Time-aware shaper(TAS)는 브리지나 엔드 스테이션의 포트에서 큐마다 전송 게이트를 두고, 게이트 제어 목록에 따라 게이트를 여닫아 큐가 전송할 수 있는 시각을 정하는 기능이다.[1][2] IEEE 802.1Qbv-2015가 IEEE 802.1Q-2014의 개정(Amendment 25: Enhancements for Scheduled Traffic)으로 넣었고, 이 개정은 IEEE 802.1Q-2018에 합쳐졌다.[3] 802.1Qbv의 scheduled traffic은 time-aware shaper라고도 불린다.[1][4]
IEEE 802.1Qbv 프로젝트는 브리지와 엔드 스테이션이 IEEE 802.1AS에서 얻은 시각에 따라 프레임 전송을 스케줄하도록 time-aware queue-draining 절차를 정하는 것을 범위로 삼았다.[5] IEEE 802.1 작업 그룹의 TSN 요약은 scheduled traffic을 지연 상한을 위한 도구로 분류한다.[6]
게이트
IEEE 802.1Q의 scheduled traffic은 포트의 트래픽 클래스마다 게이트를 두고, 게이트는 열림과 닫힘 두 상태를 가진다.[7] 전송할 수 있는 것은 게이트가 열린 큐뿐이고, 게이트가 닫힌 큐의 프레임은 전송에 선택되지 않는다.[1][2] IEEE 802.1Q-2022는 게이트가 열린 큐의 프레임을 그 큐에 지정된 전송 선택 알고리즘에 따라 전송에 선택하도록 정하고, scheduled traffic을 지원하지 않는 구현에서는 모든 게이트를 늘 열린 것으로 본다. 이 표준은 게이트가 열려 있어도 다음 게이트 닫힘 전까지 프레임 전체와 매체에 따른 오버헤드를 보낼 시간이 남지 않으면, 그 프레임을 전송할 수 없는 것으로 본다.[8]
게이트 제어 목록
포트마다 게이트 제어 목록을 두며, 목록은 게이트 동작을 순서대로 적은 것이다.[2][4] 목록의 항목마다 큐별 게이트의 열림·닫힘 상태와 그 상태를 유지할 시간을 적는다.[4][9] 게이트 스케줄은 정해진 길이의 주기로 되풀이된다.[1][9]
게이트 스케줄은 노드들이 PTP로 공유하는 시각을 기준으로 하므로, 여러 노드에 같은 시각에 적용할 수 있다.[4][9] IEEE 802.1Q-2022는 게이트 동작의 타이밍을 정할 때 PTP가 동작해 브리지나 엔드 스테이션이 PTP 시각을 쓸 수 있다고 전제한다.[8]
TAS는 정해진 시각에 한 트래픽 클래스나 그 묶음만 네트워크에 접근하게 해, 시간이 중요한 트래픽이 결정적인 지연으로 전달되게 한다.[2][9]
Guard band
guard band는 시간이 중요한 큐의 창 앞에 두어, 앞 창에서 보내던 프레임이 그 창을 침범하지 않게 하는 구간이다.[1][4] 그 길이는 끼어들 수 있는 가장 긴 프레임 하나를 보내는 시간을 기준으로 잡는다.[1][10] ADIN3310/ADIN6310 데이터시트에 따르면 이 때문에 큰 프레임이 있는 네트워크에서 guard band는 대역폭을 비효율적으로 쓰게 한다. ADIN3310/ADIN6310은 guard band가 켜져 있는 동안 다음 프레임을 가져오지 않는다.[11]
Microchip AN1185에 따르면 guard band 시간 는 큐마다 설정한 max-sdu(바이트)와 링크 속도 로 아래와 같이 계산한다.[4]
TI CPSW의 EST(Enhancements for Scheduled Traffic) 하드웨어는 게이트가 닫히기 직전 큐에 들어온 프레임도 보내, 그 프레임이 다음 창으로 넘어갈 수 있다. TI는 이를 막으려면 창 사이에 모든 게이트를 닫은 항목을 guard band로 넣고, 그 길이를 MTU(Maximum Transmission Unit) 프레임의 전송 시간에 292 wire clock(1 Gbit/s에서 2336 ns)을 더한 값으로 잡기를 권한다.[1]
프레임 선점을 함께 쓰면 guard band를 줄일 수 있다.[11][12] Microchip의 TSN 앱노트에 따르면 이때 guard band는 끼어들 수 있는 가장 긴 프레임의 크기에서 가장 긴 조각의 크기로 줄어든다.[10]
IEEE 802.1Q-2022는 게이트 제어 목록의 게이트 동작으로 SetGateStates, Set-And-Hold-MAC, Set-And-Release-MAC 셋을 둔다. SetGateStates는 큐마다 게이트를 열림이나 닫힘으로 정하고, TimeInterval이 지나면 다음 동작으로 넘어간다. Set-And-Hold-MAC은 여기에 더해, 그 동작이 시작하는 때까지 포트의 MAC이 preemptable 프레임 전송을 멈추게 한다. Set-And-Release-MAC은 그 동작이 시작하는 때부터 MAC이 preemptable 프레임 전송을 다시 할 수 있게 하며, 그때 express 프레임을 보내고 있으면 그 전송이 끝난 뒤에 다시 한다. 프레임 선점을 지원하지 않거나 켜지 않은 포트에서 두 동작은 SetGateStates와 같다.[8]
이 표준의 Annex S(참고)는 scheduled traffic과 프레임 선점을 따로 또는 함께 써서, 시간이 중요한 트래픽을 타이밍 요구가 덜 엄격한 트래픽의 간섭에서 보호하는 네 가지 조합을 제시한다. 이 Annex가 제시하는 조합 가운데 preemptable 트래픽의 게이트를 늘 열어 두고 hold와 release를 쓰지 않는 조합에서는, preemptable 프레임 전송이 express 게이트가 열린 뒤에도 123옥텟 시간까지 이어질 수 있어 express 트래픽의 지연이 늘어난다. hold와 release를 함께 쓰는 조합에서는 express 창이 열리기 124옥텟 시간 전에 hold를 요청해, preemptable 프레임 전송이 창이 열리기 전에 끝나게 한다. 이렇게 하면 비교적 작은 명시적 guard band로 express 창을 preemptable 트래픽의 간섭에서 완전히 보호하고, preemptable 트래픽이 쓸 수 있는 대역폭은 덜 줄어든다.[8]
Credit-based shaper와의 차이
Microchip AN1185에 따르면 credit-based shaper는 우선순위에 따라 큐가 쓰는 대역폭을 조절하고, TAS는 큐마다 전송을 전역 시간 척도에 맞춰 스케줄한다.[4]
802.1Qbv 프로젝트 페이지에 따르면 이 개정은 engineered LAN에서 지연과 전달 변동을 보장하려 했다. credit-based shaper는 engineered가 아닌 네트워크에서도 잘 동작하며, 이 개정으로 두 종류의 네트워크를 하나로 합칠 수 있다.[5]