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盖世汽车 05-18

IEEE 802.1AS-2020 和 2011 有哪些不同

IEEE 802.1 工作组正在推动时间敏感网络(TSN)标准在工业自动化和汽车领域的应用。最主要的工作就是建立一个协议标准,允许在以太网(IEEE STD 802.3)和 WiFi(IEEE STD 802.11)网络上传输同步后的时间。IEEE STD 802.1AS 就是这样一个 TSN 标准,规定了如何传输时间同步信息。IEEE STD 802.1AS 包括 IEEE STD 1588 精密时间协议(PTP)的概要。IEEE 802.1 工作组最近完成了 IEEE STD 802.1AS-2020 的工作,其中包括了同样是最近完成的 IEEE STD 1588-2019 的一些特征。它们基于旧版本协议 IEEE STD 802.1AS-2011 和 IEEE STD 1588-2008 做出了重大修订。

IEEE 802.1AS为什么会出现

在发布最早的 IEEE STD 802.1AS(2011)之前,IEEE STD 1588 被用于在局域网中传输精确时间。虽然 IEEE STD 802.1AS 是基于 IEEE STD 1588,但 IEEE STD 802.1AS 的需求集中在局域网应用中非常重要的两个方面:

①适当的成本:使用自由运行时钟将会允许使用低成本的振荡器,这些振荡器在工业自动化和汽车车载网络应用中非常常见。

②一致的性能:IEEE STD 802.1AS 协议会验证网络中(例如域)的所有设备的操作协议。例如,如果检测到不支持 IEEE STD 802.1AS 协议的以太网交换机,则这个交换机会被排除在传输时间之外。这提供了一致的性能,对于许多局域网应用至关重要。

原始的 IEEE STD 802.1AS 针对即插即用的音视频应用程序,新的 IEEE STD 802.1AS-2020 保持向后兼容性。

IEEE 802.1AS的应用领域

由于 IEEE STD 802.1AS 对许多局域网应用的相关性,在以下领域中,标准化使用 IEEE STD 802.1AS 的工作正在进行:

①工业自动化:在工业自动化的 TSN 文档 IEC/IEEE 60802 的草案中,时间同步需要满足 IEEE STD 802.1AS。

②汽车车载网络:在车载以太网通讯的 TSN 文档 IEEE P802.1DG 的草案中,时间同步需要满足 IEEE STD 802.1AS。

③ 5G:为了将 5G 系统集成到工业自动化应用中,3GPP 组织中 5G 技术草案中,时间同步需要满足 IEEE STD 802.1AS。

这些应用以前使用了许多其它标准,在最早的 IEEE STD 802.1AS 中的时间传输的规范和 IEEE STD 802.1AS-2020 的新特性允许这些应用程序使用基于 IEEE 802 的时间同步,功能集中于单个标准。其它的应用正在研究中。

802.1AS-2011对比1588-2008

IEEE STD 802.1AS-2011 增加了两种技术和相关协议,这些内容不属于 IEEE STD 1588-2008。这些技术是:

①对于一个节点测量本地时钟对主时钟(网络中的所有时序都应该能够追溯到主时钟)的频率偏移量的方法,需通过不断地测量本地时钟相对于链路上相邻设备的频率偏移量,然后在一个时间同步报文中积累所有这些频率偏移量。

注:如果本设备距离主节点最近的路径是:主节点 - 设备 A- 设备 B- 本设备,这意味着需要分别测量主节点到设备 A、设备 A 到设备 B、设备 B 到本设备的频率偏移量,在最后进行累加。设备可以在同步报文中找到所有的三个结果。

②将 IEEE Std 802.1AS 协议分成媒体相关层和媒体无关层的架构,媒体相关层能够利用为相应媒体指定的本地定时机制。

第一种技术允许在 GM(Grandmaster)或拓扑发生变化时快速收敛,因为和相邻设备频率偏移量是持续测量的,因此在 GM 或拓扑发生变化时,设备就会得知。第二种技术有助于使用那些想要传输时间的媒体已经开发好的时间机制,即,该技术避免了重复开发现有的定时机制。在 IEEE Std 802.1AS-2011 中,该技术用作 IEEE Std 802.11 链路、IEEE Std 802.3 EPON 和协调共享网络(例如,同轴电缆多媒体(MoCA))上的时间传输规范。这两种技术都已添加到 IEEE Std 1588-2019 中,因此它们可以轻松用于任何有用的 PTP 配置文件。

IEEE Std 802.1AS-2011 还指定了一种模型,其中本地时钟是自由运行的,而不是采用锁相环或其它滤波器。这避免了需要通过严格指定过滤器参数来控制时间误差累积,这在不存在广泛网络设计能力的即插即用环境(例如,消费者环境)中很有帮助。

802.1AS-2020对比802.1AS-2011

IEEE Std 802.1AS-2020 在 IEEE Std 802.1AS-2011 的基础上增加了:

①通过使用精细定时测量 ( FTM ) 协议在 IEEE 802.11 链路上传输,该协议具有更好的时间精度。在 IEEE Std 802.1AS-2011 中使用的是 IEEE Std 802.11 的定时测量 ( TM ) 协议

②复数个域,用于以下情况:

l 用于专业的音视频以及新兴的工业和汽车应用,以帮助促进容错和冗余

l 同时允许工业应用中的工作时钟和全球时间

③改进特性以检测不符合 IEEE Std 802.1AS-2020 和 / 或 IEEE Std 802.1AS-2011 的设备的存在,并且不使用这些设备传输时间

④支持 IEEE Std 1588-2019 中新的公共平均链路延迟服务的 PTP 配置,这允许对单个 PTP 链路进行延迟测量的结果,能够被所有 PTP 域使用。

所有上述功能都是在满足 IEEE Std 1588 配置要求的同时开发的。

802.1AS-20201588-2019

在 IEEE Std 802.1AS-2011 的开发过程中,与 IEEE P1588 委员会进行了重要合作,以确保 IEEE Std 802.1AS-2011 引用 IEEE Std 1588-2008 后,与 IEEE Std 1588 保持一致。随着 IEEE Std 802.1AS-2020 和 IEEE Std 1588-2019 的发展,合作继续进行,包括:

①确保 IEEE Std 802.1AS-2020 与 IEEE Std 1588-2019 一致

② IEEE Std 1588-2019 纳入新特性:通过累积相邻设备频率偏移量来计算整体的和媒体独立 / 媒体相关层架构

③促进 IEEE Std 1588-2019 开发公共平均链路延迟服务功能,虽然最初认为是 IEEE Std 802.1AS-2020 需要此功能,但人们认为其它使用 PTP 的场景也可能会受益

IEEE 1588 项目和 IEEE 802.1AS 项目之间的密切合作有助于从整体上改进 IEEE 标准组合。例如,当 IEEE 802.1AS 项目的改进被重新集成到基本 IEEE 1588 标准中时,这些改进可以用于局域网以外的应用程序(例如 ITU-T 中指定的电信技术)。

这项工作表明 IEEE 802.1 对新应用的承诺和对现有标准的支持。IEEE Std 802.1AS-2020 修正案的新工作已经开始,将允许使用热备份用于改进容错和冗余。

虹科TSN相关产品:

1.RELY-TSN-REC

RELY-TSN-REC 能够使用与分析中 的 网 络 中 其 他 设 备 相 同 的 I E E E 802.1AS 时序参考来检查,时间戳 记和记录常规以太网和时敏网络流量。

- 支持同时读 / 写数据操作

- 工业温度级大容量 SSD 磁盘

- 远程访问本地存储;与 Wireshark 兼容的标准文件格式(PCAP)

- 通过扩展端口支持 IEEE 802.1AS 同步

2.RELY-TSN-PCIe

该设备可用作 PCIe TSN 端点和提供 2 个多媒体千兆以太网端口和 2 个内部端 口的 TSN 桥。

· IEEE 802.1AS –定时和同步

· IEEE 802.1Qbv –计划流量的增强

· IEEE 802.1Qav –时间敏感流的转发和 排队增强

· IEEE 802.1Qcc –流保留协议的增强

· IEEE 802.1Qci * –每流过滤和管理

· IEEE 802.1CB * –可靠性的帧复制和消除

· IEEE 802.1Qbu * 和 IEEE 802.3br * – 帧复制和可靠性消除

3.RELY-TSN-Bridge

该设备可用作提供 4 个多媒体千兆以太 网端口和 1 个内部端口的 TSN 桥,可与 市场上的其他产品互操作。

4.RELY-TSN-KIT

为了为系统集成商提供一种有效的 TSN 方法,RELYUM 已推出了首款基于最终产品的 TSN 套件,该套件可评估:

· 基于 IEEE 802.1AS 时间同步的重要性;

· 借助时间感知整形器,可以确定性地交付实时流量;

· 通过基于信用的整形器在流量类别之间进行带宽分配和预留的好处。

RELY-TSN-KIT,这是第一个针对 TSN 的开箱即用的解决方案,它可以无缝实施确定性以太网网络,并从这些技术复杂性中抽象出用户设备和应用。

这个新工具包具有以下主要优点:

· 它基于 TSN 最终产品,可用于 TSN 网络的任何实际实现中;

· 它与任何具有可用 PCIe 插槽,运行几乎所有操作系统的标准 PC 兼容。除此之外,它还旨在最小化主机 PC 中所需的配置。这样就产生了一个 TSN" 即插即用 " 工具包,无论他对 TSN 的了解如何,任何用户都可以使用它。

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