PLCA（Physical Layer Collision Avoidance）是10BASE-T1S技術中重要的沖突避免機制，啟用PLCA功能后，10BASE-T1S總線上的各個節點可以在特定的時間段內發送數據，避免出現碰撞。借助PLCA機制提升多節點通信效率是10BASE-T1S技術網絡設計中的重點課題之一。本篇文章將基于負載率、時延和抖動三個維度，深度解析10BASE-T1S PLCA機制多節點通信效率。

場景
       為了有一些更直觀的對比，本文將選取10BASE-T1S和CANXL進行橫向對比，通過兩種總線技術分別發送相同的應用數據。

        場景一：“長報文，慢周期”，控制總線上節點數量分別為4、6、8個，每個節點發送5ms周期報文，報文Payload長度為600字節。

       場景二：與場景一在節點數量不變、整體數據量不變的情況下，“短報文，快周期”，每個節點發送1ms周期報文，報文Payload長度為120字節。

       針對以上兩個場景中發送的數據長度，可以計算出每一幀報文的發送時間，如下圖所示：

 

性能分析

• 負載率分析

       負載率是衡量總線利用率以及網絡通信壓力的重要參數，在測試場景一里，10BASE-T1S、10M CANXL以及20M CANXL的總線負載率如下圖所示：

 

       在10M速率下，由于CANXL報文中報頭的速率較低，10BASE-T1S的負載率大致是CANXL的70%左右。要注意的是，CANXL是競爭型總線，因此測試場景一下10M CANXL的負載率過高，無法保證報文時延，在設置為20M后，CANXL負載降低至可接收范圍。由此可以得出結論：運行在同等速率下，10BASE-T1S的報文效率比CANXL更高。

       在此基礎上，保留10BASE-T1S和20M CANXL，在測試場景二下進行測試，負載率的變化如下圖所示：

       可以發現，10BASE-T1S與CANXL的負載率均有所上漲，但10BASE-T1S負載率增長的幅度遠小于CANXL，因此在短報文、短周期的場景下，10BASE-T1S的負載率仍優于CANXL。

• 延時分析

       延時對比的對比內容為相同報文長度和周期下的報文最壞延時，在測試環境一下，10BASE-T1S與20M CANXL的延時對比如下：

       由上圖數據可以發現，10BASE-T1S由于PLCA機制的存在，需要排隊等待其他節點報文報送完成后才可以發送，無法進行搶占，因此所有所報的最壞延時一致，且節點數量越多，最壞延時時間越長。CANXL可以根據CANID競爭發送機會，優先級高的報文可以優先發送，因此每條報文的延時不同，但從整體延時來看，CANXL的延時雖然不穩定但仍然小于10BASE-T1S。對于盡快發送要求高的場景，CANXL表現更優。

       在測試場景2的短報文、短周期環境下，10BASE-T1S與20M CANXL的延時對比如下：

       得益于PLCA機制，10BASE-T1S在縮短報文長度后，報文發送時間變短，發送周期循環加快，報文等待時間變短，最壞延時大幅度降低。在數值上與CANXL幾乎相同，因此可以得出設計參考：在10BASE-T1S通信矩陣的設計上，較短的報文可有效降低延時。

• 抖動對比

       報文接收端最小延時和最壞延時表征了報文周期的變化范圍，經過兩個測試環境的驗證，可以得出10BASE-T1S與CANXL的抖動對比：

       表格中縱向數值為接收報文周期相對于發送報文周期的變化率，觀察圖中數據，可以發現與延時測試類似，發送長報文時，10BASE-T1S數據周期抖動較大，CANXL比10BASE-T1S抖動情況小。發送短報文時，10BASE-T1S數據周期抖動明顯降低，且略微優于CANXL。抖動驗證同樣印證了相同的結論，即在10BASE-T1S通信矩陣的設計上，較短的報文可有效降低延時。

       以上是從網絡分析的角度，在負載率、時延和抖動層面上對10BASE-T1S與CANXL兩種技術進行對比以及結果分析。在進行10BASE-T1S及CANXL總線設計時，可參考以上思路進行優化。但需要注意的是，上述網絡分析是基于簡化后的場景進行的，實際應用場景會更加復雜，需要在設計階段進行完整、全面的仿真模擬分析。更多信息參見《驅動下一代E/E架構的神經脈絡進化-10BASE-T1A》。

       經緯恒潤作為OPEN聯盟會員和AUTOSAR聯盟的高級合作伙伴，長期為國內外各大OEM和供應商提供涵蓋TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技術領域的設計和測試咨詢服務，積極研發和探索車載網絡前沿技術的工程應用。通過多個項目的實踐經驗，已建立了高質量、本土化的設計與測試一體化解決方案，為整車網絡架構提供可靠支持。

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