Стандарт Ethernet с синхронизацией по времени (SAE AS6802) (также известный как TTEthernet или TTE ) определяет отказоустойчивую стратегию синхронизации для создания и поддержания синхронизированного времени в сетях Ethernet, а также описывает механизмы, необходимые для синхронной коммутации пакетов с синхронизацией по времени для критически важных интегрированных приложений. и архитектуры интегрированной модульной авионики (IMA). SAE International выпустила SAE AS6802 в ноябре 2011 года.
Сетевые устройства Ethernet с синхронизацией по времени — это устройства Ethernet, которые как минимум реализуют:
Сетевые устройства TTEthernet — это стандартные устройства Ethernet с дополнительными возможностями настройки и установления надежной синхронизации, синхронной коммутации пакетов, планирования трафика и разделения полосы пропускания, как описано в SAE AS6802. Если возможность синхронизации трафика по времени не настроена и не используется, он работает как полнодуплексное коммутируемое устройство Ethernet, соответствующее стандартам IEEE802.3 и IEEE802.1.
Кроме того, такие сетевые устройства реализуют другие детерминированные классы трафика, позволяющие создавать сети Ethernet смешанной критичности. Таким образом, сети TTEthernet предназначены для размещения различных классов трафика Ethernet без помех.
Реализация устройства TTEthernet расширяет стандартный Ethernet сервисами для удовлетворения критичных ко времени, детерминированных или связанных с безопасностью требований в конфигурациях с двойным и тройным резервированием для продвинутых интегрированных систем. Коммутационные устройства TTEthernet используются в интегрированных системах и приложениях, связанных с безопасностью, прежде всего в аэрокосмической, промышленной системе управления и автомобильной промышленности [1] .
TTEthernet был выбран НАСА и ЕКА в качестве технологии для связи между Orion MPCV и европейским сервисным модулем и описывается ЕКА как «лучший выбор для будущих пусковых установок, позволяющий им развертывать концепции распределенной модульной авионики». [2] Он также был выбран в качестве магистральной сети для Лунного шлюза НАСА [3] , в котором ЕКА является ключевым заинтересованным лицом.
30 сентября 2021 года Европейское сотрудничество по космической стандартизации опубликовало ECSS-E-ST-50-16C, поскольку сетевая архитектура все чаще используется в космической отрасли. [4]
Сетевые устройства TTEthernet реализуют службы OSI Layer 2 и поэтому утверждают, что они совместимы со стандартами IEEE 802.3 и сосуществуют с другими сетями и службами Ethernet или классами трафика, такими как IEEE 802.1Q, на одном устройстве. В текущих реализациях коммутатора TTEthernet предусмотрены три класса трафика и типа сообщений: [5]
Три класса трафика охватывают различные типы детерминизма — от трафика с мягким временем и максимальными усилиями до «более детерминированного», «очень детерминированного» (максимальная задержка определяется для каждого VL) и «строго детерминированного» (фиксированная задержка, мкс-джиттер), таким образом создание детерминированной унифицированной сетевой технологии Ethernet. Хотя стандартный полнодуплексный коммутируемый Ethernet обычно является лучшим или более детерминированным, трафик с синхронизацией по времени привязан только к прогрессу системного времени и планированию трафика, а не к приоритетам. Его можно считать трафиком с наивысшим приоритетом выше трафика VLAN 802.1Q с наивысшим приоритетом.
TTEthernet ( т.е. коммутатор Ethernet с SAE AS6802 ) объединяет модель отказоустойчивости и управления сбоями . Коммутатор TTEthernet может реализовать надежное управление резервированием и интеграцию потоков данных (потоков данных), чтобы гарантировать передачу сообщений даже в случае сбоя коммутатора. SAE AS6802, реализованный на коммутаторе Ethernet, поддерживает разработку синхронных системных архитектур с определенной гипотезой неисправности.
Гипотеза одиночного отказа, гипотеза двойного отказа и устойчивость к произвольным нарушениям синхронизации определяют базовую концепцию отказоустойчивости в сети Ethernet с синхронизацией по времени (на базе SAE AS6802).
Согласно гипотезе единственного отказа, Ethernet с синхронизацией по времени (SAE AS6802) предназначен для того, чтобы выдерживать либо произвольный отказ конечной системы, либо отказ коммутатора из-за несогласованного отказа. Коммутаторы в сети Ethernet с таймером можно настроить на выполнение функции защиты центральной шины. Функция защиты центральной шины гарантирует, что даже если набор конечных систем становится произвольно неисправным, она маскирует влияние этих неисправных конечных систем на всю систему путем преобразования режима произвольного отказа в режим отказа с непоследовательным пропуском. Режим произвольно ошибочного отказа также включает в себя так называемое поведение «болтающегося идиота». Таким образом, Ethernet-коммутаторы с таймером устанавливают границы локализации неисправностей.
Согласно гипотезе двойного отказа, сети Ethernet с синхронизацией по времени предназначены для работы с двумя неисправными устройствами, возникающими из-за непоследовательного отказа. Этими устройствами могут быть две конечные системы, два коммутатора или конечная система и коммутатор. Последний сценарий отказа (т. е. отказ конечной системы и коммутатора) означает, что сеть Ethernet с синхронизацией по времени допускает несогласованный путь связи между конечными системами. Этот режим отказа является одним из наиболее труднопреодолимых.
Сети Ethernet с синхронизацией по времени предназначены для того, чтобы выдерживать временные нарушения синхронизации даже при наличии постоянных сбоев. Как в рамках гипотезы одиночного, так и в случае двойного отказа Ethernet с синхронизацией по времени обеспечивает свойства самостабилизации. Самостабилизация означает, что синхронизация может восстановиться даже после временного сбоя во множестве устройств в распределенной компьютерной сети.
Трафик с синхронизацией по времени планируется периодически и в зависимости от архитектуры, скорости линии (например, 1GbE), топологии и модели вычислений с контурами управления, работающими на частоте 0,1–5 (+) кГц, с использованием модели вычислений с архитектурой с синхронизацией по времени (TTA). и общение. Жесткий режим реального времени возможен на уровне приложений благодаря строгому детерминизму, контролю дрожания и согласованию/синхронизации между задачами и запланированным сетевым обменом сообщениями.
В архитектурах L-TTA (Loosely TTA) с синхронной сетью TTEthernet, но с часами локального компьютера, отделенными от времени системы/сети, производительность контуров управления может быть ограничена. В этом случае передачи, запускаемые по времени, обязательно планируются циклически , и, таким образом, задержки между процессами на прикладном уровне могут быть большими, например, когда плезиохронные процессы работают на своих собственных локальных часах и цикле выполнения, как это наблюдается в системах, использующих циклический MIL-STD- 1553 B, интервал передачи увеличивается почти в два раза за счет высвобождения пакетов, ожидающих запланированной передачи в источнике и запуска процесса приема в пункте назначения.
Трафик с ограничением скорости — это еще один периодический класс трафика, чувствительный ко времени, и его следует моделировать так, чтобы он согласовывался с трафиком, синхронизируемым по времени (и наоборот), чтобы соответствовать требованиям к максимальной задержке и джиттеру. Однако даже если сумма выделенных полос пропускания меньше пропускной способности, предоставляемой в каждой точке сети, доставка все равно не гарантируется, например, из-за потенциальных переполнений буфера в очередях коммутаторов и т. д., чего не дает простое ограничение пропускной способности. гарантии избегаются.
Трафик «максимального усилия» будет использовать полосу пропускания сети, не используемую трафиком с ограничением по скорости и синхронизацией по времени.
В устройствах TTEthernet этот класс трафика не может мешать детерминированному трафику, поскольку он находится в отдельной буферной памяти. Более того, он реализует внутреннюю архитектуру, которая изолирует наилучший трафик на разделенных портах от трафика, назначенного другим портам. Этот механизм можно связать с детальной политикой IP-трафика, чтобы обеспечить гораздо более надежный контроль трафика, чем VLAN с буферизацией FIFO.
В 2008 году было объявлено, что Honeywell будет применять эту технологию в аэрокосмической отрасли и отрасли автоматизации. [7] В 2010 году было показано, что реализация на основе коммутатора работает лучше, чем системы с общей шиной, такие как FlexRay, для использования в автомобилях. [8] С тех пор Ethernet с синхронизацией по времени был реализован в различных промышленных, космических и автомобильных программах и компонентах.