Time-Aware Shaper

Time-Aware Shaper(TAS)는 IEEE 802.1Qbv가 규정하는 트래픽 셰이핑 메커니즘으로, TSN의 Scheduled Traffic에 지연 변동 없는 전송을 보장한다 — 브리지의 각 이그레스 큐마다 게이트(gate)를 두어, 열림(open)·닫힘(closed) 상태를 정해진 시각표대로 전환한다. 게이트가 열린 큐의 프레임만 전송될 수 있다[1].

Gate Control List

게이트의 개폐는 Gate Control List(GCL)가 정한다 — GCL의 각 항목은 시간 구간과 그 구간 동안 각 큐의 게이트 상태를 나타내는 비트벡터의 쌍이며, 이 시각표는 gPTP로 모든 브리지가 공유하는 공통 시각을 기준으로 주기적으로 반복된다[1][2].

Guard Band

게이트는 이미 전송 중인 프레임을 강제로 끊을 수 없다 — 스케줄된 구간이 시작되기 직전에 저우선순위 프레임이 전송을 시작했다면, 그 프레임이 끝날 때까지 스케줄된 트래픽은 대기해야 한다. 이 간섭을 막기 위해 TAS는 스케줄된 구간 직전에 다른 모든 큐의 게이트를 닫는 구간인 guard band를 두며, 그 길이는 포트에서 나올 수 있는 최대 프레임(표준 이더넷 기준 1518바이트)의 전송 시간과 같다[2].

Guard band는 그 시간만큼 대역폭을 낭비한다는 대가를 치른다 — 이 낭비를 줄이려면 진행 중인 프레임 자체를 중단했다 재개할 수 있어야 하며, IEEE 802.1Qbu의 프레임 선점이 이를 가능케 한다[3]. 프레임 선점을 적용하면 guard band는 선점 불가능한 최소 프레임 조각의 전송 시간까지 줄어들며, 세부 메커니즘은 Frame Preemption에서 다룬다[2].

Credit-Based Shaper와의 차이

Credit-Based Shaper(CBS)와 TAS는 모두 Ethernet AVB/TSN이 규정하는 트래픽 셰이핑 알고리즘이지만 격리 방식이 다르다. CBS는 크레딧이 0 이상일 때만 프레임을 전송할 수 있게 하지만, 크레딧이 충분한 한 다른 트래픽과 전송 기회를 놓고 경쟁하는 것 자체는 막지 않는다[4].

반면 TAS는 게이트가 닫힌 큐의 프레임을 아예 전송할 수 없게 막아, 스케줄된 구간 동안 다른 트래픽을 완전히 배제한다[2]. 이 차이로 CBS는 지연 변동에 어느 정도 관대한 오디오·비디오 스트림에, TAS는 지연 변동 자체를 허용할 수 없는 제어 루프 트래픽에 적합하다[5].

참고문헌

[1]

IEEE, “IEEE 802.1Qbv-2015 — IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks — Bridges and Bridged Networks Amendment 25: Enhancements for Scheduled Traffic”, 2015.

[2]

T. Stüber, L. Osswald, S. Lindner and M. Menth, “A Survey of Scheduling Algorithms for the Time-Aware Shaper in Time-Sensitive Networking (TSN)”, IEEE Access, vol 11, pp 61192–61233, 2023, doi: 10.1109/ACCESS.2023.3286370.

[3]

IEEE, “IEEE 802.1Qbu-2016 — IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks — Bridges and Bridged Networks Amendment 26: Frame Preemption”, 2016.

[4]

IEEE, “IEEE 802.1Qav-2009 — IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks — Virtual Bridged Local Area Networks Amendment 12: Forwarding and Queuing Enhancements for Time-Sensitive Streams”, 2009.

[5]

L. Lo Bello, G. Patti and G. Vasta, “Assessments of Real-Time Communications over TSN Automotive Networks”, Electronics, vol 10, no. 5, p 556, 2021, doi: 10.3390/electronics10050556.