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简单了解一下TSN时间敏感网络

TSN（Time-Sensitive Networking）即时间敏感网络，是一种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。

一、定义与背景

TSN网络由IEEE 802.1工作组中的TSN工作组开发，旨在定义以太网数据传输的时间敏感机制，为标准以太网增加确定性和可靠性，以确保数据能够实时、确定和可靠地传输。

二、技术原理与关键组件

时钟同步：TSN网络中的时间同步可以通过不同的技术实现，如GPS时钟或IEEE 1588精确时间协议。IEEE 1588是一个普适协议规范，而IEEE 802.1的TSN工作组将其配置文件中适用于汽车或工业自动化网络相关的选型提取出来，组成了IEEE 802.1AS标准。

流量调度与整形：调度和流量整形允许在同一网络上共存不同优先级的不同流量类别，每个类别对可用带宽和端到端延迟都有不同的要求。通过协商机制，在音视频流从源设备到不同交换机再到终端设备的整个路径上预留出所需的带宽资源，以提供端到端的服务质量及延迟保障。

优先级与排队机制：为了避免普通数据流量与AVB流量之间对网络资源的竞争，TSN网络中的交换机对时间敏感的音视频流和普通数据流进行了区别处理，将实时帧与异步帧分别进行排队，并赋予实时帧最高的优先级。通过Time Aware Shaper为优先级较高的时间敏感型关键数据分配特定的时间槽，在规定的时间节点，网络中所有节点都必须优先确保重要数据帧的通过。

三、TSN价值

TSN提供微秒级确定性服务，保证各行业的实时性需求。TSN可以达到10us级的周期传输，性能优于主流的工业以太网。并且TSN面向音视频、工业、汽车等多种行业，将实时性延伸至更高的层次。

TSN降低整个通信网络复杂度，实现周期性数据和非周期性数据同时传输。以工业为例，当前周期性控制数据使用工业以太网传输，非周期性数据使用标准以太网传输。TSN通过其调度机制能够实现周期性数据和非周期性数据在同一网络中传输，进一步简化了整个通信中的网络复杂性。

TSN统一网络传输，提高经济性。TSN能够帮助实现信息技术（IT）与运营技术（OT）融合，统一的网络能够减少开发部署成本，降低控制器等产品网络配置所需的工程时间。

四、应用领域

TSN网络具有高实时性和可靠性，因此被广泛应用于多个领域：

工业自动化：TSN可用于实时控制工业机器人和其他自动化设备，确保生产线的高效运转。

智能制造：TSN可实现各种生产设备之间的实时通信，从而实现智能制造。例如，在生产流程中，机器人可以通过TSN进行协作，以提高效率和质量。

交通运输：TSN可应用于自动驾驶汽车、火车和飞机等交通运输系统中，确保系统之间的高效协作和通信，从而提高交通安全和效率。

医疗保健：在医疗保健领域，TSN可用于实时监测和控制各种医疗设备，如手术机器人和生命支持系统，确保医疗设备之间的高效协作和通信，从而提高患者的生命安全。