IEEE 802.1AS是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議，它是IEEE 802.1工作組的一部分，主要用于支持時(shí)間敏感的應(yīng)用在橋接網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間同步。802.1AS協(xié)議專(zhuān)門(mén)為了滿(mǎn)足TSN網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的時(shí)間同步需求而設(shè)計(jì)。TSN是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它可以提供精確的時(shí)間同步和低延遲，從而保障音視頻、傳感器、控制器和其他時(shí)間敏感的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸。相較于AS-2011版本中的單時(shí)鐘域，AS-2020版本則是提供了對(duì)多時(shí)鐘域的支持。當(dāng)前很多國(guó)內(nèi)知名OEM和供應(yīng)商都對(duì)AS-2020表現(xiàn)出了濃厚的興趣，已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)基于AS-2020的車(chē)內(nèi)時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

應(yīng)用背景

單一的時(shí)鐘域在進(jìn)行時(shí)間同步時(shí)，如果某條物理鏈路發(fā)生故障，影響了時(shí)間同步報(bào)文的傳輸，那么對(duì)于該物理鏈路所連接的下游節(jié)點(diǎn)以及依賴(lài)該節(jié)點(diǎn)參與時(shí)間同步的后續(xù)所有節(jié)點(diǎn)，它們的時(shí)間同步功能均會(huì)發(fā)生異常。

規(guī)范背景
針對(duì)上述異常情況，AS-2011采取BMCA重新選取主時(shí)鐘的方法，而B(niǎo)MCA重新生成時(shí)間同步樹(shù)是需要時(shí)間的，這段時(shí)間內(nèi)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間可能會(huì)有較大波動(dòng)。
車(chē)載以太網(wǎng)AVB規(guī)范中也規(guī)定了對(duì)于這種異常情況的處理行為，對(duì)于switch節(jié)點(diǎn)，如果上游鏈路故障，該switch節(jié)點(diǎn)會(huì)采取syncReceiptTimeout behavior，具體來(lái)講就是沿用上次儲(chǔ)存的GM時(shí)間，依賴(lài)本地時(shí)鐘向下游節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間同步報(bào)文，而如果是與GM相鄰的switch節(jié)點(diǎn)采取了這種行為，就可能會(huì)發(fā)生外部授時(shí)時(shí)鐘源（如GPS）丟失的問(wèn)題，這會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘源的可靠性。對(duì)于終端slave節(jié)點(diǎn)，如果上游鏈路故障，該終端slave節(jié)點(diǎn)會(huì)采取Holdover behavior，具體來(lái)講就是只能靠本地時(shí)鐘和已知的自身和GM的頻率偏差來(lái)維持自身時(shí)間，而如果這種行為持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的話，該終端slave節(jié)點(diǎn)的時(shí)間就可能會(huì)與GM的時(shí)間偏差越來(lái)越大。
AS-2020則是通過(guò)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘域冗余來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，從而盡可能保障當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)在物理鏈路故障情況下的時(shí)間同步。下面介紹其中一種實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘域冗余的方法 - 通過(guò)類(lèi)似CB鏈路冗余機(jī)制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘域冗余。

在上述時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?/span>，以同一個(gè)GM為根節(jié)點(diǎn)，分別生成了藍(lán)色和紅色兩個(gè)時(shí)間同步樹(shù)（也就是兩個(gè)時(shí)鐘域），當(dāng)其中一個(gè)時(shí)鐘域中的時(shí)間同步報(bào)文傳輸異常時(shí)，相鄰的下游節(jié)點(diǎn)可以使用另一個(gè)時(shí)間域中的時(shí)間同步報(bào)文來(lái)完成時(shí)間同步。
在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都要具備同時(shí)支持多個(gè)時(shí)鐘域的功能。
在實(shí)際環(huán)境中，終端節(jié)點(diǎn)（GM或者slave）與bridge之間藍(lán)色的時(shí)間同步樹(shù)和紅色的時(shí)間同步樹(shù)可以走兩條不同的物理鏈路，這樣在其中一條物理鏈路發(fā)生故障時(shí)，另一條物理鏈路上仍然搭載了有效的時(shí)間同步信息，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步性能得以保障。

TSN CoreSolution新功能

TSN Box作為T(mén)SN CoreSolution中的硬件工具，在原有AS-2011時(shí)間同步節(jié)點(diǎn)仿真的基礎(chǔ)上，增加了對(duì)AS-2020功能的支持。在上述時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校琓SNBox可以作為GM或者slave，同時(shí)維持兩個(gè)時(shí)鐘域中的時(shí)間。對(duì)于那些想要進(jìn)行時(shí)鐘域冗余的開(kāi)發(fā)或測(cè)試，但又缺少相關(guān)設(shè)備支持的工程師來(lái)說(shuō)，TSN Box無(wú)疑是一個(gè)優(yōu)秀的選擇。

TSN CoreSolution AS-2020功能特性驗(yàn)證
1）驗(yàn)證TSN Box可以作為GM同時(shí)維持兩個(gè)不同的時(shí)鐘域
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??中間作為GM的TSNBox分別位于兩個(gè)不同的時(shí)鐘域中
抓取左側(cè)鏈路上的sync報(bào)文發(fā)現(xiàn)其domain number為0，抓取右側(cè)鏈路上的sync報(bào)文發(fā)現(xiàn)其domain number為2，且左右兩側(cè)鏈路上Pdelay_Req、Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_Up 報(bào)文的domainNumber都是 0（與AS-2020規(guī)范相符）。
Domain0中作為slave的TSNBox顯示的同步結(jié)果如下：
Domain2中作為slave的TSNBox顯示的同步結(jié)果如下：可見(jiàn)兩個(gè)不同時(shí)鐘域中的slave均和GM達(dá)到時(shí)間同步，這說(shuō)明中間的TSN Box作為GM在同時(shí)維持兩個(gè)不同的時(shí)鐘域。
2）驗(yàn)證TSN Box可以作為slave同時(shí)維持兩個(gè)不同的時(shí)鐘域
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 中間作為slave的TSNBox分別位于兩個(gè)不同的時(shí)鐘域中
抓取左側(cè)鏈路上的sync報(bào)文發(fā)現(xiàn)domain number為0，抓取右側(cè)鏈路上的sync報(bào)文發(fā)現(xiàn)domain number為2，且Pdelay_Req, Pdelay_Resp, and Pdelay_Resp_Follow_Up 報(bào)文的domainNumber是 0。
作為slave的TSNBox使能Reverse Sync功能，發(fā)送同步時(shí)間戳，并利用TSNBox對(duì)Reverse Sync的支持來(lái)計(jì)算GM與slave之間的同步誤差/精度。
Domain0中作為GM的TSNBox顯示的同步結(jié)果如下：Domain2中作為GM的TSNBox顯示的同步結(jié)果如下：
可見(jiàn)位于兩個(gè)不同時(shí)鐘域中的slave均和對(duì)應(yīng)的GM達(dá)到時(shí)間同步，這說(shuō)明中間的TSN Box作為slave在同時(shí)維持兩個(gè)不同的時(shí)鐘域。

典型應(yīng)用場(chǎng)景示例在斷開(kāi)綠色物理鏈路的情況下，不影響GM和slave之間的時(shí)鐘同步。在斷開(kāi)紅色物理鏈路的情況下，不影響GM和slave之間的時(shí)鐘同步。

通過(guò)時(shí)鐘域冗余的功能，保證了在其中一條物理鏈路發(fā)生故障時(shí)，原時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)仍然可以正常進(jìn)行時(shí)間同步。

公司背景
TSN Syetems在TSN工具鏈產(chǎn)品領(lǐng)域已有長(zhǎng)達(dá)十年的發(fā)展歷史，其公司內(nèi)部有超過(guò)50位時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)和汽車(chē)電子電器架構(gòu)方面的專(zhuān)家。TSN Systems公司專(zhuān)注TSN技術(shù)研發(fā)，致力于提供專(zhuān)業(yè)的測(cè)量和分析工具來(lái)幫助汽車(chē)行業(yè)控制復(fù)雜度、降低風(fēng)險(xiǎn)，其TSN CoreSolution是該公司推出的最新產(chǎn)品，致力于輔助工程師進(jìn)行復(fù)雜TSN網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)和驗(yàn)證。
北匯信息作為T(mén)SN Systems在中國(guó)的獨(dú)家合作伙伴，多年來(lái)一直致力于TSN設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的實(shí)踐工作，積累了豐富的TSN項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。期間，參與多個(gè)國(guó)內(nèi)TSN項(xiàng)目，擁有完整的TSN設(shè)計(jì)、仿真、原型搭建的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為客戶(hù)提供齊備的TSN測(cè)試工具鏈與驗(yàn)證方法。