P4-TAS：基于P4的时间感知数据包整形器，用于时间敏感型网络

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：P4-TAS: P4-Based Time-Aware Shaper for Time-Sensitive Networking

　　

摘要：

时间敏感网络（TSN）是一组IEEE标准，它为以太网添加了实时功能。在这些机制中，时间感知整形器（TAS）会定期打开和关闭出口队列，以保护预定流量不受低优先级流量的干扰，从而确保低延迟和有界的延迟。确定性网络（DetNet）由IETF标准化，在第三层提供了类似的保证，并可以利用TSN机制（如TAS）。市面上可购买的具备TSN功能的交换机在硬件中实现了TAS，但很少公开TAS机制本身的内部延迟信息。这些延迟直接影响调度精度，然而系统设计师却很难获取这些信息。在这项工作中，我们提出了P4-TAS，这是一种基于P4的TAS实现方案，运行在Intel Tofino? 2交换ASIC上，同时还支持流级过滤和监管（PSFP）以及PTP时间同步。首先，我们设计了一种新的周期性队列控制机制，该机制使用连续生成的内部控制帧来触发队列状态的更新。据我们所知，这是首次在可编程的P4 ASIC上实现TAS。P4-TAS还提供了一个MPLS/TSN转换层，使得可以在TSN和DetNet域之间应用基于时间的整形功能，支持每端口高达400 Gb/s的线速。其次，我们识别并量化了三种影响TAS门切换精度的内部延迟来源，从而提高了配置的准确性。我们的评估显示，在时间片之间最坏情况下的累积内部延迟为86纳秒，远低于商用交换机报告的延迟值。第三，我们提出了一种外部测量TAS时间片精度的方法，并引入了门切换间隔（GSIs）来减少连续时间片之间的重叠。