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AVB-TSN在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)高可靠性和低延遲通信的方法 時間:2024-12-02      來源:華清遠(yuǎn)見

AVB是什么:
Audio/Video Bridging音視頻橋接技術(shù),在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)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(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用。

TSN是什么:

Time-Sensitive Networking(時間敏感網(wǎng)絡(luò)) 是一種能夠支持實時通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它旨在為以太網(wǎng)協(xié)議建立”通用”的時間敏感機制,以此確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間確定性。TSN技術(shù)主要關(guān)注以太網(wǎng)通訊協(xié)議模型中的數(shù)據(jù)鏈路層(MAC層)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

AVB/TSN在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用場景:

AVB主要用于實現(xiàn)實時音視頻處理和傳輸。TSN用于在音視頻傳輸數(shù)據(jù)的時候,確保這些數(shù)據(jù)的實時傳遞和同步。

例如: 在智能家居系統(tǒng)中,不同類型的傳感器(如溫度,濕度傳感器)可以與音視頻數(shù)據(jù)進行融合傳輸,確保數(shù)據(jù)的安全,高效和低延遲。

汽車領(lǐng)域:車載信息娛樂系統(tǒng),高級駕駛輔助系統(tǒng)等。

AVB/TSN如何在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)高可靠性和低延遲通信?

通過以下方法實現(xiàn):

一 AVB技術(shù)基礎(chǔ)

1. 帶寬預(yù)留:

a) AVB通過IEEE 802.1Qat帶寬預(yù)留協(xié)議(SRP)為音視頻流動態(tài)分配帶寬,確保音視頻數(shù)據(jù)在傳輸過程中有足夠的網(wǎng)絡(luò)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(xié)議(FQTSS)負(fù)責(zé)對流量進行排隊和轉(zhuǎn)發(fā)管理,通過控制數(shù)據(jù)包的傳輸順序和時間間隔,減少數(shù)據(jù)流量的突發(fā),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(xié)議(gPTP)用于將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點的時鐘同步到同一個主時鐘,確保音視頻數(shù)據(jù)的同步傳輸。

二 TSN技術(shù)的增強

1. 時間觸發(fā)流(TT流)的支持

a) TSN引入了時間觸發(fā)流,通過預(yù)先安排數(shù)據(jù)包的傳輸時間,實現(xiàn)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(yōu)先級流量的實時性需求得到滿足。

3. 保護帶與帶寬優(yōu)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(dǎo)致帶寬的浪費。因此,需要優(yōu)化GCL設(shè)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(yōu)化策略

1. 初始時間窗口設(shè)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(diào)度

a) 根據(jù)AVB流的截止時間發(fā)送數(shù)據(jù)包,通過優(yōu)化調(diào)度算法,提高AVB流的傳輸效率和實時性

2. 靈活調(diào)整時間窗口:

a) 根據(jù)AVB流的大小和傳輸需求,靈活調(diào)整TT流和AVB流的時間窗口,實現(xiàn)帶寬的動態(tài)分配和優(yōu)化利用

3. 實現(xiàn)可靠性和低延遲通信的其他措施

a) 冗余設(shè)計

i. 在關(guān)鍵通信路徑上采用冗余設(shè)計,如雙網(wǎng)冗余,多路徑傳輸?shù)龋岣咄ㄐ畔到y(tǒng)的可靠性和容錯能力。

b) 故障檢測與恢復(fù)

i. 實時檢測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)并處理故障,通過快速恢復(fù)機制確保通信系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

c) 硬件加速

利用專用硬件加速器(如FPGA,ASIC等)處理網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù),提高通信速度效率。

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