OpenBox：軟件定義時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)SD-TSN
發(fā)布時(shí)間：2021-05-18
軟件定義時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)：SD-TSN。融合了軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)既具備軟件定義網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)靈活性、協(xié)議無關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的高適應(yīng)性、轉(zhuǎn)發(fā)控制分離的高效性與可控性，同時(shí)又具有低延時(shí)、低抖動(dòng)的時(shí)間敏感特性。通過軟件流表與隊(duì)列映射的靈活定義，極大放寬了全網(wǎng)流規(guī)劃調(diào)度的難度，增強(qiáng)了TSN網(wǎng)絡(luò)的適用范圍和行業(yè)兼容性。
TSN的時(shí)間敏感特征到底是誰的屬性？毋庸置疑，這是業(yè)務(wù)的屬性。TSN的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)起源于音視頻行業(yè)，其核心特性要求是高實(shí)時(shí)和同步傳輸。為什么是高實(shí)時(shí)與同步傳輸這兩個(gè)特性呢？因?yàn)檫@確實(shí)是屬于現(xiàn)代多媒體業(yè)務(wù)發(fā)展的必然需求，比如說實(shí)況賽事直播。隨著現(xiàn)代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大及協(xié)同要求，TSN所提供的網(wǎng)絡(luò)特性逐漸被工業(yè)界各行業(yè)所關(guān)注和吸引，特別是在IT與OT融合和5G技術(shù)的商用背景下，TSN技術(shù)的重要性越發(fā)變得明顯。
萬物皆有宿命，技術(shù)在特定領(lǐng)域下所擁有的優(yōu)勢(shì)也必然成為它在適應(yīng)其他領(lǐng)域的不足。我們深入研究技術(shù)的核心與本質(zhì)，不迷信技術(shù)，善于結(jié)合技術(shù)的優(yōu)勢(shì)來解決業(yè)務(wù)的痛點(diǎn)。
1.確定的網(wǎng)絡(luò)需要確定的環(huán)境
在當(dāng)前時(shí)代與技術(shù)背景下，TSN確實(shí)變得很重要。但它并不是靈丹妙藥，也不是萬能解藥。TSN技術(shù)的重要性主要體現(xiàn)在其技術(shù)規(guī)范要求的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，可以確保業(yè)務(wù)的分組數(shù)據(jù)以確定的延時(shí)和較小的抖動(dòng)到達(dá)業(yè)務(wù)對(duì)端。TSN的核心特征是保證確定的延時(shí)（范圍），可以規(guī)劃出較小延時(shí)。抖動(dòng)大小跟具體網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量、調(diào)度策略相關(guān)。為保障上述特征，在TSN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的各種參數(shù)，如時(shí)間、流特征以及調(diào)度控制都是其正確運(yùn)行的先決條件，確定因素。
1.1 全局時(shí)間同步
時(shí)鐘同步比較好理解，就好比全中國都使用北京時(shí)間對(duì)自己的生產(chǎn)和生活進(jìn)行安排參考。TSN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的前提條件就是時(shí)間同步，只有所有節(jié)點(diǎn)全都同步到了一個(gè)全局的時(shí)鐘刻度，才有可能為其進(jìn)行業(yè)務(wù)流的規(guī)劃，各流之間才不會(huì)碰撞。例如高鐵網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)站點(diǎn)之間如果不都是基于北京時(shí)間來進(jìn)行列車調(diào)度，肯定無法完成整個(gè)高鐵網(wǎng)絡(luò)的正確運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至帶來嚴(yán)重后果。時(shí)間同步是基于時(shí)間信息做規(guī)劃調(diào)度的前期和基礎(chǔ)。
1.2 時(shí)間敏感流參數(shù)明確
TSN對(duì)流的要求一是確定且固定的周期性；二是分組長(zhǎng)度盡量固定；三是有可接受的延時(shí)與抖動(dòng)指標(biāo)。TSN網(wǎng)絡(luò)只能保障時(shí)間敏感流的實(shí)時(shí)性和可靠性，其關(guān)鍵原因就是這些時(shí)間敏感流的業(yè)務(wù)特征是明確的，先知的。不具備周期性的流，調(diào)度程序無法為其做出無限期的門控規(guī)劃。分組長(zhǎng)度隨機(jī)的流則只能按最壞情況（最大MTU）大小為其規(guī)劃，造成該分組轉(zhuǎn)發(fā)后的調(diào)度時(shí)隙資源的浪費(fèi)，為其他更多流的規(guī)劃帶來限制和困難。延時(shí)和抖動(dòng)本身就是時(shí)間敏感流自備的屬性，同時(shí)也是做規(guī)劃調(diào)度需要計(jì)算考慮的因素。
只有這些流屬性參數(shù)都明確，才能為其進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃調(diào)度。否則，流的周期不確定，或是分組長(zhǎng)度隨機(jī)，都將無法為其提供TSN流的服務(wù)，只能當(dāng)作BE流來處理。
1.3 全網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃調(diào)度
TSN流一定是先規(guī)劃調(diào)度再上線運(yùn)行。在全局時(shí)鐘同步和時(shí)間敏感流的各項(xiàng)屬性參數(shù)都明確的條件下，可以準(zhǔn)備做全網(wǎng)流量轉(zhuǎn)發(fā)的規(guī)劃調(diào)度，生成各節(jié)點(diǎn)各端口的門控列表。規(guī)劃調(diào)度的輸入?yún)?shù)非常多，求解過程也非常復(fù)雜。有無解或最優(yōu)解生成取決于規(guī)劃程序?qū)ν暾到y(tǒng)的方方面面因素的考慮與算法的合理性。隨著TSN流數(shù)量的增加、流周期的沖突增加和最小公倍數(shù)變大，規(guī)劃調(diào)度的計(jì)算結(jié)果會(huì)程指數(shù)性變化，可能甚至無法求解。
綜上所述，TSN網(wǎng)絡(luò)需要在全局同步在同一個(gè)時(shí)鐘刻度基礎(chǔ)上運(yùn)行，所有時(shí)間敏感流需要具備明確的周期性、固定分組長(zhǎng)度和可接受的延時(shí)與抖動(dòng)值。
2.行業(yè)需求與TSN要求之間的磨合
TSN網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間特征優(yōu)勢(shì)與高帶寬優(yōu)勢(shì)被許多使用傳統(tǒng)總線的行業(yè)所關(guān)注，這些行業(yè)正在考慮向TSN網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移，如車載網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)制造控制網(wǎng)絡(luò)等。在我們對(duì)TSN業(yè)務(wù)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的客戶應(yīng)用場(chǎng)景中，只存在較少完全符合TSN特征要求的流，不管從數(shù)量上還是流量上來看，10%都不到，另外80%的流對(duì)實(shí)時(shí)都有要求，但并不完全符合TSN流的特征要求，特別是周期性。剩下的BE流數(shù)量不多，流量也不大?？赡苁窍肷蟃SN技術(shù)的行業(yè)考慮更多的主要還是有實(shí)時(shí)要求的業(yè)務(wù)，或是BE業(yè)務(wù)仍較龐大，依然保留現(xiàn)網(wǎng)的運(yùn)營模式。
2.1 流特征
TSN整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正確運(yùn)行是基于所有數(shù)據(jù)IO與轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)都同步在一個(gè)時(shí)鐘基準(zhǔn)上，并基于全局的時(shí)鐘進(jìn)行規(guī)劃的統(tǒng)一調(diào)度，為每一條流都指定一個(gè)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間槽位置。核心內(nèi)容就是全網(wǎng)時(shí)鐘同步和統(tǒng)一規(guī)劃調(diào)度。那非周期性流是否可以當(dāng)作TSN流使用呢？非固定長(zhǎng)度分組是否也可以呢？答案是不確定的。首先，非周期性流的不確定性主要是看非周期性流產(chǎn)生的方式，如果是純隨機(jī)發(fā)生，也不存在產(chǎn)生的最小間隔，或者說可能的最小間隔非常小，那這樣的流確實(shí)很難放進(jìn)TSN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃。其次，非固定長(zhǎng)度可以在規(guī)劃時(shí)統(tǒng)一成最大長(zhǎng)度進(jìn)行規(guī)劃。但是會(huì)造成一些實(shí)時(shí)調(diào)度時(shí)隙的空閑。若存在調(diào)度能接受的最小時(shí)間間隔和隨機(jī)長(zhǎng)度所帶來的不穩(wěn)定抖動(dòng)，則可以考慮按照其最小間隔方式規(guī)劃該流，其最大抖動(dòng)會(huì)是該流的最小間隔長(zhǎng)度加上系統(tǒng)抖動(dòng)的最大值。若規(guī)劃結(jié)果符合TSN流的預(yù)期則可以部署實(shí)施，若無法規(guī)劃或最優(yōu)解無法滿足流的延時(shí)與抖動(dòng)要求，則無法完成此類型流的規(guī)劃部署要求。
2.2 協(xié)議特征
轉(zhuǎn)移到TSN網(wǎng)絡(luò)的行業(yè)場(chǎng)景里，存在大部分的總線節(jié)點(diǎn)，其傳輸協(xié)議并不是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)和IPv4等網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，更多的是一些專有協(xié)議，并不完全滿足802.1Q規(guī)范。這些節(jié)點(diǎn)通常又需要實(shí)時(shí)性，是完成業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)功能需求的必要組成。如何讓這些節(jié)點(diǎn)能快速接入到TSN網(wǎng)絡(luò)中是行業(yè)轉(zhuǎn)網(wǎng)的一大挑戰(zhàn)?？尚械姆桨赣泻芏?，無非是從兩邊入手。要么讓這些節(jié)點(diǎn)全部按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議來轉(zhuǎn)換，要么TSN網(wǎng)絡(luò)能支持協(xié)議無關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)。二者總要有一方妥協(xié)才能組合到一起正常工作。
2.3 延時(shí)與抖動(dòng)保障
任何存在數(shù)據(jù)交互的行業(yè)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蠖忌俨涣说脱訒r(shí)和低抖動(dòng)。就TSN技術(shù)而言，Qch標(biāo)準(zhǔn)解決的是延時(shí)確定化，而Qbv是提供實(shí)現(xiàn)延時(shí)最小化的可能。在傳統(tǒng)的BE網(wǎng)絡(luò)，分組進(jìn)入鏈路完全靠運(yùn)氣，憑借著一股執(zhí)念終成正果的精神在網(wǎng)絡(luò)空間橫沖直撞。而在TSN網(wǎng)絡(luò)中，所有的時(shí)間敏感流分組都要求按規(guī)劃的時(shí)間槽進(jìn)入，避免大家出現(xiàn)碰撞。換個(gè)技術(shù)詞匯可以用時(shí)分網(wǎng)絡(luò)來形容一下。在時(shí)分網(wǎng)絡(luò)中，時(shí)間的規(guī)劃是至關(guān)重要的。
Qch以乒乓隊(duì)列形式進(jìn)行調(diào)度，其流的規(guī)劃策略相對(duì)簡(jiǎn)單，流在每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少等待一個(gè)調(diào)度周期，故其到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間是在固定范圍之內(nèi)的。這種調(diào)度方式固然實(shí)現(xiàn)確定延時(shí)，但無法有效降低延時(shí)，也不適應(yīng)不同周期、延時(shí)和抖動(dòng)差異化要求的混合業(yè)務(wù)調(diào)度。
Qbv可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列可映射不同的TSN流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。舉個(gè)更為形象的例子，TSN網(wǎng)絡(luò)就好比是多車道交通網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)分組為一輛小車。每輛車都會(huì)行駛在一條指定的車道上，在通過交叉路口的時(shí)候根據(jù)紅綠信號(hào)燈通行。不同車道都有一個(gè)信號(hào)燈指示其可否通行。Qbv的調(diào)度跟上述模型基本一致，當(dāng)我們規(guī)劃某輛車在某條車道上行駛，規(guī)劃好其進(jìn)入車道的時(shí)間，行進(jìn)到路口時(shí)，將其車道亮起綠燈，并且確保直至目的地的每個(gè)路口都在車輛到達(dá)時(shí)刻為綠燈，則該車輛將以最短時(shí)間通過該交通網(wǎng)絡(luò)。這種開車體驗(yàn)只有與你在路口沒亮交通信號(hào)燈也沒有交通警察指揮（BE網(wǎng)絡(luò)）的情況下開車對(duì)比后才能夠得到。這么美好的開車體驗(yàn)是不是人人想要？整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)都按照這種方式來控制信號(hào)燈是否可行？是不是可以一條道車開到終點(diǎn)？人工智能與自動(dòng)駕駛技術(shù)的到來會(huì)加速這一可能，但并不是所有交通網(wǎng)絡(luò)都會(huì)這樣運(yùn)行?；氐絋SN網(wǎng)絡(luò)上，如果TSN的流很少，很明顯可以比較容易做到這一點(diǎn)。但是隨著TSN流的數(shù)量增加，其周期性、延時(shí)與抖動(dòng)要求互不讓步的情況下，這種規(guī)劃調(diào)度的難度會(huì)越來越來大，甚至變得不可能。
所以，在TSN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最難的事情既不是時(shí)鐘同步、也不是Qbv調(diào)度，而是全系統(tǒng)TSN流的調(diào)度規(guī)劃。特別是在現(xiàn)有TSN的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)有行業(yè)需求背景下，其靈活度、適應(yīng)性和普適性是很難滿足各行各業(yè)特有時(shí)間敏感需求的功能場(chǎng)景。
宿命并非終點(diǎn)，命運(yùn)是通往終點(diǎn)的過程。任何技術(shù)都是為了解決行業(yè)需求產(chǎn)生的，在具體行業(yè)場(chǎng)景下，技術(shù)能力必須適用本行業(yè)特征，支持行業(yè)特性的定義與定制。
1.SDN是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，TSN是網(wǎng)絡(luò)屬性
在TSN技術(shù)規(guī)范定義的時(shí)候，SDN的概念剛剛興起。SDN的出現(xiàn)，打破了對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的管理與調(diào)度方式，其數(shù)控分離理念與流表定義的方式使得網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)更具規(guī)劃性與可控性。SDN是一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及管理層面的突破，是為了讓網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平面更專注、控制平面更靈活。而TSN的時(shí)間敏感特征應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)分組的一個(gè)專有屬性，是對(duì)網(wǎng)絡(luò)流特征的一種規(guī)范和定義，參考其規(guī)范要求實(shí)現(xiàn)傳輸則可以滿足時(shí)間敏感特性，與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、拓?fù)浣M成以及分組轉(zhuǎn)發(fā)方式等無關(guān)。其核心調(diào)度規(guī)劃和門控輸出其實(shí)也符合SDN思想，可以通過軟件方式來靈活定義不同的門控?cái)?shù)據(jù)以控制流的精確傳輸。
2.將SDN架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)賦予TSN屬性
從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與功能特性上分析，將TSN的流特性加入到SDN網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)該會(huì)是一個(gè)更好的網(wǎng)絡(luò)解決方案。同時(shí)具備時(shí)間敏感特性和網(wǎng)絡(luò)靈活定義，其應(yīng)用范圍與適應(yīng)能力會(huì)得到更好的擴(kuò)大和強(qiáng)化。
結(jié)合目前行業(yè)需求與TSN規(guī)范中存在的問題，我們分析認(rèn)為，網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)行為及方式需要由我們自己靈活定義，并且是可以為每個(gè)節(jié)點(diǎn)不同隊(duì)列定義不同的行為與方式。TSN通過VLAN的優(yōu)先級(jí)字段映射到不同調(diào)度隊(duì)列，是屬于類流調(diào)度。SDN的流表匹配及隊(duì)列映射也可以實(shí)現(xiàn)將不同流映射到不同調(diào)度隊(duì)列，這二者其實(shí)差異不大，無非是SDN的流表可以用更多元組字段表示，最終都是將流映射到了某個(gè)指定隊(duì)列。但SDN的流表可以在不同交換機(jī)上設(shè)置不同的映射隊(duì)列，錯(cuò)開某個(gè)產(chǎn)生碰撞的隊(duì)列和時(shí)間。在復(fù)雜的調(diào)度規(guī)劃中，部分交換機(jī)的流量可能會(huì)比較大，隊(duì)列的不同時(shí)間槽會(huì)排得比較滿，導(dǎo)致某些流按同一優(yōu)先級(jí)隊(duì)列調(diào)度輸出可能產(chǎn)生碰撞。那么在延時(shí)和抖動(dòng)允許的條件下，我們可以在適當(dāng)節(jié)點(diǎn)為其換個(gè)隊(duì)列，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，以保證系統(tǒng)可以調(diào)度規(guī)劃更多的流。SDN的靈活定義在此顯得格外重要，當(dāng)然，我們也可以通過SDN流表定義該流走網(wǎng)絡(luò)中的另一條路徑來躲避這種可能。SDN技術(shù)可以為全系統(tǒng)的流量調(diào)度規(guī)劃帶來更大、更多的可能性。
3.軟件定義更多可能
軟件定義時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)沒有從根本上解除時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)流的本質(zhì)要求，只是將其時(shí)間調(diào)度模型的條件限制變得更加寬松，適應(yīng)范圍變得更加廣泛，以滿足更多不同行業(yè)對(duì)時(shí)間敏感流的規(guī)劃調(diào)度需求。同時(shí)再加上SDN的軟件定義能力和網(wǎng)絡(luò)綜合管理配置功能，能極大的簡(jiǎn)化用戶使用和管理網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度。如靈活自組網(wǎng)、協(xié)議無關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)、在線規(guī)劃調(diào)度、增量規(guī)劃調(diào)度、實(shí)時(shí)流路徑遷移和交換節(jié)點(diǎn)熱切換等等。
TSN的時(shí)間敏感特性是屬于業(yè)務(wù)的，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)與消費(fèi)通過TSN網(wǎng)絡(luò)來聯(lián)通。這從系統(tǒng)架構(gòu)層對(duì)整個(gè)TSN網(wǎng)絡(luò)提出的全實(shí)時(shí)的要求，主要包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)消費(fèi)、數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的傳遞、接入TSN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)卡、中間的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流經(jīng)的每個(gè)環(huán)節(jié)。首先，端節(jié)點(diǎn)與交換機(jī)需要都支持全局時(shí)鐘同步，端節(jié)點(diǎn)不僅是網(wǎng)卡還包括主機(jī)系統(tǒng)。即使主機(jī)系統(tǒng)不進(jìn)行時(shí)鐘同步，也需要實(shí)時(shí)感知網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘刻度。其次，所有的業(yè)務(wù)流產(chǎn)生、傳輸都需要嚴(yán)格按照全網(wǎng)的規(guī)劃調(diào)度進(jìn)行。TSN流的規(guī)劃是從網(wǎng)卡接入開始的，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和傳輸?shù)骄W(wǎng)卡的時(shí)間則交給應(yīng)用自己控制。應(yīng)用精準(zhǔn)控制的前提就需要實(shí)時(shí)感知網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘刻度和系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)服務(wù)。
1）實(shí)時(shí)應(yīng)用
TSN網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)都是實(shí)時(shí)應(yīng)用，實(shí)時(shí)應(yīng)用需要運(yùn)行在實(shí)時(shí)系統(tǒng)之上，而且應(yīng)用可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)全局時(shí)鐘實(shí)時(shí)感知。實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流都需要通過全網(wǎng)規(guī)劃調(diào)度后確定其準(zhǔn)入網(wǎng)絡(luò)的具體時(shí)間槽位置，流的調(diào)度起點(diǎn)從網(wǎng)卡開始。故業(yè)務(wù)需要將數(shù)據(jù)內(nèi)容在其網(wǎng)卡調(diào)度時(shí)間槽位置時(shí)刻前送達(dá)網(wǎng)卡，以確保準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。業(yè)務(wù)流到網(wǎng)卡的時(shí)間主要由系統(tǒng)調(diào)度模型決定，非實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)無法保障用戶數(shù)據(jù)到達(dá)網(wǎng)卡時(shí)間的確定性。
2）實(shí)時(shí)系統(tǒng)
實(shí)時(shí)系統(tǒng)為實(shí)時(shí)應(yīng)用提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)IO服務(wù)，該服務(wù)不僅要求系統(tǒng)調(diào)度模型是實(shí)時(shí)，同時(shí)還需要包含實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)等。實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)可以提供較小抖動(dòng)和較低延時(shí)的分組IO能力，不是完全時(shí)間確定的。實(shí)時(shí)系統(tǒng)還可以分為軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)和硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)。通過與普通系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，延時(shí)排名是：硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)<普通系統(tǒng)<軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)。抖動(dòng)排名是：硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)<軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)<普通系統(tǒng)。根據(jù)用戶對(duì)業(yè)務(wù)流延時(shí)和抖動(dòng)的允許差值可以選擇軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)或硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)。允許誤差范圍較大的甚至也可以使用普通系統(tǒng)。若對(duì)延時(shí)與抖動(dòng)要求極低，則可以考慮使用裸CPU運(yùn)行實(shí)時(shí)應(yīng)用或采用轉(zhuǎn)用硬件實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能。
3）TSN網(wǎng)卡
TSN網(wǎng)卡必須和其TSN網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)鐘同步，并提供實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)刻給上層應(yīng)用。網(wǎng)卡是實(shí)時(shí)流調(diào)度的起點(diǎn)，TSN流必須在其規(guī)劃調(diào)度的確定時(shí)間槽位置發(fā)送進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。提前到達(dá)則會(huì)引發(fā)其他流的抖動(dòng)，占用交換機(jī)緩沖區(qū)時(shí)間較長(zhǎng)，影響交換機(jī)吞吐率。滯后到達(dá)影響更大。TSN的技術(shù)規(guī)范中有輸入檢查，判斷數(shù)據(jù)輸入的有效性與合法性，以確保整網(wǎng)的調(diào)度正常。
4）TSN交換機(jī)
TSN交換機(jī)是整個(gè)TSN網(wǎng)絡(luò)的核心，各交換節(jié)點(diǎn)中必須有一臺(tái)是時(shí)鐘主節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)向主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)鐘同步。交換機(jī)的輸入檢查、隊(duì)列映射、門控列表和調(diào)度方式也是其核心內(nèi)容。Qbv是一種高靈活性的調(diào)度方式，適應(yīng)不同周期性流的靈活映射與實(shí)時(shí)控制。
5）網(wǎng)絡(luò)控制器
采用軟件定義時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)管理配置功能由SDN的控制器完成。為支持控制器對(duì)TSN交換機(jī)的門控等一系列參數(shù)的配置，需要擴(kuò)展北向REST API接口、控制器支撐模塊、南向協(xié)議支持規(guī)范等，滿足對(duì)TSN特性的功能的配置。
本文是作者結(jié)合多年SDN研究、TSN研究和客戶需求分析交流的一些總結(jié)。受知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)了解的限制，一些觀點(diǎn)不一定都正確。行業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)及測(cè)試數(shù)據(jù)都只在特定行業(yè)和場(chǎng)景下獲得。敬請(qǐng)理性看待。
任何技術(shù)都有優(yōu)缺點(diǎn)，在不同應(yīng)用場(chǎng)景下其表現(xiàn)形式也不同。采用軟硬件全可編程平臺(tái)和軟件定義方案只是能更多的適應(yīng)場(chǎng)景變化，在不同場(chǎng)景應(yīng)用下，其軟硬件功能和定義方法也不盡相同，都只是為了更好的適應(yīng)場(chǎng)景要求。
好在這樣的平臺(tái)和方法可以支持各行業(yè)用戶場(chǎng)景的編程和定義的要求。
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