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OpenBox:软件界说时间 敏感网络SD-TSN
宣布时间 :2021-05-18
      软件界说时间 敏感网络:SD-TSN。融合 了软件界说网络手艺 与时间 敏感网络手艺 的综合系统 网络。该网络既具有 软件界说网络的组网无邪 性、协议有关 转发的高顺应 性、转发控制疏散的高效性与可控性,同时又具有低延时、低发抖的时间 敏感特征 。经过 软件流表与行列照射 的无邪 界说,极大放宽了全网流妄想 调治的难度,增强 了TSN网络的适用规模和行业兼容性。
     TSN的时间 敏感特征终究 是 谁的属性?千真万确 ,这是买卖 的属性。TSN的手艺 尺度来源 于音视频行业,其焦点特征 要求是高实时和同步传输。为何 是高实时与同步传输这两个特征 呢?因为 这确实 是属于现代 多媒体买卖 生长的一定需求,好比说实况赛事直播。随着现代 工业互联网的生长和消费 规模的扩展 及协同要求,TSN所提供的网络特征 逐渐 被工业界各行业所关注和吸引,特殊 是在IT与OT融合 和5G手艺 的商用配景下,TSN手艺 的主要 性越发变得显着 。
     万物皆有宿命,手艺 在特定范围 下所具有 的下风 也一定成为它在顺应 其他范围 的不及 。五月天app官网无限观看深化 研讨 手艺 的焦点与实质 ,不迷信 手艺 ,擅长 勾搭 手艺 的下风 来处置 买卖 的痛点。
      1.确定的网络需求 确定的情形
     在以后 时代与手艺 配景下,TSN确实 变得很主要 。但它其实不 是灵丹妙药,也不是万能解药。TSN手艺 的主要 性主要 体如今 其手艺 规范 要求的网络情形 下,可以确保买卖 的分组数据以确定的延时和较小的发抖抵达 买卖 对端。TSN的焦点特征是保险 确定的延时(规模),可以妄想 出较小延时。发抖巨细跟详细 网络买卖 流量、调治战略相关。为维护 上述特征,在TSN网络系统 中网络情形 的种种参数,如时间 、流特征以及调治控制都是其准确 运转 的先决条件,确定成分 。
     1.1 全局时间 同步
     时钟同步竞赛 好明白 ,就好比全中国都运用 北京时间 对自己 的消费 和生涯 举行 布置 参考。TSN网络运转 的条件 条件就是时间 同步,只要 一切 节点全都同步到了一个全局的时钟刻度,才有能够 为其举行 买卖 流的妄想 ,各流之间才不会碰撞。例如高铁网络,各个站点之间若是 不都是基于北京时间 来举行 列车调治,一定 无法完成整个高铁网络的准确 运转,甚至带来严重效果 。时间 同步是基于时间 信息做妄想 调治的前期 和基础 。
     1.2 时间 敏感流参数明白
     TSN对流的要求一是确定且牢靠 的周期性;二是分组长度尽管 牢靠 ;三是有可接受 的延时与发抖目的 。TSN网络只能维护 时间 敏感流的实时性和牢靠 性,其关键 缘故原由 就是这些时间 敏感流的买卖 特征是明白 的,先知的。不具有 周期性的流,调治法式无法为其做出有限 期的门控妄想 。分组长度随机的流则只能按最坏情形 (最大MTU)巨细为其妄想 ,形成 该分组转发后的调治时隙资源的铺张 ,为其他更多流的妄想 带来限制和难题 。延时和发抖自己 就是时间 敏感流自备的属性,同时也是做妄想 调治需求 盘算思量 的成分 。
     只要 这些流属性参数都明白 ,才干 为其举行 一致 的妄想 调治。否则,流的周期踏实 定,或是分组长度随机,都将无法为其提供TSN流的效劳 ,只能看成BE流来处置赏罚 。
     1.3 全网一致 妄想 调治
     TSN流一定是先妄想 调治再上线运转 。在全局时钟同步和时间 敏感流的各项属性参数都明白 的条件下,可以预备 做全网流量转发的妄想 调治,天生 各节点各端口的门控列表。妄想 调治的输入 参数很是多,求解历程也很是严重 。有无 解或最优解天生 取决于妄想 法式对完整 系统 的各个方面 成分 的思量 与算法的合理性 。随着TSN流数目 的增添 、流周期的抵触 增添 和最小公倍数变大,妄想 调治的盘算效果 会程指数性转变 ,能够 甚至无法求解。
     综上所述,TSN网络需求 在全局同步在一致 个时钟刻度基础 上运转 ,所偶然 间敏感流需求 具有 明白 的周期性、牢靠 分组长度和可接受 的延时与发抖值。
     2.行业需求与TSN要求之间的磨合
     TSN网络的时间 特征下风 与高带宽下风 被许多运用 传统总线的行业所关注,这些行业正在思量 向TSN网络转移,如车载网络、工业制造控制网络等。在五月天app官网无限观看对TSN买卖 调研中发现,大少数 的客户运用 场景中,只存在较少完全切合TSN特征要求的流,不论 从数目 上照旧流量下去 看,10%都不到,另外80%的流对实时都有要求,但其实不 完全切合TSN流的特征要求,特殊 是周期性。剩下的BE流数目 不多,流量也不大。多是 想上TSN手艺 的行业思量 更多的主要 照旧有实时要求的买卖 ,或是BE买卖 仍较严重 ,依然 保管 现网的运营形式 。
     2.1 流特征
     TSN整个网络系统 的准确 运转 是基于所落选 据IO与转发节点都同步在一个时钟基准上,并基于全局的时钟举行 妄想 的一致 调治,为每一条流都指定一个进入网络的时间 槽位置 。焦点内容就是全网时钟同步和一致 妄想 调治。那非周期性流能否 可以看成TSN流运用 呢?非牢靠 长度分组能否 也可以 呢?谜底 是踏实 定的。首先,非周期性流的踏实 定性主要 是看非周期性流发作 的方式,若是 是纯随机发作 ,也不存在发作 的最小距离 ,或许 说能够 的最小距离 很是小,那这样的流确实 很难放进TSN网络举行 妄想 。其次,非牢靠 长度可以在妄想 时一致 成最大长度举行 妄想 。可是 会形成 一些实时调治时隙的闲暇 。若存在调治能接受 的最小时间 距离 和随机长度所带来的不动摇 发抖,则可以思量 凭证 其最小距离 方式妄想 该流,其最大发抖会是该流的最小距离 长度加上系统 发抖的最大值。若妄想 效果 切合TSN流的预期则可以布置 实验 ,若无规则划或最优解无法知足 流的延时与发抖要求,则无法完成此类型流的妄想 布置 要求。
     2.2 协议特征
     转移到TSN网络的行业场景里,存在大局限 的总线节点,其传输协议其实不 是尺度的以太网和IPv4等网络尺度协议,更多的是一些专有协议,其实不 完全知足 802.1Q规范 。这些节点通常又需求 实时性,是完成买卖 实时成效 需求的需要 组成。怎样 让这些节点能快速 接入到TSN网络中是行业转网的一大应战 。可行的方案有许多,无非是从双方 入手 。要么让这些节点一切 凭证 尺度协议来转换,要么TSN网络能支持协议有关 的转发。二者总要有一方妥协才干 组合到一同 正常事情。
     2.3 延时与发抖维护
     任何存在数据交互的行业运用 对数据传输的要求都少不了低延时和低发抖。就TSN手艺 而言,Qch尺度处置 的是延时确定化,而Qbv是提供完成 延时最小化的能够 。在传统的BE网络,分组进入链路完全靠运气,依靠 着一股执念终成正果的肉体 在网络空间横冲直撞 。而在TSN网络中,一切 的时间 敏感流分组都要求按妄想 的时间 槽进入,阻止 各人泛起碰撞。换个手艺 词汇可以用时分网络来描画 一下。在时分网络中,时间 的妄想 是至关主要 的。
     Qch以乒乓行列方式 举行 调治,其流的妄想 战略相对 简朴 ,流在每个节点至少 等候 一个调治周期,故其抵达 目的 节点的时间 是在牢靠 规模之内的。这种调治方式虽然完成 确定延时,但无法有用 降低延时,也不顺应 分别 周期、延时和发抖分别 化要求的混杂 买卖 调治。
     Qbv可以完成 多个分别 行列,每个行列可照射 分别 的TSN流举行 转发。举个更为笼统 的例子,TSN网络就好比是多车道交通网络,每个分组为一辆小车。每辆车都市行驶在一条指定的车道上,在经过 交织 路口的时间 凭证 红绿信号灯通行。分别 车道都有一个信号灯指示其能否 通行。Qbv的调治跟上述模子 基本 分歧 ,当五月天app官网无限观看妄想 某辆车在某条车道上行驶,妄想 好其进入车道的时间 ,行进到路口时,将其车道亮起绿灯,而且确保直至目的地的每个路口都在车辆抵达 时辰 为绿灯,则该车辆将以最短时间 经过 该交通网络。这种开车体验只要 与你在路口没亮交通讯 号灯也没有交通警员 指挥(BE网络)的情形 下开车对比 后才干 够取得 。这么优美 的开车体验是不是人人想要?整个交通网络都凭证 这种方式来控制信号灯能否 可行?是不是可以一条道车开到终点 ?人工智能与自动驾驶手艺 的到来会减速 这一能够 ,但其实不 是一切 交通网络都市这样运转 。回到TSN网络上,若是 TSN的流很少,很显着 可以竞赛 容易做到这一点。可是 随着TSN流的数目 增添 ,其周期性、延时与发抖要求互不退让 的情形 下,这种妄想 调治的难度会愈来愈 来大,甚至变得不成 能。
     以是 ,在TSN网络系统 中最难的事情既不是时钟同步、也不是Qbv调治,而是全系统 TSN流的调治妄想 。特殊 是在现有TSN的规范 尺度和现有行业需求配景下,其无邪 度、顺应 性和普适性是很难知足 各行各业特偶然 间敏感需求的成效 场景。
     宿命并非 终点 ,运气 是通往终点 的历程。任何手艺 都是为相识 决行业需求发作 的,在详细 行业场景下,手艺 才干 必需 适用本行业特征,支持行业特征 的界说与定制。
     1.SDN是网络架构,TSN是网络属性
     在TSN手艺 规范 界说的时间 ,SDN的看法刚刚兴起 。SDN的泛起,打破了对传统网络的管理 与调治方式,其数控疏散理念与流表界说的方式使得网络转发更具妄想 性与可控性。SDN是一种网络架构及管理 层面的打破 ,是为了让网络数据平面 更专注、控制平面 更无邪 。而TSN的时间 敏感特征应当 是网络分组的一个专有属性,是对网络流特征的一种规范 和界说,参考其规范 要求完成 传输则可以知足 时间 敏感特征 ,与网络架构、拓扑组成以及分组转发方式等有关 。其焦点调治妄想 和门控输入 着实 也切合SDN头脑 ,可以经过 软件方式来无邪 界说分别 的门控数据以控制流的准确 传输。
     2.将SDN架构网络赋予TSN属性
     从网络架构与成效 特征 上剖析 ,将TSN的流特征 参与 到SDN网络中应当 会是一个更好的网络处置 方案。同时具有 时间 敏感特征 和网络无邪 界说,其运用 规模与顺应 才干 会取得 更好的扩展 和强化。
     勾搭 如今 行业需求与TSN规范 中存在的效果 ,五月天app官网无限观看剖析 以为 ,网络的转刊行为及方式需求 由五月天app官网无限观看自己 无邪 界说,而且是可以为每个节点分别 行列界说分别 的行为与方式。TSN经过 VLAN的优先级字段照射 到分别 调治行列,是属于类流调治。SDN的流表婚配 及行列照射 也可以 完成 将分别 流照射 到分别 调治行列,这二者着实 分别 不大,无非是SDN的流表可以用更多元组字段表现 ,最终都是将流照射 到了某个指定行列。但SDN的流表可以在分别 交流机上设置分别 的照射 行列,错开某个发作 碰撞的行列和时间 。在严重 的调治妄想 中,局限 交流机的流量能够 会竞赛 大,行列的分别 时间 槽会排得竞赛 满,招致 某些流按一致 优先级行列调治输入 能够 发作 碰撞。那么在延时和发抖允许的条件下,五月天app官网无限观看可以在适当节点为其换个行列,继续 转发,以保险 系统 可以调治妄想 更多的流。SDN的无邪 界说在此显得格外主要 ,虽然,五月天app官网无限观看也可以 经过 SDN流表界说该流走网络中的另一条途径 来逃避 这种能够 。SDN手艺 可以为全系统 的流量调治妄想 带来更大、更多的能够 性。
     3.软件界说更多能够
     软件界说时间 敏感网络没有从基础 上扫除 时间 敏感网络流的实质 要求,只是将其时间 调治模子 的条件限制变得越发宽松,顺应 规模变得越发普遍 ,以知足 更多分别 行业对时间 敏感流的妄想 调治需求。同时再加上SDN的软件界说才干 和网络综合管理 设置 成效 ,能极大的简化用户运用 和管理 网络的严重 度。如无邪 自组网、协议有关 转发、在线妄想 调治、增量妄想 调治、实时流途径 迁移 和交流节点热切换等等。
     TSN的时间 敏感特征 是属于买卖 的,买卖 数据的消费 与消耗 经过 TSN网络来联通。这从系统 架构层对整个TSN网络提出的全实时的要求,主要 征求 买卖 数据的消费 消耗 、数据在系统 中的转达 、接入TSN网络的网卡、中央 的网络交流机等一切 买卖 数据流经的每个环节。首先,端节点与交流机需求 都支持全局时钟同步,端节点不只 是网卡还征求 主机系统 。纵然主机系统 不举行 时钟同步,也需求 实时感知网络的时钟刻度。其次,一切 的买卖 流发作 、传输都需求 严酷 凭证 全网的妄想 调治举行 。TSN流的妄想 是从网卡接入最先 的,买卖 数据的发作 和传输到网卡的时间 则交给运用 自己 控制。运用 精准控制的条件 就需求 实时感知网络时钟刻度和系统 提供实时效劳 。
     1)实时运用
     TSN网络的买卖 都是实时运用 ,实时运用 需求 运转 在实时系统 之上,而且运用 可以对网络全局时钟实时感知。实时买卖 流都需求 经过 全网妄想 调治后确定其准入网络的详细 时间 槽位置 ,流的调治终点 从网卡最先 。故买卖 需求 将数据内容在其网卡调治时间 槽位置 时辰 前送达网卡,以确保准时进入网络。买卖 流到网卡的时间 主要 由系统 调治模子 决议 ,非实时调治系统 无法维护 用户数据抵达 网卡时间 简直 定性。
     2)实时系统
     实时系统 为实时运用 提供实时数据IO效劳 ,该效劳 不只 要求系统 调治模子 是实时,同时还需求 征求 实时网络协议栈、实时网络驱动等。实时调治系统 可以提供较小发抖和较低延时的分组IO才干 ,不是完全时间 确定的。实时系统 还可以分为软实时系统 和硬实时系统 。经过 与深刻 系统 的实验实验 发现,延时排名是:硬实时系统 <深刻 系统 <软实时系统 。发抖排名是:硬实时系统 <软实时系统 <深刻 系统 。凭证 用户对买卖 流延时和发抖的允许差值可以选择软实时系统 或硬实时系统 。允许误差规模较大的甚至也可使 用深刻 系统 。若对延时与发抖要求极低,则可以思量 运用 裸CPU运转 实时运用 或接纳转用硬件完成 买卖 成效 。
     3)TSN网卡
     TSN网卡必需 和其TSN网络中的时间 主节点举行 时钟同步,并提供实时的网络时辰 给下层 运用 。网卡是实时流调治的终点 ,TSN流必需 在其妄想 调治简直 准时 间槽位置 发送进入网络。提早 抵达 则会激勉 其他流的发抖,占用交流机缓冲区时间 较长,浸染 交流机吞吐率。滞后抵达 浸染 更大。TSN的手艺 规范 中有输入 反省 ,判别 数据输入 的有用 性与合理 性,以确保整网的调治正常。
     4)TSN交流机
     TSN交流机是整个TSN网络的焦点,各交流节点中必需 有一台是时钟主节点,其他节点向主节点举行 时钟同步。交流机的输入 反省 、行列照射 、门控列表和调治方式也是其焦点内容。Qbv是一种高无邪 性的调治方式,顺应 分别 周期性流的无邪 照射 与实时控制。
     5)网络控制器
     接纳软件界说时间 敏感网络的系统 ,其网络管理 设置 成效 由SDN的控制器完成。为支持控制器对TSN交流机的门控等一系列参数的设置 ,需求 扩展北向REST API接口、控制器支持 模块、南向协议支持规范 等,知足 对TSN特征 的成效 的设置 。
     本文是作者勾搭 多年SDN研讨 、TSN研讨 和客户需求剖析 交流的一些总结。受知识、履历 和行业相识 的限制,一些看法纷歧定都准确 。行业视察数据及实验 数据都只在特定行业和场景下取得 。敬请理性 看待 。
     任何手艺 都有优弱点 ,在分别 运用 场景下其表现 方式 也分别 。接纳软硬件全可编程平台和软件界说方案只是能更多的顺应 场景转变 ,在分别 场景运用 下,其软硬件成效 和界说要领也不尽相反 ,都只是为了更好的顺应 场景要求。
      幸而 这样的平台和要领可以支持各行业用户场景的编程和界说的要求。

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