TSN 通過(guò)以太網(wǎng)提供確定性性能。

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) （TSN） 的持續(xù)發(fā)展已導(dǎo)致 IEEE 802.1 和 IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生重大更新。TSN 本質(zhì)上是一個(gè)確定性以太網(wǎng)擴(kuò)展集，同時(shí)也是音頻視頻橋接 （AVB） 的后繼者——最初設(shè)計(jì)用于支持專業(yè)音頻和視頻環(huán)境（如現(xiàn)場(chǎng) DJ 演出）中的實(shí)時(shí)媒體流傳輸?shù)?IEEE 項(xiàng)目。

但是，AV B引起了汽車制造商的注意，由此便播下了萌發(fā) TSN 的種子。人們對(duì)未來(lái)汽車的先進(jìn)性已期許良久，設(shè)想其將具備高速 IP 網(wǎng)絡(luò)連接、智能自動(dòng)駕駛員輔助/制動(dòng)系統(tǒng)、信息娛樂(lè)門(mén)戶、簡(jiǎn)化的內(nèi)部線束以及更輕的總重量。推動(dòng)這些特性實(shí)現(xiàn)的過(guò)程也為工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)帶來(lái)了許多額外好處。

TSN：從汽車 AVB 到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的途徑

利用以太網(wǎng)創(chuàng)建一種融合的 IEEE 802 規(guī)范是消除各種障礙的最顯而易見(jiàn)的解決方案。更具體而言，汽車行業(yè)可以使用確定性以太網(wǎng)來(lái)克服有限的車載帶寬，而不需要求助繁雜的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（例如 FlexRay、LIN 和 MOST） 來(lái)將汽車的各種系統(tǒng)連接在一起。

把上述句子中的車載部分及其對(duì)汽車專用協(xié)議的引用去掉，您就能大致感受到隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（或工業(yè) 4.0） 日益受到關(guān)注，汽車行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)。

1.支持混合流量

以太網(wǎng)已被當(dāng)作一種通用汽車網(wǎng)絡(luò)，它可以簡(jiǎn)化車內(nèi)不同的域架構(gòu)。通過(guò) TSN，以太網(wǎng)在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中可以發(fā)揮類似的作用，處理自動(dòng)化和控制系統(tǒng)、電力設(shè)施、風(fēng)力渦輪機(jī)、印刷機(jī)器中的混合流量 1。

TSN 擅長(zhǎng)傳輸帶時(shí)間戳的延遲敏感數(shù)據(jù)，無(wú)論同一網(wǎng)絡(luò)上是否可能存在任何“盡力而為”流量。這對(duì)以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因?yàn)橄啾纫郧暗膬H承載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)而沒(méi)有混雜多種協(xié)議的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)的噪聲要高得多。

TSN 設(shè)計(jì)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(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)器件非常重要，尤其是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) （IIoT） 中，原因是規(guī)模和成本這樣的核心問(wèn)題阻礙了當(dāng)前很多網(wǎng)絡(luò)方法。

依靠特殊的基于 ASIC 的工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案和/或傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線（包括但不限于汽車所用的現(xiàn)場(chǎng)總線，例如 CAN），在擴(kuò)展性或性價(jià)比方面要劣于僅僅依靠商業(yè)芯片的方案，后者還能支持常規(guī) HTTP 接口、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和診斷 2。TSN 有助于降低成本并為未來(lái)擴(kuò)展打開(kāi)方便之門(mén)。

3.確保嚴(yán)密同步

AV B演變?yōu)?TSN 是為了處理要求特別嚴(yán)苛的應(yīng)用，例如高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 3。ADAS 需要多個(gè)系統(tǒng)協(xié)同工作才能解決制動(dòng)距離與人類反應(yīng)時(shí)間問(wèn)題。

TSN 有多種機(jī)制來(lái)確保類似環(huán)境（例如 IIoT） 下的確定性：

? 對(duì)精密時(shí)間協(xié)議的改進(jìn)

? 任何數(shù)據(jù)流都有冗余路徑可用

? 以較低的帶寬通過(guò)以太網(wǎng)將服務(wù)質(zhì)量融合到 TSN 上

（不影響實(shí)時(shí)保證）

? 保留帶寬——這是從 AVB 繼承過(guò)來(lái)的一個(gè)核心特性，用于確保確定性性能

4.提供足夠的帶寬

相對(duì)于傳統(tǒng)串行現(xiàn)場(chǎng)總線，即從 PROFIBUS? 到 Modbus? 的一切，以太網(wǎng)有一個(gè)決定性優(yōu)勢(shì)，那就是它能為所有類型的應(yīng)用提供更多的帶寬。特別是在汽車中，CAN 的有限數(shù)據(jù)速率和容量使其不適用于下一代車載應(yīng)用，這就為以太網(wǎng)（以 AVB 的形式）打開(kāi)了大門(mén)。

“機(jī)器視覺(jué)和 3D 掃描等應(yīng)用需要大量帶寬?！?/p>

對(duì)于控制系統(tǒng)中仍在使用的許多現(xiàn)場(chǎng)總線而言，情況也是如此。機(jī)器視覺(jué)和 3D 掃描等應(yīng)用越來(lái)越重要，這些應(yīng)用需要大量帶寬，以太網(wǎng)上的 TSN 可以滿足需求。

5.使網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施更簡(jiǎn)單

TSN 旨在提供一種統(tǒng)一且易用的實(shí)現(xiàn)確定性以太網(wǎng)的方法。它不依賴多種基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)處理不同類型的流量，一切都可以通過(guò)以太網(wǎng)傳輸。

Automation World 的 David Greenfield 于 2015 年主持了一個(gè)播客節(jié)目，其中雖然沒(méi)有專門(mén)提到 TSN，但很好地介紹了以太網(wǎng)相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線的一般優(yōu)勢(shì) 4。以太網(wǎng) POWERLINK? 標(biāo)準(zhǔn)化組織的嘉賓 Sari Germanos 談到了復(fù)雜應(yīng)用（如上一節(jié)中提到的那些）如何突破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制。

TSN 形式的以太網(wǎng)已經(jīng)在解決汽車中的這個(gè)問(wèn)題。最近 EE Times 的一篇文章討論了如果不必支持傳統(tǒng)技術(shù)，就可以重新安排車輛中的不同域架構(gòu)。以太網(wǎng)將充當(dāng)“連接各種應(yīng)用域的骨干總線”，從而更好地利用帶寬。對(duì)于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，它同樣適用5。

National Instruments 的 AVnu Alliance 工業(yè)部門(mén)主席 Todd Walter 在 Design World 上發(fā)表的文章中稱：“隨著（工業(yè)）物聯(lián)網(wǎng)的普及，數(shù)據(jù)量的增加和分布廣泛的網(wǎng)絡(luò)將需要新的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)共享和傳輸關(guān)鍵信息 2。正如救護(hù)車或消防車在緊急情況下?lián)碛薪煌▋?yōu)先權(quán)一樣，TSN 標(biāo)準(zhǔn)可確保關(guān)鍵的時(shí)間敏感數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上及時(shí)傳輸?！?/p>

TSN 最新發(fā)展

TSN 不再只是一個(gè)理想化項(xiàng)目，而是已成為被行業(yè)組織認(rèn)證的廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)。上面列出的幾點(diǎn)表明它已擁有強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)。接下來(lái)要觀察的是其測(cè)試和部署如何展開(kāi)。

2016 年 2 月下旬，Bosch Rexroth、Schneider Electric、National Instruments 和 Kuka 宣布他們將聯(lián)手開(kāi)發(fā)全球首個(gè) TSN 測(cè)試平臺(tái) 6。該測(cè)試平臺(tái)旨在將不同業(yè)務(wù)流量整合到以太網(wǎng) TSN 網(wǎng)絡(luò)上。它將測(cè)試 TSN 的多供應(yīng)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(tǒng)的集成。

National Instruments 主持測(cè)試平臺(tái)開(kāi)發(fā)工作。其高管之一 Eric Starkloff 評(píng)論說(shuō)，TSN 是“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的必要條件”，并強(qiáng)調(diào)其從專業(yè)視聽(tīng)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在的融合式確定性以太網(wǎng)，可謂進(jìn)步驚人。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的范圍可能極為廣大，但許多企業(yè)在理解和利用其優(yōu)勢(shì)方面仍有很長(zhǎng)的路要走。一個(gè)成熟和廣泛采用的 TSN 將有助于他們達(dá)成目標(biāo)。

來(lái)源：Analog Devices