本文是对“TSN系统设计技术交流群”近期讨论的记录。讨论主要涉及“TSN的适用场景”,“TSN与TTE规划与调度的区别”以及“TSN端系统设计”三方面,对理解TSN原理和进行TSN系统设计具有一定参考意义。

对参加讨论的西安电子科大的邱智亮教授,国防科大的孙志刚研究员,彭伟研究员,全巍博士,电科54所的李文江高工,海军工程大学徐成成博士以及GQ Wang等表示感谢。

 一、关于TSN的适用场景

车联网(车辆间组网)是TSN的重要应用领域,请问(OpenTSN)这种集中控制网络架构能满足车辆对高动态组网需求吗?

目前这是我们的一个发展规划,希望能提供动态网络管理能力,但是否能满足需求目前还没有验证过。

我个人看法,可以用于车辆内的网络,但可能还不适合用于VANET技术的发展应服务于应用需求,TSN网络希望为用户提供高质量的服务,但网络能够提供高质量服务的前提是资源预留,如你文中介绍的内容实质上就是一种实现资源预留的方法,类似于SDN。但这种网络运行方式实际与用户希望随性使用网络的习惯相矛盾,用户希望像使用互联网一样使用网络,又希望获得更好的服务,但网络服务提供者必须了解用户需求,包括带宽、时延、丢失等信息,才能为用户预留网络服务资源,问题是用户能说清楚自己的网络需求吗?既然用户都说不清楚需求,网络又如何提供服务?这是目前TSN网络没有回答的一个深层次问题。

TSN网络能够提供良好服务的基础是资源预留,即提供PVC/SVC通路,本质上采用的是一种面向连接的网络服务方式,但这与采用无连接方式为用户提供服务的互联网具有不可调和的矛盾,如果TSN网络希望应用于广域网,就不可能脱离现有的互联网,而现有互联网是建立在无连接基础上工作的,所以说面向连接的TSN与无连接的互联网是不能兼容的,这也将成为TSN网络拓展应用范围难以克服的技术问题。

问题是TSN网络没有把自己定义为仅应用于车辆的内网通信。

在相对静态的网络里,TSN可通过预留资源的方式提供纯L2的端到端的联接来支持上层的APPs。但在相对动态的车联网环境里,TSN只能用于点到点的链路建立与维护,这就需要动态的L3协议(类似于mobile ad hoc)来进行实时的,on-demand (最好是in-band 信令)端到端连接建立并分配资源,例如车辆之间的动态信息分发。我们不能期望TSN可用于所有场景。

TSN用于高动态、用户通信需求不明确的环境是有问题的,需要研究

网络服务提供者可以通过收集历史数据来预测用户的未来流量,相应地提供统计复用的服务质量保障

TSN技术确实有它的适用场合,不能指望它什么地方都好用。

也即TSN本质是面向连接的,而目前的互联网是无连接的,其路由器不支持SVC信令或不支持SDN控制指令,也即互联网无法为TSN网络提供服务质量保证,这是目前无法调和的矛盾。

基于IEEE标准的TSN技术是针对局域网的,如果是在互联网上,那么可以关注确定性网络(deterministic networking)技术。

TSN目前有些尴尬,想扩大技术应用领域,但与互联网不兼容,自己又不可能构建成一个超大网络。

还是要看应用需求,在一些局域网的场合还是有TSN的需求的。

一样都没有解决上述问题,面向连接的资源预留与无连接的互联网就是互不兼容的两种设计思路。网络应用于局域环境没有问题,问题是总有人把TSN神化,视乎一TSN什么问题都解决了,这就不科学了。

没有必要把TSN神化,TSN技术也在发展中。

感谢几位老师带来的深入讨论,理解tsn的目标应用场景定位应该是局域网络。

IEEE不是成立了关于广域网的工作组吗,叫Dnet吧,标准也在研究中吧,tsn主要是局域网吧。基于IEEE标准的TSN技术是针对局域网的,如果是在互联网上,那么可以关注确定性网络(deterministic networking)技术”。华为研究的是广域网的吧,不知道5G的URLLC“Ultra Reliable Low LatencyCommunications”场景算tsn还是DNET。

5G标准rel 15曾经留了一个口,叫做non-IPdata transport interface。但没有具体说明是什么技术。现在rel 16把TSN作为候选之一,如果定下来,则从5G终端开始,app可以直接over TSN over 空口,然后over 接入网TSN,进行端到端的TSN通讯。

二、TSN与TTE规划调度的区别

TTE=Eth+TTP;TTE主要应用于局域,采用基于管理者集中规划连接的工作模式,也即其所有的连接都是由管理中心配置的。而TSN实质是:TSN=TTE+用户连接控制面(也可以说是用户信令控制面);也即TSN的本质是在TTE集中规划管理的基础上,给了用户一种通过信令随时建立动态连接的可能,把以太网的无连接、TTE的PVC连接,变成了支持可以动态连接的网络,但这不能改变其仅适用于局域网的内在约束本质。

tsn在技术上的特点是将队列系统引入确定性交换,离线规划的是为每个时间敏感流分配交换机输出队列的空间。而tte在交换时使用的是离散的ram,离线规划的是为每个时间触发流分配交换机输出链路上的时隙。tsn的队列系统资源利用率高,实现简单。近年来变得可行主要是以太网升级到千兆带宽,弥补了队列系统细粒度控制不足的缺陷。但tsn的实现架构兼容传统以太网实现,因此tsn的应用可以大大降低确定性交换的成本,简化管理的复杂度。

在网络同步的情况下,tsn离线规划的时间敏感流交换机输出队列的空间,与tte离线规划交换机输出链路上的时隙是没有本质区别的,TSN分配队列中的内容,在规定的时间内也是必须发送的,发送时也是要占用交换机输出端口时隙的。

从用户的角度讲,我理解tte的确定性更强,控制的时间粒度也更细,适用于高实时且确定时序的控制场景;相比tte,tsn的兼容性和灵活性更强,控制的时间粒度相对略粗,但比较适用相对复杂或变化的流量场景。

由于tsn映射到输出队列中的分组是没有先后顺序的,因此交换机在输出调度时不需要每条流的信息。就像快递员把快递放到丰巢中即可,不用考虑每个用户取快递的时间。而tte需要精确控制每个分组进入输出链路的时隙,因此交换机需要保存每个细粒度流的信息。就像送外卖,需要规划每一单送达的时间。tsn与tte预约和调度的差别,就是顺丰与饿了么的差别?

三、TSN端系统设计

这样比喻确实比较贴切,是否可以进一步延伸理解为TSN放宽了对端侧应用程序投递数据的时间限制,只要用户将数据投递给端系统,TSN就可以按规划在期望的时延内将数据转发至目的端。

在ttp/c的规范中对端与网络交互的方法定义的比较详细。一是采用双端口ram,对应用和网络的数据交互时间进行解藕,二是离线规划为每个端系统定义了MEDL(消息描述符列表)数据结构,规定了网络在特定时间取数据发送,和向双口ram中应用缓冲区提交数据的时间。

个人感觉在tsn,tte端系统实现时,都可以参考ttp/c中的这个机制。端与网络的交互方式,也是在上个月枫林论坛上,大家讨论最激烈,讨论时间很久的问题。个人感觉tsn在发展中不断借鉴tte的优点。就像顺丰开始送咖啡一样,我们也计划在opentsn实现中,使用as6802同步方式。

分类: OpenTSN

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