時間敏感型網絡（TSN）技術綜述——最系統(tǒng)最全面的TSN技術解讀

0 引言

　　隨著信息技術（informationtechnology,IT）與運營技術（operation technology,OT）的不斷融合，對于統(tǒng)一網絡架構的需求變得迫切。智能制造、工業(yè)物聯網、大數據的發(fā)展，都使得這一融合變得更為緊迫。而IT與OT對于通信的不同需求也導致了在很長一段時間，融合這兩個領域出現了很大的障礙：互聯網與信息化領域的數據需要更大的帶寬，而對于工業(yè)而言，實時性與確定性則是問題的關鍵。這些數據通常無法在同一網絡中傳輸。因此，尋找一個統(tǒng)一的解決方案已成為產業(yè)融合的必然需求。

　　時間敏感型網絡（timesensitive network，TSN）是目前國際產業(yè)界正在積極推動的全新工業(yè)通信技術。時間敏感型網絡允許周期性與非周期性數據在同一網絡中傳輸，使得標準以太網具有確定性傳輸的優(yōu)勢，并通過廠商獨立的標準化進程，已成為廣泛聚焦的關鍵技術。目前，IEEE、IEC等組織均在制定基于TSN的工業(yè)應用網絡的底層互操作性標準與規(guī)范[1]。

1 實時通信技術的發(fā)展及需求

1.1總線時代

　　早在20世紀70年代，隨著可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）的產生，為了分布式控制所需的總線也誕生。至今，總線技術已經發(fā)展了近50年，各始創(chuàng)公司開發(fā)了多種總線，其在介質、信號電平、校驗方式、物理接口、波特率等多個指標方面都有不同。20世紀90年代，隨著競爭的加劇，各公司在IEC爭取主導地位，產生了“總線之爭”。IEC因此產生了多達18個總線標準，對訪問造成很大障礙。

1.2 實時以太網階段

　　進入21世紀，隨著標準以太網成本的下降，總線開始進入基于以太網的實時網絡時代。2001年，貝加萊推出了工業(yè)應用的Ethernet POWERLINK；2003年，在Profibus基礎上，Siemens開發(fā)了PROFINET，Rockwell、 ABB開發(fā)了基于DeviceNet應用層協議的Ethernet/IP，Beckhoff開發(fā)了EtherCAT，Rexroth開發(fā)了基于SERCOS的SERCOSIII。這些網絡均采用了標準以太網介質，即在物理層和數據鏈路層統(tǒng)一了標準，而在應用層仍然保持原有的應用層，旨在保護用戶的軟件資產投入。

1.3 在智能時代的網絡融合需求

　　2014年以后，隨著工業(yè)4.0的提出，工業(yè)物聯網、智能制造的需求逐漸變得迫切，對于連接的需求產生了變化。傳統(tǒng)的以太網通常不支持交換機網絡（考慮到延時，通常采用HUB的透傳方式），其輪詢機制（如Profinet、POWERLINK、Ethernet/IP）或集束幀技術（如EtherCAT、SERCOSIII）使得標準以太網和實時以太網無法在同一網絡中進行數據的傳輸。但是，對于邊緣計算、工業(yè)物聯網、智能制造的全局優(yōu)化而言，制造現場控制所需的實時性數據和生產管理與優(yōu)化層所需的非實時性數據要通過統(tǒng)一網絡進行集中，在統(tǒng)一的數據平臺進行數據處理與分析，并能夠下發(fā)到各個控制器執(zhí)行；而一些全局優(yōu)化的工作并不需要通過層級的控制器，而是希望直接到邊緣側或者云端。這使得同一網絡的需求變得迫切。另外，對于制造業(yè)的終端用戶而言，生產系統(tǒng)往往由來自不同企業(yè)的設備與系統(tǒng)構成，必須有統(tǒng)一的網絡與協議規(guī)范。因此，獨立于廠商的總線在智能時代變得更為必要。

　　工業(yè)通信技術的發(fā)展過程如圖1所示[2]。

　　圖1 工業(yè)通信技術的發(fā)展過程

2 TSN的簡要發(fā)展

　　TSN本身并非是一項全新的技術。IEEE于2002年發(fā)布了IEEE 1588[3]精確時鐘同步協議。2005年，IEEE 802.1成立了IEEE 802.1AVB工作組，開始制定基于以太網架構的音頻/視頻傳輸協議集，用于解決數據在以太網中的實時性、低延時以及流量整形的標準，同時又確保與以太網的兼容性。AVB引起了汽車工業(yè)、工業(yè)領域的技術組織及企業(yè)的關注。其成立了TSN工作組，進而開發(fā)了時鐘同步、流量調度、網絡配置系列標準集。在這個過程中，由AVnu、IIC、OPC UA基金會等組織共同積極推進TSN技術的標準。工業(yè)領域的企業(yè)（包括B&R、TTTech、SEW、Schneider等）著手為工業(yè)領域的嚴格時間任務制定整形器，成立了整形器工作組，并于2016年9月在維也納召開了第一次整形器工作組會議。然后，有更多的企業(yè)和組織（包括德國工業(yè)4.0組織LNI、美國工業(yè)互聯網組織IIC、中國的邊緣計算產業(yè)聯盟ECC、工業(yè)互聯網產業(yè)聯盟AII等）加入TSN技術的研究，并構建了多個測試床。2019年，IEC與IEEE合作成立IEC 60802工作組，并在日本召開了第一次工作組會議，以便工業(yè)領域的TSN開發(fā)可以實現底層的互操作。同時，在OPC UA基金會也成立了(field level communication,FLC)工作組，將TSN技術與OPC UA規(guī)范融合，以提供適用于智能制造、工業(yè)互聯網領域的高帶寬、低延時、語義互操作的工業(yè)通信架構。

　　圖2簡要說明了IEEE組織TSN相關標準的發(fā)布過程[4]。其中，IEEE802.1Qat[5]是早期的網絡配置方法，而IEEE 802.1Qcc[6]則是其增強版，于2018年底發(fā)布。

　　圖2 TSN相關標準的發(fā)布過程

3 TSN基本概念

　　TSN由一系列技術標準構成。其主要分為時鐘同步、數據流調度策略（即整形器）以及TSN網絡與用戶配置三個部分相關標準。

3.1 VLAN技術

　　按照網絡架構，網絡通常分為標準以太網、確定性以太網。TSN實現了混合網絡的數據傳輸能力，滿足標準以太網的分布式對等架構、確定性網絡所采用的輪詢/集束幀技術各自的存在的要求，并使得網絡能夠發(fā)揮各自的優(yōu)勢功能。TSN基于IEEE 802.1Q[7]的虛擬局域網（virtual local area network，VLAN）和優(yōu)先級標準。IEEE802.1Q支持服務質量(quality of service，QoS)。QoS是一種基礎網絡技術，用于為網絡通信提供更好的服務。它是一種網絡安全機制，用于解決網絡延時與擁塞的問題。最初的Internet并未設計QoS機制。為滿足用戶不同應用的服務質量需求，需要網絡能夠根據用戶需求進行配置與資源調度。IEEE 802.1Q標準是一種包含了QoS機制的網絡，能夠提供網絡性能的可預知性，并有效分配網絡帶寬，以便合理利用資源。

3.1.1 TSN

　　TSN是IEEE 802.1Q標準的VLAN。該標準在標準以太網幀中插入4個字節(jié)用于定義其特征。TSN的標簽位定義[8]如圖3所示。

　　圖3 TSN的標簽位定義

　?、贅撕瀰f議識別:網絡類型識別，代表這是一個TSN網絡，標記0X8100。

　　②優(yōu)先級代碼（prioritycode point，PCP）由3位代碼構成。

　　③丟棄標志位：對于網絡低QoS要求的數據，可以丟棄，以確保高優(yōu)先級數據的QoS。

　　④VLANIdentifier（VID）：VLAN網絡的識別號，12位表示可支持的子網數量，2的12次方即4 096，VID＝0 用于識別幀優(yōu)先級,4 095(FFF)作為預留值。所以，VID最多可以表示4 094個子網。這表明TSN是為了大型的數據傳輸而設計的。

3.1.2 優(yōu)先級的定義

　　TSN有一個服務等級(class of service,CoS)的概念。對TSN網絡而言，不同優(yōu)先級的服務對應圖3中的PCP碼。3位PCP碼定義了0（最低）～7(最高）這8個優(yōu)先級，傳輸類型分別對應

　　基礎、最大努力、卓越努力、嚴苛應用、延時和抖動小于100 ms的視頻、延時和抖動小于10 ms的音頻、內部網絡控制、網絡控制。其會對網絡場景進行不同的匹配，是后續(xù)調度、配置設計中會考慮到的數據流調度因素。

3.2 TSN在ISO/OSI模型中的位置

　　TSN在IEEE 802.1Q僅指ISO/OSI參考模型的第二層數據鏈路層的標準。TSN在七層架構中的位置[9]如圖4所示。

　　圖4 TSN在七層架構中的位置

3.3 精確時鐘同步與延時計算

　　對于通信、工業(yè)控制等領域而言，所有的任務都是基于時間基準的。因此，精確時鐘同步是基礎的標準。TSN首先要解決網絡中的時鐘同步與延時計算問題，以確保整個網絡的任務調度具有高度一致性。

3.3.1 時鐘同步機制

　　TSN標準由IEEE 802.1AS[10]和為工業(yè)所開發(fā)的升級版IEEE 802.1AS-rev[11]構成。

　　IEEE 802.1AS是基于IEEE 1588 V2精確時鐘同步協議發(fā)展的，稱為gPTP-廣義時鐘同步協議。gPTP是一個分布式主從結構，它對所有gPTP網絡中的時鐘與主時鐘進行同步。首先由最佳主時鐘算法（best clock master algrothms，BCMA）建立主次關系，分別稱為主時鐘（clock master,CM）和從時鐘(clock slave,CS)。每個gPTP節(jié)點會運行一個gPTP Engine。IEEE1588所采用的PTP是由網絡的L3和L4層的IP網絡傳輸，通過IPv4或IPv6的多播或單播進行分發(fā)時鐘信息。而gPTP則是嵌入在MAC層硬件中，只在L2工作，直接對數據幀插入時間信息，并隨著數據幀傳輸到網絡每個節(jié)點。

　　gPTP應用快速生成樹協議（papid spanning tree protocol，RSTP）。這是一種網絡中的節(jié)點路徑規(guī)劃，網絡配置后生成一個最優(yōu)路徑。其由TSN橋接節(jié)點計算并以表格形式分發(fā)給每個終端節(jié)點存儲。當一個TSN節(jié)點要發(fā)送數據時，它會先檢查這個表格，計算最短路徑，整個網絡以最短路徑傳送至需要接收的節(jié)點。IEEE 802.1AS的時鐘結構[2]如圖5所示。

　　圖5 IEEE802.1AS的時鐘結構

　　圖5中，最左下方的802.1AS端點從上游CM接收時間信息。該時間信息包括從GM到上游CM的累計時間。對于全雙工以太網LAN，計算本地CS和直接CM對等體之間的路徑延時測量并用于校正接收時間。在調整（校正）接收時間后，本地時鐘應與gPTP域的GM時鐘同步。SN網絡也支持交叉通信，每個節(jié)點都會有RSTP所給出的路徑表。

　　802.1AS的核心在于時間戳機制（Timestamping）。PTP消息在進出具備802.1AS功能的端口時，會根據協議觸發(fā)對本地實時時鐘（real time clock,RTC）采樣，并將自己的RTC值與來自該端口相對應的CM信息進行比較；利用路徑延時測算和補償技術，將RTC時鐘值匹配到PTP域的時間。當PTP同步機制覆蓋整個AVB局域網，各網絡節(jié)點設備間就可以通過周期性的PTP消息的交換,精確地實現時鐘調整和頻率匹配算法。最終，所有的PTP節(jié)點都將同步到相同的“掛鐘”（Wall Clock）時間，即主節(jié)點時間。在最大7跳的網絡環(huán)境中，理論上PTP能夠保證時鐘同步誤差在1 μs以內。

　　IEEE 802.1AS-rev則是一種多主時鐘體系，主要優(yōu)勢是支持新的連接類型（如WiFi）、改善冗余路徑的支持能力、增強了時間感知網絡的主時鐘切換時間等性能。當有一個GrandMaster宕機時，其可確?？焖偾袚Q到一個新的主時鐘，以便實現高可用性系統(tǒng)。對于車載系統(tǒng)而言，采用IEEE 802.1AS即可；而對于工業(yè)領域則考慮高可用性，采用AS-Rev版本。

3.3.2 TSN網絡中的延時測量方法

　　對于網絡時鐘而言，其時鐘同步精度主要取決于駐留時間（residence time）和鏈路延時（link latency）。

　　在gPTP中，時間同步的過程與IEEEStd 1588-2008采用相同的方式：主時鐘發(fā)送同步時間信息給所有直接與其連接的時間感知系統(tǒng)。這些時間感知系統(tǒng)在收到這個同步時間信息后必須通過加上信息從主時鐘傳播到本節(jié)點的傳輸時間來修正同步時間信息。如果這個時間感知系統(tǒng)是一個時間感知網橋，則它必須向與它連接的其他時間感知系統(tǒng)轉發(fā)修正后的同步時間信息（包含額外的轉發(fā)過程的延時）。

　　數據傳輸過程中的延時[12]如圖6所示。這些延時可以被精確計算。

　　圖6 數據傳輸過程中的延時

　　為了保證上述過程正常工作，整個過程中有兩個時間間隔必須精確已知：①轉發(fā)延時（駐留時間）；②同步時間信息在兩個時間感知系統(tǒng)之間的傳輸路徑的延時。駐留時間是在時間感知網橋內部測量的，比較簡單；而傳輸路徑上的延時則取決于諸多因素，包括介質相關屬性和路徑長度等。

　　對于每一類型的局域網或傳輸路徑，有不同的方法來測量傳播時間。但這些方法都基于同一原理：測量從一個設備發(fā)送某個消息的時間以及另一個設備接收到此消息的時間，然后以相反方向發(fā)送另一個消息，并執(zhí)行相同的測量。

　　在這個過程中，可以計算Pdelay：

　?。?）

　　

　　其比率r為：

　　

　?。?）

　　網絡的延時測量原理[13-14]如圖7所示。

　?。╝） 1步法

　?。╞） 2步法

　　圖7 網絡的延時測量原理圖

　　Fig.7Schematic diagram of network delay measurement

　　由圖7可知，網絡的延時測量有1步法和2步法兩種。因為在這個網絡中可能有一個節(jié)點無法提供準確的時鐘。對于時間感知型節(jié)點而言，由于時間信息是隨著數據載荷發(fā)送的，因此每個節(jié)點都會帶有時間信息。而對于有一些非時間感知網絡，則需要在發(fā)送數據幀后再向另一個節(jié)點發(fā)送一個發(fā)送的時間信息。因此，IEEE 802.1AS-Rev增強了對1步法的支持，使得實時性得以提高。

3.4 網絡傳輸過程

　　對于TSN而言，其數據調度機制是關鍵。TSN中數據的傳輸過程[15]如圖8所示。網絡數據通過接收端口，進行幀濾波、流量計量、幀排隊。在傳輸選擇部分,TSN的調度機制將發(fā)揮作用。IEEE 802.1Q工作組定義了不同的整形器(Shaper)機制來實現這些調度。它是一種傳輸選擇算法（transmission selection algorithm，TSA）。每種算法對應一種調度機制，適用于不同的應用場景。

　　TSN網絡中數據的傳輸過程如圖8所示。

　　圖8 TSN中數據的傳輸過程

3.5 流預留協議

　　從圖8可以看到，網絡存在濾波數據庫、傳輸端口狀態(tài)監(jiān)測、隊列管理。這些都用于解決網絡資源分配與調度問題。而IEEE 802.1Qat所采用的流預留協議（stream reservation protocol，SRP）機制是一個對TSN進行配置的標準。其在2010年SRP標準化成為IEEE802.1Qat，并入IEEE 802.1Q-2011標準中。SRP定義了OSI模型第2層的流概念。

　　SRP的工作在于建立AVB域、注冊流路徑、制定AVB轉發(fā)規(guī)則、計算延時最差情況、為AVB流分配帶寬。SRP在于讓網絡中的發(fā)言者（Talker）用合適的網絡資源將數據發(fā)送給聽者（Listener）,并在網絡中傳播這些信息。而在終端節(jié)點之間的網橋則維護一個發(fā)言者對一個或多個聽者注冊的相同數據流的路徑帶寬等資源的需求記錄。SRP是在原有IEEE 802.1Qak-MRP多注冊協議之上的一個實現。SRP標準則提供了一個新的多協議注冊協議（multiple multicast registration protocol，MMRP）來管理相關流帶寬服務的屬性，MSRP、MVRP、MMRP提供了整個SRP協議的網絡信號處理過程。關于SRP機制，可以參考AVnu的SRP文檔[16]。

4 流控制相關標準

　　對于TSN而言，數據流的管理標準由一系列主要方式構成。通用網絡通常遵循嚴格優(yōu)先級的方式，而TSN則為這種缺乏傳輸確定性的機制引入了新的網絡調度、整形方法，并根據不同的應用場景需求提出了多種不同的整形器（Shaper）。這也是整個TSN的核心調度機制。

4.1 基于信用的整形器機制

　　IEEE 802.1Qav定義了時間敏感流轉發(fā)與排隊（forwarding and queuing for time-sensitive streams，FQTSS）的數據敏感性轉發(fā)機制，并成為了IEEE 802.1Q的標準。作為一個主要對于傳統(tǒng)以太網排隊轉發(fā)機制的增強標準，最初它的開發(fā)主要用于限制A/V信息緩沖。增強的突發(fā)多媒體數據流會導致較大的緩沖擁堵，并產生丟包。丟包會產生重新發(fā)包，使得服務體驗下降。它采用了基于信用的整形器（credit-based shaper,CBS），以應對數據突發(fā)和聚集，可限制爆發(fā)的信息。

　　CBS的工作隊列時序[17]如圖9所示。

　　圖9 CBS的工作隊列時序圖

　　CBS將隊列分為Class A（Tight delay bound）和Class B(Loose delay bound)。如果沒有數據傳輸，隊列的信用設置為0，A隊列的信用非負時可以傳輸。如果有數據傳輸，其信用將按照SendSlope下降，而另一個隊列則IdelSlope速度上升，idleSlope是實際帶寬（bit/s），而SendSlope是端口傳輸率，由MAC服務支持。

　　CBS控制每個隊列最大數據流不超過配置的帶寬限制（75%最大帶寬）。CBS和SRP融合，可以提供250 μs/橋的延時。整體來說，IEEE802.1Qav以太網保證在7個跳轉（hop）最差2 ms Class A和50 ms Class B延時。

　　當然，這個延時對于工業(yè)應用來說是不能接受的。為了獲取更好的QoS，IEEE 802.1TSN TG又進一步開發(fā)了Qbv時間感知整形器、Qbu搶占式MAC等機制。

4.2 時間感知整形器機制

　　時間感知整形器（Time Awareness Shaper，TAS）是為了更低的時間粒度、更為嚴苛的工業(yè)控制類應用而設計的調度機制，目前被工業(yè)自動化領域的企業(yè)所采用。TAS由IEEE 802.1Qbv定義，是基于預先設定的周期性門控制列表，動態(tài)地為出口隊列提供開/關控制的機制。Qbv定義了一個時間窗口，是一個時間觸發(fā)型網絡（Time-trigged）。這個窗口在這個機制中是被預先確定的。這個門控制列表被周期性的掃描，并按預先定義的次序為不同的隊列開放傳輸端口。

　　出口硬件有8個軟件隊列，每個都有唯一的傳輸選擇算法。傳輸由門控制列表（gate control list,GCL）控制。它是多個門控制實體確定軟件的隊列開放。

　　TAS的工作原理如圖10所示。

　　圖10 TAS的工作原理圖

　　在TAS機制中，為了確保數據傳輸前網絡是空閑的，在整個啟動傳輸前需要設置一個保護帶寬（Guardbound）[18]。Guardband占用最大的以太網幀傳輸長度，以確保最差情況——即使前面有一個標準以太網幀正在傳輸，也不會讓GCL在重啟下一個周期前被占用網絡。

4.3 搶占式MAC機制

　　在TAS機制中，會存在兩個問題：①保護帶寬消耗了一定的采樣時間；②低優(yōu)先級反轉的風險。因此，TSN的802.1Qbu和IEEE 802.3工作組共同開發(fā)了IEEE 802.3br，即可搶占式MAC機制。基于搶占式MAC的傳輸機制[19]如圖11所示。其采用了802.3TG中的幀搶占機制，將給定的出口分為2個MAC服務接口，分別稱為可被搶占MAC（pAMC-Preemptable MAC）和快速MAC(eMAC-express MAC)。pMAC可以被eMAC搶占，進入數據堆棧后等待eMAC數據傳輸完成，再傳輸。

　　圖11 基于搶占式MAC的傳輸機制

　　通過搶占，保護帶寬可以被減少至最短低優(yōu)先級幀片段。然而，在最差情況下，低優(yōu)先級的片段可以在下一個高優(yōu)先級前完成。當然，搶占這個傳輸過程僅在連接層接口——即對于搶占式MAC，交換機需要專用的硬件層MAC芯片支持。

4.4 周期性排隊與轉發(fā)機制

　　由于CBS機制僅可實現軟實時級，路徑拓撲會導致持續(xù)的延時增加。而最差延時情況與拓撲、跳數、交換機的緩沖需求相關。因此，TSN工作組推進了周期性排隊與轉發(fā)(cyclic quening forwarding,CQF)機制(又稱蠕動整形器）。作為一個同步入隊和出隊的方法，CQF使得運行允許LAN橋與幀傳輸在一個周期內實現同步，以獲得零堵塞丟包以及有邊界的延時，并能夠獨立于網絡拓撲結構而存在。IEEE 802.1Qch標準定義了CQF要與IEEE 802.1Qci標準相互配合使用。IEEE 802.1Qci-t表明，它會根據達到時間、速度、帶寬，對橋節(jié)點輸入的每個隊列進行濾波和監(jiān)管，用于保護過大的帶寬使用、突發(fā)的傳輸尺寸以及錯誤或惡意端點。IEEE 802.1Qch所采用的CQF機制遵循了一個“每周期走一步”的策略，為數據傳輸賦予了確定性。

　　CQF可以與幀搶占IEEE 802.1Qbu合并使用，以降低完整尺寸幀到最小幀片段的傳輸周期時間。為使CQF正常工作，必須將所有幀保持在其分配的周期內。因此，需要考慮周期時間，使得中間網橋的周期與第一次和最后一次傳輸的時間都對齊，以確保達到所需的等待時間邊界。為此，CQF結合Qci入口策略和IEEE 802.1Qbv整形器，可確保所有幀保持在確定的延時范圍，并保證在其分配時間內發(fā)送。

4.5 異步流整形機制

　　CQF和TAS提供了用于超低延時的數據，依賴網絡高度時間協同，以及在強制的周期中增強的包傳輸。但其對帶寬的使用效率并不高。因此，TSN工作組提出IEEE 802.1Qcr異步流整形(asynchronous traffic shaper，ATS)機制。ATS基于緊急度的調度器設計。其通過重新對每個跳轉的TSN流整形，以獲得流模式的平滑，實現每個流排隊，并使得優(yōu)先級緊急的數據流可以優(yōu)先傳輸。ATS以異步形式運行，橋和終端節(jié)點無需同步時間。ATS可以更高效地使用帶寬，可運行在高速連接應用的混合負載時間，如周期和非周期數據流。

5 TSN網絡配置標準IEEE 802.1Qcc

　　對于TSN而言，在時鐘同步、調度策略之后，就必須考慮網絡配置的問題。在AVB中，SRP是一種分布式網絡配置機制。而在更為嚴格的工業(yè)應用中，需要更為高效、易用的配置方式。IEEE 802.1Qcc是目前普遍接受的配置標準。TSN網絡配置的集中式模式原理[20]如圖12所示。

　　圖12 TSN網絡配置的集中式模式原理圖

　　對于IEEE802.1Qat所提供的SRP機制而言，這是一種分布式方式的網絡需求與資源分配機制。新的注冊或退出注冊、任何變化與請求都將導致網絡延時和超負荷，降低網絡的傳輸效率。因此，TSN工作組又提供了IEEE 802.1Qcc支持集中式的注冊與流預留服務，稱為SRP增強模式。在這種模式下，系統(tǒng)通過降低預留消息的大小與頻率（放寬計時器），以便在鏈路狀態(tài)和預留變更時觸發(fā)更新。

　　此外，IEEE802.1Qcc提供了一套工具，用于全局管理和控制網絡，通過UNI來增強SRP，并由一個集中式網絡配置（centralized network configuration，CNC）節(jié)點作為補充。UNI提供了一個通用L2層服務方法。CNC與UNI交互以提供運行資源的預留、調度以及其他類型的遠程管理協議，如NETCONF或RESTCONF；同時，IEEE 802.1Qcc與IETF YANG/NETCONF數據建模語言兼容。

　　對于完全集中式網絡，可選的CUC節(jié)點通過標準API與CNC通信，用于發(fā)現終端節(jié)點、檢索終端節(jié)點功能和用戶需求，以及配置優(yōu)化的TSN終端節(jié)點的功能。其與更高級的流預留協議（例如RSVP）的交互是無縫的，類似于AVB利用現有的SRP機制。

　　IEEE 802.1Qcc仍然支持原有的SRP的全分布式配置模式，允許集中式管理的系統(tǒng)與分布式系統(tǒng)間共存。此外，IEEE 802.1Qcc支持一種稱為混合配置模式，從而為舊式設備提供遷移服務。這個配置管理機制與IEEE 802.1Qca路徑控制與預留，以及TSN整形器相結合，可以實現端到端傳輸的零堵塞損失。

　　對于整個網絡而言，必須有高效、易用的網絡配置，以獲得終端節(jié)點、橋節(jié)點的資源、每個節(jié)點的帶寬、數據負載、目標地址、時鐘等信息，并匯集到中央節(jié)點進行統(tǒng)一進調度，以獲得最優(yōu)的傳輸效率。

6 TSN應用前景

　　TSN的應用前景非常廣闊，目前來說聚焦于以下幾個方面。

6.1 汽車領域

　　在汽車工業(yè)領域，隨著高級輔助駕駛系統(tǒng)（advanced driver assistance system，ADAS）的發(fā)展，迫切需要更高帶寬和響應能力的網絡來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CAN總線。IEEE 802.1AVB就是汽車行業(yè)發(fā)起并正在執(zhí)行的標準組。目前，奧迪、奔馳、大眾等已經開始進行基于TSN的以太網應用測試與驗證工作。2019年，由三星所發(fā)起的汽車產業(yè)發(fā)展聯盟向TTTech投資9 000萬美元，共同開發(fā)基于以太網的車載電子系統(tǒng)。

6.2 工業(yè)物聯網

　　工業(yè)物聯網將意味著更為廣泛的數據連接需求，通過機器學習、數字孿生技術來更好地發(fā)揮數據作用，為整體的產線優(yōu)化提供支撐。而這些數據（包括機器視覺、AR/VR數據）將需要更高的帶寬。因此，來自于ICT領域的CISCO、華為等廠商都將目標聚焦于通過OPC UA over TSN的網絡架構來實現這一互聯需求。OPC UA扮演了數據規(guī)范與標準的角色，而TSN則賦予它實時性傳輸能力。這樣的架構可以實現從傳感器到云端的高效連接，在很多場景可以直接省略掉傳統(tǒng)工業(yè)架構中的控制器層，形成一個新的分布式計算架構。

6.3 工業(yè)控制

　　目前，在工業(yè)領域，包括貝加萊、三菱、西門子、施耐德、羅克韋爾等主流廠商已經推出其基于TSN的產品。貝加萊推出新的TSN交換機、PLC，而三菱則采用了TSN技術的伺服驅動器。未來，TSN將成為工業(yè)控制現場的主流總線。

　　TSN的意義對于工業(yè)而言并非僅僅是實時性，而在于通過TSN實現了從控制到整個工廠的連接。TSN是IEEE的標準，更具有“中立性”，因而得到了廣泛的支持。未來，TSN將會成為工業(yè)通信的共同選擇。

7 結論

　　本文旨在通過對當前國際產業(yè)界前沿的時間敏感型網絡進行全景的介紹，對其發(fā)展的必要性、技術的前沿性進行探索，并通過對其關鍵技術進行的解析來探尋其應用場景、技術實現路徑。希望通過這一前沿技術的解讀，使得國內在推進智能制造、工業(yè)物聯網、大數據應用領域的研發(fā)人員及時了解這些產業(yè)動態(tài)，緊追國際前沿，開發(fā)有利于適應于我國自身的相應產品與技術。