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一种基于NeSTiNg的TSN强实时流量调度和自动配置方法

王波 高文炜 徐丹妮 贺新乐

王波, 高文炜, 徐丹妮, 贺新乐. 一种基于NeSTiNg的TSN强实时流量调度和自动配置方法[J]. 微电子学与计算机, 2022, 39(11): 62-68. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2022.0218
引用本文: 王波, 高文炜, 徐丹妮, 贺新乐. 一种基于NeSTiNg的TSN强实时流量调度和自动配置方法[J]. 微电子学与计算机, 2022, 39(11): 62-68. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2022.0218
WANG Bo, GAO Wenwei, XU Danni, HE Xinle. A strong real-time traffic scheduling and automatic configuration method for TSN based on NeSTiNg[J]. Microelectronics & Computer, 2022, 39(11): 62-68. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2022.0218
Citation: WANG Bo, GAO Wenwei, XU Danni, HE Xinle. A strong real-time traffic scheduling and automatic configuration method for TSN based on NeSTiNg[J]. Microelectronics & Computer, 2022, 39(11): 62-68. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2022.0218

一种基于NeSTiNg的TSN强实时流量调度和自动配置方法

doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2022.0218
详细信息
    作者简介:

    王波  男,(1993-),硕士研究生.研究方向为嵌入式计算机应用技术.E-mail: wangbo735856686@163.com

    高文炜  男,(1975-),硕士,研究员,硕士生导师.研究方向为嵌入式系统

    徐丹妮  女,(1989-),硕士,高级工程师.研究方向为实时以太网通信技术

    贺新乐   男,(1997-),硕士研究生.研究方向为嵌入式计算机应用技术

  • 中图分类号: TP393

A strong real-time traffic scheduling and automatic configuration method for TSN based on NeSTiNg

  • 摘要:

    流量调度是时间敏感网络(Time Sensitive Networking,TSN)技术的核心.在大型工业嵌入式系统应用中,TSN流量调度的设计和仿真阶段需要对链路、流、门控等调度信息进行复杂且苛刻的配置.现有的基于仿真框架的配置方法多采用手动配置,这阻碍了这些框架对大型TSN网络的适用性.基于TSN强实时流量传输机制和NeSTiNg(Network Simulator for Time-Sensitive Networking)框架,提出一种适用于大型网络的强实时流量调度和自动配置方法.首先,该方法区别于传统的手动配置输入方式,实现了对流偏移、门状态和路由表等信息的自动配置; 其次,该方法提取了流的端到端时延,验证了大型网络中TSN传输的强实时性; 最后,通过计算拓扑变化后选择新路径的运算时间,评估了该方法对动态拓扑的适用性.结果表明:该方法保证了大型网络中大量流传输的强实时性,且当拓扑改变时,相比于静态路由有更低的运算时间.

     

  • 图 1  IEEE802.1 Qbv强实时流量传输机制

    Figure 1.  Strong real-time traffic transmission mechanism of IEEE 802.1Qbv

    图 2  自动配置方法

    Figure 2.  Automatic configuration method

    图 3  自动配置输入方法流程图

    Figure 3.  Automatic configuration input method flowchart

    图 4  结果提取

    Figure 4.  Result extraction

    图 5  网络拓扑图

    Figure 5.  Network topology

    表  1  40组基本流的最大端到端延迟

    Table  1.   Maximum end to end delay of 40 basic flows

    ID TX RX 周期/μs 延迟/μs ID TX RX 周期/μs 延迟/μs
    1 ES0 ES6 5 000 51 21 ES6 ES7 5 000 32
    2 ES1 ES7 2 000 50 22 ES6 ES8 2 000 24
    3 ES1 ES8 1 000 52 23 ES7 ES1 5 000 58
    4 ES1 ES9 2 000 92 24 ES7 ES2 5 000 77
    5 ES1 ES10 5 000 37 25 ES7 ES4 1 000 71
    6 ES2 ES3 1 000 94 26 ES8 ES0 2 000 158
    7 ES2 ES7 1 000 82 27 ES8 ES10 1 000 71
    8 ES3 ES1 5 000 81 28 ES8 ES11 5 000 74
    9 ES3 ES2 5 000 66 29 ES9 ES0 5 000 971
    10 ES3 ES4 2 000 25 30 ES9 ES1 5 000 52
    11 ES3 ES5 2 000 38 31 ES9 ES3 5 000 38
    12 ES4 ES3 5 000 52 32 ES10 ES2 5 000 62
    13 ES4 ES8 1 000 67 33 ES10 ES5 5 000 71
    14 ES4 ES9 1 000 97 34 ES10 ES6 1 000 118
    15 ES4 ES11 5 000 52 35 ES10 ES7 5 000 135
    16 ES5 ES0 2 000 779 36 ES10 ES11 5 000 39
    17 ES5 ES2 5 000 86 37 ES11 ES2 5 000 61
    18 ES5 ES4 2 000 38 38 ES11 ES7 1 000 97
    19 ES5 ES6 5 000 53 39 ES11 ES9 5 000 43
    20 ES6 ES5 5 000 61 40 ES11 ES10 5 000 48
    下载: 导出CSV

    表  2  增加流的运算时间对比

    Table  2.   Computing time comparison when adding streams

    流数目 运算时间/s
    静态调度 自动配置
    10+1 0.192 0.021
    20+1 0.482 0.056
    30+1 1.13 0.112
    下载: 导出CSV

    表  3  交换机故障的运算时间对比

    Table  3.   Computing time comparison when a switch fails

    流数目 运算时间/s
    静态调度 自动配置
    10 0.023 8 0.013
    20 0.318 2 0.188
    30 0.749 9 0.334
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-01
  • 修回日期:  2022-05-10
  • 网络出版日期:  2022-11-29

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