详谈TSN产业生态：主要厂商及产品分析（上）

作者简介：李庆，紫金山实验室未来网络研究中心研究员，主要研究方向为时间敏感网络（TSN）、软件定义网络（SDN）等。

TSN（Time-Sensitive Networking）是由IEEE 802制定的一套网络标准，它不是全新的技术，而是对现有以太网网络技术的改进。根据TSN一系列的标准，可以将TSN总结为四大核心功能：时钟同步、流量整形（调度）、资源管理和可靠性，用于提供更可靠的、低延迟、低抖动的数据传输服务。2012年，IEEE TSN工作组成立，专门负责TSN标准的制定。

TSN的技术趋于成熟，行业应用初见雏形。TSN标准应用的主要推动组织有IEEE、Avnu联盟、工业互联网联盟（IIC）和OPC UA基金会等。国内工业互联网产业联盟发起的“时间敏感网络（TSN）产业链名录计划”是我国首个时间敏感网络产业促进项目，旨在形成“技术研发、标准研制、产品测试、应用示范、规模商用”的产业闭环，推动我国时间敏感网络技术与产业有序发展。

目前，国内外包括芯片厂商、通信设备厂商及自动化厂商在内的多家厂家推出了支持TSN协议的相关产品。因此，根据各厂商官网公布的信息及网络上相关的资料，我们对已推出TSN相关产品的厂商及其产品进行了整理总结。排名不分先后。

Cisco Systems（思科）

IE 4000系列交换机

思科在固件版本为15.2(5)E2及更高版本的思科工业以太网4000系列交换机中集成了TSN支持，所有型号的IE-4000都支持TSN，实现了IEEE 802.1Qbv和IEEE 802.1AS功能。

IE 4000系列提供高度安全的访问和业界领先的汇聚环协议，以支持弹性和可扩展网络。使用企业级基于意图的网络管理平台，如Cisco DNA Center。Cisco IE 4000可以通过基于GUI的设备管理器安装，它还提供了开箱即用的工业使用配置和简化的可管理性，以在工业网络上提供高级安全、数据、视频和语音服务。

支持以下TSN特性：

• IEEE 802.1AS
• IEEE 802.1Qbv
• IEEE 802.1AB

NXP Semiconductors（恩智浦）

NXP LS1021A

LS1021A是NXP公司提供的一个OpenIL (Open Industrial Linux) 平台，OpenIL支持Netcont/Yang、OP-TEE、TSN、IEEE 1588、Xenomai以及 SELinux等工业特性。该开发板包括QorIQ Layerscape LS1021A工业应用处理器和SJA1105T TSN交换机。LS1021A TSN由工业Linux SDK和Xenomai实时Linux支持，Xenomai实时Linux还提供了在SJA1105T上配置TSN的实用程序。搭载单颗ARMv8 架构的 A53 的核心。

LS1021A支持以下TSN功能：

• 10/100/1000Mbps接口。
• IEEE 802.1Q：VLAN帧以及2层QoS。
• IEEE 1588v2：一站式同步消息硬件转发。
• IEEE 802.1Qci：入口端口速率限制（每流监管）。
• IEEE 802.1Qbv：时间感知流量整形。
• 传输、接收、帧丢弃、缓冲区负载的信息统计。

NXP LS1028A

LS1028A开发板集成了三个SJA1105TEL汽车以太网2层交换机，TSN功能全都部署在SJA1105TEL中，开发板将TSN交换机扩展到12个端口。搭载的是双核 armv8 架构的 A72 核心。支持以下TSN功能：

10/100/1000Mbps接口。

• IEEE 802.1Q：VLAN帧以及2层QoS。
• IEEE 1588v2：一站式同步消息硬件转发。
• IEEE 802.1Qci：入口端口速率限制（每流监管）。
• IEEE 802.1Qbv：时间感知流量整形。
• 传输、接收、帧丢弃、缓冲区负载的信息统计。

NXP LS1028A

Broadcom Limited（博通）

2016年，Broadcom推出了世界上第一个TSN以太网交换机 Quartz，该交换机现已被设计到全球许多关键的汽车自动驾驶设计中。凭借在硬件中实现的关键 IEEE 802.1CB 功能，Quartz 可以以高达 25Gb/s 的线路速率运行，从而将 TSN 性能扩展到远远超过基于软件或 FPGA 的解决方案。2020 年，Broadcom 进一步扩展了其 TSN 创新，推出了 Quartz 系列的下一个成员——Quartz2。这款新设备增加了对 100 Gb/s 的支持，包括一个集中的线速 MACsec 加密/解密引擎，并显着降低了功耗。

BCM53570 Series

BCM53570 System-on-a-Chip（SoC）集成了高速ARM Cortex-A9处理器、嵌入式Cortex-R5处理器。全面兼容符合IEEE标准的TSN功能，为工业以太网、5G无线连接和传输网络提供确定性行为。支持以下TSN特性：

• IEEE 802.1Qca
• IEEE 802.1Qbv
• IEEE 802.1Qbu/IEEE 802.3br
• IEEE 802.1Qch
• 时钟同步，PTP，IEEE 802.1AS-Rev，1588 v2
• IEEE 802.1Qcc
• IEEE 802.1Qci
• IEEE 802.1CB
• IEEE 802.1CM

BCM56070 Series

BCM56070是一款体量小、功耗低、线速率以太网交换机，具有灵活的I/O，支持从1G到100G的不同端口速度，能够直接连接到多Gig物理驱动器。设备最多支持16×25G、28×10G和48×2.5G端口。支持以下TSN特性：

• IEEE 1588
• 802.1CB
• 802.1Qci
• 802.1Qch

Moxa（摩莎）

作为工业通讯领域的领先厂商，Moxa一直在参与TSN相关标准的制定以及测试床的建设，目前正式发布了两款TSN 交换机，分别是TSN-G5004和TSN-G5008系列，将TSN真正的落地应用又推进了一步。

TSN-G5008 交换机

TSN-G5008系列交换机配备了8个千兆以太网端口和多达2个光纤端口。全千兆以太网设计，使此系列交换机成为将现有网络升级至千兆速率，或者构建新的全千兆骨干网络以满足未来高带宽应用的优选。紧凑型设计和用户友好配置界面的全新Moxa web GUI，简化了网络部署。并且TSN-G5008系列网管型交换机荣获CEC颁发的CEC 2020 年度工业通讯类最佳产品奖。目前支持以下TSN特性：

• 802.1AS
• 802.1Qbv

TSN-G5004 交换机

该款交换机配备4个千兆以太网端口，支持的TSN协议包括 802.1AS、802.1Qbv。

Moxa TSN-G5000 TSN系列交换机

Belden Inc.

2017年，信号传输产品供应商Belden针对其旗下Hirschmann两款交换机RSPE35和RSPE37发布了软件更新，这就让这些交换机实现对应TSN功能成为了可能。2019年12月通过了CLPA日本总部的兼容产品一致性测试，客户可以使用其产品搭配CC-Link IE TSN网络构建更加庞大的自动化系统。2020年，该产品通过了CC-Link IE TSN网络架构系统集成测试。

根据 Belden 的说法，RSPE 产品系列的管理型交换机包括一个带有八个双绞线和四个组合端口的基本单元，可以通过各种媒体模块进行扩展。RSPE35 和 RSPE37 版本支持符合 IEEE 1588 v2的精确时钟同步，并具有 FPGA 模块，这意味着可以实现基于硬件的选择性冗余机制，如高可用性无缝冗余（HSR）、并行冗余协议（PRP），支持802.1Qbv。

Hirschmann RSPE Series

Analog Devices Inc.（亚德诺半导体，ADI）

交换机

ADI公司的嵌入式实时以太网交换机产品系列支持所有主要的工业以太网协议，同时还可以提供许多符合未来需求的TSN功能，适合IEC/IEEE 60802工业场景，产品包括fido5100和fido5200。

fido5100 和 fido5200 (REM 交换芯片) 是可编程的 IEEE 802.3 10 Mbps/100 Mbps 以太网互联网协议版本 6 (IPv6) 和互联网协议版本 4 (IPv4) 交换机，可虚拟支持任意 2 层或 3 层协议。这两种交换机经个性化设置，可通过从主机处理器下载的固件支持所需的协议。

fido5200

TSN评估套件

ADI推出了TSN评估套件AN-1482，通过该套件可以将现有以太网设备连接到 TSN 网络，利用该套件组网，连接端设备，可以进行TSN网络评估演示等。目前，该套件支持802.1Qbv和802.1AS。该套件提供 3 个以太网端口，它支持几乎所有标准以太网设备，包括运行 EtherNet/IP、 PROFINET RT、ModbusTCP、BACnet IP 或任何其他 IP 协议（PROFINET IRT、EtherCAT、SERCOS 和 POWERLINK 除外）的设备。

TSN评估套件

TTTech Computertechnik AG

Arion IP评估平台

——高级汽车架构的汽车以太网交换IP

TTTech的Arion IP评估平台是一个以太网交换IP核心技术演示，基于经过验证的汽车以太网交换IP，设计用于汽车行业的先进集成应用。该IP使得未来汽车电子/电子架构的高效设计和集成能够以更低的BOM成本和更高的最大网络带宽利用率。

Arion IP完全符合OpenTC11和IEEE TSN协议（802.1Qci、802.1CB、802.1Qbv、802.1AS），支持软时、实时和硬实时混合通信。包括一个灵活和用户友好的交换机配置工具。

Slate TSN解决方案

Slate是一个确定性的网络平台，提供全面的TSN解决方案。TSN设备解决方案使用户能够快速地将TSN特性集成到FPGAs和ASICs中。TSN设备软件产品为TSN实现提供了扩展功能。TSN网络软件使规划和动态配置TSN网络成为可能。

包括以下5个部分：

（1）Edge IP Solution

• 可配置的TSN交换机IP和FPGA软件
• 支持802.1AS、802.1Qbv、802.1Qcc、802.1Qbu、802.1CB以及802.1Qci

（2）Flex IP Solution

Flex IP Solution是一个灵活的模块化设计IP，为定制芯片(ASICs或ASSPs)提供TSN功能。它可扩展到8个端口，提供广泛的可配置特性，并支持IEEE TSN和HSR/PRP等标准。Flex IPSolution是针对工业自动化应用开发和优化的。

• 可定制的TSN交换机IP和ASIC/ASSP软件
• 支持802.1AS、802.1Qbv、802.1Qcc、802.1Qbu、802.1CB以及802.1Qci

（3）Edge PTP

Edge PTP是一个轻量级的软件栈，为TSN设备提供高度精确的时钟同步。它实现了IEEE 802.1AS时间和同步标准和IEEE 1588精确时间协议，使网络上的实时时钟在纳秒范围内同步。

• IEEE 1588-2019 PTP
• IEEE 802.1AS-2020

（4）Slate XNS

Slate XNS是一个基于浏览器的软件，用于为TSN网络拓扑建模、添加流和部署配置。Slate XNS可以调度和配置任何TSN标准兼容的网络/设备。运行在Windows或Linux上，无需专业知识就可以配置复杂的TSN网络。

• 基于浏览器的TSN网络规划和配置
• IEEE 802.1Qcp、IEEE 802.1Qcw

（5）Slate YNS

Slate YNS是一个嵌入式软件，与OPC UA应用程序接口，提供TSN网络和设备的自动化规划和配置。Slate YNS不需要任何用户界面，它简单地运行在网络设备上，便于根据OPC UA发布者和订户的需求规划数据流。使用标准YANG模型和NETCONF实现网络组件的配置。

• IEEE 802.1Qcp、IEEE 802.1Qcw、IEEE 802.1CBcv

Xilinx（赛灵思）

Xilinx 现在是 AMD 的一部分。

TSN Ethernet Switch

该系列产品的供应商是Xilinx联盟计划成员CAST，产品编号为：TSN-SW。

四端口的二层交换机，具有线速直通交换功能，可以提供亚微秒级的端口到端口延迟。支持IEEE 802.1Q-2018标准以太网桥接，并实现了基本的TSN定时同步和流量整形协议，即：

• IEEE 802.1as
• 802.1Qav和802.1Qbv
• 802.1Qbu和802.1br
• 802.1Qci和802.1CB

TSN IP

该系列产品的供应商是Xilinx合作伙伴DornerWorks。产品包括：Zynq-7000S和Zynq-7000。7000S中的S是Single（单个）的缩写，指的是7000S芯片中只集成了一个A9核，而7000是两个。支持以下TSN特性：

• IEEEE 802.1Qbu和802.1br。允许选择可抢占或快速通信的任何QoS级别。
• IEEE 802.1Qbv
• IEEE 802.1Qav Credit-Based Shaper

TSN End Node

该系列产品的供应商是Xilinx合作伙伴NetTimeLogic。

TSN End Node IP core是基于IEEE 802.1和IEEE 1588标准的独立的TSN单端口end node core。除了网络冗余外，它支持与TSN网络节点（交换端点）核心相同的特性。它是一个TSN协处理器，使非TSN感知接口（如legacy或"normal" MAC）支持TSN特性，如调度、优先队列、信用整形、循环转发和抢占。core拦截以太网PHY和转发或处理以太网帧的以太网core之间的路径。支持以下TSN特性：

• IEEE 1588/IEEE 802.1 ASrev
• IEEE 802.1Qbv
• IEEE 802.1Qch
• IEEE 802.1Qav
• IEEEE 802.1Qbu和802.1br
• IEEEE 802.1Qcc

10G/25G 以太网TSN子系统

Xilinx 10G/25以太网TSN解决方案提供10/25 千兆位每秒（Gbps）的以太网介质访问控制器，该控制器在支持 802.1Qbu和802.3br的BASE-R中与一个PCS/PMA集成。这有助于按照针对无线前程应用的 802.1CM 配置文件抢占和散布快速传输流量。包括以下产品：

• EF-DI-25G-TSN-802-1-CM-PROJ
• EF-DI-25G-TSN-802-1-CM-SITE
• EF-DI-25GBASE-KR-PROJ

Microchip Technology（微芯科技公司）

Microchip推出的LAN9668x系列芯片是一款用于TSN千兆以太网交换机的芯片，LAN9668x系列以太网交换机支持单一的网络架构，采用全新的LAN8814 PHYs。该系列有两款产品：LAN9668-I/9MX和LAN9668/9MX器件，分别是面向工业和商业应用的8端口交换机。

EVB-LAN9668是LAN9668 TSN交换机的evaluation board，通过LAN9668 Switch和LAN8814 PHYs实现8个千兆以太网接口。

LAN9668x系列支持以下TSN特性：

• IEEE 802.1Qbv (TAS)
• IEEE 802.1Qch (CQF)
• IEEE 802.1Qci (PSFP)
• IEEE 802.1AS-2020
• IEEE 802.1CB (FRER)
• IEEE 802.1Qbu/802.3br

NVIDIA（英伟达）

2020年，NVIDIA 推出了一款高性能网络控制器——NVIDIA CONNECTX-7 NDR 400G网络适配器。据官方介绍， Mellanox 400G InfiniBand产品提供超低延迟，并在上一代产品的基础上实现了数据吞吐量翻倍，同时增加了新的NVIDIA网络计算引擎，实现了额外的加速。精准计时，为数据中心应用程序和时间敏感型基础设施提供更精准的时间同步，这也是AI与数字孪生中的一项必要功能。具有以下定时和同步特性：

• IEEE 1588v2，16ns时钟同步精度
• 时间触发调度
• 基于PTP packet pacing

Nokia（诺基亚）

1830时延敏感分组交换机（Time-sensitive Packet Switch，TPS）

1830 TPS可实现基于分组的移动前传传输，大大降低Cloud RAN的部署成本和复杂度；同时透明支持现有和新的无线接口协议，实现4G和5G移动网络的统一传输。

1830 TPS提供了符合TSN fronthaul (IEEE 802.1CM)的蜂窝站点和边缘枢纽站点之间的超低延迟传输。

B&R（贝加莱）

X20系列

贝加莱带有TSN接口的PLC-X20CP3687X在2021年4月中国自动化产业年会中获得“年度最具竞争力创新产品”。X20系列PLC已经可以支持TSN，该款PLC目前有多个型号均可支持TSN接口，支持Intel ATOM的0.4/0.8/1.3/1.6GHz处理器，最大可支持的2GB的DDR4 RAM，1MB SRAM,2GB板上Flash存储，标配有TSN（10/100/1000MB）以及POWERLINK实时以太网接口，该款PLC是目前市面上较早投入批量的控制器，预示着TSN已经真正开始进入了产业应用阶段。

TSN交换机（型号0ACST052.1）

一款具有5个100/1000Mbit端口的二层工业交换机，包含4个TSN端口和1个以太网端口（RJ45）。支持以下TSN特性：

• IEEE 802.1As-2020-Precision Time Protocol (PTP)
• IEEE 802.1Qbv
• IEEE 802.1Qav
• IEEEE 802.1Qbu

Synopsys Industry（新思）

Synopsys推出了面向汽车的DesignWare 以太网QoS Controller IP，支持1M、10M、1G和2.5G速度， IP旨在支持实时网络，以及最初的IEEE音频视频桥接(AVB)和后续的TSN规范。支持以下TSN规范：

• IEEE 802.1AS-2011，IEEE 802.1AS-REV，IEEE 802.1-Qav-2009
• IEEE 802.1Qbv
• IEEE 802.1Qbu

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