AVB-TSN在嵌入式系統中實現高可靠性和低延遲通信的方法
時間：2024-12-02 來源：華清遠見
AVB是什么：
Audio/Video Bridging音視頻橋接技術，在傳統以太網絡的基礎上，通過保障帶寬，限制延遲和精確時鐘同步，來支持各種基于音頻，視頻的網絡多媒體應用。
TSN是什么：
Time-Sensitive Networking(時間敏感網絡) 是一種能夠支持實時通信的網絡技術。它旨在為以太網協議建立”通用”的時間敏感機制，以此確保網絡數據傳輸的時間確定性。TSN技術主要關注以太網通訊協議模型中的數據鏈路層(MAC層)的協議標準。
AVB/TSN在嵌入式系統中的應用場景：
AVB主要用于實現實時音視頻處理和傳輸。TSN用于在音視頻傳輸數據的時候，確保這些數據的實時傳遞和同步。
例如： 在智能家居系統中，不同類型的傳感器（如溫度，濕度傳感器）可以與音視頻數據進行融合傳輸，確保數據的安全，高效和低延遲。
汽車領域：車載信息娛樂系統，高級駕駛輔助系統等。
AVB/TSN如何在嵌入式系統中實現高可靠性和低延遲通信？
通過以下方法實現：
一 AVB技術基礎
1. 帶寬預留：
a) AVB通過IEEE 802.1Qat帶寬預留協議（SRP）為音視頻流動態分配帶寬，確保音視頻數據在傳輸過程中有足夠的網絡資源，從而降低延遲和抖動。
2. 流量整形：
a) IEEE 802.1Qav流量整形協議（FQTSS）負責對流量進行排隊和轉發管理，通過控制數據包的傳輸順序和時間間隔，減少數據流量的突發，進一步降低延遲。
3. 精確時鐘同步
a) IEEE 802.1AS精確時鐘同步協議（gPTP）用于將網絡內所有節點的時鐘同步到同一個主時鐘，確保音視頻數據的同步傳輸。
二 TSN技術的增強
1. 時間觸發流（TT流）的支持
a) TSN引入了時間觸發流，通過預先安排數據包的傳輸時間，實現確定性的低延遲通信
2. GCL（Gate Control List）控制
a) 使用GCL來控制TT流，AVB流和BE（Best-Effort）流的傳輸，確保高優先級流量的實時性需求得到滿足。
3. 保護帶與帶寬優化：
a) TSN通過引入保護帶來保證TT流的無干擾傳輸，但這也可能導致帶寬的浪費。因此，需要優化GCL設計，在提高TT流實時性的同時，盡可能提高AVB流的傳輸效率和帶寬利用率。
三 綜合優化策略
1. 初始時間窗口設計，
a) 為AVB流分配前置時間窗口，確保AVB流在傳輸過程中有足夠的時間資源
1. 增強AVB流調度
a) 根據AVB流的截止時間發送數據包，通過優化調度算法，提高AVB流的傳輸效率和實時性
2. 靈活調整時間窗口：
a) 根據AVB流的大小和傳輸需求，靈活調整TT流和AVB流的時間窗口，實現帶寬的動態分配和優化利用
3. 實現可靠性和低延遲通信的其他措施
a) 冗余設計
i. 在關鍵通信路徑上采用冗余設計，如雙網冗余，多路徑傳輸等，提高通信系統的可靠性和容錯能力。
b) 故障檢測與恢復
i. 實時檢測網絡狀態，及時發現并處理故障，通過快速恢復機制確保通信系統的連續性和穩定性。
c) 硬件加速
利用專用硬件加速器（如FPGA，ASIC等）處理網絡通信任務，提高通信速度效率。
