协议简介

IEEE 802.1AS是一个网络时间同步协议，它是IEEE 802.1工作组的一部分，主要用于支持时间敏感的应用在桥接网络中的时间同步。802.1AS协议专门为了满足TSN网络中设备的时间同步需求而设计。TSN是一种网络技术，它可以提供精确的时间同步和低延迟，从而保障音视频、传感器、控制器和其他时间敏感的以太网数据的传输。相较于AS-2011版本中的单时钟域，AS-2020版本则是提供了对多时钟域的支持。当前很多国内知名OEM和供应商都对AS-2020表现出了浓厚的兴趣，已经开始开发和设计基于AS-2020的车内时间同步网络架构。

应用背景

单一的时钟域在进行时间同步时，如果某条物理链路发生故障，影响了时间同步报文的传输，那么对于该物理链路所连接的下游节点以及依赖该节点参与时间同步的后续所有节点，它们的时间同步功能均会发生异常。

规范背景

针对上述异常情况，AS-2011采取BMCA重新选取主时钟的方法，而BMCA重新生成时间同步树是需要时间的，这段时间内整个网络的时间可能会有较大波动。

车载以太网AVB规范中也规定了对于这种异常情况的处理行为，对于switch节点，如果上游链路故障，该switch节点会采取syncReceiptTimeout behavior，具体来讲就是沿用上次储存的GM时间，依赖本地时钟向下游节点发送时间同步报文，而如果是与GM相邻的switch节点采取了这种行为，就可能会发生外部授时时钟源（如GPS）丢失的问题，这会影响整个网络时钟源的可靠性。对于终端slave节点，如果上游链路故障，该终端slave节点会采取Holdover behavior，具体来讲就是只能靠本地时钟和已知的自身和GM的频率偏差来维持自身时间，而如果这种行为持续较长时间的话，该终端slave节点的时间就可能会与GM的时间偏差越来越大。

AS-2020则是通过实现时钟域冗余来提高网络可靠性，从而尽可能保障当前网络在物理链路故障情况下的时间同步。下面介绍其中一种实现时钟域冗余的方法 - 通过类似CB链路冗余机制的方式来实现时钟域冗余。

在上述时间同步网络拓扑中，以同一个GM为根节点，分别生成了蓝色和红色两个时间同步树（也就是两个时钟域），当其中一个时钟域中的时间同步报文传输异常时，相邻的下游节点可以使用另一个时间域中的时间同步报文来完成时间同步。

在这个网络中所有的节点都要具备同时支持多个时钟域的功能。

在实际环境中，终端节点（GM或者slave）与bridge之间蓝色的时间同步树和红色的时间同步树可以走两条不同的物理链路，这样在其中一条物理链路发生故障时，另一条物理链路上仍然搭载了有效的时间同步信息，整个网络的时间同步性能得以保障。

TSNCoreSolution新功能

TSN Box作为TSN CoreSolution中的硬件工具，在原有AS-2011时间同步节点仿真的基础上，增加了对AS-2020功能的支持。在上述时间同步网络拓扑中，TSNBox可以作为GM或者slave，同时维持两个时钟域中的时间。对于那些想要进行时钟域冗余的开发或测试，但又缺少相关设备支持的工程师来说，TSN Box无疑是一个优秀的选择。

TSNCoreSolutionAS-2020功能特性验证

1）验证TSN Box可以作为GM同时维持两个不同的时钟域

中间作为GM的TSNBox分别位于两个不同的时钟域中

抓取左侧链路上的sync报文发现其domain number为0，抓取右侧链路上的sync报文发现其domain number为2，且左右两侧链路上Pdelay_Req、Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_Up 报文的domainNumber都是 0（与AS-2020规范相符）。

Domain0中作为slave的TSNBox显示的同步结果如下：

Domain2中作为slave的TSNBox显示的同步结果如下：

可见两个不同时钟域中的slave均和GM达到时间同步，这说明中间的TSN Box作为GM在同时维持两个不同的时钟域。

2）验证TSN Box可以作为slave同时维持两个不同的时钟域

中间作为slave的TSNBox分别位于两个不同的时钟域中

抓取左侧链路上的sync报文发现domain number为0，抓取右侧链路上的sync报文发现domain number为2，且Pdelay_Req, Pdelay_Resp, and Pdelay_Resp_Follow_Up 报文的domainNumber是 0。

作为slave的TSNBox使能Reverse Sync功能，发送同步时间戳，并利用TSNBox对Reverse Sync的支持来计算GM与slave之间的同步误差/精度。

Domain0中作为GM的TSNBox显示的同步结果如下：

Domain2中作为GM的TSNBox显示的同步结果如下：

可见位于两个不同时钟域中的slave均和对应的GM达到时间同步，这说明中间的TSN Box作为slave在同时维持两个不同的时钟域。

典型应用场景示例

在断开绿色物理链路的情况下，不影响GM和slave之间的时钟同步

在断开红色物理链路的情况下，不影响GM和slave之间的时钟同步

通过时钟域冗余的功能，保证了在其中一条物理链路发生故障时，原时间同步网络的所有节点仍然可以正常进行时间同步

公司背景

TSN Syetems在TSN工具链产品领域已有长达十年的发展历史，其公司内部有超过50位时间敏感网络和汽车电子电器架构方面的专家。TSN Systems公司专注TSN技术研发，致力于提供专业的测量和分析工具来帮助汽车行业控制复杂度、降低风险，其TSN CoreSolution是该公司推出的最新产品，致力于辅助工程师进行复杂TSN网络的研发和验证。

北汇信息作为TSN Systems在中国的独家合作伙伴，多年来一直致力于TSN设计与验证的实践工作，积累了丰富的TSN项目经验。期间，参与多个国内TSN项目，拥有完整的TSN设计、仿真、原型搭建的开发经验，同时为客户提供齐备的TSN测试工具链与验证方法。