：首先需要明確並分析TSN網路中具有怎麼樣的流量特徵，以及需要測試的TSN標準有哪些，如同步、整形等；然後，需要根據TSN流量特徵和想要測試的TSN標準和功能準備相應的測試工具和平台架構，並進行網路配置。
這個測試系統由流量生成器（干擾流量）、TSN板卡（影片流）、TSN交換機（骨幹網路）這三個部分組成，其中，虹科TSN交換機可用於無縫實施確定性以太網，虹科TSN板卡可連接PC作為終端站點，而流量生成器則可用於生成擁塞流量進而驗證設備。
▼時間整形與同步測試示例
這部分內容直觀的展示了我們方案一部分的功能——時間同步功能的測試：
1、首先啟動流量生成器，捕獲數據顯示接受了100Mbps的流量，流量優先級為5；
2、當啟動虹科RELY-TSN-PCIe板卡中的TAS（時間感知整形）功能以後，僅保留一個時隙用於優先級5流量的傳輸，允許將所有剩餘的流量發送到剩餘的時隙中。再次捕獲數據，頻寬已經減少，這是由於僅為優先級5的流量預留了一個時隙；
3、當啟動評估板中的TAS（時間感知整形）功能以後，與上一步類似，無法同時打開窗口因此頻寬再次減少了；
4、啟動兩個設備中的同步功能以後，兩個設備可以同時打開窗口，同步完成後，頻寬恢復到之前的水平。
這個測試系統相對來說更複雜，包括TSN板卡、多端口TSN交換機、TSN測試設備和流量生成器。
在虹科的測試平台架構中，網路中的設備包括終端站點和TSN交換機，而終端站點又包括TSN設備和攝影機等其他盡力而為流量的非TSN設備。網路中的TSN流主要為Talkers/sources、Listeners/destinations，這些TSN流將經過TSN交換機。
虹科TSN解決方案
1、RELY-TSN-LAB測試工具
執行錯誤注入、延遲和頻寬測量、流量過濾和記錄IEEE 802.1AS網路硬體時間戳
2、RELY-TSN-REC記錄儀
支持同時對工業級大容量固態硬碟同時讀/寫數據操作；可以透過遠程訪問本地存儲，生成與Wireshark相容的標準文件格式（PCAP）；基於IEEE 802.1AS同步的流量硬體時間戳，可透過IO觸發
3、虹科RELY-TSN-PCIe板卡
可連接PC作為終端站點，並支持在TSN網路中使用典型的工業應用和軟體，如SCADA、MES、OPC（UA）、MTConnect等。
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