前言在汽车领域，呼吁近年来车内网络通信方式的变革，期待引入能够保证更高数据传输速率和实时性的通信方式。 例如，对于ADAS，传统的CAN总线已经不能充分满足对通信的要求，但基于车载以太网的TSN网络是一种更好的解决方案，在保证传输带宽的同时，保证数据定时、极低的延迟和可靠性
前两期介绍了TSN协议家族中的关键协议、常用协议等内容(本评审)，同时还介绍了实现TSN时间敏感网络分析与测量的工具平台)。该评审
TSN验证测试环境简介德国TSN Systems提供用于TSN测量和分析的软件工具TSN tools和硬件工具TSN Box。 利用TSN tools和TSN Box，可以快速构建支持TSN的验证测试网络环境。 该环境具有很高的灵活性，适合各种tsn APP应用程序的场景，可用于开发、分析和测试
图1 TSN验证和测试环境应用方案示意图TSN Systems提供的TSN验证和测试环境主要侧重于以下内容：
802.1 ASP
• 802.1 Qav
• IEEE 1722
• IEEE 1733/RTP
• 802.1 Qbv
802.1 q /最佳曲线
can总线/车载以太网网关
交换机性能和队列大小分析
多信号共存的网络行为分析
网络抖动(抖动)及负荷分析
tsn APP应用方案Talker/Listener仿真在AVB/TSN开发过程中，TSN Talker/Listener为产品开发人员提供可根据条件设置的TSN/AVB发送和接收节点，以构建开发环境
可以直接加载阴影视频文件，将音视频实时转换为IEEE 1722/IEEE 1733数据流
可以直接接受声源输入，并将声源转换为IEEE 1722/IEEE 1733数据流
可以预定义要在数据文件中传输的信号，可以上传到TSN Box并设置整形算法，TSN Box可以采用预配置的方式生成对应的数据流
可以将IEEE 1722/IEEE 1733音频数据流作为监听器接收，对其进行分析，将其转换为音频模拟信号，然后直接输出到播放设备
可以接收数据并增加时间戳，然后将其传输到上位机进行时间特性分析
tsn盒支持名为IEEE802.1as(GPTP )的协议和格式设置
o PPS信号
• IEEE 802.1Qav
o IEEE 1722 audiofileplayerwithliveadaptedptptimestamping
o IEEE 1733/RTP/rtcpfileplayerwithliveadaptedptptimestamping
• 802.1Qbv
o 1ms cycle time
o 100 s循环时间
IEEE 802.1 q /最佳性能传输
o UDP传输
由于TAP设备的车载以太网通信机制属于分组传输网络，传统的CAN总线监控方式无法观测到网络。 在开发或分析测试过程中需要监测车载以太网的通信过程和相关数据时，需要采用TAP的模式在通信链路上插入观测点。
TSN Box可以作为TAP设备访问车载以太网物理链路，并捕获通过链路的所有车载以太网消息。
TSN Box作为TAP设备比其他常见的TAP设备好的一点是，TSN Box可以提供与数据包对应的高精度时间戳。 例如，利用此特性，TSN Box可以测量包进入交换机Ingress和退出交换机Egress之间的时间差，并评估交换机对包传输的延迟影响。
TSN交换机是TSN网络中不可缺少的核心部分，通常需要TSN交换机来构建基于TSN的网络，以在TSN节点开发或测试期间帮助开发或测试工作。
基于这一需求，TSN系统可以开发基于Marvell 88Q5050交换机芯片的TSN交换机，并通过该交换机连接TSN的节点以形成完整的TSN网络。 该TSN交换机包括5路100base-t1(br )和1路1000Base-T。
图2 tsn系统交换机
TSN时间特性分析TSN Systems公司提供TSN网络深度分析软件工具TSN Tools，与常规的网络分析工具不同，TSN Tools对捕获的车载
以太网报文进行基于精确时间的可视化分析，例如可以进行PTP 的时间抖动分析。 图3 TSN Tools可视化分析界面802.1AS （Rev）分析
对于TSN 网络，时钟是核心，在TSN 网络中，各个节点是通过IEEE 802.1AS 精准时间同步协议（gPTP）来同步时钟的。
通过定义主时钟选择与协商算法、路径延迟测算与补偿、以及时钟频率匹配与调节的机制，gPTP 设备交换标准的车载以太网消息，将网络各个节点的时间都同步到一个共同的主时钟。
通常情况下由于各个节点的软件、硬件各不相同，在时间同步过程中可能会存在各种各样的问题，通过TSN Systems 搭建的测试环境，可以对gPTP 网络进行如下相关内容的分析：
• Startup
• Rate Ratio
• Jitter
• Robustness/failure insertion
• TAP Mode PTP Analysis
残余总线仿真
在TSN 网络设计开发过程中，不论是架构设计，还是TSN 网络节点开发实现，都有可能需要一个相应的TSN 网络环境，可以在实际TSN 网络并未构建开发完成之前，模拟整个TSN网络，或者是模拟TSN 网络中某一个网络节点的网络通讯行为，通过模拟的网络来分析评估整个网络行为、网络架构、或者是基于TSN 技术的网络节点功能。
利用TSN Systems 提供的软硬件工具可以快速构建出一个虚拟的TSN 网络仿真环境。
TSN 工具可以模拟仿真以下类型的节点行为：
• Talker/Listener
o Qav
o Qbv
o Persitaltic
o Best Effort
• CAN/CANFD
• Virtual Sensor
• Virtual ECU
• Failure/Misbehavior
• Negative testing
ADAS/无人驾驶领域时间分析/测试
在ADAS/无人驾驶领域，时间特性是需要被重点考量的参数，在ADAS 应用中，传感器采集的数据需要被及时的处理和传输，以保证ADAS 控制系统的时效性。
时效性的分析包含了两个部分，一个是传感器裸数据预处理的及时性，另外一个就是数据通过TSN 网络传输给ADAS/无人驾驶控制器的及时性。TSN Systems 提供的工具可以使用于这两个分析/测试场景。
例如以下示例的测试环境，可以同时采集摄像头的视频裸数据和经过预处理后形成的TSN车载以太网数据流，通过对比两个数据流的时间戳，来分析和测试图像预处理所耗费的时间。
图6 TSN ADAS/无人驾驶领域时间分析/测试方案示意图 TSN Systems公司简介TSN Systems公司成立于2016年，已通过ISO 9001认证，总部位于德国斯图加特，创始人为来自于UMAN和EDAG的时间敏感网络和汽车E / E开发专家。TSN Systems公司专注TSN技术研发，致力于提供专业的测量和分析工具来帮助汽车行业控制复杂度、降低风险。曾给博世、NI、罗德与施瓦茨等公司提供专业产品解决方案。
北汇信息作为TSN Systems公司的中国独家合作伙伴，为客户提供全面高效的TSN解决方案。
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