TSN历史

由于以太网的普及度高，针对以太网的实时应用衍生出多种技术。2001年，贝加莱推出了工业领域应用的以太网POWERLINK；2003年，Siemens基于Profibus开发了PROFINET；Rockwell、ABB基于DeviceNet开发了Ethernet/IP;Beckhoff 开发了EtherCAT；Rexroth基于SERCOS开发了SERCOSIII。这些实时以太网通常采用HUB透传的方式，不支持交换机。实时以太网与标准以太网无法在同一网络中进行数据传输。

工业4.0要求IT与OT深度融合，工控现场所需的实时数据和生产管理所需的非实时数据能够通过统一网络传输，在统一的数据平台处理与分析，并能够下发到各个控制器执行。

TSN 是IEEE802.1的扩展协议，旨在提升以太网的性能，使其更具备确定性、鲁棒性、可靠性，通过IEEE802网络保证数据包的延迟、抖动、丢包，实现IT与OT流量的统一承载。

TSN应用领域

EEE802.1于2007年创建了AVB（音视频桥接）任务组，目标是用以太网取代家庭中的HDMI、扬声器和同轴电缆。AVB仅适用于桥接的第2层网络。2012年，IEEE802.1AVB任务组更名为时间敏感网络任务组（TSN）任务组。TSN扩展了AVB技术，成为基于以太网的新一代网络标准，具有时间同步、延时保证等实时性功能。TSN主要应用于汽车控制、工业控制、智能电网、5G等领域。

图1：TSN协议层次
TSN是符合IEEE802.1Q标准的VLAN，在标准的以太帧中插入4个字节长度的VLAN tag。TSN通过VLAN tag中的PCP（Priority Code Point）和VID（VLAN ID）定义流的不同优先级。

图2：TSN帧结构
TSN VLAN tag各字段的含义如下：
1）Tag Protocol Indentifier：16bit长度，标签协议识别，标识TSN网络，数值为0X8100。

2）Priority Code Point：3bit长度，优先级代码，标识流量优先级，3位PCP定义了8个优先级，传输类型对应关系参见表1。

表1：TSN优先级与传输类型的对应关系

3）Drop Eligible Indicator：1bit长度，丢弃标识位，对于低QoS要求的数据可置位，网络拥塞时可丢弃，以确保高优先级数据的QoS。

4）VLAN Identifier（VID）：12bit长度，VLAN网络的识别号。VID=0用于识别帧优先级，VID=FFF作为预留，其余值用于标识VLAN。

TSN协议栈

图3：TSN的协议组件
TSN协议栈包括五大类组件：时钟同步组件、可靠性组件、时延控制组件、资源管理组件。
（1）时间同步组件
（2）延迟控制组件
（3）资源管理组件
（4）传输可靠性组件
（5）安全协议

如何搭建TSN验证环境

TSN验证环境主要硬件TSN交换机（端口可根据需要选定），TSN网卡（可选千兆，万兆，电口，光口）
TSN管理软件，TSN流量规划软件



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