隨著工業智能化的不斷發展，工業互聯網成為工業智能化發展的關鍵綜合信息基礎設施，基礎網絡作為工業互聯網發展的基礎設施，未來需要更為強大的互聯互通、高質量傳輸和智能運維能力，在智能制造、工業互聯網的IT與OT融合的大趨勢下，需要統一的網絡技術解決方案打通底層基礎網絡，TSN網絡端到端極低時延和可靠的數據傳輸，成為了工業場景下基礎網絡的不二選擇。

TSN時間敏感網絡

TSN網絡即是time-sensitive network，中文通常稱為時效性網絡或者時間敏感網絡，TSN 是二層技術。IEEE 802.1Q 標準在 OSI 第二層工作。TSN 是以太網標準，而不是IP協議標準。TSN 網橋做出的轉發決定基于以太網報頭內容，而不是 IP 地址。以太網幀的有效載荷可以是任何內容，不限于IP協議。它實際上是基于IEEE 802.1的框架制定的一套滿足特殊需求的“子標準”，與其說TSN是一項新技術，不如說它是對現有網絡技術以太網的改進，TSN 在以太網的基礎上加入時鐘同步、流量調度和網絡配置等關鍵技術，為時間敏感型數據提供低時延、低時延抖動和低丟包率特性的傳輸服務。

TSN時間敏感網絡關鍵特性

時間同步

TSN 的流量調度是基于時隙的，因此時鐘同步是TSN 的基礎。TSN 使用的是精確時間協議，是保證所有網絡設備的時鐘一致，而不需要與自然界的時鐘保持同步。IEEE 802.1AS-2011 規定了 TSN 整個網絡的時鐘同步機制，提出了廣義精確時間協議( general precision time protocol，gPTP) 。gPTP 是在 IEEE 1588-2008 的精確時間協議( precision time protocol，PTP) 的基礎上進行擴展，兩者工作模式相同。

全局時間同步是大多數TSN 標準的基礎，用于保證數據幀在各個設備中傳輸時隙的正確匹配，滿足通信流的端到端確定性時延和無排隊傳輸要求。TSN利用IEEE 802.1AS在各個時間感知系統之間傳遞同步消息，對以太網的同步協議更加完善，增加了分布式網絡的同步，并且采用雙向信息通道，提高了傳輸信號的精確度。

流量控制

TSN 流控過程主要包括流分類、流整形、流調度和流搶占。

流分類主要功能是通過識別流的屬性信息或統計信息，以確定它們對應的流量類型和優先級信息，能評價指標主要為分類準確度。

流整形主要功能是限制收發流的最大速率并對超過該速率的流進行緩存，然后控制流以較均勾的速率發送，達到穩定傳送突發流量的目的。

流調度主要功能是通過一定規則(調度算法或機制)將排隊和整形后的流調度至輸出端口,以確定流在交換機內對應的轉發順序，從而保證各種流傳送時的 QoS 需求并在一定程度上降低網絡擁塞。

流搶占改變了低優先級流的調度順序，保證了高優先級流的及時轉發，是流調度的一種特殊形式和TSN關鍵技術之一。流搶占主要功能是通過幀間切片打斷低優先級幀傳輸的方式避免流優先級反轉現象，以保證高優先級幀實時性或超低時延性能需求。

網絡配置

面向時間敏感網絡應用，TSN 需要對發送端、接收端和網絡中的交換機進行配置，以便為時間敏感型數據提供預留帶寬等服務。IEEE 802.1Qcc中定義的時間敏感網絡的配置模型分為全集中式配置模型、混合式配置模型以及全分布式配置模型三種。

全集中式用戶配置 ( Centralized user configuration，CUC) ，負責發送端和接收端的配置; 集中式網絡配置( Centralized network configuration，CNC) ，負責 TSN 交換機的配置，完全集中的模型支持集中用戶配置(CUC)實體來發現終端和用戶需求，并在終端中配置TSN特性。

圖1.完全集中式模型

混合式配置模型使用集中式網絡配置控制器(CNC ， Centralized Network Configuration controller)與分布式用戶配置控制器 ( CUC ， Centralized User Configuration controller)。在集中式網絡 / 分布式模型中，配置信息直接指向或來自集中式網絡配置(CNC)實體。

圖2.混合式配置模型

全分布式配置模型使用分布式網絡配置控制器(CNC， Centralized Network Configuration controller)與分布式用戶 配 置 控 制 器 ( CUC ， Centralized User Configuration controller)。該模式下，用戶流的終端直接通過 TSN 用戶 / 網絡協議傳達用戶需求。網絡以完全分布式的方式配置，沒有集中的網絡配置實體。

圖3.完全分布式模型

TSN時間敏感網絡應用場景示例

工業互聯網

隨著工業互聯網的不斷發展，不斷推動工業應用面向數字化、網絡化、智能化的快速升級，不僅要保證信息的互通，還要保證生產設備之間的數據安全，IT(information technology)、OT(operational technology)、CT(communication technology)三體融合，成為了工業互聯網發展的大勢所趨，最終實現工業互聯，在這樣的底層基礎網絡上，才能更好的支撐新一代的工廠級、車間級、現場級應用工業應用。

TSN技術標準主要用于工業領域的相關協議包括 IEEE 802.1AS 時鐘同步、IEEE 802.1Qbv 時間感知調度程序、IEEE 802.1Qcc 網絡管理和配置、IEEE 802.1CB 高可靠、IEEE 802.1Qci 逐一串流過濾與管理等。

自動駕駛

隨著自動駕駛和車聯網的興起，車載設備的大量數據交互、傳統車載網絡技術的多樣復雜性及高成本等問題對車載網絡的傳輸帶寬、互操作性及成本提出嚴格要求。

目前車載網絡仍然多總線獨立并存，以音視頻等為代表的輔助媒體信號和控制信號仍然在不同的總線上分別傳輸，而不能在同一鏈路上進行統一傳輸。之所以如此，是因為這里存在一個最主要的技術難點，TSN 技術正是可以改善傳統以太網盡力而為的轉發特性，根據數據流的不同優先級，提供不同程度的端到端有界時延保障和更小抖動等，能夠在二層網絡提供高帶寬、高可靠、低時延和時間同步的音/視頻流服務，這些特征都能符合車載網絡的發展需求，從而滿足車載以太網的應用要求。