[科普中国]-时效性网路

时效性网络（Time-Sensitive Networking）也称为时间敏感网络，简称TSN，是IEEE 802.1工作小组中的TSN工作小组发展的系列标准。TSN工作小组是在2012年11月由已有的音视频桥工作小组更名，继续其工作。工作小组的更名是反映其工作领域的扩展。此标准会定义以太网上时间敏感传输的机制。

时效性网路的核心由IEEE 802.1指定的不同TSN标准文档可以分组为完整实时通信解决方案所需的三个基本关键组件类别。1每个标准规范都可以单独使用，并且主要是自给自足的。但是，只有在协同使用的情况下，TSN作为通信系统才能充分发挥其潜力。三个基本组成部分是：

1）时间同步：参与实时通信的所有设备都需要对时间有共同的理解

2）调度和流量整形：参与实时通信的所有设备在处理和转发通信数据包时都遵循相同的规则

3）选择通信路径，路径预留和容错：参与实时通信的所有设备在选择通信路径和保留带宽和时隙时遵循相同的规则。

时间同步在这方面，**“时效性网路”**这个名称已经非常具有描述性：与根据IEEE 802.3的标准以太网和根据IEEE 802.1Q的以太网桥接相比，时间在TSN网络中起着重要作用。对于具有用于端到端传输延迟的硬的，不可协商的时间边界的实时通信，该网络中的所有设备需要具有公共时间参考，因此需要使它们的时钟彼此同步。这不仅适用于通信流的终端设备，例如工业控制器和制造机器人，也适用于网络组件，例如以太网交换机。只有通过同步时钟，所有网络设备才能同时运行并在所需的时间点执行所需的操作。

TSN网络中的时间同步可以通过不同的技术实现。从理论上讲，可以为每个终端设备和网络交换机配备GPS时钟。然而，这是昂贵的并且无法保证无线电或GPS时钟始终可以访问无线电或卫星信号 - 例如，如果网络安装在移动的汽车，工厂车间或深处的隧道中地球的表面。由于这些限制，TSN网络中的时间通常直接通过网络本身从一个中央时间源分配。在大多数情况下，这是使用IEEE 1588精确时间协议完成的，利用以太网帧分配时间同步信息。除了普遍适用的IEEE 1588规范之外，IEEE 802.1委员会的时间敏感任务组已经指定了IEEE 1588的简档，称为IEEE 802.1AS。此配置文件背后的想法是将大量不同的IEEE 1588选项缩小到可管理的几个关键选项，这些选项适用于汽车或工业自动化环境中的家庭网络或网络。

调度和流量整形调度和流量整形允许在同一网络上具有不同优先级的不同流量类的共存 - 每个流量类对可用带宽和端到端延迟具有不同的要求。根据IEEE 802.1q的标准桥接使用八个不同的优先级和严格的优先级方案。在协议级别，这些优先级在标准以太网帧的802.1Q VLAN标记中可见。这些优先级已经允许区分更重要和更不重要的网络流量，但即使具有八个优先级中的最高优先级，也不能给出端到端交付时间的绝对保证。其原因是以太网交换机内部的缓冲效应。如果交换机已开始在其中一个端口上传输以太网帧，则即使是最高优先级的帧也必须在交换机缓冲区内等待此传输完成。使用标准以太网交换，无法避免这种非确定性。在应用程序不依赖于单个以太网帧的及时交付的环境中（例如办公室IT基础架构），这不是问题。在这些环境中，文件传输，传输控制协议。然而，在工业自动化和汽车汽车环境中，闭环控制或安全应用正在使用以太网，因此可靠和及时的交付至关重要。对于此处使用的以太网，需要增强IEEE 802.1Q的严格优先级调度。

选择通信路径，预留和容错TSN技术，特别是根据IEEE 802.1Qbv的时间感知调度器，已经被开发用于关键任务网络环境。在这些网络中，不仅时序保证相关，而且容错也是如此。必须保护支持诸如安全相关控制回路或车辆自动驾驶等应用的网络，以防止硬件或网络介质中的故障。TSN任务组目前正在为此目的指定容错协议IEEE 802.1CB。除了该协议之外，还可以使用现有的高可用性协议，例如IEC 62439-3中规定的HSR或PRP。

要在网络上注册容错通信流，可以使用IEEE 802.1Qca，手动配置或特定于供应商的解决方案中指定的路径控制和预留。

在当前正在进行的IEEE 802.1Qcc项目中，TSN任务组侧重于管理接口和协议的定义，以便在大规模网络上实现TSN网络管理。这里讨论了三个不同的方面，包括分散式方法以及重新使用软件定义网络（SDN）中的配置概念的完全集中式方法。当前的讨论可以通过IEEE 802.1的公共文档存档进行。

现状

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本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学