TSN的起源
TSN(Time-Sensitive Networking)时间敏感网络,是IEEE 802.1工作组中的TSN工作组开发的一套协议标准,主要是在非确定性的以太网中实现确定性的最小时间延时的协议族,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,以确保数据实时、确定和可靠地传输。
TSN的前身是AVB(Audio/Video Bridging,音视频桥接)技术。2006年,IEEE 802.1工作组成立了AVB音视频桥接任务组,主要解决以太网中音频视频数据实时同步传输的问题。经过几年攻关后,成功找到了高带宽音视频数据在以太网中实时、同步传输的方法,并制定了一系列标准。
2012年,AVB任务组改名TSN任务组,并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。TSN任务组通过制定一系列的传输和转发机制来保证数据在车载以太网传输过程中的低延时、低抖动和低丢包率,从而保证数据在高可靠性的前提下进行快速传输,为在工业、汽车领域的应用打下理论基础。
TSN的位置
TSN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”,是隶属于IEEE802.1下的协议标准,因此,TSN是工作于以太网通讯协议模型中的第二层,也就是数据链路层的一套协议标准。即TSN为以太网协议的数据链路层提供了一套通用的时间敏感机制,在确保以太网数据通讯的时间确定性的同时,为不同协议网络之间的互操作提供了可能性。
TSN的要实现的功能
--针对交换网络的报文延迟得到保障;
--严格的非严苛数据与时间严苛型报文可以在一个网络中传输而无需担心数据碰撞;
--更高层的协议可以通过实施控制报文机制分享网络基础设施;
--在无需网络或设备变动情况下将组件添加至实时控制系统;
--网络错误可以通过在源头更为精准的信息而被诊断并更快的维修
TSN的组成
TSN的关键组成部分:
时间同步:所有通信问题均基于时钟,确保时钟同步精度是最为基础的问题,TSN工作组开发基于IEEE1588的时钟,并制定新的标准IEEE802.1AS-Rev。
流量调度:数据调度机制:为数据的传输制定相应的机制,以确保实现高带宽与低延时的网络传输。
系统配置:系统配置方法与标准,为了让用户易于配置网络,IEEE定义了相应的IEEE802.1Qcc标准。
TSN的应用
音视频传输
传输音频和视频信息的网络需要遵守严格的时序规则。如果音频或视频分组不能按指定的时序规则到达目的地,则接收设备(例如视频屏幕或扬声器)可能会发生视频帧被丢弃、音频伪像的情况。此外,这种网络还需要可预测的延迟,保证视频和相关音频流之间的同步。
汽车驾驶
目前大多数的汽车存在多套控制系统。比如说:刹车、引擎、悬挂等采用CAN总线。而灯光、车门、遥控等采用LIN系统。实际上,所有上述系统都可以用支持低延时且具有实时传输机制的TSN进行统一管理。可以降低给汽车和专业的A/V设备增加网络功能的成本及复杂性。
工业物联网
工业物联网将是TSN最广泛的一个应用,所有需要实时监控或实时反馈的工业领域都需要使用TSN网络。
标准以太网的本质是一种非确定性网,但在工业领域必须要求确定性,一组数据包裹必须完整、实时、确定性的到达目的地,因此,TSN标准增加了中心控制、所有网络设备的时间同步以及更低的延迟等特性。为了达到尽可能低的绝对延迟,IEEE 802.1Qbv 定义了一个时间感知整形器,它可以无视定时流量门的存在。TSN消除了标准以太网由于交通 “拥堵” 导致的非确定性。