TSN的来源和应用

TSN（Time-Sensitive Networking，时间敏感网络）为以太网提供确定性性能，本质上是一个确定性以太网扩展集，同时也是音频视频桥接 (AVB) 的后继者。

TSN的来源

传统以太网时延往往波动较大并具有不确定性，最初以太网传输使用CSMA/CD原理，当侦测到链路有空闲的时候，你才可以进行数据的接收和发送。虽然以太网交换机进行了一些迭代，但基本原理相差不大。随着以太网应用的推广，音视频应用首先对以太网传输提出了确定性时效的需求。

想象在一个广阔的球场上东西两侧各有一个以太网连接的扬声器，扬声器中间可能经过多个交换机设备，当主持人讲话时，我们希望两个扬声器能够同时发声，而不会出现一前一后叠音的情况；进一步的，即使同个网络拓扑中还有其他应用在使用流量，我们也希望两个扬声器的效果是稳定的。

TSN是一项从视频音频数据领域延伸至工业领域、汽车领域的技术。TSN最初来源于音视频领域的应用需求，当时该技术被称为AVB，由于针对音视频网络需要较高的带宽和最大限度的实时，借助AVB能较好的传输高质量音视频。

2006 年，IEEE802.1 工作组成立 AVB 音频视频桥接任务组，并在随后的几年里成功解决了音频视频网络中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，并同时将任务组名称改为现在的：TSN任务组。TSN是以以太网为基础的新一代网络标准，具有时间同步、延时保证等确保实时性的功能。

TSN的应用

TSN使用标准以太网提供分布式时间同步和确定性通信。因此，任何需要分布式测量或控制的应用都可以从TSN中受益。客户可使用TSN进行简单的分布式同步测量、下一代计算机数控加工的改进、新型半导体加工机器以及未来的电网研究等。在其他行业的应用包括：

视频 / 音频传输

如前所述，TSN最初来源于视频领域的应用需求。传输音频和视频信息的网络需要遵守严格的时序规则。如果音频或视频分组不能按指定的时序规则到达目的地，则接收设备（例如视频屏幕或扬声器）可能会发生视频帧被丢弃、音频伪像的情况。此外，这种网络还需要可预测的延迟，保证视频和相关音频流之间的同步。另一方面，足球赛事的实况转播有很多高清的数据要通过网络传输到处理中心，对带宽的需求极大。而且为了最大限度的提供实时性，这些图像、音频必须实现高实时的传输与处理，可以想象其对带宽和实时性的需求。

音视频桥接

 

汽车驾驶

目前大多数的汽车控制系统非常复杂。比如说：刹车、引擎、悬挂等采用CAN总线。而灯光、车门、遥控等采用LIN系统。实际上，所有上述系统都可以用支持低延时且具有实时传输机制的TSN进行统一管理。可以降低给汽车和专业的A/V设备增加网络功能的成本及复杂性。

典型的汽车A / V系统

在车辆中，实时功能对于某些应用至关重要。 为确保这些实时功能可用，必须在以太网控制器中设置具有直接访问硬件资源的机制。TSN使构建可扩展的以太网网络成为可能。为此，不同的消息按照其可用性分为了不同的等级，并对其延迟和优先级进行了分类，每个消息类被分配到一个固定的带宽。此外，TSN 还支持冗余以太网系统，并且，为确保稳定的数据交换，定义了安全标准。

以太网AVB如何在汽车流媒体应用中发挥核心作用

IEEE音频 / 视频桥接工作组定义了相关机制和协议，以确保低延迟数据正常交换、并在时间上同步应用。音频 / 视频桥接（AVB）主要应用在娱乐系统。如今驾驶员辅助系统的广泛引入，要求在发送和接收行为方面有更严格的规范。因此，IEEE TSN工作组延续了AVB的工作，该工作组的重点是研究确定性数据传输机制，进一步减少以太网网络中的延迟，更加稳定和安全地传输数据。

工业物联网

工业物联网是未来TSN最广泛的一个应用，所有需要实时监控或是实时反馈的工业领域都需要TSN网络。比如：机器人工业、深海石油钻井以及银行业等等。

标准以太网的本质是一种非确定性网，但在工业领域必须要求确定性，一组数据包裹必须完整、实时、确定性的到达目的地，因此较新的TSN标准增加了中心控制、所有网络设备的时间同步以及更低的延迟等特性。为了达到尽可能低的绝对延迟，IEEE 802.1Qbv 定义了一个时间感知整形器，它可以无视定时流量门的存在。TSN消除了标准以太网由于交通 “拥堵” 导致的非确定性。

TSN除了解决以太网的不确定性问题，还正在解决工业领域总线的复杂性问题。如今工业中每种总线有着不同的物理接口、传输机制、对象字典，每种不同的技术背后都有不同的厂商在支持，难以统一。而且即使是采用了以太网来标准各个总线，仍然会在互操作层出现问题，这使得对于IT应用，如大数据分析、订单排产、能源优化等应用遇到了障碍。

TSN还可以用于支持大数据的服务器之间的数据传输。全球的工业已经入了物联网 (Internet of Things，IoT) 的时代，毫无疑问TSN是改善物联网的互联效率的最佳途径。

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