IEEE 802.1Qch — TSN 스택의 Cyclic Queuing & Forwarding(CQF) 표준. Bridge 내부에 Even/Odd 두 개의 사이클 큐를 두고 프레임을 한 사이클 이상 보관한 뒤 다음 사이클에 전달하는 구조로, 네트워크 토폴로지와 무관하게 결정론적 지연을 보장한다. TAS와 달리 중앙 제어기(Central Controller) 가 불필요하다.
목표
- 알려진 지연(Known Latencies) 보장 — 네트워크 토폴로지와 독립적.
- 완전한 결정론적 지연(completely deterministic delays) — 모든 스트림에 대해.
- 스케줄링 시스템 단순화 — Bridge 내부에서 자체 관리.
핵심 동작 원리
Even/Odd Cycle 접근
Bridge 내부에 홀수 사이클 큐와 짝수 사이클 큐 두 개를 유지.
- 현재 사이클이 even이면 even 큐의 프레임이 송출, odd 큐는 수신 대기.
- 다음 사이클이 odd이면 역할 교체 — 직전 even에서 수집된 프레임이 송출.
- 프레임은 최소 한 사이클 동안 보관 후에 다음 hop으로 전달.
- 입력 포트와 출력 포트 모두에 회전 스케줄(rotating schedule) 정의.
사이클 단위 전송 보장
- High Priority (HP) 프레임이 특정 사이클(even 또는 odd)에 스케줄되면, 다음 사이클에 다음 Bridge가 수신하도록 스케줄.
- Worst-case HP 프레임 지연 = .
- 프레임의 네트워크 통과 지연은 cycle time × hop 수로 완전히 특성화.
- 지연은 토폴로지 파라미터와 비-TSN 트래픽에 완전히 독립.
지연 모델
- 한 hop당 2 × cycle time이 최악 — 보통의 경우보다 worst case에 가까운 동작을 상시 유지.
- 이는 결정론의 대가: 평균 지연이 다소 증가하는 대신 최악/평균 편차가 거의 없음.
다른 TSN 표준과의 결합
IEEE 802.1Qbu(Preemption)과 결합
- CQF cycle time을 최대 프레임 전송 시간에서 최소 프레임 조각 + TSN 트래픽 전송 시간으로 단축.
- Preemption으로 비-TSN 프레임의 영향을 사이클 수준에서 제거 가능.
IEEE 802.1Qci (Ingress Policing)과 결합
- 입구에서 악성·오동작 스트림 차단 → CQF가 신뢰 가능한 입력만 처리.
IEEE 802.1Qbv(TAS)과 결합
- TAS가 출력 게이트를 스케줄 → CQF가 사이클 단위 전달 보장.
- Qci + Qch + Qbv 3자 결합 시 모든 프레임이 결정론적 지연 내에서 할당된 사이클 시간 안에 전송되도록 보장.
TAS vs CQF
| 항목 | TAS | CQF (802.1Qch) |
|---|---|---|
| 스케줄링 주체 | 네트워크 전역 시간 스케줄 (중앙 관리) | Bridge 로컬 사이클 (자체 관리) |
| 시간 기준 | IEEE 802.1AS gPTP 전체 동기 | 사이클 단위 교대 |
| 지연 보장 방식 | 각 경로에 시간 예약 | |
| 토폴로지 의존성 | 스케줄 계산에 반영 | 독립 |
| Central Controller | 일반적으로 필요 (경로별 스케줄 계산) | 불필요 |
차량 적용 관점
- 토폴로지 독립성: Zonal 아키텍처에서 다양한 Zone 연결 구성에도 예측 가능한 지연 유지.
- Central Controller 불필요: 런타임 스케줄 재계산 부담이 작아 대규모 네트워크 확장에 유리.
- 평균 지연 증가 감수: 실시간 제어 중에서도 결정성이 최우선인 구간에 적합.