(2)
网络的延时测量原理[13-14]如图7所示。
(a) 1步法
(b) 2步法 图7 网络的延时测量原理图
Fig.7Schematic diagram of network delay measurement
由图7可知,网络的延时测量有1步法和2步法两种。因为在这个网络中可能有一个节点无法提供准确的时钟。对于时间感知型节点而言,由于时间信息是随着数据载荷发送的,因此每个节点都会带有时间信息。而对于有一些非时间感知网络,则需要在发送数据帧后再向另一个节点发送一个发送的时间信息。因此,IEEE 802.1AS-Rev增强了对1步法的支持,使得实时性得以提高。
3.4 网络传输过程
对于TSN而言,其数据调度机制是关键。TSN中数据的传输过程[15]如图8所示。网络数据通过接收端口,进行帧滤波、流量计量、帧排队。在传输选择部分,TSN的调度机制将发挥作用。IEEE 802.1Q工作组定义了不同的整形器(Shaper)机制来实现这些调度。它是一种传输选择算法(transmission selection algorithm,TSA)。每种算法对应一种调度机制,适用于不同的应用场景。
TSN网络中数据的传输过程如图8所示。
图8 TSN中数据的传输过程
3.5 流预留协议
从图8可以看到,网络存在滤波数据库、传输端口状态监测、队列管理。这些都用于解决网络资源分配与调度问题。而IEEE 802.1Qat所采用的流预留协议(stream reservation protocol,SRP)机制是一个对TSN进行配置的标准。其在2010年SRP标准化成为IEEE802.1Qat,并入IEEE 802.1Q-2011标准中。SRP定义了OSI模型第2层的流概念。
SRP的工作在于建立AVB域、注册流路径、制定AVB转发规则、计算延时最差情况、为AVB流分配带宽。SRP在于让网络中的发言者(Talker)用合适的网络资源将数据发送给听者(Listener),并在网络中传播这些信息。而在终端节点之间的网桥则维护一个发言者对一个或多个听者注册的相同数据流的路径带宽等资源的需求记录。SRP是在原有IEEE 802.1Qak-MRP多注册协议之上的一个实现。SRP标准则提供了一个新的多协议注册协议(multiple multicast registration protocol,MMRP)来管理相关流带宽服务的属性,MSRP、MVRP、MMRP提供了整个SRP协议的网络信号处理过程。关于SRP机制,可以参考AVnu的SRP文档[16]。
4 流控制相关标准对于TSN而言,数据流的管理标准由一系列主要方式构成。通用网络通常遵循严格优先级的方式,而TSN则为这种缺乏传输确定性的机制引入了新的网络调度、整形方法,并根据不同的应用场景需求提出了多种不同的整形器(Shaper)。这也是整个TSN的核心调度机制。
4.1 基于信用的整形器机制
IEEE 802.1Qav定义了时间敏感流转发与排队(forwarding and queuing for time-sensitive streams,FQTSS)的数据敏感性转发机制,并成为了IEEE 802.1Q的标准。作为一个主要对于传统以太网排队转发机制的增强标准,最初它的开发主要用于限制A/V信息缓冲。增强的突发多媒体数据流会导致较大的缓冲拥堵,并产生丢包。丢包会产生重新发包,使得服务体验下降。它采用了基于信用的整形器(credit-based shaper,CBS),以应对数据突发和聚集,可限制爆发的信息。
CBS的工作队列时序[17]如图9所示。