導讀

如何將TSN Qav協(xié)議實際應用到真實場景中？Qav是否能對任何流量都進行無縫整形并傳輸，且不造成丟包現(xiàn)象？學習合理運用Qav協(xié)議，是TSN初學者需要掌握的基礎內容。

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Qav協(xié)議的基本原理

IEEE 802.1 Qav中定義的基于信用的整形器，允許在設定的時間間隔內為具有實時要求的數(shù)據(jù)流預留最大帶寬。

其按照為隊列分配的信用，對優(yōu)先級隊列的流量進行整形：在等待時間內，信用會增加；在傳輸時間內，信用會減少。

只要發(fā)送信用處于正值范圍，就可以傳輸具有預留帶寬的數(shù)據(jù)幀。發(fā)送信用在傳輸過程中會被消耗，直至下降到負值。當信用處于負值范圍時，具有預留帶寬的數(shù)據(jù)幀可能無法再傳輸，直到信用再次變?yōu)檎怠?/p>

如果數(shù)據(jù)流的傳輸因其他幀的傳輸而延遲，數(shù)據(jù)流的發(fā)送信用會增加。若信用為負且沒有幀在傳輸，信用會以idleSlope速率增加，直至達到零。發(fā)送信用的初始值為0。

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數(shù)據(jù)流的信用調度參數(shù)

每個端口的每個優(yōu)先級隊列的信用計數(shù)率由idleSlope、sendSlope和hiCredit參數(shù)決定。

數(shù)據(jù)流的信用調度

以下公式描述了Qav各參數(shù)的計算方式（該公式僅適用于虹科合作伙伴SOC-E RelyUm系列TSN設備，其他類型設備的計算方式與之類似）。

虹科合作伙伴SOC-E RelyUm系列TSN方案

這些參數(shù)取決于TSN設備的最小吞吐量值（粒度）以及需要為優(yōu)先級隊列配置的允許吞吐量。

idleSlope = allowedThroughput（Mbps）/ minThroughput（Mbps）

sendSlope = -（8000 / minThroughput（Mbps））+ idleSlope

hiCredit = burstBytes * sendSlope

【解釋說明】

minThroughput：可配置的最小吞吐量值（粒度），表示允許吞吐量增加或減少的最小步長。

idleSlope：當某個優(yōu)先級隊列有可供發(fā)送的幀但不允許傳輸該幀時，所獲得的信用數(shù)。

sendSlope：傳輸幀時，某個優(yōu)先級隊列損失的信用數(shù)。

burstBytes：特定優(yōu)先級隊列允許的最大傳輸突發(fā)（以字節(jié)表示）。

hiCredit：某個優(yōu)先級隊列可以獲得的最大信用值，該值表示允許的最大傳輸突發(fā)。

allowedThroughput：需要為選定的端口和優(yōu)先級隊列配置的吞吐量值。

在Qav的理想且簡化場景中，要充分發(fā)揮其功能，假設用戶將發(fā)送X%的突發(fā)流量，Qav會使用其CBS算法來正確間隔幀，此時用戶需要配置相應的吞吐量來發(fā)送這些幀（這與用戶引入的idleSlope值密切相關）。

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流量轉發(fā)與內存的關系

轉發(fā)幀還與內存大小有關。對于交換設備而言，入端口通常不存在等待的隊列，只有出端口會有不同隊列等待的情況。一般來說，交換機的不同端口之間不會共享各自的內存，即每個端口都有自己的FIFO緩沖區(qū)。內存大小應按照每個端口和每個優(yōu)先級進行分配，當突發(fā)流量在某一時刻超過內存緩沖的臨界值時，就會有數(shù)據(jù)因溢出而丟失的風險。

緩存足夠情形下的Qav突發(fā)整形

緩存不足情形下的Qav突發(fā)整形

然而，交換機緩沖區(qū)的容量是有限的，因此可能無法存儲整個突發(fā)流量以便后續(xù)通過時隙間隔發(fā)送。需要注意的是，若發(fā)送突發(fā)流量并通過瓶頸將其全部釋放，用戶的緩沖區(qū)最終會發(fā)生溢出。

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合理怠速的確定與參數(shù)調整

要正確確定合理的怠速，需要對相關參數(shù)進行合理調整：

A

確認交換機緩沖區(qū)大小

首先確認使用Qav的交換機的緩沖區(qū)大小（在虹科合作伙伴SOC-E RelyUm系列TSN交換機上，默認出端口上每個隊列每個端口為 4 KB，總共最多 32 KB。如果其余隊列緩沖區(qū)未被使用，正在轉出的隊列可以使用它們，這將允許單個優(yōu)先級使用所有 32 KB）。

B

關注幀大小與緩沖區(qū)偏移

對于使用Qav流的幀大小：需要注意緩沖區(qū)能夠存儲的最后一個字可能會有輕微的偏移（例如，當出端口還有 100 個字節(jié)的緩沖區(qū)剩余，且收到一個 102 字節(jié)的幀要存儲時，這 100 個字節(jié)將無法被利用）。

C

確定流量吞吐量類型

確定數(shù)據(jù)源發(fā)送的流量吞吐量類型（連續(xù) / 突發(fā)）。

D

評估突發(fā)時間與溢出風險

假設使用的是突發(fā)流量，那么突發(fā)時間有多長？其是否足夠長以至于可能會導致緩沖區(qū)溢出？

有了上述所有信息，就能夠正確調整Qav解決方案以使其正常工作。基于虹科合作伙伴SOC-E RelyUm系列的RELY-TSN-Bridge進行的相關測試驗證表明，這種理論與實際情況是相符的。

突發(fā)流量設置

其中，Packet Count定義每次突發(fā)發(fā)送 282 個突發(fā)包，包之間的最小間隔為 12 字節(jié)。突發(fā)間隔為 32000 字節(jié)，主要目的是為了適應端口緩存大小。

信用整形結果

結果證明：根據(jù)設備的內存空間大小，設置合理的數(shù)據(jù)流大小后，依據(jù)Qav整形機制，在突發(fā)間隙時間內，有限的緩存空間允許Qav對數(shù)據(jù)流進行整形，且不會出現(xiàn)丟包并通過后續(xù)整形槽的最壞情況。

虹科合作伙伴SOC-E RelyUm系列

RELY-TSN-Bridge TSN交換機

12端口TSN交換機

提供4/12/20個多媒體千兆以太網(wǎng)端口和1個內部端口，部分型號可同時支持1/10G

合并OT和IT世界，并保證確定性以太網(wǎng)網(wǎng)絡中所有設備的互操作性和標準化

支持市場上數(shù)量最多的TSN標準

適用于鐵路、航空航天、汽車、工業(yè)自動化等技術條件苛刻的行業(yè)應用場景

結語 .

Qav協(xié)議作為TSN技術中實現(xiàn)流量整形與緩存平衡的關鍵機制，其高效應用離不開精準的參數(shù)配置與設備支撐。

虹科依托合作伙伴SOC-E RelyUm系列的RELY-TSN-Bridge等專業(yè)測試設備，可提供從Qav協(xié)議驗證、突發(fā)流量測試到緩沖區(qū)優(yōu)化的全流程方案與服務，助力您在實際場景中充分發(fā)揮TSN的確定性優(yōu)勢。

了解更多TSN測試設備與解決方案，歡迎聯(lián)系虹科工作人員。