“TSN系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)交流群”討論內(nèi)容分享（2020.01.15）
發(fā)布時(shí)間：2020-01-16
本文是對(duì)“TSN系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)交流群”近期討論的記錄。討論主要涉及“TSN的適用場(chǎng)景”，“TSN與TTE規(guī)劃與調(diào)度的區(qū)別”以及“TSN端系統(tǒng)設(shè)計(jì)”三方面，對(duì)理解TSN原理和進(jìn)行TSN系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定參考意義。
對(duì)參加討論的西安電子科大的邱智亮教授，國(guó)防科大的孫志剛研究員，彭偉研究員，全巍博士，電科54所的李文江高工，海軍工程大學(xué)徐成成博士以及GQ Wang等表示感謝。
一、關(guān)于TSN的適用場(chǎng)景
車聯(lián)網(wǎng)（車輛間組網(wǎng)）是TSN的重要應(yīng)用領(lǐng)域，請(qǐng)問(wèn)（OpenTSN）這種集中控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能滿足車輛對(duì)高動(dòng)態(tài)組網(wǎng)需求嗎？
目前這是我們的一個(gè)發(fā)展規(guī)劃，希望能提供動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)管理能力，但是否能滿足需求目前還沒(méi)有驗(yàn)證過(guò)
我個(gè)人看法，可以用于車輛內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)，但可能還不適合用于VANET技術(shù)的發(fā)展應(yīng)服務(wù)于應(yīng)用需求，TSN網(wǎng)絡(luò)希望為用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)，但網(wǎng)絡(luò)能夠提供高質(zhì)量服務(wù)的前提是資源預(yù)留，如你文中介紹的內(nèi)容實(shí)質(zhì)上就是一種實(shí)現(xiàn)資源預(yù)留的方法，類似于SDN。但這種網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式實(shí)際與用戶希望隨性使用網(wǎng)絡(luò)的習(xí)慣相矛盾，用戶希望像使用互聯(lián)網(wǎng)一樣使用網(wǎng)絡(luò)，又希望獲得更好的服務(wù)，但網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者必須了解用戶需求，包括帶寬、時(shí)延、丟失等信息，才能為用戶預(yù)留網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源，問(wèn)題是用戶能說(shuō)清楚自己的網(wǎng)絡(luò)需求嗎？既然用戶都說(shuō)不清楚需求，網(wǎng)絡(luò)又如何提供服務(wù)？這是目前TSN網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有回答的一個(gè)深層次問(wèn)題。
TSN網(wǎng)絡(luò)能夠提供良好服務(wù)的基礎(chǔ)是資源預(yù)留，即提供PVC/SVC通路，本質(zhì)上采用的是一種面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方式，但這與采用無(wú)連接方式為用戶提供服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)具有不可調(diào)和的矛盾，如果TSN網(wǎng)絡(luò)希望應(yīng)用于廣域網(wǎng)，就不可能脫離現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)，而現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)是建立在無(wú)連接基礎(chǔ)上工作的，所以說(shuō)面向連接的TSN與無(wú)連接的互聯(lián)網(wǎng)是不能兼容的，這也將成為TSN網(wǎng)絡(luò)拓展應(yīng)用范圍難以克服的技術(shù)問(wèn)題。
問(wèn)題是TSN網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有把自己定義為僅應(yīng)用于車輛的內(nèi)網(wǎng)通信。
在相對(duì)靜態(tài)的網(wǎng)絡(luò)里，TSN可通過(guò)預(yù)留資源的方式提供純L2的端到端的聯(lián)接來(lái)支持上層的APPs。但在相對(duì)動(dòng)態(tài)的車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境里，TSN只能用于點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路建立與維護(hù)，這就需要?jiǎng)討B(tài)的L3協(xié)議（類似于mobile ad hoc）來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)的，on-demand （最好是in-band 信令）端到端連接建立并分配資源，例如車輛之間的動(dòng)態(tài)信息分發(fā)。我們不能期望TSN可用于所有場(chǎng)景。
TSN用于高動(dòng)態(tài)、用戶通信需求不明確的環(huán)境是有問(wèn)題的，需要研究
網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以通過(guò)收集歷史數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)用戶的未來(lái)流量，相應(yīng)地提供統(tǒng)計(jì)復(fù)用的服務(wù)質(zhì)量保障
TSN技術(shù)確實(shí)有它的適用場(chǎng)合，不能指望它什么地方都好用
也即TSN本質(zhì)是面向連接的，而目前的互聯(lián)網(wǎng)是無(wú)連接的，其路由器不支持SVC信令或不支持SDN控制指令，也即互聯(lián)網(wǎng)無(wú)法為TSN網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)質(zhì)量保證，這是目前無(wú)法調(diào)和的矛盾。
基于IEEE標(biāo)準(zhǔn)的TSN技術(shù)是針對(duì)局域網(wǎng)的，如果是在互聯(lián)網(wǎng)上，那么可以關(guān)注確定性網(wǎng)絡(luò)（deterministic networking）技術(shù)
TSN目前有些尷尬，想擴(kuò)大技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，但與互聯(lián)網(wǎng)不兼容，自己又不可能構(gòu)建成一個(gè)超大網(wǎng)絡(luò)。
還是要看應(yīng)用需求，在一些局域網(wǎng)的場(chǎng)合還是有TSN的需求的
一樣都沒(méi)有解決上述問(wèn)題，面向連接的資源預(yù)留與無(wú)連接的互聯(lián)網(wǎng)就是互不兼容的兩種設(shè)計(jì)思路。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于局域環(huán)境沒(méi)有問(wèn)題，問(wèn)題是總有人把TSN神化，視乎一TSN什么問(wèn)題都解決了，這就不科學(xué)了。
沒(méi)有必要把TSN神化，TSN技術(shù)也在發(fā)展中
感謝幾位老師帶來(lái)的深入討論，理解tsn的目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)景定位應(yīng)該是局域網(wǎng)絡(luò)
IEEE不是成立了關(guān)于廣域網(wǎng)的工作組嗎，叫Dnet吧，標(biāo)準(zhǔn)也在研究中吧，tsn主要是局域網(wǎng)吧?；贗EEE標(biāo)準(zhǔn)的TSN技術(shù)是針對(duì)局域網(wǎng)的，如果是在互聯(lián)網(wǎng)上，那么可以關(guān)注確定性網(wǎng)絡(luò)（deterministic networking）技術(shù)”。華為研究的是廣域網(wǎng)的吧，不知道5G的URLLC“Ultra Reliable Low LatencyCommunications”場(chǎng)景算tsn還是DNET。
5G標(biāo)準(zhǔn)rel 15曾經(jīng)留了一個(gè)口，叫做non-IPdata transport interface。但沒(méi)有具體說(shuō)明是什么技術(shù)?，F(xiàn)在rel 16把TSN作為候選之一，如果定下來(lái)，則從5G終端開(kāi)始，app可以直接over TSN over 空口，然后over 接入網(wǎng)TSN，進(jìn)行端到端的TSN通訊。
二、TSN與TTE規(guī)劃調(diào)度的區(qū)別
TTE=Eth+TTP；TTE主要應(yīng)用于局域，采用基于管理者集中規(guī)劃連接的工作模式，也即其所有的連接都是由管理中心配置的。而TSN實(shí)質(zhì)是：TSN=TTE+用戶連接控制面（也可以說(shuō)是用戶信令控制面）；也即TSN的本質(zhì)是在TTE集中規(guī)劃管理的基礎(chǔ)上，給了用戶一種通過(guò)信令隨時(shí)建立動(dòng)態(tài)連接的可能，把以太網(wǎng)的無(wú)連接、TTE的PVC連接，變成了支持可以動(dòng)態(tài)連接的網(wǎng)絡(luò)，但這不能改變其僅適用于局域網(wǎng)的內(nèi)在約束本質(zhì)。
tsn在技術(shù)上的特點(diǎn)是將隊(duì)列系統(tǒng)引入確定性交換，離線規(guī)劃的是為每個(gè)時(shí)間敏感流分配交換機(jī)輸出隊(duì)列的空間。而tte在交換時(shí)使用的是離散的ram，離線規(guī)劃的是為每個(gè)時(shí)間觸發(fā)流分配交換機(jī)輸出鏈路上的時(shí)隙。tsn的隊(duì)列系統(tǒng)資源利用率高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。近年來(lái)變得可行主要是以太網(wǎng)升級(jí)到千兆帶寬，彌補(bǔ)了隊(duì)列系統(tǒng)細(xì)粒度控制不足的缺陷。但tsn的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)兼容傳統(tǒng)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，因此tsn的應(yīng)用可以大大降低確定性交換的成本，簡(jiǎn)化管理的復(fù)雜度。
在網(wǎng)絡(luò)同步的情況下，tsn離線規(guī)劃的時(shí)間敏感流交換機(jī)輸出隊(duì)列的空間，與tte離線規(guī)劃交換機(jī)輸出鏈路上的時(shí)隙是沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別的，TSN分配隊(duì)列中的內(nèi)容，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)也是必須發(fā)送的，發(fā)送時(shí)也是要占用交換機(jī)輸出端口時(shí)隙的。
由于tsn映射到輸出隊(duì)列中的分組是沒(méi)有先后順序的，因此交換機(jī)在輸出調(diào)度時(shí)不需要每條流的信息。就像快遞員把快遞放到豐巢中即可，不用考慮每個(gè)用戶取快遞的時(shí)間。而tte需要精確控制每個(gè)分組進(jìn)入輸出鏈路的時(shí)隙，因此交換機(jī)需要保存每個(gè)細(xì)粒度流的信息。就像送外賣，需要規(guī)劃每一單送達(dá)的時(shí)間。tsn與tte預(yù)約和調(diào)度的差別，就是順豐與餓了么的差別？
三、TSN端系統(tǒng)設(shè)計(jì)
這樣比喻確實(shí)比較貼切，是否可以進(jìn)一步延伸理解為TSN放寬了對(duì)端側(cè)應(yīng)用程序投遞數(shù)據(jù)的時(shí)間限制，只要用戶將數(shù)據(jù)投遞給端系統(tǒng)，TSN就可以按規(guī)劃在期望的時(shí)延內(nèi)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至目的端。
在ttp/c的規(guī)范中對(duì)端與網(wǎng)絡(luò)交互的方法定義的比較詳細(xì)。一是采用雙端口ram，對(duì)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互時(shí)間進(jìn)行解藕，二是離線規(guī)劃為每個(gè)端系統(tǒng)定義了MEDL（消息描述符列表）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)在特定時(shí)間取數(shù)據(jù)發(fā)送，和向雙口ram中應(yīng)用緩沖區(qū)提交數(shù)據(jù)的時(shí)間。
個(gè)人感覺(jué)在tsn，tte端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，都可以參考ttp/c中的這個(gè)機(jī)制。端與網(wǎng)絡(luò)的交互方式，也是在上個(gè)月楓林論壇上，大家討論最激烈，討論時(shí)間很久的問(wèn)題。個(gè)人感覺(jué)tsn在發(fā)展中不斷借鑒tte的優(yōu)點(diǎn)。就像順豐開(kāi)始送咖啡一樣，我們也計(jì)劃在opentsn實(shí)現(xiàn)中，使用as6802同步方式。
