下一代工業(yè)通信—TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)），工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的助推器

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的興起和工業(yè)4.0的提出，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)師、工程師和最終用戶關(guān)注TSN（Time-Sensitive Networking，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）。TSN為以太網(wǎng)提供確定性性能，本質(zhì)上是一個(gè)確定性以太網(wǎng)擴(kuò)展集，同時(shí)也是音頻視頻橋接 (AVB) 的后繼者。那TSN到底是什么呢？在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中扮演什么角色？這些年發(fā)展的怎樣？下面扒一扒TSN的前世今生。

TSN源于何處？

TSN是一項(xiàng)從視頻音頻數(shù)據(jù)領(lǐng)域延伸至工業(yè)領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域的技術(shù)。TSN最初來(lái)源于音視頻領(lǐng)域的應(yīng)用需求，當(dāng)時(shí)該技術(shù)被稱為AVB，由于針對(duì)音視頻網(wǎng)絡(luò)需要較高的帶寬和最大限度的實(shí)時(shí)，借助AVB能較好的傳輸高質(zhì)量音視頻。

2006年，IEEE802.1工作組成立AVB音頻視頻橋接任務(wù)組，并在隨后的幾年里成功解決了音頻視頻網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步傳輸?shù)膯?wèn)題。這一點(diǎn)立刻受到來(lái)自汽車和工業(yè)等領(lǐng)域人士的關(guān)注。2012年，AVB任務(wù)組在其章程中擴(kuò)大了時(shí)間確定性以太網(wǎng)的應(yīng)用需求和適用范圍，并同時(shí)將任務(wù)組名稱改為現(xiàn)在的：TSN任務(wù)組。TSN是以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的新一代網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，具有時(shí)間同步、延時(shí)保證等確保實(shí)時(shí)性的功能。

TSN有何用武之地？

TSN使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)提供分布式時(shí)間同步和確定性通信。因此，任何需要分布式測(cè)量或控制的應(yīng)用都可以從TSN中受益?？蛻艨墒褂肨SN進(jìn)行簡(jiǎn)單的分布式同步測(cè)量、下一代計(jì)算機(jī)數(shù)控加工的改進(jìn)、新型半導(dǎo)體加工機(jī)器以及未來(lái)的電網(wǎng)研究等。在其他行業(yè)的應(yīng)用包括：

視頻/音頻傳輸
如前所述，TSN最初來(lái)源于視頻領(lǐng)域的應(yīng)用需求。傳輸音頻和視頻信息的網(wǎng)絡(luò)需要遵守嚴(yán)格的時(shí)序規(guī)則。如果音頻或視頻分組不能按指定的時(shí)序規(guī)則到達(dá)目的地，則接收設(shè)備（例如視頻屏幕或揚(yáng)聲器）可能會(huì)發(fā)生視頻幀被丟棄、音頻偽像的情況。此外，這種網(wǎng)絡(luò)還需要可預(yù)測(cè)的延遲，保證視頻和相關(guān)音頻流之間的同步。另一方面，足球賽事的實(shí)況轉(zhuǎn)播有很多高清的數(shù)據(jù)要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)教幚碇行?，?duì)帶寬的需求極大。而且為了最大限度的提供實(shí)時(shí)性，這些圖像、音頻必須實(shí)現(xiàn)高實(shí)時(shí)的傳輸與處理，可以想象其對(duì)帶寬和實(shí)時(shí)性的需求。

汽車駕駛
目前大多數(shù)的汽車控制系統(tǒng)非常復(fù)雜。比如說(shuō)：剎車、引擎、懸掛等采用CAN總線。而燈光、車門、遙控等采用LIN系統(tǒng)。娛樂(lè)系統(tǒng)更是五花八門，有FlexRay和MOST等目前的車載網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際上，所有上述系統(tǒng)都可以用支持低延時(shí)且具有實(shí)時(shí)傳輸機(jī)制的TSN進(jìn)行統(tǒng)一管理?？梢越档徒o汽車和專業(yè)的A/V設(shè)備增加網(wǎng)絡(luò)功能的成本及復(fù)雜性。

在車輛中，實(shí)時(shí)功能對(duì)于某些應(yīng)用至關(guān)重要。 為確保這些實(shí)時(shí)功能可用，必須在以太網(wǎng)控制器中設(shè)置具有直接訪問(wèn)硬件資源的機(jī)制。TSN使構(gòu)建可擴(kuò)展的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)成為可能。為此，不同的消息按照其可用性分為了不同的等級(jí)，并對(duì)其延遲和優(yōu)先級(jí)進(jìn)行了分類，每個(gè)消息類被分配到一個(gè)固定的帶寬。此外，TSN還支持冗余以太網(wǎng)系統(tǒng)，并且，為確保穩(wěn)定的數(shù)據(jù)交換，定義了安全標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE音頻/視頻橋接工作組定義了相關(guān)機(jī)制和協(xié)議，以確保低延遲數(shù)據(jù)正常交換、并在時(shí)間上同步應(yīng)用。音頻/視頻橋接（AVB）主要應(yīng)用在娛樂(lè)系統(tǒng)。如今駕駛員輔助系統(tǒng)的廣泛引入，要求在發(fā)送和接收行為方面有更嚴(yán)格的規(guī)范。因此，IEEE TSN工作組延續(xù)了AVB的工作，該工作組的重點(diǎn)是研究確定性數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，進(jìn)一步減少以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的延遲，更加穩(wěn)定和安全地傳輸數(shù)據(jù)。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)TSN最廣泛的一個(gè)應(yīng)用，所有需要實(shí)時(shí)監(jiān)控或是實(shí)時(shí)反饋的工業(yè)領(lǐng)域都需要TSN網(wǎng)絡(luò)。比如：機(jī)器人工業(yè)、深海石油鉆井以及銀行業(yè)等等。

標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的本質(zhì)是一種非確定性網(wǎng)，但在工業(yè)領(lǐng)域必須要求確定性，一組數(shù)據(jù)包裹必須完整、實(shí)時(shí)、確定性的到達(dá)目的地，因此較新的TSN標(biāo)準(zhǔn)增加了中心控制、所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的時(shí)間同步以及更低的延遲等特性。為了達(dá)到盡可能低的絕對(duì)延遲，IEEE 802.1Qbv定義了一個(gè)時(shí)間感知整形器，它可以無(wú)視定時(shí)流量門的存在。想象一下，你在曼哈頓從時(shí)代廣場(chǎng)開車到運(yùn)河街，通常需要22分鐘?，F(xiàn)在你的行程已經(jīng)計(jì)劃安排好，如果你準(zhǔn)時(shí)出發(fā)，以60英里/小時(shí)的速度行駛，那么在2.7分鐘后就能到達(dá)運(yùn)河街，TSN消除了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)由于交通“擁堵”導(dǎo)致的非確定性。

TSN除了解決以太網(wǎng)的不確定性問(wèn)題，還正在解決工業(yè)領(lǐng)域總線的復(fù)雜性問(wèn)題。如今工業(yè)中
每種總線有著不同的物理接口、傳輸機(jī)制、對(duì)象字典，每種不同的技術(shù)背后都有不同的廠商在支持，難以統(tǒng)一。而且即使是采用了以太網(wǎng)來(lái)標(biāo)準(zhǔn)各個(gè)總線，仍然會(huì)在互操作層出現(xiàn)問(wèn)題，這使得對(duì)于IT應(yīng)用，如大數(shù)據(jù)分析、訂單排產(chǎn)、能源優(yōu)化等應(yīng)用遇到了障礙。

TSN還可以用于支持大數(shù)據(jù)的服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。全球的工業(yè)已經(jīng)入了物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)的時(shí)代，毫無(wú)疑問(wèn)TSN是改善物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)效率的最佳途徑。

TSN到底是何方神圣呢？

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 通過(guò)以太網(wǎng)提供確定性性能，它的持續(xù)發(fā)展已導(dǎo)致 IEEE 802.1 和 IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生重大更新。IEEE802.3開發(fā)并維護(hù)以太網(wǎng)的PHY和MAC標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.1開發(fā)并維護(hù)Bridging(akaSwitching)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)AVB、TSN,使得以太網(wǎng)進(jìn)入硬實(shí)時(shí)領(lǐng)域應(yīng)用。

TSN是一組以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，允許通過(guò)802網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步的低延遲流服務(wù)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，TSN創(chuàng)建了分布式，同步，硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)的機(jī)制。這些系統(tǒng)使用相同的基礎(chǔ)架構(gòu)來(lái)提供實(shí)時(shí)控制并傳達(dá)所有標(biāo)準(zhǔn)IT數(shù)據(jù)，從而為控制、測(cè)量、配置、UI和文件交換基礎(chǔ)架構(gòu)的融合提供動(dòng)力。通過(guò)基于時(shí)間定義隊(duì)列，TSN可確保通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)的流量具有有限的最大延遲。這意味著標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)現(xiàn)在可以：

• 通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)保證消息延遲

• 關(guān)鍵和非關(guān)鍵流量可以在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中融合

• 更高層協(xié)議可以共享網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

• 實(shí)時(shí)控制可以遠(yuǎn)離操作區(qū)域

• 子系統(tǒng)可以更容易地集成

• 可以在不進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備更改的情況下添加組件

• 可以更快地診斷和修復(fù)網(wǎng)絡(luò)故障

TSN并非涵蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，TSN其實(shí)指的是在IEEE802.1標(biāo)準(zhǔn)框架下，基于特定應(yīng)用需求制定的一組“子標(biāo)準(zhǔn)”，旨在為以太網(wǎng)協(xié)議建立“通用”的時(shí)間敏感機(jī)制，以確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間確定性。而既然是隸屬于IEEE802.1下的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，TSN就僅僅是關(guān)于以太網(wǎng)通訊協(xié)議模型中的第二層，也就是數(shù)據(jù)鏈路層（更確切的說(shuō)是MAC層）的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。請(qǐng)注意，是一套協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，而不是一種協(xié)議，就是說(shuō)TSN將會(huì)為以太網(wǎng)協(xié)議的MAC層提供一套通用的時(shí)間敏感機(jī)制，在確保以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊的時(shí)間確定性的同時(shí)，為不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互操作提供了可能性。

TSN關(guān)鍵組件

由IEEE 802.1制定的TSN標(biāo)準(zhǔn)文檔可以分為三個(gè)基本關(guān)鍵組件。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范都可以單獨(dú)使用，并且主要是自給自足的。但是，只有在每個(gè)規(guī)范協(xié)同使用的情況下，TSN作為通信系統(tǒng)才能充分發(fā)揮其潛力。三個(gè)基本組成部分是：時(shí)間同步，調(diào)度和流量整形，通信路徑的選擇、預(yù)留和容錯(cuò)。

時(shí)間同步在這方面，“時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)”這個(gè)名稱已經(jīng)非常具有描述性。端到端（End-to-End）的傳輸延遲具有難以協(xié)商的時(shí)間界限，因此網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都需要共同的時(shí)間參考，需要彼此同步時(shí)鐘。

TSN網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間同步可以通過(guò)不同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。從理論上講，可以為每個(gè)終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配備GPS時(shí)鐘。然而，這種方法不僅昂貴，而且無(wú)法保證GPS時(shí)鐘始終接入衛(wèi)星信號(hào)。由于這些限制，TSN網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間通常從一個(gè)中央時(shí)間源直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)本身分配，也就是使用IEEE 1588精確時(shí)間協(xié)議完成。除了普遍適用的IEEE 1588規(guī)范之外，IEEE802.1委員會(huì)已經(jīng)指定了一個(gè)IEEE1588的概要文件，稱為IEEE802.1AS。此配置文件背后的想法是將大量不同的IEEE 1588選項(xiàng)縮小到可管理的幾個(gè)關(guān)鍵選項(xiàng)，這些選項(xiàng)適用于汽車或工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中得網(wǎng)絡(luò)。

調(diào)度和流量整形由于端口轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的限制，在標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)中，實(shí)時(shí)性是難以保證的。調(diào)度和流量整形允許在同一網(wǎng)絡(luò)上共存不同優(yōu)先級(jí)的流量類別，每個(gè)類別對(duì)可用帶寬和端到端延遲都有不同的要求。因此，所有參與實(shí)時(shí)通信的設(shè)備在處理和轉(zhuǎn)發(fā)通信包時(shí)需遵循相同的規(guī)則。

通信路徑的選擇，預(yù)留和容錯(cuò)，所有參與實(shí)時(shí)通信的設(shè)備在選擇通信路徑、預(yù)留帶寬和時(shí)隙方面遵循相同的規(guī)則，可以利用多條路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)故障排除，支持保護(hù)諸如安全相關(guān)的控制回路或車輛中的自動(dòng)駕駛之類的安全應(yīng)用，以防止硬件或網(wǎng)絡(luò)中的故障。

TSN的相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

AVB標(biāo)準(zhǔn)由同一工作組在IEEE開發(fā)，通過(guò)部署流量保留和整形，確保在指定的時(shí)間段內(nèi)，從發(fā)送方到接收方的網(wǎng)絡(luò)傳輸流量不會(huì)突然變化。盡管AVB標(biāo)準(zhǔn)有其自己的特性，但它缺少以太網(wǎng)中高確定性流量類所需的一些關(guān)鍵屬性。TSN的調(diào)度、搶占和冗余功能提供更確定的延遲，更高效的數(shù)據(jù)包傳輸概率，以及跨網(wǎng)絡(luò)中冗余路徑的無(wú)縫時(shí)鐘同步。

AVB Gen1功能

AVB是由IEEE 802.1時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)任務(wù)組定義的一組規(guī)范，它們共同為音頻/視頻流應(yīng)用提供低延遲，時(shí)間同步的服務(wù)。AVB規(guī)范包括：

• 流預(yù)留協(xié)議（SRP）[IEEE 802.1Qat]，

• 時(shí)間敏感應(yīng)用的時(shí)序和同步[IEEE 802.1AS]

• 時(shí)間敏感流的轉(zhuǎn)發(fā)和排隊(duì)增強(qiáng)[IEEE 802.1Qav]用于流媒體類應(yīng)用，例如汽車攝像頭和信息娛樂(lè)應(yīng)用。

IEEE 802.1AS它用于實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)鐘同步。IEEE 802.1Qat流預(yù)留協(xié)議（SRP）解決網(wǎng)絡(luò)中音視頻實(shí)時(shí)流量與普通異步數(shù)據(jù)流量之間的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。通過(guò)協(xié)商機(jī)制，在音視頻流從源設(shè)備到不同交換機(jī)再到終端設(shè)備的整個(gè)路徑上預(yù)留出所需的帶寬資源，以提供端到端（End-to-End）的服務(wù)質(zhì)量及延遲保障。IEEE 802.1Qav 是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)和隊(duì)列控制協(xié)議，為數(shù)據(jù)流發(fā)送端和交換節(jié)點(diǎn)提供一個(gè)成形的數(shù)據(jù)流服務(wù)。確保傳統(tǒng)的異步以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流量不會(huì)干擾到AVB的實(shí)時(shí)音視頻流。為了避免普通數(shù)據(jù)流量與AVB流量之間對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的競(jìng)爭(zhēng)，AVB交換機(jī)內(nèi)對(duì)時(shí)間敏感的音視頻流和普通數(shù)據(jù)流進(jìn)行了區(qū)別處理，將實(shí)時(shí)幀與異步幀分別進(jìn)行排隊(duì)，并且賦予實(shí)時(shí)幀最高的優(yōu)先級(jí)。

AVB標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)定義流預(yù)留（SR）流量類來(lái)確保服務(wù)質(zhì)量（QoS）。例如，A類提供2ms的最大延遲，而B類提供50ms的最大延遲，用于網(wǎng)絡(luò)中的七個(gè)躍點(diǎn)。汽車音頻設(shè)備可支持SR類，其觀測(cè)間隔大于AVnu聯(lián)盟起草的汽車要求的B類。

盡管有基于信用的公平隊(duì)列（CBFQ），但在最壞的情況下，由于在其他業(yè)務(wù)干擾期間沒(méi)有搶占式調(diào)度，AVB流量仍然會(huì)在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上延遲,因此還需要AVB Gen2。

TSN（AVB Gen2）功能
時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）是由IEEE 802組開發(fā)的一套標(biāo)準(zhǔn)，它提供以下功能：

• 時(shí)間敏感應(yīng)用的定時(shí)和同步，IEEE802.1ASbt

• 計(jì)劃流量的增強(qiáng)功能，IEEE802.1Qbv

• Frame Preemption，IEEE802.1Qbu

• 冗余網(wǎng)絡(luò)的路徑控制和保留，IEEE802.1Qca

• 流保留協(xié)議（SRP）增強(qiáng)功能支持IEEE802.1Qbu / IEEE802.1Qbv / IEEE802.1 Qca / IEEE802.1CB，IEEE802.1Qcc

• 無(wú)縫冗余，IEEE802.1CB

IEEE 802.1ASbt是對(duì)IEEE 802.1AS的增強(qiáng)。IEEE 802.1ASbt增加了對(duì)一步時(shí)間戳的支持，相對(duì)于IEEE 802.1AS中的兩步過(guò)程，這減少了在網(wǎng)絡(luò)中傳送定時(shí)信息的分組數(shù)量。在具有時(shí)間感知系統(tǒng)的daisy-chain網(wǎng)絡(luò)中，分組流量和計(jì)算能力的減少是有用的。IEEE 802.1ASbt通過(guò)預(yù)先選擇好備用主時(shí)鐘，并確保在發(fā)生故障時(shí)快速地切換，來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)能力。這符合工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中無(wú)縫切換（優(yōu)選零時(shí)間）的要求。

IEEE 802.1Qbv時(shí)間感知隊(duì)列通過(guò)時(shí)間感知整形器(Time Aware Shaper，TAS)使TSN交換機(jī)能夠來(lái)控制隊(duì)列流量（queued traffic），以太網(wǎng)幀被標(biāo)識(shí)并指派給基于優(yōu)先級(jí)的VLAN Tag，每個(gè)隊(duì)列在一個(gè)時(shí)間表中定義，然后這些數(shù)據(jù)隊(duì)列報(bào)文在預(yù)定時(shí)間窗口在出口執(zhí)行傳輸。其它隊(duì)列將被鎖定在規(guī)定時(shí)間窗口里。因此消除了周期性數(shù)據(jù)被非周期性數(shù)據(jù)所影響的結(jié)果。這意味著每個(gè)交換機(jī)的延遲是確定的，可知的。而在TSN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)報(bào)文延時(shí)被得到保障。

TAS介紹了一個(gè)傳輸門概念，這個(gè)門有“開”、“關(guān)”兩個(gè)狀態(tài)。當(dāng)傳輸?shù)倪x擇過(guò)程-僅選擇那些數(shù)據(jù)隊(duì)列的門是“開”狀態(tài)的信息。TAS保障時(shí)間要求嚴(yán)苛的隊(duì)列免受其它網(wǎng)絡(luò)信息的干擾，它未必帶來(lái)最佳的帶寬使用和最小通信延遲。當(dāng)優(yōu)先級(jí)非常高時(shí)，搶占機(jī)制可以被使用。

IEEE 802.1Qbv主要為那些時(shí)間嚴(yán)苛型應(yīng)用而設(shè)計(jì)，其必須確保非常低的抖動(dòng)和延時(shí)。IEEE 802.1Qbv確保了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，以及其它非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交換。

IEEE 802.1 Qbu/802.3Qbr轉(zhuǎn)發(fā)與隊(duì)列機(jī)制是IEEE以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的新補(bǔ)充，可以在信息傳輸?shù)臅r(shí)候讓高優(yōu)先級(jí)的幀打斷低優(yōu)先級(jí)的幀，最大限度地降低高優(yōu)先級(jí)信息流的延遲。在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用方面，搶占可以進(jìn)一步將不同技術(shù)的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)融合在一個(gè)以太網(wǎng)和IP的基礎(chǔ)架構(gòu)里，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作以及訂單控制生產(chǎn)。通過(guò)大幅降低低優(yōu)先級(jí)信息流對(duì)重要信息流的影響，兩種信息流可以混合在同一鏈路上。

IEEE802.1Qcc Qcc用于為TSN進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施和交換終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行即插即用能力的配置。采用集中配置模式，由1或多個(gè)CUC(集中用戶配置)和1個(gè)CNC(集中網(wǎng)絡(luò)配置)構(gòu)成。CUC制定用戶周期性時(shí)間相關(guān)的需求并傳輸過(guò)程數(shù)據(jù)到CNC，CNC計(jì)算TSN配置以滿足需求。

IEEE 802.1Qca為數(shù)據(jù)流提供顯式路徑控制，帶寬和流預(yù)留以及冗余。它通過(guò)攜帶用于時(shí)間同步和調(diào)度的信息，使用IS-IS擴(kuò)展了最短路徑橋接（SPB）的功能，以控制橋接網(wǎng)絡(luò)。它通過(guò)使用PCE（路徑計(jì)算元素）提供顯式轉(zhuǎn)發(fā)路徑控制。PCE是一個(gè)實(shí)體，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞谋硎居?jì)算出通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的路徑。IEEE 802.1CB依賴于IEEE 802.1Qca在從發(fā)送方到接收方的網(wǎng)絡(luò)中的不相交路徑上傳送消息。

IEEE802.1CB標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)在發(fā)送端復(fù)制多個(gè)不相交路徑中的分組并消除多個(gè)點(diǎn)處的重復(fù)來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，使得監(jiān)聽器僅看到一個(gè)分組。無(wú)縫冗余（IEEE802.1CB）與IEEE802.1Qca和零擁塞相結(jié)合，可在數(shù)據(jù)包傳輸中提供最佳的QoS。它使用冗余標(biāo)記（類似于VLAN標(biāo)記）中攜帶的序列編號(hào)來(lái)復(fù)制和消除網(wǎng)絡(luò)中的重復(fù)數(shù)據(jù)包。

雖然成套的TSN特性還在繼續(xù)擴(kuò)展，功能不斷改進(jìn)，但現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)提供了豐富的功能選擇，使基于標(biāo)準(zhǔn)的解決方案能夠在與傳統(tǒng)通信共存的網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)確定性，時(shí)間敏感，可靠的通信。
具體詳見https://1.ieee802.org/

圍繞TSN，都有哪些玩家呢？他們最近都在干什么呢？

TSN 不再只是一個(gè)理想化項(xiàng)目，而是已成為被行業(yè)組織認(rèn)證的廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)外有大量的組織、企業(yè)在推動(dòng)TSN發(fā)展。大量廠商正在對(duì)其進(jìn)行測(cè)試與互操作測(cè)試。

在2016年的SPS上各個(gè)廠商宣布了對(duì)OPC UA TSN的支持，包括了ABB、B&R、Bosch Rexroth、CISCO、GE、NI、KUKA、Parker、Phoenix、Schneider、SEW、TTTech等主流的自動(dòng)化與IT廠商。

2016年2月下旬，Bosch Rexroth、Schneider Electric、National Instruments和Kuka宣布他們將聯(lián)手開發(fā)全球首個(gè)TSN測(cè)試平臺(tái)。該測(cè)試平臺(tái)旨在將不同業(yè)務(wù)流量整合到以太網(wǎng)TSN網(wǎng)絡(luò)上。它將測(cè)試TSN的多供應(yīng)商互操作性，以及其安全特性、性能、延遲、與基于云的控制系統(tǒng)的集成National Instruments主持測(cè)試平臺(tái)開發(fā)工作。其高管Eric Starkloff 評(píng)論說(shuō)，TSN是“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的必要條件”，并強(qiáng)調(diào)其從專業(yè)視聽技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在的融合式確定性以太網(wǎng)，可謂進(jìn)步驚人。

2017年紐倫堡SPS展會(huì)上EPSG組織展臺(tái)展出的OPC UA TSN演示系統(tǒng)，針對(duì)200個(gè)I/O站、5個(gè)高清視頻，達(dá)到100μS的數(shù)據(jù)刷新能力。

2018年11月27日，在德國(guó)紐倫堡電氣自動(dòng)化系統(tǒng)及元器件展（SPS IPC ），CC-Link協(xié)會(huì)正式發(fā)布最新的開放式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議“CC-Link IE TSN”，宣布工業(yè)通信迎來(lái)新的變革時(shí)代。CC-Link IE TSN規(guī)范在全球率先將千兆以太網(wǎng)帶寬與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN) 相結(jié)合，在確?？刂茢?shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中與其它開放式網(wǎng)絡(luò)、以及與IT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信,實(shí)現(xiàn)“多網(wǎng)互連互通”。

結(jié)語(yǔ)

TSN的核心思維是提出了一個(gè)可互操作的系統(tǒng)，并支持多個(gè)制造商、協(xié)議和機(jī)構(gòu)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上共享，同時(shí)數(shù)據(jù)使用相同的語(yǔ)言進(jìn)行解析，不僅可得，而且可用。作為底層的通用架構(gòu)，TSN使得更多企業(yè)可以在此架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)OT和IT的融合。這種融合提高了工業(yè)設(shè)備的連接性和通用性，并且面向未來(lái)，為大數(shù)據(jù)分析、邊緣智能、新型業(yè)務(wù)提供了更快更好的發(fā)展路徑。

參考：
1.https://www.chipestimate.com/Time-Sensitive-Networking-TSN-Switching-Enabling-Convergence-of-Critical-and-Non-critical-Control-Data-Streams-on-a-Single-Network/Microsemi-Corporation/Technical-Article/2015/02/03
2.https://en.wikipedia.org/wiki/Audio_Video_Bridging
3.https://en.wikipedia.org/wiki/Time-Sensitive_Networking
4.https://www.computerworld.com.au/article/617549/growing-importance-time-sensitive-networks/
5.https://mp.weixin.qq.com/s/pcqQshTWzHe1ht5Gbm9wxA
6.https://mp.weixin.qq.com/s/UM7C3J8CSaZnrXXpN9t7_w