TSN即Time-Sensitive Networking，中文名為時間敏感網絡，是從傳統以太網網絡中衍生出來的一種技術，是指在非確定性以太網中實現確定性最小時間延時的協議族。TSN為標準以太網增加了確定性和可靠性，可實現對以太網網絡功能的擴展，進而確保數據的實時、確定、可靠傳輸。TSN交換機則是一種支持TSN技術的工業以太網交換機，屬于以太網交換機的升級產品之一。
TSN交換機能夠實現各類型網絡終端的互聯互通，與傳統交換機相比，其具有體量小、功耗低、延遲低、可靠性高、抖動頻率低、數據傳輸能力強、適用端口多等優點，可在工業網絡、車聯網以及航空航天、鐵路、軍工裝備的機載網絡互聯互通中發揮出重要作用。
新思界產業分析人士表示，TSN交換機是基于TSN技術而生成的交換機產品，屬于以太網交換機的升級產品之一。近年來，TSN交換機憑借著良好優勢在汽車、工業、航天、軌道交通等領域網絡通信中展現出巨大發展潛力，被認為是下一代工業網絡通信的核心設備。目前全球各國企業正在積極布局TSN交換機市場，未來TSN交換機市場發展空間有望加速拓展，行業發展前景廣闊。來和海翎光電的小編一起了解一下TSN的發展史、常用TSN協議說明吧！ TSN（Time-Sensitive Networking）時間敏感網絡，即在非確定性的以太網中實現確定性的最小時間延時的協議族，是IEEE 802.1工作組中的TSN工作組開發的一套協議標準，定義了以太網數據傳輸的時間敏感機制，為標準以太網增加了確定性和可靠性，以確保數據實時、確定和可靠地傳輸。 早期的以太網采用的交換機主要使用半雙工模式，傳輸帶寬為100M，傳輸延時為5ms，單根線路的最大長度為100m。緊接著，在千兆以太網和全雙工傳輸技術的快速發展中，局域網中基本普及了千兆交換機，默認情況下所有端口處于一個廣播域，所有數據包的交換通過硬件的MAC地址表進行查詢轉發。 隨著以太網交換技術的成熟，并在城域網等更大范圍的應用拓展，1980年2月，IEEE 802委員會成立，任務是制定局域網和城域網的通信標準，IEEE 802.1工作組則主要制定基于以太網的協議標準。 1991，針對大量交換機的部署產生了冗余鏈路等的一系列問題，IEEE 802.1工作組發布了802.1D STP生成樹協議，并于1998年發布了第二部RSTP快速生成樹協議，基本解決了各廠商設備在組網時容易產生環路等問題。 隨著802.1D的制定，大規模用戶組網條件已經成熟，1999年，IEEE 802.1發布802.1QVLAN協議作為802.1D的后續補充，能夠將大規模的用戶小區和城市區域使用虛擬網絡標識的進行區分，解決了電信用戶組網和城域網接入的IP限制問題。 進入21世紀以后，隨著以太網的普及，基于以太網的多媒體應用需求與日俱增，于是2006年IEEE成立了AVB工作組，制定了一系列新的802.1技術標準，對現有以太網進行功能擴充，包括帶寬保持、限制延時和精確時鐘同步，提供了高質量、低延時、時間同步的音視頻局域網解決方案。 隨著工業4.0概念的提出和車聯網時代的到來，工業和汽車對實時以太網技術的需求迅速增長，在2012年，AVB工作組更名為TSN工作組，在繼承AVB已有的技術基礎上，進一步針對實時通信的應用場景，制定并提出了更多可行的技術標準，籍此在未來的工業和汽車等領域繼續引領以太網技術的發展。 TSN系列規范包含了非常多的技術標準，一部分來源于以往音視頻、通信等領域的應用，一部分來源于芯片等技術廠商在技術實現上的探索。 當前已經發布的TSN系列規范大致分為四個部分：時間同步、調度延時、可靠性、資源管理。
時間同步的協議規范主要是802.1AS/802.1AS-Rev，基于數據鏈路層進行以交換機為關鍵節點的時鐘同步機制的實現，主要來自于IEEE1588時間同步協議的簡化版本，更適用于車載網絡中實時性精度要求較高的通信傳輸場景。 目前主流的應用為2011版本，主要是基于單域或多域的時鐘同步機制的實現，初步滿足了基于以太網作為骨干網的電子電器架構的設計需求。
最新發布的為2020版本，增加了時鐘冗余和時鐘傳輸路徑冗余的實現，對滿足車輛功能安全的需求提供了統一的解決方案。
802.1Qbv是在交換機多個輸出隊列的嚴格優先級（報文中的優先級通常來自于VLAN或者IP）模式下，利用門循環列表GCL（Gate Control List）來控制每個隊列的開關時間窗口，來實現時間感知整形器TAS（Time-aware Shaper）的功能；GCL通常有8~16組，可通過靈活配置來實現不同延時需求的調度規則集合，進而對應不同優先級幀的最大傳輸延時保證來實現傳輸延時確定性和帶寬的穩定性。
同時，802.1Qbv為了確保每個時間片的報文都能傳輸完成，預留了一個Gurad Band，長度最大可配置為一個標準以太網幀的MTU大小約1500字節，會增加約12.5us的延時損耗。為了不浪費這個帶寬的等待時間，于是設計并引入了802.1Qbu規范。 802.1Qbu將數據幀分為可被搶占幀（Preemptable Frame）和快速幀（Express Frame），通常在每個交換機端口以優先級來對幀進行以上分類，即高優先級的幀可以對低優先級未傳輸完成的幀進行搶占發送，以減少傳輸延遲。搶占的規則一般通過設置最小可被搶占幀長度，例如若設置為128字節，則必須等待可被搶占幀傳輸完128字節才能對快速幀進行搶占發送，等快速幀發送完成后，再對被搶占幀未發送完成的部分進行發送。 802.1Qbu和802.1Qbv的同時使用，可以在保證鏈路延時和帶寬相對確定的情況下，對高實時報文進一步降低傳輸延時。 802.1CB主要是通過交換機硬件的報文復制功能實現發送端數據幀的在交換機指定轉發端口處的復制，并通過不同的交換機傳輸路徑發送至最終目的節點所在的交換機連接端口，然后在該交換機端口利用交換機硬件的對特定協議復制幀的重復消除，進而利用網絡拓撲中的冗余路徑實現在傳輸鏈路中實時的可靠性數據備份，并且不增加軟件收發數據產生的額外負載；相比傳統的通信錯誤恢復機制，能夠在正常通信鏈路發生錯誤時，利用在冗余路徑中的實時數據保證通信不間斷，且延時僅是冗余路徑中多余交換機節點的轉發延時，一般在10us左右，可以非常好地滿足高實時高可靠性的應用場景。
資源管理的系列規范類似于網絡管理之類的協議和配置格式的一些規定，適合于靈活組網、易于維護的一些應用環境，并不適用于汽車上穩定性要求高、固定資源分配的策略，所以這里就暫不詳細介紹了。
常用TSN協議說明
IEEE 802.1AS-rev
確保連接在網絡中各個設備節點的時鐘同步，并達到微秒級甚至納秒級的精度誤差。
IEEE 802.1Qat
解決網絡中音視頻實時流量與普通異步數據流量之間的競爭問題。通過協商機制，在音視頻流從源設備到不同交換機再到終端設備的整個路徑上預留出所需的帶寬資源，以提供端到端（End-to-End）的服務質量及延遲保障。
IEEE 802.1Qav
確保傳統的異步以太網數據流量不會干擾到AVB的實時音視頻流。為了避免普通數據流量與AVB流量之間對網絡資源的競爭，AVB交換機內對時間敏感的音視頻流和普通數據流進行了區別處理，將實時幀與異步幀分別進行排隊，并且賦予實時幀最高的優先級。
IEEE 802.1Qbv
通過Time Aware Shaper為優先級較高的時間敏感型關鍵數據分配特定的時間槽，并且在規定的時間節點，網絡中所有節點都必須優先確保重要數據幀的通過。
IEEE 802.1Qbu
可以中斷標準以太網或巨型幀的傳輸，以允許高優先級幀的傳輸，同時不丟棄之前傳輸被中斷的消息。
已發布的標準(Published TSN Standards)
部分繼承AVB的標準(Referred to AVB standards)
將發布的標準(Ongoing TSN Projects)
