汽车行业正不断向着数字化、自动化、网联化发展，汽车与周围环境及车身电子元件中的交互也日益复杂，大量来自雷达、传感器的数据需要传输处理，这必然会在网络延迟、可靠性方面造成影响。因此，实时网络变得不可或缺，时间敏感网络（TSN）的应用将会在一定程度上解决这个问题。
一、什么是TSN
时间敏感网络（Time-Sensitive Network，TSN）是IEEE 802.1 TSN任务组定义的一组以太网子标准，主要用于在以太网络上传输时间敏感的实时数据。当前，TSN已成为汽车行业的主要研究方向，通过配置关键型和非关键型数据流量（critical and non-critical data traffic）的传输，可以避免损坏数据的实时性和性能安全。此外，TSN拥有丰富的协议标准，可保证关键型数据的传输，降低数据传输的延迟、抖动，提高数据传输的可靠性。同时，在车载以太网上应用TSN机制，可以明显降低车载网络的硬件和布线要求。
如图1所示，是一个典型的带有TSN功能的Zonal架构布局。
图1 带TSN功能的典型Zonal架构布置图
Zonal架构划分为几个主要的域，如智能驾驶域、智能座舱域、车身域等。未来车辆通信中，以太网将承载主要的信息通信。
新一代车载网络架构中使用TSN设计，将TSN功能部署到对时间敏感的节点（如雷达、摄像头）以及与之相连的区域网关控制器、中央计算中心等，可在复杂高速的通信交互中，确保数据传输的低时延、高可靠，以更好的满足车辆在实现智能驾驶过程中对传输延迟、带宽保证、功能安全等方面的严格要求。完成TSN系统设计后，还需要通过测试全面评估系统的功能是否正常、关键参数指标能否满足设计要求，才能应用上市。
二、TSN系统主要测什么？
在进行系统级测试时，主要从服务质量、时钟同步、帧干扰、协议相关的性能等四个方面，进行验证评估。
01 服务质量测试
服务质量，主要是测试TSN系统中，关键型数据流在链路传输延迟和丢帧情况。TSN系统要实现关键数据流实时的从流产生方发送到消费方，确保系统的可靠性。
例如下图2红色虚框内的某时间关键型控制数据，从talker端发送到listener端，在整个传输链路上的最坏延迟，要满足系统的设计要求。
图2 某一时间关键流传输路径
02 时钟同步测试
时间同步相关的测试，主要测试TSN系统从启动唤醒、同步建立、完成时钟同步的过程中：同步报文的行为、非主时钟节点与主时钟的同步精度、主时钟和备份主时钟的行为、时钟冗余链路的行为等。
例如图1所示的红色虚线链路（SYNC），当主时钟出现故障时，备份主时钟能否按设计要求替代主时钟，在要求的时间内建立同步，并要求同步精度满足设计要求。
03 帧干扰测试
帧干扰相关的测试，主要测试TSN系统的健壮性和可靠性。例如，当系统中存在高负载或突发流干扰流时（如下图绿色流），时间关键型数据流的传输延迟、丢包率等能否满足设计要求。
图3 可能存在某一突发流传输路径
04 协议相关测试
另外，TSN系统级测试，需要关注系统中关键协议的性能和功能是否能满足要求，如Qbv协议、CB协议、AVTP协议等。例如，配置了链路冗余功能的系统，当传输链路出现故障时，冗余链路是否能可靠的传输时间关键型数据流，同时要关注系统的错误检测功能是否正常。
三、测试方案
有两类典型的TSN测试装置，如下所示。在这两类测试装置中，汽车以太网电缆应该是双绞线，测试设备和DUT之间的双绞线长度应小于3米。
图4 基于CANoe和VN56XX的拓扑
图5 基于示波器的拓扑
下面通过完成图1所示的Zonal架构TSN系统级时间关键流的传输延迟测试，来描述系统级测试的实现方案。本次测试主要关注，在Qbv功能使能和禁能的情况下、Qbu功能使能和禁能情况下，时间关键流的传输延迟变化。
系统说明
1. Super Core1为中央计算单元，同时作为系统的主时钟；
2. Super Core2为中央计算单元，同时是系统的备份主时钟；
3. Rear Right和Rear Left均是具有Qbv&Qbu功能的交换；
4.下图右侧红色虚线框内，系统通过红色链路实现时间同步，待同步完成后，Talker端会周期性发出时间关键流（AVTP），经过两个域控制器（Rear Right、RearLeft）后，最终被消费方Listener接收和处理。
操作说明
► TSN系统上电启动，待系统通信稳定后，测试和分析Qbv&Qbu功能均关闭时，AVTP流的传输延迟。
► 分别开启Qbv功能、Qbu功能，AVTP流的传输延迟变化。
► 评估最终的测试结果能否满足系统设计规范要求。
► 测试过程是用CANoe和VN56XX来实现，注意要考虑测试设备的旁通对测试的影响。
测试结果
系统启动后，等待一段时间，待系统建立时间同步，且通信稳定后，进行多次测试，监测AVTP流的端到端延迟为：
◇当Qbv开启时，端到端延迟在0.02ms左右；
◇ 当Qbv关闭时，端到端的延迟为0.7ms左右，均满足设计要求。
以上，通过一个用例的测试过程，描述了TSN系统级测试的主要流程。
另外，在TSN系统级测试中，由于TSN系统对时间敏感，要考虑测试设备和线缆等因素的影响。在测试之前，需要根据系统的设计规范和方案，选择测试的方向，制定合理的测试规范和评价标准。
TSN系统作为一个未来车辆控制发展的主要研究方向，在提高数据传输的可靠性、降低关键数据流的时延和抖动等方面，有着无可比拟的优势。
目前，各大主流主机厂，均已布局相关车型的研发，国内有些主机厂已经有量产车的经验。对TSN测试，特别是系统级测试，是评估系统功能和性能非常关键的一步，未来随着测试软件和硬件性能的不断提升，TSN测试的精度也会越来越高。欢迎大家关注怿星公众号，一起探讨TSN系统知识。
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