虹科干货 | 从汽车网络的角度来谈谈TSN基础

电子说 2022-05-11 00:47

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TSN的十个要点

 

很多工程师朋友从工业或者汽车行业自动化应用中了解到TSN,但是对TSN的具体内容却不了解。这篇文章整理出一些有关TSN的关键点,帮助大家在学习TSN技术和应用的时候先初步了解它。

 

 

1. TSN在以太网基础上做改进

TSN并不是新技术,而是对现有以太网网络技术的改进。以太网的一些现有协议标准可以很好地确保跨网络数据传输的可靠性。如果您通过以太网传输数据,这些协议将保证它会到达目的地。但是传统以太网无法保证数据何时到达目的地。数据可能会陷入交换机队列中,从而延迟其到达时间。对于我们平时上网,这些延迟通常可以忽略,当您打开文件或打印文档时,延迟不会对操作产生什么影响。对于要求实时通信的应用(例如自动驾驶汽车),这些延迟有可能会是致命的。TSN工作在数据链路层,它通过添加传统以太网所缺乏的及时交付功能来保证数据按时到达目的地。

 

2. TSN向下兼容现有的以太网


TSN延续了与旧技术保持向下兼容的以太网传统,这对于希望在现有以太网网络上实现TSN的组织来说是个好消息。无需安装特殊的网关或协议转换器即可在现有环境中运行TSN。

 

3. 时间很重要

TSN的关键就是让整个网络保持紧密的同步。因此定时至关重要,这体现在两个最重要的TSN要求中:

1)时间同步:所有联网设备都必须约定当前时间。这个时间不需要是准确的世界时间,但是必须来自同一个通用的时间源。所有设备都将和该时间保持同步。

2)实时计划:必须保证数据按计划到达,即保证数据从出发点到达目的地所需的延迟时间是可以被预测的。

选择TSN设备时,请记住,更好的时钟同步将会导致TSN网络更高效。

 

4. TSN是模块化的

TSN是一系列标准,包括时间同步,实时通信和通信流预留。这种模块化特性使网络工程师能够以最适合网络预期应用的方式选择和实施标准。具有TSN功能的设备不必支持所有TSN标准。设备制造商可以根据设备的使用情况选择性地实施标准,但是他们必须声明设备支持哪些标准。

 

5. TSN网络需要配置

尽管传统以太网是即插即用地,但TSN却不是。要获得实时通信的好处,必须配置TSN设备以仔细协调它们的发送和接收操作。在较小的静态网络上,可以选择由管理员手动配置。在更大,更复杂或动态的网络上,通常需要一种机制来完成自动化配置。

 

6. TSN适用于自动化应用

TSN就像人体的中枢神经系统,它使大脑能够协调所有身体功能和运动,而无需有意识地思考。TSN以类似的方式实现了所有传感器,制动器和机械之间的及时通信,因此它们可以相互协调或通过中央控制机制协调。TSN保证数据及时交付,使其非常适合自动化应用,尤其是以下两个方面:1)工业自动化 2)车辆自动化,例如自动驾驶TSN的用途不仅限于自动化应用。在需要在单个网络上可靠传输不同流量优先级的任何应用中,都可以采用TSN实现。

 

7. 有保证的延迟而不是“低延迟”

TSN通常被描述为“低延迟”网络通信,但是延迟比抖动要小得多。在TSN中,重要的是要保证延迟时间,以确保数据在计划到达的时间点准确交付,不会早也不会晚。数据从出发点到目的地需要花费多长时间并不会成为一个问题。只要延迟可以预测,接收方会按照延迟有计划地接收数据。

 

8.TSN网络也会对网络上不支持TSN的设备有益处

即使一个或多个终端设备不支持TSN,TSN也可以提高以太网的整体性能。网络的一部分上的两个TSN兼容设备之间的任何网络连接都可以配置为同步设备,并使用实时调度和其他TSN标准来保证设备之间的延迟。尽管TSN没有对整个以太网网络进行优化,但网络设备将受益于网络中这些已优化部分之间更高效的通信。

 

9.TSN会产生新的网络安全问题

由于TSN非常依赖时间同步和调度,因此它会产生独特的网络安全问题,其中包括:

1)网络上的恶意攻击可能会引入其他数据帧或更改帧优先级,以中断或延迟关键任务流量。

2)安全措施本身可能会消耗额外的CPU周期,以确保及时处理数据帧,从而影响时间。

但是,可以使用现有的安全技术和经验来保护TSN网络。

 

10. TSN不必完全替换现有系统

对于一些特定供应商提供的系统,只要进行少量更改,例如仅修改主控制器,TSN就可以直接融入这些系统,让它们成为支持实时以太网的解决方案。这种灵活性允许使用TSN改进现有系统,而不是完全替换它们
 

 

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