CN114500336B - 一种时间敏感网络门控调度和每流过滤管理测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种时间敏感网络门控调度和每流过滤管理测试方法，测试人员可以通过观察摄像头视频是否出现卡帧现象来间接判断敏感流量的传输情况；另外，测试人员还可以通过wireshark软件抓包，通过帧到达的先后顺序以及帧的信息直观判断敏感流量的传输过滤情况。本发明提供的一种时间敏感网络门控调度和每流过滤管理测试方法，TSN交换机测试平台会将数据处理并反馈给上位机打印出来。并对TSN交换机具有较好的检测性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种时间敏感网络门控调度和每流过滤管理测试方法，属于网络通信技术领域。
背景技术
基于TSN(时间敏感网络)技术的网络平台是新一代的数字化通信设备，由TSN交换机组成的实时通信系统将替代目前以太网交换机组成的通信系统，2012年，IEEE 802.1的Audio Video Bridging任务组正式被TSN任务组代替。TSN任务组主要工作是定义在交换式以太网中转发时间触发消息的IEEE标准集合，目标是标准化“确定性以太网”技术，满足现有和新兴市场，特别是工业互联网的需要。
随着越来越多的TSN标准落地，TSN距离应用已不再遥远。工信部2018年6月的推出的《工业互联网发展行动计划（2018-2020 年）》明确提出“在汽车、航空航天、石油化工、机械制造、轻工家电、信息电子等重点行业部署时间敏感网络（TSN）交换机、工业互联网网关等新技术关键设备”，当前对TSN交换核心机制的研究已经变得十分迫切。
TSN通信与传统二层通信相比，保证了敏感流量传输的可靠性和延迟抖动，实现了控制任务的时间/时序可测量、可预测、已知性，为建立高效、低成本的二层关键业务通信网络提供重要技术支撑。如何获取TSN交换机中敏感流量的传输情况成为本领域技术人员急需要解决的技术问题。
发明内容
目的：本发明的目的在于验证二层通信设备的时间敏感网络性能，本发明提供一种时间敏感网络门控调度和每流过滤管理测试方法，测试人员可以通过观察摄像头视频是否出现卡帧现象来间接判断敏感流量的传输情况；另外，测试人员还可以通过wireshark软件抓包，通过帧到达的先后顺序以及帧的信息直观判断敏感流量的传输过滤情况。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种时间敏感网络门控调度和每流过滤管理测试方法，包括如下步骤：
步骤1：上位机通过CONSOLE口将QCI流过滤管理参数和QBV时间门控调度参数发送给TSN交换机测试平台中的TSN交换机。
步骤2：TSN交换机测试平台根据TSN交换机设置后的QCI流过滤管理参数和QBV时间门控调度参数通过平台反馈打印信息模块向上位机反馈参数是否设置成功。
步骤3：当TSN交换机的参数设置成功后，将一组摄像头流量设置为敏感流量输入到TSN交换机测试平台的第一交换网口中，通过发包软件组设定flow1流量为背景流量输入到TSN交换机测试平台的第二交换网口中，通过TSN交换机测试平台的第三交换网口观察摄像头视频的情况，若摄像头视频不卡帧，则TSN交换机时间敏感功能开启成功；若摄像头卡帧，则TSN交换机时间敏感功能开启不成功。
步骤4：将TSN交换机时间敏感功能开启情况通过平台反馈打印信息模块向上位机反馈。
作为优选方案，还包括步骤5、步骤6：
步骤5：当TSN交换机的参数设置成功后，通过发包软件组设定flow2流量为敏感流量输入到TSN交换机测试平台的第三交换网口中，设定flow3流量为干扰流量输入到TSN交换机测试平台的第三交换网口中，设定flow1流量为背景流量输入到TSN交换机测试平台的第三交换网口中，将flow1流量、flow2流量、flow3流量在第四交换网口中进行汇聚，并用抓包软件在第四交换网口抓取数据包，如果最先抓到的数据包与flow2流量设置的帧信息一致且flow2流量时延明显低于flow1流量的时延，则TSN交换机实现了设置的QBV功能；如果flow2流量时延高于flow3流量时延且flow1流量时延小于flow2流量时延，则TSN交换机QBV功能未实现；如果抓取到的数据包信息含有flow3流量，则TSN交换机QCI过滤功能未实现；如果抓取到的数据包信息未含有flow3流量，则TSN交换机QCI过滤功能实现。
步骤6：将TSN交换机QBV功能、QCI过滤功能实现情况通过平台反馈打印信息模块向上位机反馈。
作为优选方案，所述步骤3中flow1流量包帧长不能与摄像头流量的包帧长相差不大于500B。
作为优选方案，所述抓包软件采用wireshark软件。
作为优选方案，所述发包软件组采用xb_ether_tester。
作为优选方案，所述Flow1流量：优先级3、VID100、帧长512B、线速80%；Flow2流量：优先级4、 VID100、帧长256B、线速10%；Flow3流量：优先级0、 VID100、帧长1024B、线速20%。
作为优选方案，所述QCI流过滤管理参数和QBV时间门控调度参数包括：优先级过滤、帧长过滤、线速控制、内部优先级转换和门控调度参数。
有益效果：本发明提供的一种时间敏感网络门控调度和每流过滤管理测试方法，通过直接、间接两种形式测试敏感流量在TSN交换机测试平台中的传输情况。实测结果表明，本发明提出的测试方法对TSN交换机具有较好的检测性能。其优点如下：
1．本发明能在TSN交换机测试平台对QCI和QBV参数进行设置，配置完的调度参数可以通过get命令验证设置的参数是否正确写入，PC端测试中心发送相应数据给TSN交换机测试平台，TSN交换机测试平台会将数据处理并反馈打印出来。
2．本发明可以通过观察摄像头视频流量直观间接的判断敏感流量的传输情况，交替设置摄像头流量和flow1流量为敏感流量，将两组流量通过不同的网口同时打入TSN交换机测试平台中，通过摄像头视频的卡帧情况直观判断敏感流量的传输是否满足TSN性能要求。
3．本发明可以通过wireshark软件抓包直接的判断敏感流量的传输情况，交替设置flow2流量和flow3流量为敏感流量，将两组流量通过同一个网口同时打入TSN交换机测试平台中，分析wireshark软件抓到的数据包信息，包括数据包先后顺序、包头信息、时延等，通过这些信息直接判断两组流量的到达情况是否满足TSN性能要求。
附图说明
图1为TSN交换机测试平台拓扑结构示意图。
图2为本发明方法的流程示意图。
图3为QCI、QBV参数设置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种TSN交换机测试平台，包括：TSN交换机，所述TSN交换机包括第一交换网口、第二交换网口、第三交换网口、第四交换网口，所述第一交换网口用于接收摄像头流量，所述第二交换网口用于接收Flow1流量，所述第三交换网口用于接收Flow2流量、Flow3流量，所述第四交换网口用于连接视频流量观察模块；所述TSN交换机与控制器相连接，所述控制器通过CONSOLE口与上位机（PC机）相连接，所述控制器包括QCI流过滤管理参数设置模块、QBV时间门控调度参数设置模块和平台反馈打印信息模块。
上位机通过CONSOLE口将TSN调度配置参数输入到控制器，控制器通过QCI流过滤管理参数设置模块、QBV时间门控调度参数设置模块对TSN交换机进行TSN调度配置参数的设置；通过视频流量观察模块反馈的视频卡帧情况判断是否实现时间敏感功能；通过数据包的到达顺序、时延、帧头信息判断是否实现时间敏感功能。所述平台反馈打印信息模块用于向上位机输出时间敏感网络功能设置是否成功的信息，并反馈时间敏感功能是否实现。视频流量观察模块用于观察第一交换网口接收的摄像头流量对应的视频是否卡帧，通过wireshark软件抓取数据包发送给控制器。
当进行直观间接观察敏感流量的传输情况时，所述摄像头流量设置为敏感流量。所述flow1流量设置为背景流量。所述flow1流量包帧长不能与摄像头流量的包帧长相差不大于500B。
当直接观察TSN的传输过滤情况及性能时，所述flow1流量设置为背景流量。所述flow2流量设置为敏感流量。flow3流量设置为干扰流量。
实施例1：
为了直观间接观察敏感流量的传输情况，将一组摄像头流量设置为敏感流量输入到TSN交换机测试平台的交换网口1中，设定flow1流量为背景流量输入到TSN交换机测试平台的交换网口2中，在交换网口3观察摄像头视频的情况，若TSN交换机时间敏感功能开启则flow1的流量不会对摄像头流量造成竞争影响，摄像头视频不会卡帧，如果卡帧则说明TSN功能未实现；注：flow1流量包帧长不能与摄像头流量的包帧长相差500B，不然会出现包过小而很难看出竞争关系的现象。
为了直接观察TSN的传输过滤情况及性能，将flow2流量定义为敏感流量输入到TSN交换机测试平台交换网口3中，设定flow3流量为干扰流量输入到交换网口3中，设定flow1流量为背景流量输入到TSN交换机测试平台的交换网口2中，三类流量在交换网口4中进行汇聚，并用wireshark软件在流量输出端交换网口4抓取数据包，通过数据包的到达顺序、时延、帧头信息判断TSN交换机是否实现时间敏感功能。如果最先抓到的数据包与flow2设置的帧信息一致且flow2时延明显低于flow1的时延，则说明系统实现了设置的QBV功能；如果flow2时延较高且flow1时延小于flow2的时延，则说明系统QBV功能未实现；如果抓取到的数据包信息含有flow3流量，则说明QCI过滤功能未实现。
实施例2：
如图2-3所示，一种时间敏感网络门控调度和每流过滤管理测试方法，包括如下步骤：
S1:利用发包软件组自定义以太帧Flow1、Flow2、Flow3，Flow1：优先级3、 VID100、帧长512B、线速80%；Flow2：优先级4、 VID100、帧长256B、线速10%；Flow3：优先级0、VID100、帧长1024B、线速20%。
S2：PC终端通过CONSOLE口设置QCI流过滤管理参数和QBV时间门控调度参数。根据优先保障Flow2传输时延的时间敏感网络需求设置优先级过滤、帧长过滤、线速控制、内部优先级转换和门控调度参数，分配时隙资源保障Flow2所处队列在“专用通道”稳定传输。
S3：PC终端通过GET指令得到测试平台反馈打印信息，通过打印信息判断时间敏感网络功能设置是否成功。
S4：为了间接的观察敏感流量在TSN交换机中的传输情况，将一组摄像头流量通过第一交换网口输入到TSN交换机中，摄像头流量：优先级2、VID100、帧长500B，将flow1的优先级分别设置为1和3进行测试，然后将两组流量同时发送给TSN交换机，观察摄像头视频的流畅情况。
S5：为了直接的观察流量过滤和传输情况，将flow1、flow2、flow3按S1要求设置参数，同时汇聚到TSN交换机测试平台一个交换网口中，用wireshark软件抓包分析流量传输情况。
S6：将设定好的流量、摄像头流量按S4、S5测试要求发送到TSN交换机对应的交换网口，通过三层802.1QCI协议定义的帧过滤管理机制，分别是单流识别、流门过滤和流计量。如果不满足帧过滤条件或者收发端口不对的帧会被丢弃。
S7：QCI机制第一步单流识别过滤是通过流量的优先级、最大帧长、门ID等信息将帧过滤和分组；设置流量优先级0-4允许通过，最大帧长800B、门ID100允许通过；
S8：QCI机制第二步流门过滤是根据帧的门ID优先级等信息将帧放入不同门状态的队列中，并将初始设定的VLAN外部优先级转变为IPV(内部优先级)；
S9：QCI机制第三步流计量是对帧信息的一个入队测量，根据特定需要筛选符合条件的帧，例如CIR(约定信息速率)、EIR(超额信息速率)、MIB(管理信息库)，设定EIR(超额信息速率)为60%，超过额定信息速率的背景流量Flow1会被限速到额定值；
S10：不同优先级的流量会进入不同的队列，根据流量特性设置QBV(门控时间)参数，预留15%带宽的“专用通道”给敏感流量Flow2，优先调度Flow2所处优先级队列4，控制各队列所处门的开关时间，将流量输出的延迟调整在可控范围之内；
S11：根据S4、S5测试情况分析时间敏感网络功能是否实现，通过视频的是否卡顿和数据包的时延信息判断TSN交换机对敏感流量延迟的保障程度。
发包软件组采用xb_ether_tester。
IEEE 802.1QBV协议定义了时间感知调度器，该协议旨在优化以太网帧的传输优先级，保证了敏感流量到达指令地点的时延抖动，时间感知调度的基本思想是采用时分多址（TDMA），将以太网的通信分为固定长度、重复的时间片，称为周期。IEEE 802.1QCI协议扩充的单流过滤和管控（PSFP）机制主要实现三个功能，一是单流测量，使用令牌桶机制测量到达的每条流的流量和最大帧长度是否超过预定合约；二是时间门控队列选择机制，即将全局时间（分组到达的时刻）加入队列选择算法中考虑，重新计算分组内部优先级，并根据内部优先级而不是分组VLAN头或IP头中携带的外部优先级选择输出队列号；三是入队测量，基于令牌桶机制对进入特定队列的流量进行测量，保证进入相应队列缓存的分组流量满足一定的合约。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种时间敏感网络门控调度和每流过滤管理测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：上位机通过CONSOLE口将QCI流过滤管理参数和QBV时间门控调度参数发送给TSN交换机测试平台中的TSN交换机；
步骤2：TSN交换机测试平台根据TSN交换机设置后的QCI流过滤管理参数和QBV时间门控调度参数通过平台反馈打印信息模块向上位机反馈参数是否设置成功；
步骤3：当TSN交换机的参数设置成功后，将一组摄像头流量设置为敏感流量输入到TSN交换机测试平台的第一交换网口中，通过发包软件组设定flow1流量为背景流量输入到TSN交换机测试平台的第二交换网口中，通过TSN交换机测试平台的第三交换网口观察摄像头视频的情况，若摄像头视频不卡帧，则TSN交换机时间敏感功能开启成功；若摄像头卡帧，则TSN交换机时间敏感功能开启不成功；
步骤4：将TSN交换机时间敏感功能开启情况通过平台反馈打印信息模块向上位机反馈；
步骤5：当TSN交换机的参数设置成功后，通过发包软件组设定flow2流量为敏感流量输入到TSN交换机测试平台的第三交换网口中，设定flow3流量为干扰流量输入到TSN交换机测试平台的第三交换网口中，设定flow1流量为背景流量输入到TSN交换机测试平台的第三交换网口中，将flow1流量、flow2流量、flow3流量在第四交换网口中进行汇聚，并用抓包软件在第四交换网口抓取数据包，如果最先抓到的数据包与flow2流量设置的帧信息一致且flow2流量时延明显低于flow1流量的时延，则TSN交换机实现了设置的QBV功能；如果flow2流量时延高于flow3流量时延且flow1流量时延小于flow2流量时延，则TSN交换机QBV功能未实现；如果抓取到的数据包信息含有flow3流量，则TSN交换机QCI过滤功能未实现；如果抓取到的数据包信息未含有flow3流量，则TSN交换机QCI过滤功能实现；
步骤6：将TSN交换机QBV功能、QCI过滤功能实现情况通过平台反馈打印信息模块向上位机反馈；
所述步骤3中flow1流量包帧长不能与摄像头流量的包帧长相差500B；
所述flow1流量：优先级3、VID100、帧长512B、线速80%；flow2流量：优先级4、 VID100、帧长256B、线速10%；flow3流量：优先级0、 VID100、帧长1024B、线速20%；
所述QCI流过滤管理参数和QBV时间门控调度参数包括：优先级过滤、帧长过滤、线速控制、内部优先级转换和门控调度参数。
2.根据权利要求1所述的一种时间敏感网络门控调度和每流过滤管理测试方法，其特征在于：所述抓包软件采用wireshark软件。
3.根据权利要求1所述的一种时间敏感网络门控调度和每流过滤管理测试方法，其特征在于：所述发包软件组采用xb_ether_tester。
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| GR01 | Patent grant | ||
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