网络也能零延迟？时间敏感网络(TSN)技术深度解析

什么是TSN？

时钟敏感网络(Time-Sensitive Networking) 是标准以太网的扩展，其主要目标是使标准以太网具有确定性。使技术人员能够精确了解流量在网络中传输所需的确切时间，以及流量将经历的任何延迟和传输时间变化的性质(抖动)。

常规互联网应用领域对延迟和抖动的容忍度远高于许多工业流程所能接受的水平。由于以太网最初无法保证事件发生的时间，因此它无法可靠地用于许多机器应用，而这种缺乏确定性可能会导致质量下降甚至机器损坏。

人们采用了各种开放协议（例如 CC-Link IE）来解决这些问题，并且它们与 TSN 结合时仍将为工业应用提供有价值的功能。虽然这些协议为工业应用提供了一种确定性以太网的方法，从而实现了现在所谓的工业以太网，但它们仍然没有提供很好的融合解决方案。当前 TSN 的趋势最终将弥补这一缺失。然而，重要的是不要忘记，TSN 只是一个以确定性方式将数据从一个地方传输到另一个地方的“管道”。它并不涉及更高级别的应用功能，例如安全或运动控制。因此，仍然需要这些协议来实现这些功能。

TSN 网络的另一个考虑因素是带宽。除了确定性之外，TSN 背后的标准还允许工业以太网更高效地利用这种通常固定的资源。优先级功能可分配必要的带宽，确保所有流量在网络上畅通无阻，避免次要数据干扰优先级更高的数据。

TSN涉及哪些标准？

IEEE 802.1 以太网规范定义，该规范描述了该技术如何通过实现时间同步和流量优先级等功能来提供确定性性能并最终实现收敛。

IEEE 802.1Qbv 允许定义网络流量队列的传输时隙。这控制了每种流量类型何时可以访问网络。在本例中，四个时隙被划分给八个队列。在每个时隙内，编号较高的队列具有优先级。

IEEE 802.1AS – 时间敏感型应用的定时与同步：时间同步为确定性提供了基础，因为它确保网络上的所有设备共享相同的时间感知。例如，如果现在是上午 10:00，则网络上的所有设备都知道这一点，并且它们的操作都同步到同一时钟。因此，这可以最大限度地降低可能导致数据传输延迟和变化（延迟和抖动）的时间漂移​​的可能性，从而支持关键数据流量的及时且可预测的传输。

IEEE 802.1Qbv – 调度流量增强

TSN标准如何演变？

与任何技术一样，定义 TSN 的 IEEE 802.1 标准也在不断发展，现有标准不断完善，新标准层出不穷。即使标准不断发展，技术本身也足够成熟，可以在项目中实施。不断发展的技术可以被视为更有价值——因为它不断演变，能够持续满足当前的需求，因此不太可能被淘汰。因此，这种发展是积极的。

与这种演变相对的是，以太网标准一直以来都具有向后兼容的记录。以太网技术已经存在了大约四十年，但在许多情况下，早期设备通常可以与较新的设备兼容。TSN 预计也将遵循这一趋势。因此，需要立即完成项目的公司可以立即将 TSN 纳入其中，并确信其不太可能在几年后面临淘汰。无需等待 TSN 在未来某个不确定的“准备就绪”时刻到来，因为这个时刻不太可能到来。