虹科教您 | 想进入TSN领域？虹科教您如何搭建TSN测试系统

时间敏感网络（TSN）是负责数据链路层标准的IEEE 802.1任务组的名称，该技术旨在提升以太网的性能，使其更具备确定性、鲁棒性、可靠性。随着TSN技术在航空航天、汽车、轨道交通等领域的应用越来越多，工业领域的许多厂商也开始布局TSN设备研发与制造。入局TSN领域需要怎样的工具？如何验证TSN设备？如何进行TSN网络配置？这些问题是虹科工程师曾经着力研究的问题，同时也是虹科客户在接触TSN技术时必须考虑的内容。

2022年3月3日-4日，虹科受邀出席第三届TSN时间敏感网络技术及应用论坛，并发表主题为“验证TSN而建立的TSN测试工具—从设备端到配置工具”的演讲。本次演讲的主要内容可分为以下三个部分：

简要介绍为什么选择TSN
TSN测试系统应该具有的能力
如何搭建TSN测试环境

一、 为什么选择TSN?

目前，TSN技术已经在航空航天、汽车、轨道交通等领域得到了应用，但是在工业上还没有大规模推广，这主要是因为工业领域现场总线与工业以太网协议规范较多。若在这些总线厂商的支持下研发更多的TSN终端设备，TSN技术或将成为下一代工业网络核心技术。 TSN技术在以下网面具有独特优势：

实时性：TSN提供服务质量（QoS）骨干网络处理试试流量
以太网技术：TSN标准建立在最广泛使用的标准之上（EtherNET、5G），是现有的以太网技术生态的一部分
互操作性：是一系列协议族的组合，设备之间一致性的实施方式使之具有互操作性
融合网络：融合IT流量和实时流量的单一网络

二、 TSN测试系统应该具有的能力

1. 测试系统应该具有的TSN功能
TSN的测试系统中应该保证支持尽可能多的TSN功能，比如时间同步、时间感知整形器、基于信用的整形器、帧抢占等，从学习或研究的角度来看，这样的测试系统更易于接受。
2. 测试系统应该包含的TSN设备
TSN测试系统至少应该包括以下三种类型的设备：传统的以太网设备（尽力而为流量）、TSN端点（时间关键型流量）和TSN交换机（网络骨干线），这些设备可以满足通讯需求，而如果需要进行测试与诊断，则需要用到专门的TSN测试工具，比如可以实现抓包分析与记录的虹科RELY-TSN-LAB测试工具与虹科RELY-TSN-REC记录仪。
3. 测试系应该具有CNC配置软件
TSN定义了一个特定的标准（IEEE 802.1Qcc用于配置管理），准备好上述工具之后，我们需要对其进行配置。我们可以利用终端设备的配置工具，如web server等工具来进行配置，但当有多个设备与多个TSN流在网络中交换数据时，单独配置则变得十分繁杂。因此，TSN测试系统中的网络配置工具CNC十分关键。

三、实现流程

根据前文总结的实现流程如下：首先需要明确并分析TSN网络中具有怎么样的流量特征，以及需要测试的TSN标准有哪些，如同步、整形等；然后，需要根据TSN流量特征和想要测试的TSN标准和功能准备相应的测试工具和平台架构，并进行网络配置。

以下分享两个虹科搭建的测试系统：

虹科测试系统一：
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这个测试系统由流量生成器（干扰流量）、TSN板卡（视频流）、TSN交换机（骨干网络）这三个部分组成，其中，虹科TSN交换机可用于无缝实施确定性以太网，虹科TSN板卡可连接PC作为终端站点，而流量生成器则可用于生成拥塞流量进而验证设备。
时间整形与同步测试示例：
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这部分内容直观的展示了我们方案一部分的功能——时间同步功能的测试：

1、首先启动流量生成器，捕获数据显示接受了100Mbps的流量，流量优先级为5；
2、当启动虹科RELY-TSN-PCIe板卡中的TAS（时间感知整形）功能以后，仅保留一个时隙用于优先级5流量的传输，允许将所有剩余的流量发送到剩余的时隙中。再次捕获数据，带宽已经减少，这是由于仅为优先级5的流量预留了一个时隙；
3、当启动评估板中的TAS（时间感知整形）功能以后，与上一步类似，无法同时打开窗口因此带宽再次减少了；
4、启动两个设备中的同步功能以后，两个设备可以同时打开窗口，同步完成后，带宽恢复到之前的水平。

虹科测试系统二：
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这个测试系统相对来说更复杂，包括TSN板卡、多端口TSN交换机、TSN测试设备和流量生成器。

虹科测试平台架构：

在虹科的测试平台架构中，网络中的设备包括终端站点和TSN交换机，而终端站点又包括TSN设备和摄像机等其他尽力而为流量的非TSN设备。网络中的TSN流主要为Talkers/sources、Listeners/destinations，这些TSN流将经过TSN交换机。

虹科TSN解决方案

在上述的虹科TSN设备中，各个设备的作用如下：

虹科RELY-TSN-LAB测试工具：执行错误注入，延迟和带宽测量、流量过滤和记录IEEE 802.1AS网络硬件和时间戳。

虹科RELY-TSN-REC记录仪：支持同时对工业级大容量固态硬盘同时读/写数据操作；可以通过远程访问本地存储，生成与Wireshark兼容的标准文件格式（PCAP），基于IEEE 802.1AS同步的流量硬件时间戳，可通过IO触发
虹科RELY-TSN-PCIe板卡：可连接PC作为终端站点，并支持在TSN网络中使用典型的工业应用和软件，如SCADA、MES、OPC（UA）、MTConnect等。

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