活動預(yù)告
2023年9月19-23日，虹科將參加上海工博會并將于【6.1館E118展位】展出“TSN功能及互操作性測試驗證系統(tǒng)”，該方案可以滿足隨時接入用戶不同的以太網(wǎng)設(shè)備以及TSN設(shè)備，進行TSN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的組合傳輸測試，獲取TSN網(wǎng)絡(luò)的實時性和可靠性。同時方案可以滿足用戶對于兩層基本轉(zhuǎn)發(fā)能力測試、不同TSN協(xié)議仿真測試的需求，并適配不同場景需求下的模型。此外，虹科還將展出更多新興的工業(yè)自動化方案，如虹科INtime實時操作系統(tǒng)、AR解決方案、預(yù)測性維護方案、風(fēng)電儲能通訊方案、繼電保護方案，以及可提供電纜級可靠性的虹科IO-Link wireless無線通訊方案等。歡迎蒞臨虹科展位與我們進行交流，或掃描下方二維碼添加好友了解方案詳情或預(yù)約demo現(xiàn)場演示。
1.IEEE802.1 CB協(xié)議
Frame Replication and Elimination for Reliability(FRER)是IEEE 802.1CB協(xié)議的一個重要特性，旨在增強以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。FRER利用幀復(fù)制和消除技術(shù)提供冗余保護和從連接故障中快速恢復(fù)。
FRER-IEEE 802.1CB協(xié)議的應(yīng)用場景：
高可靠性要求：在電力系統(tǒng)自動化、智能交通系統(tǒng)或工業(yè)控制系統(tǒng)等關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，高可靠性和容錯性是必不可少的。FRER提供冗余路徑和幀復(fù)制機制，即使在連接失敗的情況下也能確保持續(xù)可用的網(wǎng)絡(luò)通信。
連接停機時間最小化：連接失敗會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷和數(shù)據(jù)丟失。通過利用FRER，可以通過替代路徑復(fù)制和傳輸冗余幀，從而確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。這最大限度地減少了連接失敗的影響并加快了恢復(fù)時間。
無縫冗余切換：FRER提供快速的故障檢測和恢復(fù)能力，能夠在連接失敗時自動切換到備選路徑或端口。這種無縫的冗余切換確保了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的連續(xù)性和可靠性。
支持高帶寬應(yīng)用：某些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要高帶寬和實時性能，例如高清視頻流、實時數(shù)據(jù)采集或虛擬現(xiàn)實。 FRER 可以提供冗余和故障恢復(fù)功能，即使在連接失敗期間也能確保這些高帶寬應(yīng)用程序不間斷和高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸。
2. 技術(shù)簡介
IEEE802.1CB中規(guī)定的幀復(fù)制和可靠性消除，通過序列編號和在網(wǎng)絡(luò)中的源系統(tǒng)中選擇性地復(fù)制每個包，以及消除目標(biāo)系統(tǒng)中的那些復(fù)制，為流提供了更高的可靠性(降低了包丟失率)。在使用冗余時，即使存在單點故障，也可以保證延遲。如圖所示。
幀復(fù)制和消除的可靠性傳輸結(jié)構(gòu)
2.1 Sequence Encode
將序列號編碼到數(shù)據(jù)包中，以便它可以由其對等點解碼，通常是通過某種方法編碼數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)中的序列號，例如，冗余標(biāo)記(R-TAG)。R-TAG是序列編碼/解碼函數(shù)的一個例子。它是一個48位的標(biāo)簽，立即位于VLAN標(biāo)簽的后面，前16位是R-TAG的醚類型(“0xF1C1”)，最后16位是FRER序列號。如圖所示。
R-Tag結(jié)構(gòu)
2.2 Sequence Decode
它從傳遞給它的數(shù)據(jù)包中提取序列號，并可以從數(shù)據(jù)包中刪除序列號封裝。
3. IEEE802.1 CB協(xié)議測試
3.1 測試設(shè)備
采用虹科的RELY-TSN-PCIe作為TSN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的端節(jié)點，進行TSN數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。PCIe板卡提供2個多媒體千兆以太網(wǎng)端口(SFP光電轉(zhuǎn)換)，通過在托管設(shè)備中(PC等)引入TSN技術(shù)，以便將其集成到確定性網(wǎng)絡(luò)中，并從這些技術(shù)復(fù)雜性中抽象出用戶設(shè)備和應(yīng)用程序。
采用虹科的4端口的RELY-TSN-BRIDGE作為TSN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的橋接點，進行TSN數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。該交換機提供4個多媒體千兆以太網(wǎng)端口(SFP光電轉(zhuǎn)換)，用于無縫實施確定性以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，并保證確定性以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化?；?TSN 技術(shù)，該設(shè)備受益于在要求最苛刻的行業(yè)(鐵路、航空航天、汽車、工業(yè)自動化等)中使用的穩(wěn)健且經(jīng)過現(xiàn)場驗證的設(shè)計。
3.2 測試臺架
通常在TSN網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，除了TSN端節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交互，還包括外圍的常規(guī)以太網(wǎng)設(shè)備的接入，作為以太網(wǎng)的增強，允許傳統(tǒng)的以太網(wǎng)接入并保證將其集成到確定性以太網(wǎng)當(dāng)中，根據(jù)客戶端的需求，以按需對不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)采用TSN傳輸調(diào)度以滿足流量的規(guī)劃需求和傳輸目標(biāo)。
以流量發(fā)生器，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)雷達以及攝像頭為例，作為TSN網(wǎng)絡(luò)的傳輸負載，以觀察不同的流量在TSN網(wǎng)絡(luò)傳輸骨架當(dāng)中，證明CB協(xié)議對于傳輸?shù)目煽啃员ＷC。其中流量發(fā)生器作為可調(diào)節(jié)的負載，可滿足客戶端對于不同傳輸壓力的調(diào)節(jié)(可結(jié)合其他的TSN協(xié)議)，雷達以及攝像頭作為穩(wěn)定傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)源。
以流量發(fā)生器GEN數(shù)據(jù)為例，發(fā)送兩層結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)幀(帶有VLAN Tag)到某一確定的端節(jié)點，通過TSN網(wǎng)絡(luò)骨架，使得原本的數(shù)據(jù)幀帶有時間敏感特性。如下是流量發(fā)生器中所定義的持續(xù)發(fā)送幀。
通過TSN-Switch，使得原始數(shù)據(jù)幀具備時間敏感特性的同時，賦予IEEE802.1 CB協(xié)議特有的標(biāo)簽R-Tag，復(fù)制相同的數(shù)據(jù)幀經(jīng)過冗余雙鏈路傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點。這就是CB的幀復(fù)制能力，如下圖所示，傳輸骨架中某一冗余鏈路中的復(fù)制幀，在原始幀上添加了6個字節(jié)長度的Tag。
作為終端節(jié)點，需要對冗余鏈路中的復(fù)制幀進行先到優(yōu)取的原則，對兩條不同的鏈路中的復(fù)制幀進行解碼消除，并將唯一的數(shù)據(jù)幀信息遞交終端處理。作為整體的傳輸結(jié)構(gòu)，以冗余傳輸?shù)姆绞浇鉀Q單點故障從而保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。如下圖所示，終端獲取的消除恢復(fù)幀。
總結(jié)
IEEE 802.1CB 幀復(fù)制和消除可靠性功能，它基于 TSN 流的定義和管理，TSN 流是時間敏感數(shù)據(jù)從一個源到一個或多個目的地的單向流。可實現(xiàn)幀復(fù)制和故障轉(zhuǎn)移保護。它復(fù)制流的數(shù)據(jù)包，將副本分成多個成員流，然后在一個或多個其他點重新加入這些成員流，消除復(fù)制，并從這些點傳送重構(gòu)流。
（轉(zhuǎn)載）
