TSN系列連載 5 | 實時數(shù)據(jù)傳輸與多網(wǎng)兼容

時間:2019-12-03

來源:CC-Link協(xié)會

導(dǎo)語:CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò),如前文所說,CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)在實際應(yīng)用中支持IEEE1588V2以及IEEE802.1AS來定義時間同步方式,同時使用了IEEEE802.1Qbv來定義時間片調(diào)度機(jī)制的。

  在忙完一系列的會議、活動后,今兒利用周末,再繼續(xù)我們的TSN系列連載。

  在前兩篇文章中,我們對TSN網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制非常詳細(xì)地做了技術(shù)上的分析,表明TSN是通過添加一系列機(jī)制來使標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)得到增強(qiáng),以確保網(wǎng)絡(luò)實時性的要求。強(qiáng)行回顧如下▼:

  TSN系列連載4|TSN網(wǎng)絡(luò)厲害的核心技術(shù)是這個

  TSN系列連載3:TSN網(wǎng)絡(luò)的工作方式是怎樣的?分三點給你講清楚

  現(xiàn)在我們來看看CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò),如前文所說,CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)在實際應(yīng)用中支持IEEE1588V2以及IEEE802.1AS來定義時間同步方式,同時使用了IEEEE802.1Qbv來定義時間片調(diào)度機(jī)制的。

  充分利用這一思路和方法實現(xiàn)不同類型的數(shù)據(jù)流,并使其能夠共享同一個網(wǎng)絡(luò)介質(zhì),以滿足實時數(shù)據(jù)的傳輸需求。

  說簡單點,這一機(jī)制就好比一條高速公路,我們把它分成不同的快慢車道,再設(shè)法讓汽車按照不同的速度排隊通過。

  在OSI模型中,CC-LinkIETSN基于第2層數(shù)據(jù)鏈路層的TSN技術(shù),在第3~7層,由CC-LinkIETSN獨立的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議構(gòu)成。

 CC-Link OSI模型.png

  ↑↑↑OSI模型

  而在數(shù)據(jù)鏈路層CC-LinkIETSN則遵循了IEEE802.1的TSN相關(guān)協(xié)議。

  了解CC-Link和CC-LinkIE的朋友都知道,CC-Link IE擁有當(dāng)前中最快的網(wǎng)絡(luò)速度1Gbps,也即1Gbps的網(wǎng)絡(luò)帶寬,在實際的使用中,我們該如何理解1Gbps帶寬這一概念呢?可能很多人會認(rèn)為假設(shè)我們現(xiàn)在有10個并發(fā)數(shù)據(jù)流,每個100Mbps,那么它們正好就可以同時共享這1Gbps帶寬了,就像下圖這樣▼:

 CC-Link 工業(yè)以太網(wǎng).png

  ↑↑↑并行傳輸這種想法是錯誤的

  然而,事實上,這種想法是錯誤的,我們的以太網(wǎng)只有一對數(shù)據(jù)線用來傳輸數(shù)據(jù),因此,并非是用上圖所示的方式將所有數(shù)據(jù)并行傳輸,而是以下圖所示的方式進(jìn)行串行傳輸▼:

 CC-Link 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng).jpg

  ↑↑↑串行傳輸

  在網(wǎng)絡(luò)中,一次只能傳輸一位數(shù)據(jù),所有的數(shù)據(jù)都必須在終端設(shè)備和交換機(jī)的緩存中排好隊,依次從網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去,因此,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁擠時,大量數(shù)據(jù)蜂擁而至,到達(dá)交換機(jī)端口,數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)發(fā)前在緩存中的排隊等待,并以先到先走的方式進(jìn)行發(fā)送,這勢必會造成網(wǎng)絡(luò)延時。

  而這種延時和當(dāng)前發(fā)生的數(shù)據(jù)傳輸量有關(guān),并不可控,再加上之前介紹的CSMA/CD的沖突檢測方式,綜合造成了網(wǎng)絡(luò)延時的不可控,而這在工業(yè)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行傳輸實時數(shù)據(jù)時是不被允許的。

  CC-Link IE TSN為了避免以上原因,采用了對傳輸進(jìn)行時間片分割的方式來傳送數(shù)據(jù),網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)時將帶寬分割成一個個時間片,而每個時間片內(nèi)又區(qū)分為實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)專用的部分,像下圖這樣▼:

 CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)通.jpg

  這樣,實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)在傳輸過程中就不會發(fā)生干擾,在使用時只需分別對實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)進(jìn)行時間調(diào)度和數(shù)據(jù)流量整形,即可以完成兩類不同類型數(shù)據(jù)的共存,而具體的時間調(diào)度和數(shù)據(jù)流量整形則依據(jù)IEEE802.1AS和IEEE802.1Qbv協(xié)議進(jìn)行,這在之前的文章中已經(jīng)進(jìn)行了詳盡的介紹。

  在實際使用中,我們可以簡單的看作CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)通過以上方式在數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)分為了實時數(shù)據(jù)信道和非實時數(shù)據(jù)信道兩個部分,它通過實時數(shù)據(jù)信道傳送控制數(shù)據(jù)等實時數(shù)據(jù),來完成循環(huán)通信控制設(shè)備,而非實時數(shù)據(jù)信道則可以用來構(gòu)建IT通信的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,使用支持TCP和UDP的網(wǎng)絡(luò)終端。

  同時,也可以利用這一信道來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、分析和診斷。而在數(shù)據(jù)鏈路層之上,CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)可以如圖1所示那樣,支持不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,從而使不同的協(xié)議數(shù)據(jù)能夠兼容運(yùn)行在CC-Link IE TSN之上。

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