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AVB-TSN在嵌入式系统中实现高可靠性和低延迟通信的方法 时间:2024-12-02      来源:华清远见

AVB是什么:
Audio/Video Bridging音视频桥接技术,在传统以太网络的基础上,通过保障带宽,限制延迟和精确时钟同步,来支持各种基于音频,视频的网络多媒体应用。

TSN是什么:

Time-Sensitive Networking(时间敏感网络) 是一种能够支持实时通信的网络技术。它旨在为以太网协议建立”通用”的时间敏感机制,以此确保网络数据传输的时间确定性。TSN技术主要关注以太网通讯协议模型中的数据链路层(MAC层)的协议标准。

AVB/TSN在嵌入式系统中的应用场景:

AVB主要用于实现实时音视频处理和传输。TSN用于在音视频传输数据的时候,确保这些数据的实时传递和同步。

例如: 在智能家居系统中,不同类型的传感器(如温度,湿度传感器)可以与音视频数据进行融合传输,确保数据的安全,高效和低延迟。

汽车领域:车载信息娱乐系统,高级驾驶辅助系统等。

AVB/TSN如何在嵌入式系统中实现高可靠性和低延迟通信?

通过以下方法实现:

一 AVB技术基础

1. 带宽预留:

a) AVB通过IEEE 802.1Qat带宽预留协议(SRP)为音视频流动态分配带宽,确保音视频数据在传输过程中有足够的网络资源,从而降低延迟和抖动。

2. 流量整形:

a) IEEE 802.1Qav流量整形协议(FQTSS)负责对流量进行排队和转发管理,通过控制数据包的传输顺序和时间间隔,减少数据流量的突发,进一步降低延迟。

3. 精确时钟同步

a) IEEE 802.1AS精确时钟同步协议(gPTP)用于将网络内所有节点的时钟同步到同一个主时钟,确保音视频数据的同步传输。

二 TSN技术的增强

1. 时间触发流(TT流)的支持

a) TSN引入了时间触发流,通过预先安排数据包的传输时间,实现确定性的低延迟通信

2. GCL(Gate Control List)控制

a) 使用GCL来控制TT流,AVB流和BE(Best-Effort)流的传输,确保高优先级流量的实时性需求得到满足。

3. 保护带与带宽优化:

a) TSN通过引入保护带来保证TT流的无干扰传输,但这也可能导致带宽的浪费。因此,需要优化GCL设计,在提高TT流实时性的同时,尽可能提高AVB流的传输效率和带宽利用率。

三 综合优化策略

1. 初始时间窗口设计,

a) 为AVB流分配前置时间窗口,确保AVB流在传输过程中有足够的时间资源

1. 增强AVB流调度

a) 根据AVB流的截止时间发送数据包,通过优化调度算法,提高AVB流的传输效率和实时性

2. 灵活调整时间窗口:

a) 根据AVB流的大小和传输需求,灵活调整TT流和AVB流的时间窗口,实现带宽的动态分配和优化利用

3. 实现可靠性和低延迟通信的其他措施

a) 冗余设计

i. 在关键通信路径上采用冗余设计,如双网冗余,多路径传输等,提高通信系统的可靠性和容错能力。

b) 故障检测与恢复

i. 实时检测网络状态,及时发现并处理故障,通过快速恢复机制确保通信系统的连续性和稳定性。

c) 硬件加速

利用专用硬件加速器(如FPGA,ASIC等)处理网络通信任务,提高通信速度效率。

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