TSN 通過以太網提供確定性性能。

時間敏感網絡 （TSN） 的持續發展已導致 IEEE 802.1 和 IEEE 802.3 標準發生重大更新。TSN 本質上是一個確定性以太網擴展集，同時也是音頻視頻橋接 （AVB） 的后繼者——最初設計用于支持專業音頻和視頻環境（如現場 DJ 演出）中的實時媒體流傳輸的 IEEE 項目。

但是，AV B引起了汽車制造商的注意，由此便播下了萌發 TSN 的種子。人們對未來汽車的先進性已期許良久，設想其將具備高速 IP 網絡連接、智能自動駕駛員輔助/制動系統、信息娛樂門戶、簡化的內部線束以及更輕的總重量。推動這些特性實現的過程也為工業自動化行業帶來了許多額外好處。

TSN：從汽車 AVB 到工業物聯網的途徑

利用以太網創建一種融合的 IEEE 802 規范是消除各種障礙的最顯而易見的解決方案。更具體而言，汽車行業可以使用確定性以太網來克服有限的車載帶寬，而不需要求助繁雜的傳統網絡協議（例如 FlexRay、LIN 和 MOST） 來將汽車的各種系統連接在一起。

把上述句子中的車載部分及其對汽車專用協議的引用去掉，您就能大致感受到隨著工業物聯網（或工業 4.0） 日益受到關注，汽車行業所面臨的挑戰。

1.支持混合流量

以太網已被當作一種通用汽車網絡，它可以簡化車內不同的域架構。通過 TSN，以太網在工業網絡中可以發揮類似的作用，處理自動化和控制系統、電力設施、風力渦輪機、印刷機器中的混合流量 1。

TSN 擅長傳輸帶時間戳的延遲敏感數據，無論同一網絡上是否可能存在任何“盡力而為”流量。這對以太網來說至關重要，因為相比以前的僅承載實時數據而沒有混雜多種協議的自動化網絡，以太網的噪聲要高得多。

TSN 設計用于處理多種流量類型。

2.提供互操作能力

使用大批量生產的標準器件非常重要，尤其是在工業物聯網 （IIoT） 中，原因是規模和成本這樣的核心問題阻礙了當前很多網絡方法。

依靠特殊的基于 ASIC 的工業以太網實現方案和/或傳統現場總線（包括但不限于汽車所用的現場總線，例如 CAN），在擴展性或性價比方面要劣于僅僅依靠商業芯片的方案，后者還能支持常規 HTTP 接口、網絡服務和診斷 2。TSN 有助于降低成本并為未來擴展打開方便之門。

3.確保嚴密同步

AV B演變為 TSN 是為了處理要求特別嚴苛的應用，例如高級駕駛輔助系統 （ADAS） 3。ADAS 需要多個系統協同工作才能解決制動距離與人類反應時間問題。

TSN 有多種機制來確保類似環境（例如 IIoT） 下的確定性：

? 對精密時間協議的改進

? 任何數據流都有冗余路徑可用

? 以較低的帶寬通過以太網將服務質量融合到 TSN 上

（不影響實時保證）

? 保留帶寬——這是從 AVB 繼承過來的一個核心特性，用于確保確定性性能

4.提供足夠的帶寬

相對于傳統串行現場總線，即從 PROFIBUS? 到 Modbus? 的一切，以太網有一個決定性優勢，那就是它能為所有類型的應用提供更多的帶寬。特別是在汽車中，CAN 的有限數據速率和容量使其不適用于下一代車載應用，這就為以太網（以 AVB 的形式）打開了大門。

“機器視覺和 3D 掃描等應用需要大量帶寬。”

對于控制系統中仍在使用的許多現場總線而言，情況也是如此。機器視覺和 3D 掃描等應用越來越重要，這些應用需要大量帶寬，以太網上的 TSN 可以滿足需求。

5.使網絡基礎設施更簡單

TSN 旨在提供一種統一且易用的實現確定性以太網的方法。它不依賴多種基礎設施來處理不同類型的流量，一切都可以通過以太網傳輸。

Automation World 的 David Greenfield 于 2015 年主持了一個播客節目，其中雖然沒有專門提到 TSN，但很好地介紹了以太網相對于現場總線的一般優勢 4。以太網 POWERLINK? 標準化組織的嘉賓 Sari Germanos 談到了復雜應用（如上一節中提到的那些）如何突破傳統網絡架構的限制。

TSN 形式的以太網已經在解決汽車中的這個問題。最近 EE Times 的一篇文章討論了如果不必支持傳統技術，就可以重新安排車輛中的不同域架構。以太網將充當“連接各種應用域的骨干總線”，從而更好地利用帶寬。對于工業物聯網，它同樣適用5。

National Instruments 的 AVnu Alliance 工業部門主席 Todd Walter 在 Design World 上發表的文章中稱：“隨著（工業）物聯網的普及，數據量的增加和分布廣泛的網絡將需要新的標準來共享和傳輸關鍵信息 2。正如救護車或消防車在緊急情況下擁有交通優先權一樣，TSN 標準可確保關鍵的時間敏感數據在標準網絡基礎設施上及時傳輸。”

TSN 最新發展

TSN 不再只是一個理想化項目，而是已成為被行業組織認證的廣泛使用的標準。上面列出的幾點表明它已擁有強大的技術基礎。接下來要觀察的是其測試和部署如何展開。

2016 年 2 月下旬，Bosch Rexroth、Schneider Electric、National Instruments 和 Kuka 宣布他們將聯手開發全球首個 TSN 測試平臺 6。該測試平臺旨在將不同業務流量整合到以太網 TSN 網絡上。它將測試 TSN 的多供應商互操作性，以及其安全特性、性能、延遲、與基于云的控制系統的集成。

National Instruments 主持測試平臺開發工作。其高管之一 Eric Starkloff 評論說，TSN 是“工業物聯網未來發展的必要條件”，并強調其從專業視聽技術發展到現在的融合式確定性以太網，可謂進步驚人。工業物聯網的范圍可能極為廣大，但許多企業在理解和利用其優勢方面仍有很長的路要走。一個成熟和廣泛采用的 TSN 將有助于他們達成目標。

來源：Analog Devices