时间敏感网络是什么？现状和发展趋势分析

2022-08-19 17:59:38 作者：-YANYI 4942

1、时间敏感网络是什么?

时间敏感网络，Time Sensitive Networking，简称TSN。是EEE 802.1任务组开发的一套数据链路层协议规范，用来构建更可靠的、低延迟、低抖动的以太网。

时间敏感网络(TSN)技术标准由IEEE802.1 TSN工作组研究制定。时间敏感网络(TSN)技术遵循标准的以太网协议体系和SDN技术思路，包含控制管理单元(CNC、CUC)，传输单元(网关、交换机)，应用单元(工业端设备、基站等)三种功能单元。其作用就是将传统工业领域分层独立的网络架构实现互联互通。其技术应用具有以下优势：

(1)微秒级确定性服务：TSN可达到10us级周期传输，性能优于主流工业以太网，面向音视频、工业、汽车等多领域，将实时性延伸至更高层次;

(2)灵活的可拓展性和更好的优化拓扑结构：TSN优于目前工业以太网的拓展性，对传输速率定义灵活(100Mbps-5Gbps)，能够更好的优化拓扑结构，可以针对各个不同区段选择与之相适应的数据速率，无论是1Gbps、100Mbps 还是10Mbps，都使用统一的第二层网络;

(3)全业务高质量承载，降低整体网络复杂度：通过其调度机制能够实现周期性数据和非周期性数据在同一网络中传输，进一步简化整体通信网络复杂性，为包括视频数据、海量运维数据、远程控制信号等多种业务类型数据提供混合差异化混合承载;

(4)智慧运维，提高经济性：帮助实现IT和OT融合，统一的网络减少开发部署成本，降低控制器等产品网络配置所需的工程时间。可基于SDN架构实现软硬件解耦，其新定义或改进的控制面相关协议将极大增加二层网络的配置与管理能力，为整体网络灵活性配置提供支撑。

时间敏感网络在工业互联网网络中位置示意

2、时间敏感网络现状和发展趋势

在工业厂商、设备制造商和集成商的共同推动之下，伴随工业互联网趋势的不断深化，时间敏感网络技术应用在工业领域内已形成广泛共识。当前，时间敏感网络技术已经成为包括芯片厂商、通信设备厂商、自动化厂商、相关行业组织以及各类研究机构在内的产业链各个组成环节关注的热点。

时间敏感网络产业现状示意图

在这当中，行业组织均已开展现有工业网络与时间敏感网络融合部署的研究、测试与推广工作;自动化厂商方面，在2016年起TSN应用功能逐步完善后，包括ABB、贝加莱、Bosch Rexroth、GE、NI等多家自动化厂商宣布对 OPC-UA与TSN支持，截至2019年，均有TSN技术相关成果展示;通信设备厂商华为、思科、MOXA、新华三等均在 2018-2019年陆续研发和展出TSN测试床;芯片厂商也不断推出支持时间敏感网络的通信芯片，主要用于交换机、车载网关和车载ECU等，同时还有海量TSN网桥转换模块、多协议千兆位TSN网络处理器等方向。

车载、工业领域网络架构优势明显，是两大主流应用趋势

随着TSN产业各界推动，以及技术产品逐渐落地推进，智能制造众多场景中均陆续开始应用TSN技术。其中：

音视频领域，TSN技术应用与专有竞争对手Dante仍有差距：音视频媒体的制作和播放(尤其是直播)等传输音频和视频信息的网络需要遵守严格的时序规则。但在专业音视频领域，应用TSN技术的AVB标准仍落后于专有竞争对手Dante 数字音频传输技术，其应用趋势仍有待观察。

智能汽车领域，TSN技术应用于未来主流车载网络架构：伴随智能汽车内部信号架构升级，传统汽车的控制器局域网络(CAN总线)已无法满足智能网联汽车的容量需求，因此高速以太网成为智能网联汽车网络架构的骨干网络，连接车内各核心域控制器。

车载以太网协议架构图

基于以上架构，目前车载TSN网络，在现有IEEE 802.1与IEEE 802.3以太网络标准增加一系列拓展功能，进一步确保其确定性效能。透过以太网络实现的TSN架构由于能够增加产品的差异化、改善驾驶人的行车体验。目前已有包括时钟同步、时间感知调度程序、高可靠等IEEE 802.1等标准应用TSN技术，随着其技术发展不断落地，TSN技术将成为未来车载网络架构的主要趋势。

制造业工业网络领域，与传统工业以太网络相比具备多重优势，是未来主流：TSN技术初步主要满足工厂内部OT网络设备的互联互通，以及OT与IT网络之间的互联需求。在OT内部，可根据网络架构和交换机在网络中的位置，可以分为工厂级、车间级、现场级应用。

TSN制造工业场景网络拓扑图