TSN优势及技术发展历程回顾

新技术发展，TSN 推动端到端落地。

1、TSN：具有确定性时延以及多协议传输能力

时间敏感网络(Time Sensitive Networking，TSN) ，是基于标准以太网架构演 进的新一代网络技术，它以传统以太网为网络基础，通过时钟同步、数据调度、 网络配置等机制，提供确定性数据传输能力的数据链路层协议规范。与传统以太 网相比，TSN 能够提供微秒级确定性服务，降低整个通信网络复杂度，实现信息 技术 (IT)与运营技术(OT)融合，其具有精准的时钟同步能力、确定性流量调度能 力，以及智能开放的运维管理架构，可以保证多种业务流量的共网高质量传输， 兼具性能及成本优势，是未来网络的发展趋势。

TSN 的出现主要解决了五大问题： 1）流量传输不确定性：传统以太网采用“尽力而为”的传输方式，导致其在传 输数据的延时波动较大，且具有极高的不确定性，与商业互联网领域对网络拥堵 的态度不同，工业、汽车医疗等领域一旦出现严重网络问题则有可能导致致命后 果或巨大经济损失，因此上述等领域对网络卡顿、延时容忍度极低，TSN 的出现 为解决上述领域的应用问题提供了可行的解决方案，并衍生出了多种协议，为工 业、车载等领域提供了多样的选择。 2）时间同步：具有精准的时钟同步能力在对时间敏感的领域有广阔的应用空间。 3）通信协议不统一：在网络架构中通常不同的设备会使用不同的通信协议，而 不同的通信协议之间难以实现直接的互联互通，TSN 旨在提升以太网的性能，使 其更具备确定性、鲁棒性、可靠性，通过 IEEE802 网络保证数据包的延迟、抖 动、丢包，实现不同设备产生的数据流量的统一承载。 4）网络的动态配置：大多数网络的配置需要在网络停止运行期间进行，这对于 工业控制等应用来说难以实现。TSN 通过 IEEE 802.1Qcc 引入集中网络控制 器（centr alized network configuration，CNC）和集中用户控制器（centralized user configuration， CUC）来实现网络的动态配置，在网络运行时灵活地配置 新的设备和数据流。 5）安全：TSN 利用 IEEE 802.1Qci 对输入交换机的数据进行筛选和管控， 对不符合规范的数据帧进行阻拦，能及时隔断外来入侵数据，实时保护网络的安 全，也能与其他安全协议协同使用，进一步提升网络的安全性能。

2、TSN 发展历史：不断提高确定性

时间敏感网络（TSN），工业、车载互联等领域实现低延时、高确定性的信息传 输方法之一。TSN 技术发展主要经历了三个阶段：

1）传统以太网阶段

以太网最早于上世纪 80 年代开始被逐渐引入办公领域，并由于 10Mbps 的 高吞吐量而迅速实现普及。以太网使用串行方式传输数据，带宽有多个设备 共享，采用“Best Effort”的转发机制也使得在以太网在处理数据转发工作 时采用尽可能发送更多的数据而并不考虑数据的优先级，在大量数据需要转 发时会导致网络拥堵，从本质上缺乏确定性和实时性，虽然传统二层网络已 经引入了优先级机制，三层网络也已内置了服务质量（quality of service， QoS）机制，但实时流量和传统 TCP 流量的资源竞争导致时延和抖动过多， 致使传统的以太网不能满足实时数据的传输需求。

2）AVB 阶段

与传统以太网相比，AVB 拥有确定性延时的优势。AVB 全称音视频桥接技 术，一般用于汽车多媒体设备之间的信息传输。AVB 工作组致力于解决音频 视频数据在以太网介质上传输时的时延较高、抖动较大、传输不确定等问题。 由于多媒体应用场景下视频与音频、字幕等信息有较高的时间同步要求，因 此传统的以太网在音视频应用场景下有较高的不确定性。AVB 在以太网的基 础上通过引入传输时间策略，保证了各项数据上的时间上的同步。

3）TSN 阶段

工业与汽车领域对实时以太网的需求快速增长刺激 TSN 技术的发展。美国 汽车工程师协会以 TTEthernet 为基础推出了 AS6802 标准，该标准将传统 以太网“Best Effort”传输方式所具备的灵活性与时间敏感的实时性、确定 性等特点相结合，具有支持不同类型的应用的能力。IEEE 受到 AS6802 标 准推出的刺激，在 2012 年正式将 AVB 任务组改名为 TSN 工作组，在原 AVB 技术的基础上继续针对车载、专业音频、工业自动化以及移动通信等领域进 行了实时通信、时钟同步、低延时、高质量的信息传输进行了一系列的开发。详细来讲，TSN 具有以下目标：针对交换网络的报文时延得到保障；时间敏 感数据流和非时间敏感数据流可以混合传输，并且非时间敏感数据流的传输 不会影响时间敏感数据流的传输时延；多种高层协议可以共享网络基础设施， 即多种协议的负载可以同时在网络中传输；网络错误可以通过在源头获得精 确的信息，从而快速地确诊和修复。

当前 TSN 已逐渐发展成为了被行业组织认证的广泛使用的标准。当前国内外已 经有众多组织以及企业在积极推动 TSN 的发展，包括 ABB、B&R、Bosch Rexroth、 CISCO、GE、NI、KUKA、Parker、Phoenix、Schneider、SEW、TTTech 等 主流的自动化与 IT 厂商以及 EPSG、CC-Link 等协会也在积极参与 TSN 网络的 发展。