基于OMNeT++的车载TSN通信仿真系统设计

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.006

摘要/Abstract

摘要：

汽车技术的进步要求网络能够支持多种通信要求，如可靠性、实时性、低抖动和严格的延迟限制。时间敏感网络（time sensitive network， TSN）是建立在车载以太网的IEEE 802架构上的一个保障关键帧传输延迟解决方案。为了分析TSN协议在车载以太网应用中各个机制的性能，包括单独使用和组合使用时的情况，本文基于OMNeT++设计了车载以太网TSN网络仿真系统，同时，利用仿真系统对IEEE 802.1Qbv定义的分时调度机制进行了车载应用的性能评估，最后通过搭建车载TSN网络嵌入式平台，进一步验证分时调度的性能和修正网络仿真模型。结果表明，分时调度机制除了保证时间敏感流的实时性，仍然可以为其他的流量类提供出色的传输。

关键词: 车载以太网, 时间敏感网络, OMNeT++网络仿真, 性能分析

Abstract:

The advancement of automotive technology requires networks to support a variety of communication requirements， such as reliability， real-time performance， low jitter， and strict delay limits. Time Sensitive Network （TSN） is a keyframe transmission delay guarantee solution based on IEEE 802 architecture of automotive Ethernet. In this paper， the TSN automotive Ethernet network simulation system is designed based on OMNeT++ to analyze the performance of various mechanisms of the TSN protocol in vehicle Ethernet application， including when used alone or in combination. At the same time， the performance of the vehicle application is evaluated by using the simulation system for the time-aware scheduling mechanism defined by IEEE 802.1Qbv. Finally， the automotive TSN network embedded platform is built to further verify the performance of time-aware scheduling and modify the network simulation model. The results show that the time-aware scheduling mechanism can not only guarantee the real-time performance of time-sensitive traffic， but also provide excellent transmission for other traffic classes.

Key words: automotive Ethernet, Time Sensitive Network, OMNeT++ network simulation, performance analysis

王博文,罗峰,王子通. 基于OMNeT++的车载TSN通信仿真系统设计[J]. 汽车工程, 2023, 45(6): 954-964.

Bowen Wang,Feng Luo,Zitong Wang. Design of Automotive Time-Sensitive Network Communication Simulation System Based on OMNeT++[J]. Automotive Engineering, 2023, 45(6): 954-964.

图/表 23

图1

表1

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表7

实物系统控制流和视频流实际传输延迟"

报文类型	延迟/μs
报文类型	1hop	2hop	3hop	4hop
控制	21.36	37.49	53.62	69.80
$Δ$ 控制		16.13	16.13	16.18
视频	133.436	165.754	198.072

表7

表8

仿真系统中控制流传输延迟"

报文类型	延迟/μs
报文类型	1hop	2hop	3hop	4hop
控制	21.54	36.31	51.28
$Δ$ 控制		14.77	14.97

表8

表9

参考文献 18

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PCP	优先级	缩略词	流量类型
0	1	BK	背景（Background）
1	0（默认）	BE	尽力而为（Best Effort）
2	2	EE	卓越而为（Excellent Effort）
3	3	CA	关键应用（Critical Applications）
4	4	VI	视频（Video）
5	5	VO	音频（Voice）
6	6	IC	网间控制（Internetwork Control）
7	7	NC	网络控制（Network Control）

序号	流量优先级	发送节点	接收节点	发送周期/μs	发送数量	报文长度/B	实时性
1（控制流）	7	Video1	Audio	500	1	64	高
2（控制流）	7	Video2	Audio	500	1	64	高
3（控制流）	7	Audio	Video1	500	1	64	高
4（视频流）	4	Video1	PC	500	1	150	中
5（视频流）	4	Video2	PC	500	1	150	中
6（音频流）	5	Audio	PC	500	1	150	中
7（尽力而为）	0	BE	PC	250	1	1 000	低

流量属性	发送节点	接收节点	交换机跳数	报文长度/B	延迟时间/μs
流量属性	发送节点	接收节点	交换机跳数	报文长度/B	最大值	最小值
控制报文	Video1	Audio	3	64	51.28	51.28
控制报文	Video2	Audio	2	64	36.31	36.31
控制报文	Audio	Video1	3	64	51.28	51.28
视频报文	Video1	PC	3	150	143.11	143.11
视频报文	Video2	PC	2	150	122.54	122.54
音频报文	Audio	PC	1	150	39.82	39.82
尽力而为报文	BE	PC	2	1 000	22 663	413.34

调度区间/μs	队列0	队列1	队列2	队列3	队列4	队列5	队列6	队列7
125（控制报文）	关	关	关	关	关	关	关	开
110（其他报文）	开	开	开	开	开	开	开	关
15（保护带）	关	关	关	关	关	关	关	关

流量属性	发送节点	接收节点	交换机跳数	平均端到端延迟/μs
控制报文	Video1	Audio	3	53.78
控制报文	Video2	Audio	2	37.70
控制报文	Audio	Video1	3	53.78
视频报文	Video1	PC	3	198.15
视频报文	Video2	PC	2	165.20
音频报文	Audio	PC	1	41.12