IEEE 802.1AS AVB 在車用電子的應用

AVB  協議在車用電子應用

AVB 是Audio Video Bridging簡稱,它滿足 IEEE 802.1 標準集合,其中具有代表性的有:802.1AS;802.1Qat;802.1Qav;802.1BA。是由AVnu Alliance組織所倡導開發的協定。

1982年12月IEEE 802.3標準的發布,標誌著乙太網技術的起步。

乙太網的傳輸速度已經從最初的10Mbps發展到100Mbps、1000Mbps、10Gbps

而基於乙太網的網橋、集線器、交換機和路由器則構成了網際網路體系相當重要的組成部分

IEEE 802.1 AVB工作組制定了一系列的新標準,在保持完全兼容現有以太網體系的基礎上,對現有的以太網進行功能擴展,通過保障帶寬(Bandwidth),限制延遲(Latency)和精確時鐘同步(Time synchronization)

通過建立高質量、低延遲、時間同步的音視頻以太網絡,提供各種普通數據及實時音視頻流的局域網配套解決方案。


AVB體系主要包括四個標準:

802.1AS 精準時間同步協議 PTP:

PTP基於IEEE 1588:2002協議,定義了整個網絡的時鐘同步機制。通過定義主時鐘選擇與協商算法、路徑延遲測算與補償、以及時鐘頻率匹配與調節的機制,PTP設備交換標準的以太網消息,將網絡各個節點的時間都同步到一個共同的主時鐘

作爲IEEE 1588協議的一個簡化版本,一旦主時鐘被選定,所有局域網節點的PTP設備將以此主時鐘爲參考值,如果Grandmaster發生變化,整個AVB網絡也能通過BMCA在最短時間確定新的主時鐘,確保整個網絡保持時間同步。802.1AS的核心在於時間戳機制(Timestamping)。

PTP消息在進出具備802.1AS功能的端口時,會根據協議觸發對本地實時時鐘(RTC)的採樣,將自己的RTC值與來自該端口相對應的主時鐘(Master)的信息進行比較,利用路徑延遲測算和補償技術,將其RTC時鐘值匹配到PTP域的時間。當PTP同步機制覆蓋了整個AVB局域網,各網

絡節點設備間就可以通過週期性的PTP消息的交換精確地實現時鐘調整和頻率匹配算法。最終,所有的PTP節點都將同步到相同的“掛鐘”(Wall Clock)時間,即Grandmaster時間。在最大7跳的網絡環境中,理論上PTP能夠保證時鐘同步誤差在1μs以內。
 
802.1Qat流預留協議 SRP:

爲了提供有保障的服務質量(QoS),流預留協議(SRP)確保了AV流設備間端到端的帶寬可用性。符合SRP標準的交換機能夠將整個網絡可用帶寬資源的75%用於AVB鏈路,剩下25%的帶寬留給傳統的以太網流量。在SRP中,流服務的提供者叫做Talker,流服務的接收者叫做

Listener。同一個Talker提供的流服務可同時被多個Listener接收,SRP允許只保障從Talker到Listener的單向數據流流動。只要從Talker到多個Listener中的任意一條路徑上的帶寬資源能夠協商並鎖定,Talker就可以開始提供實時AV服務。SRP內部週期性的狀態機維護着Talker及Listener

的註冊信息,能夠動態的對網絡節點狀態進行監測並更新其內部註冊信息數據庫,以適應網絡拓撲的動態改變。
 
802.1Qav 隊列及轉發協議 Qav:

Qav隊列及轉發協議的作用是確保傳統的異步以太網數據流量不會干擾到AVB的實時音視頻流。時間敏感的AV流轉發採用僞同步模式(Pseudo-synchronous),這個機制依賴於SRP提供沿路經的預留帶寬以及爲PTP提供8Khz的時鐘。在每個125us的時隙,包含AVB數據的802.3以太網

等時幀(Isochronous)就會被進行轉發。同時,爲了避免普通數據流量與AVB流量之間的對網絡資源的競爭,AVB交換機內對時間敏感的AV流和普通數據流進行了區別處理,將等時幀與異步幀分別進行排隊,並且賦予等時幀最高的優先級。在優先保證等時幀傳輸的條件下,繼續提供

普通異步傳輸的服務,這就是Qav的優先級管理(Prioritize)及流量整形(Traffic Shaping)
 
802.1BA音視頻橋接系統標準 AVB:

AVB系統標準定義了一系列在生產製造AVB兼容設備過程中使用的預設值及設定,使得不具備網絡經驗的用戶也能夠去建立、使用AVB網絡,而不必對其進行繁瑣的配置。

目前IEEE 802.1 AVB工作組的主要精力集中在其它三個主要協議上(IEEE 802.1AS、IEEE 802.1Qat和 IEEE802.1Qav


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