芯准TTE采用的“宏时隙”机制的优点是基于类似“网络切片“思想，将TTE交换机输出接口TT帧调度与RC帧调度解耦，使得TT帧时隙的规划与RC帧的延时评估彻底无关，极大地降低了TTE混合流规划的复杂性。

1 TTE网络的TT流规划

TTE规范AS6802定义了时间触发帧（TT帧）的交换方式，即在一个全局调度周期T中，对于任意一个端系统发出的TT帧p，需要通过离线规划确定在p帧的端到端交换路径上，每跳交换机将该帧调度发送到输出链路上的时刻。

为了简化离线规划的复杂性，通常在TT离线规划时，将TTE交换机的输出链路划分为长度固定的时间区间，称为时隙。每个时隙长度可以传输一个完整的TT帧，每个全局调度周期T由n个时隙组成。因此TT的离线规划调度就是将一个TT帧映射到端到端交换链路上的每个时隙的过程。TTE交换机在输出接口也按照时隙的粒度调度TT帧，因此不论是离线规划还是交换机实现都得到了简化。

图1是一个包含4个端系统（ES）和2个TTE交换机（SW）的哑铃型网络拓扑，其中包含10条可调度的链路（L0-L9）。假设网络中有3条TT流（f1，f2，f3）和一条RC流（f4），每条流的流向如图中虚线所示。其中每条流的分组都会经过L4链路，因此交换机SW1对L4链路的调度十分关键。

为简化分析，做以下假设。

（1）所有帧大小都等于链路MTU；

（2）流f1、f2和f3的调度周期都是10个时隙；

（3）流f1、f2和f3在一个周期内每条流发送一个分组；

（4）每个时隙大小设为传输一个MTU的时间；

（5）RC流f4的BAG等于10个时隙大小。

图2是一个包含完整TT调度的甘特图。其中横坐标标识10个时隙，纵坐标标识10条链路。TTE规划工具需要离线计算每条流在每个时隙所处的链路位置。

例如坐标(S2,L0)内容为f1，表示在时隙S2时，端系统ES0将流f1的帧（以下简称f1）发送到链路L0；同样，f1帧在SW1中缓存后，将在时隙S5发送到链路L4，交换机SW2接收并缓存f1后，在时隙S8将其发送到链路L6，然后ES2在时隙S8结束前收到f1。因此可计算f1的端到端延时为7个时隙。

由图2可知，TTE网络的离线规划就是把调度周期内的每个TT帧映射到甘特图中的每个格子中，约束条件主要如表1所示：

表 1主要约束条件
序号	约束名称	描述	特点	举例
1	输出链路约束	即一条链路不能同时输出两个帧	基本要求	每个格子（如(S4,L4)）中不能同时放两个帧
2	交换顺序约束	每个帧经过链路的先后顺序不能颠倒	拓扑相关	f1对应的顺序是L0，L4，L6
3	单跳延时约束	每个帧在交换机上的缓存时间低于固定值	硬件实现相关	f1，f2和f3在交换机发送和接收之间，至少缓存1个时隙。
4	设备缓存约束	每个时隙内，交换机缓存数目不超过上限	硬件实现相关	时隙S3时，f1和f2都在交换机SW1中缓存，需要交换机至少提供两个帧的缓存空间，不能超过交换机硬件实现的缓存上限。
5	端到端延时约束	每个帧的端到端延时满足要求	应用需求相关	f1，f2和f3的延时分别为7，6，5个时隙，应满足应用对延时的需求。

随着链路带宽的不断提高，映射可行解的空间越来越大，使用SMT求解器可较为方便地完成上述映射工作。

2 TTE网络混合流调度的挑战

由于TTE网络除了TT帧之外，还有RC帧和BE帧。显然，在图2中没有分配TT帧的格子可以传输RC帧或BE帧。其中RC帧的调度优先级高于BE帧。

与TT帧不同，TTE网络无法离线规划端系统产生和发送RC帧的时间，只能定义一个RC流中连续两个RC帧的最小间隔（BAG）。例如图1中f4流为BAG=10个时隙的RC流，即在每个TT调度周期，ES1都会产生一个RC帧发送。对于TTE网络来说，只要RC帧发出遵守BAG限制，就必须为其提供可评估和可证明的端到端延时上限。

TT规划结果给RC延时上限控制带来新的问题。就是背靠背调度的TT帧会增加RC的延时。以图2的L4链路为例，如果f4在S0或S1时隙到达SW1，最快等待一个时隙就能从L4链路上输出，但如果在S3时隙到达SW1，由于S4、S5和S6这3个连续的时隙都被分配给TT帧，则至少需要等到S7才能从L4发出，此时f4在SW1上的延时为4个时隙。

为解决上述问题，目前的研究提出了带孔隙约束的TT规划调度方法，即对TT的规划提出新的约束条件，限制背靠背连续发送TT帧的数量。例如图3是带孔隙约束的TT规划结果，约束条件是链路上两个TT帧之间至少间隔一个时隙。在此情况下，f4帧在L4链路上的延时最大可控制在2个时隙。

直观看来，虽然增加孔隙约束条件可以降低RC帧的最大延时，但在理论上对RC帧延时上限的评估仍然十分困难。通常RC的延时评估采用网络演算的方式进行，输出链路带宽为常数C。但TT规划后，RC帧调度只能利用TT调度剩余的带宽。由于SMT规划的TT调度时隙是离散的、无规律的，因此难以对RC延时上限进行评估。

3 宏时隙的基本概念

在现有基于时隙的链路时隙分配机制中，链路上的每个时隙既可以分配给TT帧，也可以分配给RC帧，这不但增加了混合流量调度的复杂性，而且导致RC帧延时上限无法评估。宏时隙（Huge Slot）的基本思想是对链路的时隙进行“切片”，每个宏时隙由一定长度的TT时隙和一定长度的RC时隙组成。离线规划时，只将TT帧映射到宏时隙的TT时隙中，而RC帧只在宏时隙的RC时隙进行传输。

图4是针对图1场景的宏时隙调度示意图。每个宏时隙包含2个时隙，第一个时隙为TT时隙，第二个为RC时隙。因此在调度周期长度不变的情况下，图2的10个时隙变成图4的5个宏时隙。其中TT帧f1、f2和f3只能映射到宏时隙的第一个时隙，而RC帧f4在宏时隙的第二个时隙传输。

显然，宏时隙机制有两个优点：

（1）将TTE交换机输出接口TT帧调度与RC帧调度解耦，使得TT帧规划结果不对RC帧的传输造成影响；

（2）RC帧获得的输出调度带宽仍然是固定的，因此理论上RC帧的延时评估具有一个确定性的结果。

当然，宏时隙运用也可能存在一些缺点，如减小TT规划的解空间，增加TT和RC帧的单跳延时等。

宏时隙的应用还需考虑核心参数定义、保护带设置、输出接口状态机设计等因素，我们将在下一篇文章进行介绍。

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