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“TSN系统设计技术交流群”讨论内容分(fēn)享(2020.01.15)
发布时间:2020-01-16
     本文(wén)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(yòng)场景”,“TSN与TTE规划与调度的區(qū)别”以及“TSN端系统设计”三方面,对理(lǐ)解TSN原理(lǐ)和进行TSN系统设计具有(yǒu)一定参考意义。
      对参加讨论的西安電(diàn)子科(kē)大的邱智亮教授,國(guó)防科(kē)大的孙志(zhì)刚研究员,彭伟研究员,全巍博士,電(diàn)科(kē)54所的李文(wén)江高工,海军工程大學(xué)徐成成博士以及GQ Wang等表示感謝(xiè)。
一、关于TSN的适用(yòng)场景
     車(chē)联网(車(chē)辆间组网)是TSN的重要应用(yòng)领域,请问(OpenTSN)这种集中控制网络架构能(néng)满足車(chē)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(néng)提供动态网络管理(lǐ)能(néng)力,但是否能(néng)满足需求目前还没有(yǒu)验证过
     我个人看法,可(kě)以用(yòng)于車(chē)辆内的网络,但可(kě)能(néng)还不适合用(yòng)于VANET技术的发展应服務(wù)于应用(yòng)需求,TSN网络希望為(wèi)用(yòng)户提供高质量的服務(wù),但网络能(néng)够提供高质量服務(wù)的前提是资源预留,如你文(wén)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(yòng)户希望随性使用(yòng)网络的习惯相矛盾,用(yòng)户希望像使用(yòng)互联网一样使用(yòng)网络,又(yòu)希望获得更好的服務(wù),但网络服務(wù)提供者必须了解用(yòng)户需求,包括带宽、时延、丢失等信息,才能(néng)為(wèi)用(yòng)户预留网络服務(wù)资源,问题是用(yòng)户能(néng)说清楚自己的网络需求吗?既然用(yòng)户都说不清楚需求,网络又(yòu)如何提供服務(wù)?这是目前TSN网络没有(yǒu)回答(dá)的一个深层次问题。
     TSN网络能(néng)够提供良好服務(wù)的基础是资源预留,即提供PVC/SVC通路,本质上采用(yòng)的是一种面向连接的网络服務(wù)方式,但这与采用(yòng)无连接方式為(wèi)用(yòng)户提供服務(wù)的互联网具有(yǒu)不可(kě)调和的矛盾,如果TSN网络希望应用(yòng)于广域网,就不可(kě)能(néng)脱离现有(yǒu)的互联网,而现有(yǒu)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(néng)兼容的,这也将成為(wèi)TSN网络拓展应用(yòng)范围难以克服的技术问题。
     问题是TSN网络没有(yǒu)把自己定义為(wèi)仅应用(yòng)于車(chē)辆的内网通信。
     在相对静态的网络里,TSN可(kě)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。但在相对动态的車(chē)联网环境里,TSN只能(néng)用(yòng)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(fēn)配资源,例如車(chē)辆之间的动态信息分(fēn)发。我们不能(néng)期望TSN可(kě)用(yòng)于所有(yǒu)场景。
     TSN用(yòng)于高动态、用(yòng)户通信需求不明确的环境是有(yǒu)问题的,需要研究
     网络服務(wù)提供者可(kě)以通过收集历史数据来预测用(yòng)户的未来流量,相应地提供统计复用(yòng)的服務(wù)质量保障
     TSN技术确实有(yǒu)它的适用(yòng)场合,不能(néng)指望它什么地方都好用(yòng)
     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,也即互联网无法為(wèi)TSN网络提供服務(wù)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(kě)以关注确定性网络(deterministic networking)技术
     TSN目前有(yǒu)些尴尬,想扩大技术应用(yòng)领域,但与互联网不兼容,自己又(yòu)不可(kě)能(néng)构建成一个超大网络。
     还是要看应用(yòng)需求,在一些局域网的场合还是有(yǒu)TSN的需求的
     一样都没有(yǒu)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(yòng)于局域环境没有(yǒu)问题,问题是总有(yǒu)人把TSN神化,视乎一TSN什么问题都解决了,这就不科(kē)學(xué)了。
     没有(yǒu)必要把TSN神化,TSN技术也在发展中
     感謝(xiè)几位老师带来的深入讨论,理(lǐ)解tsn的目标应用(yòng)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(kě)以关注确定性网络(deterministic networking)技术”。华為(wèi)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(yǒu)具體(tǐ)说明是什么技术。现在rel 16把TSN作為(wèi)候选之一,如果定下来,则从5G终端开始,app可(kě)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规划调度的區(qū)别
      TTE=Eth+TTP;TTE主要应用(yòng)于局域,采用(yòng)基于管理(lǐ)者集中规划连接的工作模式,也即其所有(yǒu)的连接都是由管理(lǐ)中心配置的。而TSN实质是:TSN=TTE+用(yòng)户连接控制面(也可(kě)以说是用(yòng)户信令控制面);也即TSN的本质是在TTE集中规划管理(lǐ)的基础上,给了用(yòng)户一种通过信令随时建立动态连接的可(kě)能(néng),把以太网的无连接、TTE的PVC连接,变成了支持可(kě)以动态连接的网络,但这不能(néng)改变其仅适用(yòng)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,离線(xiàn)规划的是為(wèi)每个时间敏感流分(fēn)配交换机输出队列的空间。而tte在交换时使用(yòng)的是离散的ram,离線(xiàn)规划的是為(wèi)每个时间触发流分(fēn)配交换机输出链路上的时隙。tsn的队列系统资源利用(yòng)率高,实现简单。近年来变得可(kě)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(yòng)可(kě)以大大降低确定性交换的成本,简化管理(lǐ)的复杂度。
     在网络同步的情况下,tsn离線(xiàn)规划的时间敏感流交换机输出队列的空间,与tte离線(xiàn)规划交换机输出链路上的时隙是没有(yǒu)本质區(qū)别的,TSN分(fēn)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(yòng)交换机输出端口时隙的。
     由于tsn映射到输出队列中的分(fēn)组是没有(yǒu)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(kě),不用(yòng)考虑每个用(yòng)户取快递的时间。而tte需要精确控制每个分(fēn)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(kě)以进一步延伸理(lǐ)解為(wèi)TSN放宽了对端侧应用(yòng)程序投递数据的时间限制,只要用(yòng)户将数据投递给端系统,TSN就可(kě)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(yòng)双端口ram,对应用(yòng)和网络的数据交互时间进行解藕,二是离線(xiàn)规划為(wèi)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(yòng)缓冲區(qū)提交数据的时间。
     个人感觉在tsn,tte端系统实现时,都可(kě)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(hěn)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(yòng)as6802同步方式。
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