CN111416752B - 一种面向时间敏感网络数据帧调度的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向时间敏感网络数据帧调度的测试方法，属于通信技术领域。该方法包括搭建测试设备和被测设备(DUT)的网络拓扑架构，在设备间完成时间同步的前提下，Talker发送测试数据至DUT，经时间敏感网络调度后转发至Listener，测试设备提取流量特征分析调度序列。该方法用于测试时间敏感网络调度后的门控功能、时序功能、调度精度、门控精度，验证时间敏感网络调度机制是否由DUT正确实现。

Description

一种面向时间敏感网络数据帧调度的测试方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种面向时间敏感网络数据帧调度的测试方法。

背景技术

时间敏感网络(TSN)是一组能够提供确定时延的系列技术。目前针对时间敏感网络的标准主要规定了时间同步、调度通信、系统配置等三大类功能，通过增加通信要求的确定性和低延迟性，可以消除标准以太网未能成为主骨干网络的最后障碍，推动关键和非关键的控制信息和数据汇聚到单个网络中，真正实现一网到底。

时间同步是时间敏感网络调度通信的基础，调度通信是实现低延时的核心。IEEE802.1Qbv标准提出了时间感知整形器(Time Aware Shaper，TAS)，并定义门控列表(GCL，Gate Control List)，通过在缓冲队列后加入门结构对预留资源的数据流进行实时控制和流量调度。在Talker到Listner中间所有网桥实现时间同步的基础上，网桥中每个端口依据门控列表周期性的控制门的开关，生成调度数据序列传送至Listener，保证在工业环境下重要数据的优先传输，最大限度提高实时性。

时间敏感网络属于世界前沿的技术，目前世界上研究TSN技术的公司较少，虽然B&R、CISCO、华为等技术公司陆续推出了时间敏感网络测试床，以验证时间敏感网络关键技术，但是并没有对时间敏感网络关键技术提出规范化测试流程及方法。随着时间敏感网络的推广及应用，规范化测试流程必不可少。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种面向时间敏感网络数据帧调度的测试方法。该方法包括搭建测试设备和被测设备(DUT)的网络拓扑架构，在设备间完成时间同步的前提下，Talker发送测试数据至DUT，经时间敏感网络数据帧调度后转发至Listener，测试设备提取流量特征分析调度序列。该方法用于测试时间敏感网络调度机制的门控功能、时序功能、调度精度、门控精度，结合IEEE 802.1Qbv标准，验证时间敏感网络调度机制是否由DUT正确实现。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种面向时间敏感网络数据帧调度的测试方法，该方法包括以下步骤：

使用测试设备测试被测设备DUT：

测试设备与被测设备实现时间同步功能；

测试设备配置测试数据流传入DUT，测试时间敏感网络数据帧调度机制是否正确实现。

可选的，包括：所述测试设备使用流量生成模块生成优先级不同的测试数据。

可选的，所述测试数据发送的同时包含至少一条干扰测试数据，其中干扰数据具有与测试数据不同的报文大小、优先级、发送顺序等特征，或者在调度机制可接受的时间段外发送。

可选的，所述测试设备设置为主/从时钟，DUT设备为从/主时钟，用于设备之间的时间同步。

可选的，所述时间敏感网络数据帧调度的测试项包括：

S1：门控功能：验证DUT是否严格按照时间敏感网络的调度规则正确运行；

S2：时序功能：验证DUT是否严格按照门控列表传输不同优先级的数据帧；

S3：调度精度：验证DUT是否在对应的时隙内通过确定数量的数据帧；

S4：门控精度：计算DUT在时间敏感网络调度机制打开时的门最小持续时间；

将测试数据传入DUT。

可选的，所述S1包括以下步骤：

S101：测试设备与被测设备按照网络拓扑架构进行连接；

S102：测试设备构建两条优先级不同的burst流量及干扰流量，即IP数据流，传输至DUT；

S103：PC端为DUT配置门控列表，在开启/关闭时间敏感网络调度功能的状态下接收到两条优先级不同的burst流量；

S104：测试设备抓包，比较两种状态下抓到的测试数据种类及次序。

可选的，所述S2包括以下步骤：

S201：测试设备与被测设备按照网络拓扑架构进行连接；

S202：测试仪按照优先级7、6、5、4、3、2、1、0的顺序发送测试数据，并发送一条干扰流量；

S203：PC端为DUT配置门控列表，在开启/关闭时间敏感网络调度功能的状态下接收测试数据；

S204：测试仪抓包，比较两种状态下的数据的到达次序。

可选的，所述S3包括以下步骤：

S301：测试设备与被测设备按照网络拓扑架构进行连接；

S302：测试仪设置一条优先级为7的burst流量，发送5组，每组包含6个数据帧；

S303：PC端为DUT配置门控列表，在开启/关闭时间敏感网络调度功能的状态下接收测试数据；

S304：测试仪抓包，比较两种状态下的数据的到达次序。

可选的，所述S4包括以下步骤：

S401：测试设备与被测设备按照网络拓扑架构进行连接；

S402：测试仪设置一条优先级为7的burst流量，包含50个数据帧；

S403：PC端为DUT配置门控列表，在开启/关闭时间敏感网络调度功能的状态下接收测试数据；

S404：测试仪抓包，计算开启调度功能下通过的数据帧个数。

基于所述方法的一种面向时间敏感网络数据帧调度的测试系统，所述系统包括测试设备和被测设备DUT；

测试设备，包括时间同步模块、Talker和Listener；

时间同步模块，用于与DUT完成时间同步；

Talker，包含流量生成模块，用于生成优先级不同的测试流量并发送至DUT；

Listener，包含流量分析模块，用于接收并分析DUT传送至测试设备的调度序列；

DUT，包括时间同步模块、接口模块和时间敏感网络调度模块：

时间同步模块，用于与测试设备完成时间同步；

接口模块，用于发送和接收流量；

时间敏感网络调度模块，用于对测试流量依据IEEE 802.1Qbv的调度机制生成调度序列。

本发明的有益效果在于：本发明的创新性在于提出了一种面向时间敏感网络数据帧调度的测试方法，为时间敏感网络调度机制功能及性能的验证提出了一套规范化测试流程，可以弥补当前时间敏感网络功能测试流程缺失的弊端，适用于当前任何支持时间敏感网络调度功能的设备及平台。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明采用的测试设备与DUT连接的网络拓扑图；

图2为本发明中时间敏感网络数据帧调度的测试流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

图1为测试设备与DUT连接的网络拓扑图。测试设备生成测试流量并由Talker发送至DUT，DUT通过时间敏感网络数据帧调度将测试流量生成调度序列，Listener接收调度序列并进行分析，以此验证时间敏感网络调度机制是否正确实现。

图2为本发明的测试流程图。为了更清晰易懂地描述本发明的设计思路，本发明可采用四个阶段实施：门控功能：测试时间敏感网络数据帧调度功能是否实现；时序功能：测试数据流是否严格按照门控列表通过传输门；调度精度：测试是否在规定的时间内通过确定数量的数据帧；门控精度：测试传输门允许打开的最小时隙。本测试用例的各种数据，仅是作为明晰实施方法的一个特例，本专利的应用不限于以下测试用例中的数据。

1.门控功能

测试时间敏感网络数据帧调度首先要测试的是门控功能是否实现，具体步骤如下：

步骤1-1：测试设备与DUT按照图1的网络拓扑图进行连接，保证各端口UP，并可以正常的收发数据。

步骤1-2：测试设备构建三条burst流量，一条为优先级Priority＝7的数据流，一条为优先级Priority＝0的数据流，一条干扰流(IP数据流)，并由Talker发送至DUT；

步骤1-3：DUT关闭，接收三条burst流量；开启时间敏感网络调度功能，配置门控列表的参数，接收三条burst流量，设周期为1ms，O代表传输门打开，C代表传输门关闭。门控列表参数设置如下：

步骤1-4：DUT将流量发送至Listener，测试设备抓包并分析开启/关闭时间敏感网络调度功能的流量特征。

总结：依据IEEE 802.1Qbv标准要求，在未开启时间敏感网络调度功能的情况下，测试设备抓取到三种数据帧，接收到的数据次序为测试设备发送模式下的数据次序，并抓取到干扰流量；在开启时间敏感网络调度功能的情况下，测试设备抓取到优先级Priority＝7及优先级Priority＝0的数据帧，且优先级Priority＝7的帧在前250μs内到达，优先级Priority＝0的帧在后750μs内到达，未抓取到干扰流量。

2.时序功能

门控功能测试完毕后，测试时序功能是否正确实现，具体步骤如下：

步骤2-1：测试设备与DUT按照图1的网络拓扑图进行连接，保证各端口UP，并可以正常的收发数据；

步骤2-2：测试设备构建八条优先级不同burst流量，分别为优先级Priority＝7、6、5、4、3、2、1、0，并传送一条干扰流(IP数据流)，由Talker发送至DUT；

步骤2-3：DUT关闭时间敏感网络调度功能，接收优先级Priority＝7、6、5、4、3、2、1、0的数据及干扰流；开启时间敏感网络调度功能，配置门控列表的参数，接收流量，设置周期为1ms，时隙＝周期/8＝1000/8＝125μs，O代表传输门打开，C代表传输门关闭。门控列表参数设置如下：

步骤2-4：DUT将流量发送至Listener，测试设备抓包并分析开启/关闭时间敏感网络调度功能的流量特征。

总结：依据IEEE 802.1Qbv标准要求，在未开启时间敏感网络调度功能的情况下，测试设备抓接收到的数据次序为测试设备发送模式下的数据次序，并可以抓取到干扰流量；在开启时间敏感网络调度功能的情况下，测试设备在指定的的125μs时隙内抓取到优先级Priority＝7的数据帧，其次为优先级Priority＝6的数据帧，然后为优先级Priority＝5的数据帧，直至接收完优先级Priority＝0的数据帧，未抓取到干扰流量。

3.调度精度

时序功能测试完毕后，测试调度精度是否正确实现，具体步骤如下：

步骤2-1：测试设备与DUT按照图1的网络拓扑图进行连接，保证各端口UP，并可以正常的收发数据；

步骤2-2：测试设备构建一条优先级Priority＝7的burst流量，每条burst流量包含6个数据帧，Talker发送5组至DUT，设置测试数据帧的长度，使被测设备每10μs传送一个数据帧。

步骤2-3：DUT关闭时间敏感网络调度功能，接收优先级Priority＝7的数据；开启时间敏感网络调度功能，配置门控列表的参数，设置周期为1ms，O代表传输门打开，C代表传输门关闭。门控列表参数设置如下：

步骤2-4：DUT将流量发送至Listener，测试设备抓包并分析开启/关闭时间敏感网络调度功能下的流量特征。

总结：依据IEEE 802.1Qbv标准要求，在未开启时间敏感网络调度功能的情况下，测试设备抓接收到的数据按照发送模式到达5组，每组包含6个数据帧；在开启时间敏感网络调度功能的情况下，测试设备在T1＝50μs的时隙内接收到优先级Priority＝7的数据，收到6组，每组包含5个数据帧，每组间隔950μs。

4.门控精度

测试门控精度的具体步骤如下：

步骤2-1：测试设备与DUT按照图1的网络拓扑图进行连接，保证各端口UP，并可以正常的收发数据；

步骤2-2：测试设备构建一条优先级Priority＝7的burst流量，包含50个数据帧，Talker发送1组至DUT，设置测试数据的字节长度，即1μs传送一个数据帧。

步骤2-3：DUT关闭时间敏感网络调度功能，接收优先级Priority＝7的数据；开启时间敏感网络调度功能，配置门控列表的参数，接收流量，设置周期为1ms，O代表传输门打开，C代表传输门关闭。

门控列表参数设置如下：

步骤2-4：DUT将流量发送至Listener，测试设备抓包并分析开启/关闭时间敏感网络调度功能的流量特征。

总结：依据IEEE 802.1Qbv标准要求，在未开启时间敏感网络调度功能的情况下，测试设备抓接收到的数据按照发送模式到达1组，每组包含50个数据帧。在开启时间敏感网络调度功能的情况下，将门持续时间设置为1μs，通过测试仪分析实际通过的数据帧个数计算门控精度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种面向时间敏感网络数据帧调度的测试方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

使用测试设备测试被测设备DUT：

测试设备与被测设备实现时间同步功能；

测试设备配置测试数据流传入DUT，测试时间敏感网络数据帧调度机制是否正确实现；

包括：所述测试设备使用流量生成模块生成优先级不同的测试数据；

所述测试数据发送的同时包含至少一条干扰数据，其中干扰数据具有与测试数据不同的报文大小、优先级、发送顺序特征，或者在调度机制可接受的时间段外发送；

所述测试设备设置为主/从时钟，DUT设备为从/主时钟，用于设备之间的时间同步；

所述时间敏感网络数据帧调度的测试项包括：

S1：门控功能：验证DUT是否严格按照时间敏感网络的调度规则正确运行；

S2：时序功能：验证DUT是否严格按照门控列表传输不同优先级的数据帧；

S3：调度精度：验证DUT是否在对应的时隙内通过确定数量的数据帧；

S4：门控精度：计算DUT在时间敏感网络调度机制打开时的门最小持续时间；

将测试数据传入DUT；

所述S1包括以下步骤：

S101：测试设备与被测设备按照网络拓扑架构进行连接；

S102：测试设备构建两条优先级不同的burst流量及干扰流量，即IP数据流，传输至DUT；

S103：PC端为DUT配置门控列表，在开启/关闭时间敏感网络调度功能的状态下接收到两条优先级不同的burst流量；

S104：测试设备抓包，比较两种状态下抓到的测试数据种类及次序；

所述S2包括以下步骤：

S201：测试设备与被测设备按照网络拓扑架构进行连接；

S202：测试设备按照优先级7、6、5、4、3、2、1、0的顺序发送测试数据，并发送一条干扰流量；

S203：PC端为DUT配置门控列表，在开启/关闭时间敏感网络调度功能的状态下接收测试数据；

S204：测试设备抓包，比较两种状态下的数据的到达次序；

所述S3包括以下步骤：

S301：测试设备与被测设备按照网络拓扑架构进行连接；

S302：测试设备设置一条优先级为7的burst流量，发送5组，每组包含6个数据帧；

S303：PC端为DUT配置门控列表，在开启/关闭时间敏感网络调度功能的状态下接收测试数据；

S304：测试设备抓包，比较两种状态下的数据的到达次序；

所述S4包括以下步骤：

S401：测试设备与被测设备按照网络拓扑架构进行连接；

S402：测试设备设置一条优先级为7的burst流量，包含50个数据帧；

S403：PC端为DUT配置门控列表，在开启/关闭时间敏感网络调度功能的状态下接收测试数据；

S404：测试设备抓包，计算开启调度功能下通过的数据帧个数；

基于所述方法的一种面向时间敏感网络数据帧调度的测试系统，所述系统包括测试设备和被测设备DUT；

测试设备，包括时间同步模块、Talker和Listener；

时间同步模块，用于与DUT完成时间同步；

Talker，包含流量生成模块，用于生成优先级不同的测试流量并发送至DUT；

Listener，包含流量分析模块，用于接收并分析DUT传送至测试设备的调度序列；

DUT，包括时间同步模块、接口模块和时间敏感网络调度模块：

时间同步模块，用于与测试设备完成时间同步；

接口模块，用于发送和接收流量；

时间敏感网络调度模块，用于对测试流量依据IEEE 802.1Qbv的调度机制生成调度序列。

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