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TSN系列連載 5 | 實時數據傳輸與多網兼容

時間:2019-12-03

來源:CC-Link協會

導語:CC-Link IE TSN網絡,如前文所說,CC-Link IE TSN網絡在實際應用中支持IEEE1588V2以及IEEE802.1AS來定義時間同步方式,同時使用了IEEEE802.1Qbv來定義時間片調度機制的。

  在忙完一系列的會議、活動后,今兒利用周末,再繼續我們的TSN系列連載。

  在前兩篇文章中,我們對TSN網絡的機制非常詳細地做了技術上的分析,表明TSN是通過添加一系列機制來使標準以太網得到增強,以確保網絡實時性的要求。強行回顧如下▼:

  TSN系列連載4|TSN網絡厲害的核心技術是這個

  TSN系列連載3:TSN網絡的工作方式是怎樣的?分三點給你講清楚

  現在我們來看看CC-Link IE TSN網絡,如前文所說,CC-Link IE TSN網絡在實際應用中支持IEEE1588V2以及IEEE802.1AS來定義時間同步方式,同時使用了IEEEE802.1Qbv來定義時間片調度機制的。

  充分利用這一思路和方法實現不同類型的數據流,并使其能夠共享同一個網絡介質,以滿足實時數據的傳輸需求。

  說簡單點,這一機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層數據鏈路層的TSN技術,在第3~7層,由CC-LinkIETSN獨立的協議和標準的以太網協議構成。

 CC-Link OSI模型.png

  ↑↑↑OSI模型

  而在數據鏈路層CC-LinkIETSN則遵循了IEEE802.1的TSN相關協議。

  了解CC-Link和CC-LinkIE的朋友都知道,CC-Link IE擁有當前中最快的網絡速度1Gbps,也即1Gbps的網絡帶寬,在實際的使用中,我們該如何理解1Gbps帶寬這一概念呢?可能很多人會認為假設我們現在有10個并發數據流,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 工業以太網.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,我們的以太網只有一對數據線用來傳輸數據,因此,并非是用上圖所示的方式將所有數據并行傳輸,而是以下圖所示的方式進行串行傳輸▼:

 CC-Link 工業互聯網.jpg

  ↑↑↑串行傳輸

  在網絡中,一次只能傳輸一位數據,所有的數據都必須在終端設備和交換機的緩存中排好隊,依次從網絡發送出去,因此,當網絡擁擠時,大量數據蜂擁而至,到達交換機端口,數據在轉發前在緩存中的排隊等待,并以先到先走的方式進行發送,這勢必會造成網絡延時

  而這種延時和當前發生的數據傳輸量有關,并不可控,再加上之前介紹的CSMA/CD的沖突檢測方式,綜合造成了網絡延時的不可控,而這在工業網絡,進行傳輸實時數據時是不被允許的。

  CC-Link IE TSN為了避免以上原因,采用了對傳輸進行時間片分割的方式來傳送數據,網絡在傳輸數據時將帶寬分割成一個個時間片,而每個時間片內又區分為實時數據和非實時數據專用的部分,像下圖這樣▼:

 CC-Link IE TSN網絡通.jpg

  這樣,實時數據和非實時數據在傳輸過程中就不會發生干擾,在使用時只需分別對實時數據和非實時數據進行時間調度和數據流量整形,即可以完成兩類不同類型數據的共存,而具體的時間調度和數據流量整形則依據IEEE802.1AS和IEEE802.1Qbv協議進行,這在之前的文章中已經進行了詳盡的介紹。

  在實際使用中,我們可以簡單的看作CC-Link IE TSN網絡通過以上方式在數據鏈路層將數據分為了實時數據信道和非實時數據信道兩個部分,它通過實時數據信道傳送控制數據等實時數據,來完成循環通信控制設備,而非實時數據信道則可以用來構建IT通信的網絡環境,使用支持TCP和UDP的網絡終端。

  同時,也可以利用這一信道來進行網絡監控、分析和診斷。而在數據鏈路層之上,CC-Link IE TSN網絡可以如圖1所示那樣,支持不同的網絡協議,從而使不同的協議數據能夠兼容運行在CC-Link IE TSN之上。

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