一文带你深度了解TSN-时间敏感型网络

近来，在工业通讯领域，TSN(Time Sensitive Network)时间敏感型网络越来越被人所熟知，比起现场总线与实时以太网，因其调度机制的原因，可以允许获得更高的实时响应能力。

和目前主流的实时以太网相比，TSN显然性能更高，据贝加莱总部测试数据显示，高了18倍的整体性能。

TSN(Time Sensitive Network)

所谓的时间敏感网络（TSN：Time Sensitive Networking ）指的是IEEE802.1工作组中的TSN任务组正在开发的一套协议标准。该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，以确保以太网能够为关键数据的传输提供稳定一致的服务级别。

TSN本身是一系列的标准，它包含了时钟同步、数据调度与网络配置三个方面的关键标准，TSN仅指数据链路层的标准。

它可以采用IEEE802.3的以太网或IEEE802.3cg的标准网络来实现物理层，而数据链路层采用了桥接网络，以及不同的数据流调度的策略，也就是Shaper-整形器，比如CBS基于信用的整形器、Qbv-时间感知整形器TAS、CQF-周期性排队与转发、ATS-异步传输整形器。

起源

通用以太网技术的出现解决了许多设备共享网络基础设施和数据连接的问题，但因为是以非同步方式工作的，网络中任何设备都可以随时发送数据，因此在数据的传输时间上既不精准也不确定，而且在广播或视频等大规模数据的传输中，也会因网络负载的增加而导致通讯的延迟甚至瘫痪。所以通用以太网技术并没有很好的实现设备之间实时、确定和可靠的数据传输。

工业制造领域较早意识到这一情况，然后从上世纪末开始，业内多家协议组织开发出各自的实时工业以太网协议，并将其应用到工业制造现场。但因为每一家的标准不尽相同，所以“标准”并不“标准”。

在工业制造领域需要一种具备时间确定性的通用以太网技术。除了工业制造行业，在音频、视频领域或汽车行业，多通道数据的同步传输也需要有一种可靠的、具备时间确定性的网络通讯技术，以帮助简化复杂系统中的线路敷设。

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。

这一点立刻受到来自汽车和工业等领域人士的关注。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。

所以，TSN其实指的是在IEEE802.1标准框架下，基于特定应用需求制定的一组“子标准”，旨在为以太网协议建立“通用”的时间敏感机制，以确保网络数据传输的时间确定性。

发展

1、EtherCAT组织发表了关于TSN技术的白皮书；

2、Beckhoff发布了其首款TSN桥接通讯模块EK1000；

3、NI发布了多款集成TSN技术的控制器，如：CompactDAQ、CompactRIO...等；4、PI组织宣布将会在新的ProfiNet协议中使用TSN技术，并计划在2019年中发布该协议或相关产品；

5、SERCOS在SPSIPCDrive上展示了由TSN交换机桥接组成的Rexroth运动控制系统；

6、B&R在2017年SPS发布了TSN产品；

7、SIEMENS在2018年汉诺威展发布了Profinet over TSN的产品；

8、2019年三菱发布了CC-Link IE TSN产品；

9、华为、TTTech、CISCO、MOXA、赫斯曼等厂商也发布了TSN交换机产品；

10、在模块领域，国讯芯微即将发布的边缘智能全栈模块NOM-R002将会率先支持TSN。

TSN现在想要大量应用不切实际，毕竟现场总线从开始到发展到顶峰实际上也经历了30年的时间，如果放眼整个产业的发展，TSN从2015年发展到今天已经算是非常快的速度了。

可解决的问题

TSN可以解决大量的物联网应用，特别是在音视频同步、ADAS、AR/VR、机器视觉等场景领域当中。毕竟想要让连接变得更为广泛，则需要更大的网络容量传输能力，TSN最适合不过。

与5G的关系

为了将工业设备（工业传感器/执行器）以无线方式连接到TSN网络，5G是非常合适的解决方案。与4G相比，5G的新功能，尤其是无线接入网络（RAN），提供了更好的可靠性和传输延迟。

而且，新的5G系统架构允许被灵活地部署。因此，5G可以实现不受电缆安装限制的TSN网络。

为了在5G系统上支持TSN服务， 需要进一步增强无线接入网络和核心网络。主要挑战是“实现TSN和5G网络的互通”。

未来

因为TSN提供了市面上更低成本的网络接口，所以可以知道它将更适用于广泛的市场，根据预测，未来利用TSN应用市场规模将远超工业以太网解决方案市场。相较于以前的工业以太网，其技术优势是可扩展性，而且它还更好的优化拓扑结构，因为现在可以针对各个不同的区段选择与之相适应的数据速率。

统一的网络基础设施还有助于相关人员完成建立和维护网络的任务，因为通过TSN，解决方案现在可以用于自动化以外的其它领域，如建筑、工厂自动化以及能源分配等。

未来，TSN的发展将会越来越广泛，这是毋庸置疑的。

文章来源: https://www.toutiao.com/group/6703300090666156548/