IEEE 802.1AS是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議,它是IEEE 802.1工作組的一部分,主要用于支持時(shí)間敏感的應(yīng)用在橋接網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間同步。802.1AS協(xié)議專門為了滿足TSN網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的時(shí)間同步需求而設(shè)計(jì)。TSN是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它可以提供精確的時(shí)間同步和低延遲,從而保障音視頻、傳感器、控制器和其他時(shí)間敏感的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸。相較于AS-2011版本中的單時(shí)鐘域,AS-2020版本則是提供了對(duì)多時(shí)鐘域的支持。當(dāng)前很多國(guó)內(nèi)知名OEM和供應(yīng)商都對(duì)AS-2020表現(xiàn)出了濃厚的興趣,已經(jīng)開始開發(fā)和設(shè)計(jì)基于AS-2020的車內(nèi)時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
應(yīng)用背景
單一的時(shí)鐘域在進(jìn)行時(shí)間同步時(shí),如果某條物理鏈路發(fā)生故障,影響了時(shí)間同步報(bào)文的傳輸,那么對(duì)于該物理鏈路所連接的下游節(jié)點(diǎn)以及依賴該節(jié)點(diǎn)參與時(shí)間同步的后續(xù)所有節(jié)點(diǎn),它們的時(shí)間同步功能均會(huì)發(fā)生異常。
規(guī)范背景
針對(duì)上述異常情況,AS-2011采取BMCA重新選取主時(shí)鐘的方法,而BMCA重新生成時(shí)間同步樹是需要時(shí)間的,這段時(shí)間內(nèi)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間可能會(huì)有較大波動(dòng)。
車載以太網(wǎng)AVB規(guī)范中也規(guī)定了對(duì)于這種異常情況的處理行為,對(duì)于switch節(jié)點(diǎn),如果上游鏈路故障,該switch節(jié)點(diǎn)會(huì)采取syncReceiptTimeout behavior,具體來(lái)講就是沿用上次儲(chǔ)存的GM時(shí)間,依賴本地時(shí)鐘向下游節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間同步報(bào)文,而如果是與GM相鄰的switch節(jié)點(diǎn)采取了這種行為,就可能會(huì)發(fā)生外部授時(shí)時(shí)鐘源(如GPS)丟失的問題,這會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘源的可靠性。對(duì)于終端slave節(jié)點(diǎn),如果上游鏈路故障,該終端slave節(jié)點(diǎn)會(huì)采取Holdover behavior,具體來(lái)講就是只能靠本地時(shí)鐘和已知的自身和GM的頻率偏差來(lái)維持自身時(shí)間,而如果這種行為持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的話,該終端slave節(jié)點(diǎn)的時(shí)間就可能會(huì)與GM的時(shí)間偏差越來(lái)越大。
AS-2020則是通過實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘域冗余來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)可靠性,從而盡可能保障當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)在物理鏈路故障情況下的時(shí)間同步。下面介紹其中一種實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘域冗余的方法 - 通過類似CB鏈路冗余機(jī)制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘域冗余。
在上述時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?/span>,以同一個(gè)GM為根節(jié)點(diǎn),分別生成了藍(lán)色和紅色兩個(gè)時(shí)間同步樹(也就是兩個(gè)時(shí)鐘域),當(dāng)其中一個(gè)時(shí)鐘域中的時(shí)間同步報(bào)文傳輸異常時(shí),相鄰的下游節(jié)點(diǎn)可以使用另一個(gè)時(shí)間域中的時(shí)間同步報(bào)文來(lái)完成時(shí)間同步。
在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都要具備同時(shí)支持多個(gè)時(shí)鐘域的功能。
在實(shí)際環(huán)境中,終端節(jié)點(diǎn)(GM或者slave)與bridge之間藍(lán)色的時(shí)間同步樹和紅色的時(shí)間同步樹可以走兩條不同的物理鏈路,這樣在其中一條物理鏈路發(fā)生故障時(shí),另一條物理鏈路上仍然搭載了有效的時(shí)間同步信息,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步性能得以保障。
TSN CoreSolution新功能
TSN Box作為TSN CoreSolution中的硬件工具,在原有AS-2011時(shí)間同步節(jié)點(diǎn)仿真的基礎(chǔ)上,增加了對(duì)AS-2020功能的支持。在上述時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校琓SNBox可以作為GM或者slave,同時(shí)維持兩個(gè)時(shí)鐘域中的時(shí)間。對(duì)于那些想要進(jìn)行時(shí)鐘域冗余的開發(fā)或測(cè)試,但又缺少相關(guān)設(shè)備支持的工程師來(lái)說,TSN Box無(wú)疑是一個(gè)優(yōu)秀的選擇。
TSN CoreSolution AS-2020功能特性驗(yàn)證
1)驗(yàn)證TSN Box可以作為GM同時(shí)維持兩個(gè)不同的時(shí)鐘域
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??中間作為GM的TSNBox分別位于兩個(gè)不同的時(shí)鐘域中
抓取左側(cè)鏈路上的sync報(bào)文發(fā)現(xiàn)其domain number為0,抓取右側(cè)鏈路上的sync報(bào)文發(fā)現(xiàn)其domain number為2,且左右兩側(cè)鏈路上Pdelay_Req、Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_Up 報(bào)文的domainNumber都是 0(與AS-2020規(guī)范相符)。
Domain0中作為slave的TSNBox顯示的同步結(jié)果如下:
Domain2中作為slave的TSNBox顯示的同步結(jié)果如下:可見兩個(gè)不同時(shí)鐘域中的slave均和GM達(dá)到時(shí)間同步,這說明中間的TSN Box作為GM在同時(shí)維持兩個(gè)不同的時(shí)鐘域。
2)驗(yàn)證TSN Box可以作為slave同時(shí)維持兩個(gè)不同的時(shí)鐘域
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 中間作為slave的TSNBox分別位于兩個(gè)不同的時(shí)鐘域中
抓取左側(cè)鏈路上的sync報(bào)文發(fā)現(xiàn)domain number為0,抓取右側(cè)鏈路上的sync報(bào)文發(fā)現(xiàn)domain number為2,且Pdelay_Req, Pdelay_Resp, and Pdelay_Resp_Follow_Up 報(bào)文的domainNumber是 0。
作為slave的TSNBox使能Reverse Sync功能,發(fā)送同步時(shí)間戳,并利用TSNBox對(duì)Reverse Sync的支持來(lái)計(jì)算GM與slave之間的同步誤差/精度。
Domain0中作為GM的TSNBox顯示的同步結(jié)果如下:Domain2中作為GM的TSNBox顯示的同步結(jié)果如下:
可見位于兩個(gè)不同時(shí)鐘域中的slave均和對(duì)應(yīng)的GM達(dá)到時(shí)間同步,這說明中間的TSN Box作為slave在同時(shí)維持兩個(gè)不同的時(shí)鐘域。
典型應(yīng)用場(chǎng)景示例在斷開綠色物理鏈路的情況下,不影響GM和slave之間的時(shí)鐘同步。在斷開紅色物理鏈路的情況下,不影響GM和slave之間的時(shí)鐘同步。
通過時(shí)鐘域冗余的功能,保證了在其中一條物理鏈路發(fā)生故障時(shí),原時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)仍然可以正常進(jìn)行時(shí)間同步。
公司背景
TSN Syetems在TSN工具鏈產(chǎn)品領(lǐng)域已有長(zhǎng)達(dá)十年的發(fā)展歷史,其公司內(nèi)部有超過50位時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)和汽車電子電器架構(gòu)方面的專家。TSN Systems公司專注TSN技術(shù)研發(fā),致力于提供專業(yè)的測(cè)量和分析工具來(lái)幫助汽車行業(yè)控制復(fù)雜度、降低風(fēng)險(xiǎn),其TSN CoreSolution是該公司推出的最新產(chǎn)品,致力于輔助工程師進(jìn)行復(fù)雜TSN網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)和驗(yàn)證。
北匯信息作為TSN Systems在中國(guó)的獨(dú)家合作伙伴,多年來(lái)一直致力于TSN設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的實(shí)踐工作,積累了豐富的TSN項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。期間,參與多個(gè)國(guó)內(nèi)TSN項(xiàng)目,擁有完整的TSN設(shè)計(jì)、仿真、原型搭建的開發(fā)經(jīng)驗(yàn),同時(shí)為客戶提供齊備的TSN測(cè)試工具鏈與驗(yàn)證方法。
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