時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)能夠合并OT和IT世界，這將是真正確保互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化的創(chuàng)新性技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的有效開(kāi)發(fā)將顯著降低設(shè)備成本、維護(hù)、先進(jìn)分析服務(wù)的無(wú)縫集成以及減少對(duì)單個(gè)供應(yīng)商的依賴。為了在這些網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)確定性，需要控制連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的延遲和帶寬，并預(yù)測(cè)其在擁堵和錯(cuò)誤情況下的行為。

RELY-TSN-LAB

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)測(cè)試工具

RELY-TSN-LAB是一種新概念的測(cè)試工具，可以在不同的測(cè)試條件下測(cè)量設(shè)備或TSN網(wǎng)段的延遲和帶寬。

網(wǎng)

絡(luò)

中

的

接

入

方

式

RELY-TSN-LAB

開(kāi)始使用RELY-TSN-LAB的第一步是將設(shè)備連接到LAN段或被測(cè)設(shè)備上。RELY-TSN-LAB對(duì)從端口0收到的幀執(zhí)行所有操作，并將它們轉(zhuǎn)發(fā)到端口1,端口2的情況也一樣，但幀被轉(zhuǎn)發(fā)到端口3。端口1和端口3收到的所有流量都分別傳遞給端口0和端口2，沒(méi)有任何變化。在RELY-TSN-LAB中實(shí)現(xiàn)的框圖如圖1所示。

圖1RELY-TSN-LAB內(nèi)部結(jié)構(gòu)

01

PL部分

SoC的可編程邏輯部分，該部分由兩個(gè)實(shí)驗(yàn)工具塊組成，執(zhí)行過(guò)濾、錯(cuò)誤注入、帶寬計(jì)量和延遲計(jì)量的功能。第一個(gè)Labtool通過(guò)port-0和port-1向LAN段或被測(cè)設(shè)備注入流量。第二個(gè)Labtool通過(guò)port-2和port-3工作，從局域網(wǎng)段或被測(cè)設(shè)備上獲取流量。此外，這兩個(gè)模塊都連接到第三個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的同步，以達(dá)到時(shí)間標(biāo)記的目的。

02

PS部分

SoC 的處理系統(tǒng)部分，該部分通過(guò)內(nèi)部配置接口連接到 PL 部分。它還有一個(gè)稱為服務(wù)端口的外部連接，可用于配置設(shè)備和檢索存儲(chǔ)的 .CSV 文件。服務(wù)端口可以設(shè)置在與其他以太網(wǎng)端口不同的網(wǎng)絡(luò)中。

建議的測(cè)試設(shè)置如圖2所示。流量可以在進(jìn)入被測(cè)網(wǎng)絡(luò)之前以及在到達(dá)目的地之前再次被標(biāo)記、測(cè)量或損壞。

圖2LAB接入網(wǎng)絡(luò)方式

REL-TSN-LAB 對(duì)所有流量都是透明的（啟用錯(cuò)誤注入時(shí)除外）。僅添加了大約 1us 的延遲。該延遲在兩個(gè)方向上是對(duì)稱的。這允許出于同步目的而在沒(méi)有不對(duì)稱的情況下測(cè)量路徑延遲。

基

本

功

能

測(cè)

試

RELY-TSN-LAB

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?/strong>

如下方的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ停ㄒ?jiàn)圖3），這里利用流量生成器（GEN）作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行流量發(fā)送，PC作為目的地，中間以一個(gè)交換機(jī)（BRIDGE）模擬大規(guī)模中間節(jié)點(diǎn)，設(shè)備LAB則用于測(cè)量數(shù)據(jù)源到目的地之間的流量傳輸帶寬以及延遲。

圖3測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

注意：也可以用GEN剩余端口通過(guò)交換機(jī)向目的地PC發(fā)送多種不同類型的流量，通過(guò)配置過(guò)濾策略，根據(jù)不同的參數(shù)（IP 地址、以太網(wǎng)類型、內(nèi)容等）限制測(cè)量不同流量的帶寬和傳輸延遲。

GEN定義傳輸?shù)牧髁?/strong>

使用流量生成器產(chǎn)生流量傳輸，以便在REC中捕獲此流量類別，GEN傳輸參數(shù)設(shè)置如圖4所示。

圖4 GEN流量參數(shù)設(shè)置

dst_MAC_address_lo: 該MAC地址被設(shè)備用作生成的任何出站幀的目標(biāo)地址。這些位對(duì)應(yīng)于MAC地址的低部分（位31至0）。設(shè)置為目標(biāo)PC的0x5B893FBE。

dst_MAC_address_hi: 該MAC地址被設(shè)備用作生成的任何出站幀的目標(biāo)地址。這些位對(duì)應(yīng)于MAC地址的高部分（位47至32）。設(shè)置為目標(biāo)PC的0x80FA。

Frame Size:它指定要傳輸?shù)膸L(zhǎng)。這個(gè)大小從60字節(jié)增加到1518字節(jié)（沒(méi)有CRC字段）。定義為1500字節(jié)大小。

Ethertype: 它指定要傳輸?shù)膸囊蕴愋汀ＤJ(rèn)值為0x000088FB。

Percentage: 它以百分比為單位定義了傳輸速率，它的粒度為一個(gè)單位。定義為千兆的百分30，即300兆速率。

Frame_tx_enable:設(shè)置為1，以啟用數(shù)據(jù)包傳輸。

LAB設(shè)備的帶寬測(cè)量

圖5顯示了每個(gè)TAP端口的狀態(tài)，勾選“port enabled”對(duì)TAP端口進(jìn)行啟用。除此之外，每個(gè)端口還顯示了PHY的測(cè)量速度。

圖5使能TAP端口

如圖6所示，勾選“Bandwidth meter enabed”，開(kāi)始啟用LAB設(shè)備的帶寬計(jì)量功能，能計(jì)算經(jīng)過(guò)兩個(gè)TAP之間的流量帶寬大小。

圖6 啟用LAB的帶寬計(jì)量

如圖7所示，通過(guò)使用過(guò)濾器選擇要在哪些幀上應(yīng)用帶寬計(jì)量功能，最多可以配置 4 個(gè)過(guò)濾器，每個(gè)過(guò)濾器都可以通過(guò)用戶設(shè)置的 ID 來(lái)識(shí)別。在其 ID 旁邊，有一個(gè)計(jì)數(shù)器，用于測(cè)量與過(guò)濾器集匹配的幀數(shù)量。當(dāng)相應(yīng)的啟用復(fù)選框被選中并按下應(yīng)用更改按鈕時(shí)，將應(yīng)用過(guò)濾器。

注意：這使用全局過(guò)濾器（未進(jìn)行任何過(guò)濾參數(shù)設(shè)置，只使能過(guò)濾器）

圖7啟用LAB的帶寬計(jì)量過(guò)濾器

帶寬計(jì)量功能以及過(guò)濾器參數(shù)設(shè)置并啟動(dòng)后，如圖8所示，在“BANDWIDTH METER”就可以看到TAP0和TAP1端檢測(cè)出來(lái)的流量帶寬，都是300M大小，符合流量生成器(GEN)設(shè)置的數(shù)據(jù)傳輸大小。

圖8TAP測(cè)量得到的帶寬大小

設(shè)備的每個(gè)端口根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)記錄發(fā)送和接收的幀。這些計(jì)數(shù)器是環(huán)繞式計(jì)數(shù)器并具有復(fù)位功能。當(dāng)它們自然環(huán)繞、重置或重新啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，它們可以歸零。所有統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)器都是只讀的，因此對(duì)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)器的寫入嘗試將不成功。

圖9

為了檢查目的地PC接收的流量是否有誤，在PC端利用wireshark工具捕獲傳輸過(guò)來(lái)的流量，如圖10所示，通過(guò)對(duì)流量報(bào)文的解析以及帶寬的I/O統(tǒng)計(jì)，對(duì)比GEN參數(shù)配置，捕獲的流量與發(fā)送的流量保持一致，證明LAB設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)一個(gè)透明設(shè)備的角色。

圖10PC端捕獲的傳輸流量

LAB設(shè)備的延遲計(jì)算

如圖11所示，定義將提取并存儲(chǔ)在設(shè)備中的時(shí)間戳幀的兩個(gè)段。其中，偏移量（offset）是指定要存儲(chǔ)幀字節(jié)的字節(jié)位置，字節(jié)數(shù)（Number of bytes）是指定要從指定偏移量存儲(chǔ)的幀字節(jié)數(shù)。

圖11 定義時(shí)間幀的提取字段

同理于帶寬計(jì)量過(guò)濾器設(shè)置，如圖12所示，幀時(shí)間戳同樣具有過(guò)濾器設(shè)置，這里直接勾選不做任何過(guò)濾參數(shù)設(shè)置，使能一個(gè)全局過(guò)濾器。

圖12啟用LAB的幀戳過(guò)濾器

如圖13所示，勾選“Frame timestamper enabled”，開(kāi)始啟用LAB的延遲計(jì)算功能。并分別點(diǎn)擊TAP下方的“Download capturelife”開(kāi)始捕獲帶有時(shí)間戳信息的幀，Web網(wǎng)頁(yè)會(huì)下載帶有.CSV后綴的文件，此文件用于計(jì)算TAP0和TAP1之間的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膫鬏斞舆t。

圖13啟用LAB的延遲計(jì)算功能

如圖14所示，TAP0捕獲的CSV文件，文件中有之前設(shè)置的每個(gè)幀的偏移字段，以及在開(kāi)頭當(dāng)中這個(gè)幀捕獲時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間戳信息，同理TAP1捕獲的CSV文件也一樣，延遲需要進(jìn)行計(jì)算兩個(gè)文件的信息。

圖14 捕獲的幀時(shí)間戳CSV文件