《電子技術(shù)應(yīng)用》
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TSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)幀搶占的研究與電路實(shí)現(xiàn)
電子技術(shù)應(yīng)用
陳三偉，趙偉，方震，王雨亭，何泉初
中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所
摘要： 時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time Sensitive Network， TSN）是一種新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，對關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性方面進(jìn)行了增強(qiáng)，可滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、醫(yī)療健康等領(lǐng)域的需求。針對TSN中的幀搶占技術(shù)進(jìn)行了研究分析，實(shí)現(xiàn)了幀搶占電路。作為TSN網(wǎng)絡(luò)交換芯片的重要部分，實(shí)現(xiàn)了TSN幀搶占等芯片實(shí)現(xiàn)的自主創(chuàng)新，在相關(guān)時(shí)間敏感領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用價(jià)值。
中圖分類號(hào)：TN402 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234467
中文引用格式： 陳三偉，趙偉，方震，等. TSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)幀搶占的研究與電路實(shí)現(xiàn)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2024，50(4)：29-32.
英文引用格式： Chen Sanwei，Zhao Wei，F(xiàn)ang Zhen，et al. Research and circuit implementation of frame preemption for TSN time-sensitive network[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(4)：29-32.
Research and circuit implementation of frame preemption for TSN time-sensitive network
Chen Sanwei，Zhao Wei，F(xiàn)ang Zhen，Wang Yuting，He Quanchu
No.58 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation
Abstract： TSN (Time Sensitive Network) is a new type of network technology that enhances the real-time, reliability and security aspects of critical data on the basis of traditional Ethernet technology, which can meet the needs of industrial Internet, automatic driving, healthcare and other fields. Aiming at the emerging technology of TSN, this paper researches and analyzes the frame preemption technology in TSN and realizes the frame preemption circuit. As an important part of TSN network switching chip, it realizes the independent control of TSN frame preemption and other chip implementations, which has good application value in related time-sensitive fields.
Key words : TSN；preamble；CRC；MAC；real-time；Ethernet

引言

隨著工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)駕駛、醫(yī)療健康、航空航天等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，傳輸大數(shù)據(jù)的同時(shí)對關(guān)鍵數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性的要求越來越高，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)已難以滿足需求。因此IEEE 802.1 TSN工作組提出了時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time Sensitive Network, TSN）技術(shù)。TSN通過對傳統(tǒng)以太網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)展，新增了對時(shí)延敏感的關(guān)鍵數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的保障，實(shí)現(xiàn)了低時(shí)延、低抖動(dòng)和可靠的網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，由于TSN是傳統(tǒng)以太網(wǎng)的擴(kuò)展，因此還具有跨平臺(tái)、兼容性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠在不同的行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組從時(shí)間同步、調(diào)度整形、資源管理、可靠性等方面進(jìn)行了規(guī)范，以保證時(shí)延敏感流的服務(wù)質(zhì)量。而在調(diào)度整形機(jī)制方面又分為同步的調(diào)度整形機(jī)制和異步調(diào)度整形機(jī)制，本文研究的幀搶占（Frame Preemption）則屬于異步調(diào)度整形機(jī)制的一種。

幀搶占技術(shù)的出現(xiàn)主要是為了應(yīng)對實(shí)時(shí)通信領(lǐng)域中的緊急事件和突發(fā)事件，如控制命令、緊急報(bào)警、緊急事件等，這些事件需要在非常短的時(shí)間內(nèi)得到響應(yīng)，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)延遲、故障和損失。在傳統(tǒng)以太網(wǎng)中，傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)先級是由幀頭中的VLAN（Virtual Local Area Network）優(yōu)先級標(biāo)記來確定的，但是這種優(yōu)先級機(jī)制無法滿足實(shí)時(shí)通信中對緊急事件的及時(shí)響應(yīng)要求。因此，幀搶占技術(shù)的提出，可以通過對數(shù)據(jù)流進(jìn)行搶占和控制，實(shí)現(xiàn)緊急數(shù)據(jù)的優(yōu)先傳輸，從而提高實(shí)時(shí)通信的性能。同時(shí)在TAS（Time Awareness Shaper）場景下結(jié)合幀搶占技術(shù)可提高網(wǎng)絡(luò)的使用率。


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作者信息：

陳三偉，趙偉，方震，王雨亭，何泉初

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇 無錫  214035）


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