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“TSN系統設計技術交流群”讨論内容分(fēn)享(2020.01.15)
發布時間:2020-01-16
     本文是對“TSN系統設計技術交流群”近期讨論的記錄。讨論主要涉及“TSN的适用場景”,“TSN與TTE規劃與調度的區别”以及“TSN端系統設計”三方面,對理解TSN原理和進行TSN系統設計具有一(yī)定參考意義。
      對參加讨論的西安電(diàn)子科大(dà)的邱智亮教授,國防科大(dà)的孫志(zhì)剛研究員(yuán),彭偉研究員(yuán),全巍博士,電(diàn)科54所的李文江高工(gōng),海軍工(gōng)程大(dà)學徐成成博士以及GQ Wang等表示感謝。
一(yī)、關于TSN的适用場景
     車(chē)聯網(車(chē)輛間組網)是TSN的重要應用領域,請問(OpenTSN)這種集中(zhōng)控制網絡架構能滿足車(chē)輛對高動态組網需求嗎(ma)?
     目前這是我(wǒ)(wǒ)們的一(yī)個發展規劃,希望能提供動态網絡管理能力,但是否能滿足需求目前還沒有驗證過
     我(wǒ)(wǒ)個人看法,可以用于車(chē)輛内的網絡,但可能還不适合用于VANET技術的發展應服務于應用需求,TSN網絡希望爲用戶提供高質量的服務,但網絡能夠提供高質量服務的前提是資(zī)源預留,如你文中(zhōng)介紹的内容實質上就是一(yī)種實現資(zī)源預留的方法,類似于SDN。但這種網絡運行方式實際與用戶希望随性使用網絡的習慣相矛盾,用戶希望像使用互聯網一(yī)樣使用網絡,又(yòu)希望獲得更好的服務,但網絡服務提供者必須了解用戶需求,包括帶寬、時延、丢失等信息,才能爲用戶預留網絡服務資(zī)源,問題是用戶能說清楚自己的網絡需求嗎(ma)?既然用戶都說不清楚需求,網絡又(yòu)如何提供服務?這是目前TSN網絡沒有回答的一(yī)個深層次問題。
     TSN網絡能夠提供良好服務的基礎是資(zī)源預留,即提供PVC/SVC通路,本質上采用的是一(yī)種面向連接的網絡服務方式,但這與采用無連接方式爲用戶提供服務的互聯網具有不可調和的矛盾,如果TSN網絡希望應用于廣域網,就不可能脫離(lí)現有的互聯網,而現有互聯網是建立在無連接基礎上工(gōng)作的,所以說面向連接的TSN與無連接的互聯網是不能兼容的,這也将成爲TSN網絡拓展應用範圍難以克服的技術問題。
     問題是TSN網絡沒有把自己定義爲僅應用于車(chē)輛的内網通信。
     在相對靜态的網絡裏,TSN可通過預留資(zī)源的方式提供純L2的端到端的聯接來支持上層的APPs。但在相對動态的車(chē)聯網環境裏,TSN隻能用于點到點的鏈路建立與維護,這就需要動态的L3協議(類似于mobile ad hoc)來進行實時的,on-demand (最好是in-band 信令)端到端連接建立并分(fēn)配資(zī)源,例如車(chē)輛之間的動态信息分(fēn)發。我(wǒ)(wǒ)們不能期望TSN可用于所有場景。
     TSN用于高動态、用戶通信需求不明确的環境是有問題的,需要研究
     網絡服務提供者可以通過收集曆史數據來預測用戶的未來流量,相應地提供統計複用的服務質量保障
     TSN技術确實有它的适用場合,不能指望它什麽地方都好用
     也即TSN本質是面向連接的,而目前的互聯網是無連接的,其路由器不支持SVC信令或不支持SDN控制指令,也即互聯網無法爲TSN網絡提供服務質量保證,這是目前無法調和的矛盾。
     基于IEEE标準的TSN技術是針對局域網的,如果是在互聯網上,那麽可以關注确定性網絡(deterministic networking)技術
     TSN目前有些尴尬,想擴大(dà)技術應用領域,但與互聯網不兼容,自己又(yòu)不可能構建成一(yī)個超大(dà)網絡。
     還是要看應用需求,在一(yī)些局域網的場合還是有TSN的需求的
     一(yī)樣都沒有解決上述問題,面向連接的資(zī)源預留與無連接的互聯網就是互不兼容的兩種設計思路。網絡應用于局域環境沒有問題,問題是總有人把TSN神化,視乎一(yī)TSN什麽問題都解決了,這就不科學了。
     沒有必要把TSN神化,TSN技術也在發展中(zhōng)
     感謝幾位老師帶來的深入讨論,理解tsn的目标應用場景定位應該是局域網絡
     IEEE不是成立了關于廣域網的工(gōng)作組嗎(ma),叫Dnet吧,标準也在研究中(zhōng)吧,tsn主要是局域網吧。基于IEEE标準的TSN技術是針對局域網的,如果是在互聯網上,那麽可以關注确定性網絡(deterministic networking)技術”。華爲研究的是廣域網的吧,不知(zhī)道5G的URLLC“Ultra Reliable Low LatencyCommunications”場景算tsn還是DNET。
     5G标準rel 15曾經留了一(yī)個口,叫做non-IPdata transport interface。但沒有具體(tǐ)說明是什麽技術。現在rel 16把TSN作爲候選之一(yī),如果定下(xià)來,則從5G終端開(kāi)始,app可以直接over TSN over 空口,然後over 接入網TSN,進行端到端的TSN通訊。
二、TSN與TTE規劃調度的區别
      TTE=Eth+TTP;TTE主要應用于局域,采用基于管理者集中(zhōng)規劃連接的工(gōng)作模式,也即其所有的連接都是由管理中(zhōng)心配置的。而TSN實質是:TSN=TTE+用戶連接控制面(也可以說是用戶信令控制面);也即TSN的本質是在TTE集中(zhōng)規劃管理的基礎上,給了用戶一(yī)種通過信令随時建立動态連接的可能,把以太網的無連接、TTE的PVC連接,變成了支持可以動态連接的網絡,但這不能改變其僅适用于局域網的内在約束本質。
     tsn在技術上的特點是将隊列系統引入确定性交換,離(lí)線規劃的是爲每個時間敏感流分(fēn)配交換機輸出隊列的空間。而tte在交換時使用的是離(lí)散的ram,離(lí)線規劃的是爲每個時間觸發流分(fēn)配交換機輸出鏈路上的時隙。tsn的隊列系統資(zī)源利用率高,實現簡單。近年來變得可行主要是以太網升級到千兆帶寬,彌補了隊列系統細粒度控制不足的缺陷。但tsn的實現架構兼容傳統以太網實現,因此tsn的應用可以大(dà)大(dà)降低确定性交換的成本,簡化管理的複雜(zá)度。
     在網絡同步的情況下(xià),tsn離(lí)線規劃的時間敏感流交換機輸出隊列的空間,與tte離(lí)線規劃交換機輸出鏈路上的時隙是沒有本質區别的,TSN分(fēn)配隊列中(zhōng)的内容,在規定的時間内也是必須發送的,發送時也是要占用交換機輸出端口時隙的。
     由于tsn映射到輸出隊列中(zhōng)的分(fēn)組是沒有先後順序的,因此交換機在輸出調度時不需要每條流的信息。就像快遞員(yuán)把快遞放(fàng)到豐巢中(zhōng)即可,不用考慮每個用戶取快遞的時間。而tte需要精确控制每個分(fēn)組進入輸出鏈路的時隙,因此交換機需要保存每個細粒度流的信息。就像送外(wài)賣,需要規劃每一(yī)單送達的時間。tsn與tte預約和調度的差别,就是順豐與餓了麽的差别?
三、TSN端系統設計
     這樣比喻确實比較貼切,是否可以進一(yī)步延伸理解爲TSN放(fàng)寬了對端側應用程序投遞數據的時間限制,隻要用戶将數據投遞給端系統,TSN就可以按規劃在期望的時延内将數據轉發至目的端。
     在ttp/c的規範中(zhōng)對端與網絡交互的方法定義的比較詳細。一(yī)是采用雙端口ram,對應用和網絡的數據交互時間進行解藕,二是離(lí)線規劃爲每個端系統定義了MEDL(消息描述符列表)數據結構,規定了網絡在特定時間取數據發送,和向雙口ram中(zhōng)應用緩沖區提交數據的時間。
     個人感覺在tsn,tte端系統實現時,都可以參考ttp/c中(zhōng)的這個機制。端與網絡的交互方式,也是在上個月楓林論壇上,大(dà)家讨論最激烈,讨論時間很久的問題。個人感覺tsn在發展中(zhōng)不斷借鑒tte的優點。就像順豐開(kāi)始送咖啡一(yī)樣,我(wǒ)(wǒ)們也計劃在opentsn實現中(zhōng),使用as6802同步方式。