時效性網路

時效性網路（Time-Sensitive Networking）也稱為時間敏感網路，簡稱TSN，其關注點是採用一個本質上非確定性的乙太網網路但是使其具備確定的最小時延。

基本介紹

• 中文名：時效性網路
• 外文名：Time-Sensitive Networking
• 縮寫：TSN
• 又稱：時間敏感網路
• 性質：標準
• 學科：信息工程

簡介

時效性網路（Time-Sensitive Networking）也稱為時間敏感網路，簡稱TSN，是IEEE 802.1工作小組中的Time-Sensitive Networking（TSN）工作小組發展的系列標準。TSN工作小組是在2012年11月由已有的音視頻橋工作小組更名，繼續其工作。工作小組的更名是反映其工作領域的擴展。此標準會定義乙太網上時間敏感傳輸的機制。

此計畫主要是定義IEEE 802.1Q–虛擬區域網路的衍生內容。這些衍生內容特彆強調傳輸的超低延遲以及高可用性。可能的套用包括使用在車用網路或工業控制上，結合實時影音串流以及實時控制串流的整合性網路。AVnu聯盟特別成立的工業小組也在正在定義TSN網路元件的相容性以及互操作性要求。

TSN有著頻寬、安全性和互操作性等方面的優勢，能夠很好滿足未來萬物互聯的要求。其主要的工作原理是優先適用(IEEE P802.3br)機制，在傳輸中讓關鍵數據包優先處理。這意味著關鍵數據不必等待所有的非關鍵數據完成傳送後才開始，從而確保更快速的傳輸路徑。

關鍵部件

由IEEE 802.1指定的不同的TSN標準文檔可以分為三個基本的關鍵組件類別，這是完整的實時通信解決方案所需的。每一個標準規範都可以獨立使用，並且大多是自給自足的。但是，只有協同一致地使用TSN作為通信系統才能發揮其全部潛力。這三個基本組件是：

1. 時間同步：所有參與實時通信的設備都需要對時間有一個共同的理解
2. 調度和流量整形：所有參與實時通信的設備在處理和轉發通信包時遵循相同的規則
3. 通信路徑的選擇，路徑預留和容錯：所有參與實時通信的設備在選擇通信路徑和預留頻寬和時隙方面遵循相同的規則，可能利用多條同時路徑來實現故障排除，公差。

時間同步

“時間敏感網路”的名稱在這方面已經相當具有描述性：與根據IEEE 802.3的標準乙太網和根據IEEE 802.1Q的乙太網橋接相比，時間在TSN網路中起著重要的作用。對於實時通信而言，端到端的傳輸延遲具有難以協商的時間界限，因此該網路中的所有設備都需要具有共同的時間參考，因此需要彼此同步時鐘。這不僅適用於諸如工業控制器和製造機器人之類的通信流的終端設備，而且對於網路組件也是如此，例如乙太網交換機。只有通過同步時鐘，所有網路設備才能夠一致操作，並在所需的時間點執行所需的操作。

TSN網路中的時間同步可以通過不同的技術實現。從理論上講，可以用GPS時鐘來裝備每個終端設備和網路交換機。然而，這是昂貴的，並且無法保證無線電或GPS時鐘始終能夠接入無線電或衛星信號 - 例如，如果網路安裝在移動的汽車中，工廠車間或隧道的下方地球的表面。由於這些限制，TSN網路中的時間通常從一個中央時間源直接通過網路本身分配。在大多數情況下，這是使用IEEE 1588精確時間協定完成的它利用乙太網幀分配時間同步信息。除了普遍適用的IEEE 1588規範之外，IEEE 802.1委員會的時間敏感任務組已經指定了IEEE 1588的概況，稱為IEEE 802.1AS。這個配置檔案背後的想法是將大量不同的IEEE 1588選項縮小到適用於汽車汽車或工業自動化環境中的家庭網路或網路的可管理的一些關鍵選項。

調度和流量整形

調度和流量整形允許在同一網路上共存不同優先權的不同流量類別，每個類別對可用頻寬和端到端延遲都有不同的要求。根據IEEE 802.1q的標準橋接使用八個不同的優先權和嚴格的優先權方案。在協定級別，這些優先權在標準乙太網幀的802.1QVLAN標籤中可見。這些優先權已經可以區分更重要和更不重要的網路流量，但即使是八個優先權中的最高優先權，也不能給出端到端交付時間的絕對保證。原因是乙太網交換機內部的緩衝效應。如果交換機已經開始在其一個連線埠上傳送乙太網幀，則即使是最高優先權的幀也必須在交換機緩衝器內等待，以完成該傳輸。使用標準的乙太網交換，這種不確定性是不可避免的。在套用不依賴及時交付單個乙太網幀（例如辦公室IT基礎設施）的環境中，這不是問題。在這些環境中，檔案傳輸，傳輸控制協定。然而，在工業自動化和汽車汽車環境中，在閉環控制或安全套用使用乙太網的情況下，可靠和及時的交付是至關重要的。對於這裡使用的乙太網，需要增強IEEE 802.1Q的嚴格優先權調度。

通信路徑的選擇，預留和容錯

TSN技術，尤其是根據IEEE 802.1Qbv的時間感知調度器已經被開發用於關鍵任務網路環境。在這些網路中，不僅時間保證是相關的，而且容錯性也是如此。支持諸如安全相關的控制迴路或車輛中的自動駕駛之類的套用的網路必須受到保護，以防硬體或網路媒體中的故障。TSN任務組正在為此目的指定容錯協定IEEE 802.1CB。除了這個協定之外，可以使用IEC 62439-3中規定的現有的高可用性協定，例如HSR或PRP。

要通過網路註冊容錯通信流，可以使用IEEE 802.1Qca手動配置或供應商特定解決方案中指定的路徑控制和預留。

在當前正在進行的IEEE 802.1Qcc項目中，TSN任務組側重於管理接口和協定的定義，以支持大規模網路上的TSN網路管理。這裡討論了三個不同的方面，分別採用分散的方法和全面集中的方法，重用軟體定義網路（SDN）中的配置概念。目前的討論可以通過IEEE 802.1的公共文檔存檔來進行。

當前狀態

標準	功能組	標題	狀態	更新日期
IEEE 802.1AS-Rev	時間和同步	時間敏感套用的定時和同步	草案5.0	2017年6月12日
IEEE 802.1Qbv	轉發和排隊	預定流量的增強功能	發布時間	2016年3月18日
IEEE 802.1Qbu	轉發和排隊	幀搶占	發布時間	2016年8月30日
IEEE 802.1Qca	流預留（SRP）	路徑控制和預留	發布時間	2016年3月11日
IEEE 802.1CB	流預留（SRP）	無縫冗餘	發布時間	2017年9月28日
IEEE 802.1Qcc	流預留（SRP）	增強功能和性能改進	草案1.1	2016年9月1日
IEEE 802.1Qci	轉發和排隊	每流過濾和管制	草案2.1	2016年11月15日
IEEE 802.1Qch	轉發和排隊	循環排隊和轉發	草案2.0	2016年11月10日
IEEE 802.1CM	垂直	適用於前傳的時間敏感網路	草案0.5	2016年10月15日
IEEE 802.1Qcr	轉發和排隊	異步流量整形	PAR批准	2016年6月30日
IEEE 802.1CS	流預訂	本地註冊協定	PAR