時間敏感網絡是什么？現狀和發展趨勢分析

2022-08-19 17:59:38 作者：-YANYI 4526

1、時間敏感網絡是什么?

時間敏感網絡，Time Sensitive Networking，簡稱TSN。是EEE 802.1任務組開發的一套數據鏈路層協議規范，用來構建更可靠的、低延遲、低抖動的以太網。

時間敏感網絡(TSN)技術標準由IEEE802.1 TSN工作組研究制定。時間敏感網絡(TSN)技術遵循標準的以太網協議體系和SDN技術思路，包含控制管理單元(CNC、CUC)，傳輸單元(網關、交換機)，應用單元(工業端設備、基站等)三種功能單元。其作用就是將傳統工業領域分層獨立的網絡架構實現互聯互通。其技術應用具有以下優勢：

(1)微秒級確定性服務：TSN可達到10us級周期傳輸，性能優于主流工業以太網，面向音視頻、工業、汽車等多領域，將實時性延伸至更高層次;

(2)靈活的可拓展性和更好的優化拓撲結構：TSN優于目前工業以太網的拓展性，對傳輸速率定義靈活(100Mbps-5Gbps)，能夠更好的優化拓撲結構，可以針對各個不同區段選擇與之相適應的數據速率，無論是1Gbps、100Mbps 還是10Mbps，都使用統一的第二層網絡;

(3)全業務高質量承載，降低整體網絡復雜度：通過其調度機制能夠實現周期性數據和非周期性數據在同一網絡中傳輸，進一步簡化整體通信網絡復雜性，為包括視頻數據、海量運維數據、遠程控制信號等多種業務類型數據提供混合差異化混合承載;

(4)智慧運維，提高經濟性：幫助實現IT和OT融合，統一的網絡減少開發部署成本，降低控制器等產品網絡配置所需的工程時間?？苫赟DN架構實現軟硬件解耦，其新定義或改進的控制面相關協議將極大增加二層網絡的配置與管理能力，為整體網絡靈活性配置提供支撐。

時間敏感網絡在工業互聯網網絡中位置示意

2、時間敏感網絡現狀和發展趨勢

在工業廠商、設備制造商和集成商的共同推動之下，伴隨工業互聯網趨勢的不斷深化，時間敏感網絡技術應用在工業領域內已形成廣泛共識。當前，時間敏感網絡技術已經成為包括芯片廠商、通信設備廠商、自動化廠商、相關行業組織以及各類研究機構在內的產業鏈各個組成環節關注的熱點。

時間敏感網絡產業現狀示意圖

在這當中，行業組織均已開展現有工業網絡與時間敏感網絡融合部署的研究、測試與推廣工作;自動化廠商方面，在2016年起TSN應用功能逐步完善后，包括ABB、貝加萊、Bosch Rexroth、GE、NI等多家自動化廠商宣布對 OPC-UA與TSN支持，截至2019年，均有TSN技術相關成果展示;通信設備廠商華為、思科、MOXA、新華三等均在 2018-2019年陸續研發和展出TSN測試床;芯片廠商也不斷推出支持時間敏感網絡的通信芯片，主要用于交換機、車載網關和車載ECU等，同時還有海量TSN網橋轉換模塊、多協議千兆位TSN網絡處理器等方向。

車載、工業領域網絡架構優勢明顯，是兩大主流應用趨勢

隨著TSN產業各界推動，以及技術產品逐漸落地推進，智能制造眾多場景中均陸續開始應用TSN技術。其中：

音視頻領域，TSN技術應用與專有競爭對手Dante仍有差距：音視頻媒體的制作和播放(尤其是直播)等傳輸音頻和視頻信息的網絡需要遵守嚴格的時序規則。但在專業音視頻領域，應用TSN技術的AVB標準仍落后于專有競爭對手Dante 數字音頻傳輸技術，其應用趨勢仍有待觀察。

智能汽車領域，TSN技術應用于未來主流車載網絡架構：伴隨智能汽車內部信號架構升級，傳統汽車的控制器局域網絡(CAN總線)已無法滿足智能網聯汽車的容量需求，因此高速以太網成為智能網聯汽車網絡架構的骨干網絡，連接車內各核心域控制器。

車載以太網協議架構圖

基于以上架構，目前車載TSN網絡，在現有IEEE 802.1與IEEE 802.3以太網絡標準增加一系列拓展功能，進一步確保其確定性效能。透過以太網絡實現的TSN架構由于能夠增加產品的差異化、改善駕駛人的行車體驗。目前已有包括時鐘同步、時間感知調度程序、高可靠等IEEE 802.1等標準應用TSN技術，隨著其技術發展不斷落地，TSN技術將成為未來車載網絡架構的主要趨勢。

制造業工業網絡領域，與傳統工業以太網絡相比具備多重優勢，是未來主流：TSN技術初步主要滿足工廠內部OT網絡設備的互聯互通，以及OT與IT網絡之間的互聯需求。在OT內部，可根據網絡架構和交換機在網絡中的位置，可以分為工廠級、車間級、現場級應用。

TSN制造工業場景網絡拓撲圖