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WiFi-TSN低时延转换架构
2022年电子技术应用第4期
王 博,王雪迪,时广轶,严 伟
北京大学 软件与微电子学院,北京102627
摘要:无线网络与TSN(Time Sensitive Networking)的融合是目前工业界的关注点之一。传统的基于应用层软件的网关存在CPU利用率高、处理延迟长、性能差等缺点。因此提出了一种WiFi-TSN低时延转换架构,来实现WiFi网络与TSN网络的集成。该架构采用Verilog语言实现,通过硬件来保证通信信道之间可预测的延迟,能够在极短的时间内完成协议转换和协议数据的转发。采用Vivado EDA工具来完成电路的设计,并进行足量的仿真测试来评估电路的端到端延迟性能。
中图分类号:TN926;TP393
文献标识码:A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222721
中文引用格式:王博,王雪迪,时广轶,等. WiFi-TSN低时延转换架构[J].电子技术应用,2022,48(4):24-28,33.
英文引用格式:Wang Bo,Wang Xuedi,Shi Guangyi,et al. WiFi-TSN low latency conversion architecture[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(4):24-28,33.
WiFi-TSN low latency conversion architecture
Wang Bo,Wang Xuedi,Shi Guangyi,Yan Wei
School of Software and Microelectronics,Peking University,Beijing 102627,China
Abstract:The integration of wireless network and TSN(Time Sensitive Networking) is one of the concerns of industry at present. The traditional gateway based on application layer software has some disadvantages, such as high CPU utilization, long processing delay, poor performance and so on. Therefore, a WiFi TSN low delay conversion architecture is proposed to realize the integration of WiFi network and TSN network. The architecture is implemented in Verilog language, which ensures the predictable delay between communication channels through hardware, and can complete protocol conversion and protocol data forwarding in a very short time. Vivado EDA tool is used to complete the circuit design, and sufficient simulation tests are carried out to evaluate the end-to-end delay performance of the circuit.
Key words :TSN;WiFi;protocol conversion;end-to-end delay

0 引言

21世纪以来,工业物联网技术的发展日新月异。从工业现场总线到以太网,从传统的以太网到工业以太网,从工业以太网到时间敏感网络(Time Sensitive Network,TSN),从时间敏感网络再到无线-TSN技术,每一次技术革命都蕴含着通信技术的飞跃。当前工业互联网技术的核心是TSN。TSN通过加入时间同步机制、流量整形机制以及排队转发机制,使不同业务的流量同时在一个网络中流转,同时能保证实时流量的确定性传输[1-2]。然而传统的TSN技术主要集中在有线传输领域,有线组网有建设周期长、成本高、缺少灵活性等缺点。所以TSN与无线技术的融合成为学术界和工业界研究的热点。5G技术和WiFi技术成为业内公认的最适合与TSN融合的两种候选技术,但是目前并没有实际落地的产品和方案[3-5]

物联网技术飞速发展,其核心技术为无线通信。本世纪初,无线通信技术开始蓬勃发展,逐渐走进工业控制领域,为万物互联提供了新的手段。无线技术可以为端到端的通信设备提供灵活、低成本的组网环境。然而,无线通信方案也有其不足:由于信道的复杂,无线通信缺乏时间确定性的机制。目前在工业界和学术界,应用于工业控制领域的无线组网方案还比较少见[6-7]。如何实现时间确定和低时延的无线-TSN混合网络,进行数据的可靠传输,这成为工业界的研究热点。

李众和王鹏澄等人设计了一种基于ZigBee、WiFi、以太网的网关,该网关采用STM32和CC2530双处理器架构。其中,硬件部分的STM32作为主处理器进行不同网络中数据的转发,软件部分移植了LwIP精简TCP/IP协议。该研究用软硬件协同的方式实现了物联网网关的系统[8]




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作者信息:

王 博,王雪迪,时广轶,严 伟

(北京大学 软件与微电子学院,北京102627)




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