FAST-TSN experimental environment for train Ethernet (3)-SD-ETB network principle

SDN基本特点是转发控制分离和可编程的集中控制。由于列车网络相对封闭,规模有限,因此十分适合SDN技术的应用。由于列车网络在网络连接、拓扑结构和冗余控制方面具有特殊要求,因此无法将现有SDN解决方案(交换机、控制器、协议等)直接应用于ETB的组网,必须针对ETB的特点提出新的处理机制和协议。本文将基于SDN的ETB网络简称为SD-ETB。 一、SD-ETB网络设计原则 (1)ETB和SDN的主要差 阅读更多…

FAST-TSN experimental environment for train Ethernet (2)-ETB network implementation principles and challenges

ETB将传统列车网络交换带宽从1Mbps左右提升到100MBps,同时基于通用以太网设备和技术可极大的降低网络建设和管理维护成本。本文首先介绍ETB网络的拓扑特点,地址分配和路由机制。然后指出ETB标准只支持线性拓扑,无法满足冗余性更好的环形ETB拓扑(以太网环)的组网需求。我们认为基于SDN的ETB管控可能是解决上述问题的途径。 一、标准ETB网络的拓扑特点 (1)线性拓扑结构 ETB标准IEC 阅读更多…

FAST-TSN experimental environment for train Ethernet (1)-Introduction to the experimental environment

时间敏感网络是近年来迅速发展的新技术,可以有效解决智能制造,交通,电力,移动通信和数字媒体等领域对确定性数据交换的需求。基于软硬件协同的FAST架构可以方便的实现TSN交换设备和网络接口适配器原型。然而不同的领域对TSN交换的需求差异很大,对TSN技术的验证和实验必须针对特定环境进行。我们选择以太网列车骨干(ETB)的交换需求作为场景,基于openbox-S4和树莓派节点建立FAST-TSN-ET 阅读更多…

FAST-based TSN switch (8)-Centralized resource management for TSN networks

资源预约和分配是网络保证服务质量的前提。TSN网络中有两种类型的服务质量保证,一是带宽预约流量(如音频视频流),一种是周期性的时间敏感流量。为保证这些流量的服务质量,一方面需要在包含网络接口适配器和交换机的端到端路径上进行资源预留,另一方面需要TSN网络接口适配器对预约资源流量进行整形和过滤,避免超出预约的流量通过UNI接口进入网络,对其他正常流量产生影响。因此,TSN网络需要根据离线的资源预约和 阅读更多…

FAST-based TSN switch(7)-TSN Network Interface Adapter Based on FAST

TSN网络实现确定性的分组交换不但需要TSN交换机,TSN接口适配器以及管理控制系统配合实现,而且必须能够清晰的给出时间敏感流量的规范特性。由于TSN技术发展迅速,新标准和修订不断涌现,特别是面向特定行业的解决方案差异较大,因此不同厂商的TSN设备互联互通十分困难。TSN解决方案提供商必须提供TSN网络整套解决方案,在研制TSN交换机同时,必须提供配套的网络接口适配器和控制软件的方案。 一、TSN 阅读更多…

FAST-based TSN switch (6)-FPGA-based PTP time synchronization implementation

时间同步是TSN交换实现的前提。802.1AS规范定义了TSN网络同步的方法,其基本思路还是利用IEEE 1588v2定义的PTP协议,将网络中所有的时间从设备与时间主设备的时间进行同步。在基于FAST流水线的TSN实现中,与PTP协议相关的逻辑主要有接收控制逻辑(RXC),PTP-UDA模块以及PTP-UDO模块。这三个模块密切协同实现PTP时间同步而不需要软件参与。 一、FAST-TSN-04 阅读更多…

FAST-based TSN switch (5)-TSN switch queue structure and delay analysis

交换机中的排队延时是给分组端到端延时带来不确定性的重要因素。由于要支持确定性的延时,TSN交换机中的队列设计必须有别于传统的标准交换机。基于FAST流水线扩展模型和CQF-UDO模块设计,我们在openbox-S4可编程平台上展开TSN交换机原型(FAST-TSN-04)设计,本文详细介绍了该原型机中的队列模型,并对分组交换延时进行分析。 一、FAST-TSN-04的队列模型 FAST-TSN-0 阅读更多…

FAST-based TSN switch (4)-FPGA-based TSN network CQF implementation

CQF是目前TSN标准定义的可实现确定性交换延时的转发模型,其交换流程可以方便的映射到FAST平台的FPGA流水线上。FAST流水线的用户定义输出(UDO)模块可实现用户定义的分组输出控制,支持TSN CQF转发模型的UDO称为CQF-UDO。 本文介绍的CQF-UDO模块主要用于CQF功能的验证。面向具体应用的CQF实现需要对输出队列数目,输出缓冲区大小等参数进行优化。 一、CQF-UDO实现结 阅读更多…