标签: TSN测试系统

TSN 概述 在汽车领域内，近几年车内网络通讯方式的变革诉求，期望能够有更高的数据传输速率，以及保证实时性的通讯方式引入。例如对于自动驾驶而言，传统的CAN总线已经远远不能满足其对通讯的要求，而基于以太网的TSN网络是一个更好的解决方案。 TSN Systems 公司作为专业的 TSN 网络分析及测量解决方案提供者，其 TSN Tools 软件和 TSN Box 是帮助您 掌握TSN网络复杂性 的工具。 TSN Box 是网络的硬件接口，可以配置为 TAP 、 Talker/Listener 。 TSN Tools 则是一个对 TSN 网络通讯 数据进行分析和可视化的软件工具。 TSN Tools以及TSN Box支持TSN网络开发的所有应用场景。从TSN网络仿真、基于HiL/SiL/MiL的TSN网络分析测量到实车分析测量均可应用此系统。 虽然TSN网络技术还正在为汽车领域的应用在不断完善中，只有全球领先的企业在最新的车型中开始使用，TSN Systems作为全球领先的TSN仿真测试工具提供商，已经在短短的几年时间内，持续升级软硬件，现已提供3.1版本的产品。 TSN Box 3.1 重要更新如下： （1）基础配置如下 ▲1 * CAN/CANFD ▲4 * 100 BASE-T1, 2 *100/1000 BASE-T1, 2 * 100 BASE-TX/1000 BASE-T ▲BNC Sync 1x in/1x out, SMA High speed 2x in/2x out, GPIO2 x in/2x out ▲1000BASE-T Host port, USB3 Host, 2x USB2 Host ▲Digital audioTOSLINK/ADAT optical 2x in/2x out, 48kHz, 2ch/8ch each （2）可选配置如下（替换相同颜色部分） ▲4 * 100 BASE-T1, 4 *100/1000 BASE-T1（ 适用于车载领域 ） ▲4 * 100 BASE-T1, 4 *100 BASE-TX/1000 BASE-T（ 适用于工业自动化领域 ） ▲8 channel audio in,4 channel audio out, 3.5 mm stereo TRS jack, line level （3）可叠加配置如下（在数字音频接口的基础之上） ▲Software module, 2x8 channel digital audio in, 2x 8 channel digital audio out ▲Software module, 1x8 channel digital audio in, 1x 8 channel digital audio out TSN Box增加了更加适配车载环境的全T1接口，使得在测试车载以太网方面更加方便，满足客户对千兆车载总线数据进行对比监测的需求。除此之外，对原有功能进行了增强，如下： ▲PTP节点仿真 》增加VLAN，便于用户自定义配置 》噪声模拟，模拟车载环境变化引入的干扰 ▲CAN 总线节点仿真 ▲TAP 》与被测系统进行同步 》通过BNC同步 》硬件过滤报文 》直接物理接口：以太网，CAN，模拟和数字音频… ▲Pcapng文件回放 ▲Qbv数据生成 ▲音频Talker与Listener 》1722 》1733 ▲HDBaseT数据监测 TSN Box 3.1 TSN Tools 功能增强 增加了支持更多协议的过滤器和分析器，对关心的数据流进行过滤，便于分析，列举如下： 过滤器： ▲MAC层属性 ▲IP层属性 ▲TCP/UDP属性 ▲AS ▲1722 ▲1733 ▲SOMEIP ▲…… 分析器： ▲时延 ▲帧间隔 ▲带宽 ▲Time Error ▲Nrr ▲主时钟节点发送数据质量 ▲指定域的值分析 TSN Box &TSN Tools 测试案例拓扑 注意 TSN Box 非常适用于设备开发阶段调试和系统级别的测试与测量，如果关注被测对象TSN相关的一致性测试可以选择Spirent的设备： TSN Systems 公司简介 TSN Systems公司成立于2016年，总部位于德国斯图加特，创始人为来自UMAN和EDAG的时间敏感网络和汽车E/E开发专家。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。 北汇信息作为TSN Systems公司的中国独家合作伙伴，将为客户提供全面高效的TSN解决方案。

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： 1. 为什么选择TSN 2. TSN测试系统应该具有的能力 3. 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： 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 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： 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。