許多關鍵時間應用都要依賴多個網絡躍點上的超低時延才能正常發揮作用。在本文中,我們將探討在快速配置調度流量的同時保障其預期性能的各種方法。
——時間敏感網絡(TSN)是一系列在基于以太網的網絡上實現確定性通信的標準。TSN可以為不同的確定性網絡要求提供不同的工具。
調度流量(IEEE 802.1Qbv)和幀優先權(IEEE 802.1Qbu和802.3br)是在多個躍點上實現超低時延的部分最適合的可用TSN工具。調度流量的工作方式是為不同類型的流量分配專用的時隙,類似于時分多址(TDMA)方案的工作原理。然而,要在每個網絡躍點配置專用時隙,并確保通過網絡的幀不會遭遇等待時間,說起來很容易,但做起來卻絕非易事。
駕馭以太網網絡中的“綠波”
當我們在道路上駕車時,一路綠波無疑是一種美好的體驗。所謂綠波就是一系列的交通信號燈(通常為三個或更多)通過協調工作的方式,在主交通方向上的多個路口實現連續不斷的車流。這些交通信號燈需要根據相互之間的距離和預期的車速來接受配置。
與此類似的是,對于以太網而言,當一系列的橋接和終端站以相互協調的方式接受配置,使經過調度的流在多個躍點上實現連續的數據流,而這就是通過調度實現的流量綠波。在配置網絡時,線纜和橋接的延遲,以及鏈路的速度,都需要被考慮在內。
橋接或終端站上每個啟用Qbv的發送端口都有一個門參數表。這個門參數表的特性取決于:
基礎時間:調度啟動的時間
周期時間:控制列表索引返回至零后所用的時間,以及
控制列表:這是一個排序列表,其中的每個條目都規定哪個隊列應開啟或關閉,以及開啟或關閉的時間長度。
在快速配置調度流量的同時為其預期性能提供保障要想配置多個躍點上調度流量并實現綠波,有一種簡易解決方案,即使用基礎時間來補償線纜和橋接延遲。例如,在上面呈現的簡單網絡拓撲結構中,我們可以在送話方1處以基礎時間0.0啟動。
在橋接1處,基礎時間應當是送話方1和橋接1之間的線纜延遲,再加上該幀穿越橋接1所用的時間。在存儲和轉發橋接中,幀長度也需要考慮在內。如果是直通式橋接,這一問題可以忽略。根據該公式的類推,在躍點n處,基礎時間應當設置為:
同樣的方法也適用于更復雜的網絡拓撲結構,以及有多個送話方和受話方的多個流。線纜和橋接延遲可以按動態方式計算。網絡配置可以由CNC和CUC實時更新,在有新的流加入網絡時,以及在流量條件發生變化時,都可以保持綠波。
測量端到端時延還不夠
要想為實現預期的超低時延提供保障,僅測量端到端時延是遠遠不夠的。我們還需要在網絡上的不同點位處采集一系列的指標,對已調度流在時間和多躍點上的穩定性進行評價。評價調度流的最重要指標包括:
1. 特定已調度流的每個幀部分與預期到達時間的偏差
? 最大正偏差
? 最大負偏差
? 平均偏差
2. 已調度流量的計時直方圖 - 例如,在以下時間內收到了多少幀:
? 距預期時間0..100納秒
? 距預期時間100..500納秒
? 距預期時間0.5..2微秒
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