如何使用TSN调度流量来实现关键时间流的超低时延

时间敏感网络（TSN）是一系列在基于以太网的网络上实现确定性通信的标准。TSN可以为不同的确定性网络要求提供不同的工具。

调度流量（IEEE 802.1Qbv）和帧优先权（IEEE 802.1Qbu和802.3br）是在多个跃点上实现超低时延的部分最适合的可用TSN工具。调度流量的工作方式是为不同类型的流量分配专用的时隙，类似于时分多址（TDMA）方案的工作原理。然而，要在每个网络跃点配置专用时隙，并确保通过网络的帧不会遭遇等待时间，说起来很容易，但做起来却绝非易事。

驾驭以太网网络中的“绿波”

当我们在道路上驾车时，一路绿波无疑是一种美好的体验。所谓绿波就是一系列的交通信号灯（通常为三个或更多）通过协调工作的方式，在主交通方向上的多个路口实现连续不断的车流。这些交通信号灯需要根据相互之间的距离和预期的车速来接受配置。

资料来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Green_wave#/media/File:GreenWave.gif

与此类似的是，对于以太网而言，当一系列的桥接和终端站以相互协调的方式接受配置，使经过调度的流在多个跃点上实现连续的数据流，而这就是通过调度实现的流量绿波。在配置网络时，线缆和桥接的延迟，以及链路的速度，都需要被考虑在内。

桥接或终端站上每个启用Qbv的发送端口都有一个门参数表。这个门参数表的特性取决于：

• 基础时间：调度启动的时间

• 周期时间：控制列表索引返回至零后所用的时间，以及

• 控制列表：这是一个排序列表，其中的每个条目都规定哪个队列应开启或关闭，以及开启或关闭的时间长度。

在快速配置调度流量的同时为其预期性能提供保障

要想配置多个跃点上调度流量并实现绿波，有一种简易解决方案，即使用基础时间来补偿线缆和桥接延迟。例如，在上面呈现的简单网络拓扑结构中，我们可以在送话方1处以基础时间0.0启动。

在桥接1处，基础时间应当是送话方1和桥接1之间的线缆延迟，再加上该帧穿越桥接1所用的时间。在存储和转发桥接中，帧长度也需要考虑在内。如果是直通式桥接，这一问题可以忽略。

根据该公式的类推，在跃点n处，基础时间应当设置为：

同样的方法也适用于更复杂的网络拓扑结构，以及有多个送话方和受话方的多个流。线缆和桥接延迟可以按动态方式计算。网络配置可以由CNC和CUC实时更新，在有新的流加入网络时，以及在流量条件发生变化时，都可以保持绿波。

测量端到端时延还不够

要想为实现预期的超低时延提供保障，仅测量端到端时延是远远不够的。我们还需要在网络上的不同点位处采集一系列的指标，对已调度流在时间和多跃点上的稳定性进行评价。评价调度流的最重要指标包括：

1. 特定已调度流的每个帧部分与预期到达时间的偏差
   • 最大正偏差
   • 最大负偏差
   • 平均偏差

2. 已调度流量的计时直方图－例如，在以下时间内收到了多少帧：
   • 距预期时间0..100纳秒
   • 距预期时间100..500纳秒
   • 距预期时间0.5..2微秒

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