原创 TSN（时间敏感网络）纯干货分享

背景介绍

TSN（Time-Sensitive Networking）时间敏感网络，即在非确定性的以太网中实现确定性的最小时间延时的协议族，是IEEE 802.1工作组中的TSN工作组开发的一套协议标准，定义了以太网数据传输的时间敏感机制，为标准以太网增加了确定性和可靠性，以确保数据实时、确定和可靠地传输。

扩展介绍

2006年，IEEE 802.1工作组成立了AVB音视频桥接任务组，主要解决以太网中音频视频数据实时同步传输的问题。2012年，AVB任务组在其章程中扩大了时间确定性以太网的应用需求和适用范围，同时将任务组名称更名为：TSN工作组。

关键组件

由IEEE 802.1制定的TSN标准文档可以分为三个基本的组件类别，协调一致地工作可以完整地发挥TSN实时通信的全部功能：

时间同步

对于实时通信而言，时间在TSN网络中起着重要的作用，端到端（End-to-End）的传输延迟具有难以协商的时间界限，因此网络中的所有设备都需要共同的时间参考，需要彼此同步时钟。

TSN网络中的时间同步可以通过不同的技术实现：

GPS时钟

优点：可以提供统一的时钟信号

缺点：价格昂贵；在移动的汽车中无法保证GPS时钟始终接入卫星信号

分布式网络

TSN网络中的时间通常从一个中央时间源直接通过网络本身分配，也就是使用IEEE 1588精确时间协议完成。

 扩展介绍

IEEE 1588是一个比较大的普适协议规范，IEEE 802.1的TSN工作组将IEEE 1588配置文件中适用于汽车或工业自动化网络相关的选型提取出来组成IEEE 802.1AS。

调度和流量整形

由于端口转发机制的限制，在标准的以太网中，实时性是难以保证的。调度和流量整形允许在同一网络上共存不同优先级的不同流量类别，每个类别对可用带宽和端到端延迟都有不同的要求。所有参与实时通信的设备在处理和转发通信包时遵循相同的规则。

通信路径的选择、预留和容错

所有参与实时通信的设备在选择通信路径、预留带宽和时隙方面遵循相同的规则，可以利用多条路径来实现故障排除，支持保护诸如安全相关的控制回路或车辆中的自动驾驶之类的安全应用，以防止硬件或网络中的故障。

常用TSN协议说明

IEEE 802.1AS-rev

确保连接在网络中各个设备节点的时钟同步，并达到微秒级甚至纳秒级的精度误差。

IEEE 802.1Qat

解决网络中音视频实时流量与普通异步数据流量之间的竞争问题。通过协商机制，在音视频流从源设备到不同交换机再到终端设备的整个路径上预留出所需的带宽资源，以提供端到端（End-to-End）的服务质量及延迟保障。

IEEE 802.1Qav 

确保传统的异步以太网数据流量不会干扰到AVB的实时音视频流。为了避免普通数据流量与AVB流量之间对网络资源的竞争，AVB交换机内对时间敏感的音视频流和普通数据流进行了区别处理，将实时帧与异步帧分别进行排队，并且赋予实时帧最高的优先级。

IEEE 802.1Qbv

通过Time Aware Shaper为优先级较高的时间敏感型关键数据分配特定的时间槽，并且在规定的时间节点，网络中所有节点都必须优先确保重要数据帧的通过。

IEEE 802.1Qbu

可以中断标准以太网或巨型帧的传输，以允许高优先级帧的传输，同时不丢弃之前传输被中断的消息。

已发布的标准(Published TSN Standards)

部分继承AVB的标准(Referred to AVB standards)

即将发布的标准(Ongoing TSN Projects)

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