时间敏感网络(TSN)概述
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时间敏感网络的目标是实现实时关键数据流和兼容性好的普通数据流在同一网络中同时传输。要实现这两种业务的融合，要求时间敏感网络中的设备对时间表有准确的控制，并实现实时关键业务所要求的低延迟和低抖动。此外，如果各类设备复杂的业务流程能够在同一网络上传输，则意味着专网连接数的减少，简化了系统设备的部署流程，降低了系统设备的体积和成本。
灌输牛鼻子:时效性网络？确定性传输
嵌入式牛问题:近年来提出的时间敏感网络的相关问题
镶嵌牛文字:
一.提问
传统的以太网通常采用“尽力而为”的转发模式，但这种转发模式往往缺乏确定性。当数据包到达发送端口准备发送时，发送端按照先进先出的原则进行转发。但是，当一个发送端口同时有多个数据要发送时，这些数据就会被排队，而队列中的等待时间是由队列长度、数据发送速度等多种因素决定的。如果网络中的流量过大，就会出现拥塞或丢包，队列中的等待时间变得不可预测，确定性得不到保证，这就造成了流量调度、时间同步、流量监控、容错机制标准化等问题。
如果有足够的带宽，这种尽力而为的以太网可以适应大多数当前的情况，但这种不确定性在一些应用领域是不可容忍的，例如远程医疗或网络辅助自动驾驶。在这些安全或生命攸关的网络应用中，某种信息传输的不确定性可能会带来不可挽回的后果。
这时，建立可靠的传输机制就成了技术人员的首要问题。
为了保证一些重要的受控物理系统的确定性行为，实时网络需要具有确定性和低的网络延迟和延迟变化(抖动)。传统上，现场总线已用于此目的，但由于许多因素，如总线设计，成本，体积和重量，时间敏感网络已被提出。
时间敏感网络(TSN)基于标准以太网。标准以太网上的通信流量(例如音频和视频流)可以与具有高优先级的确定性信息流(例如运动控制)共享物理网络。不同的业务对时延有不同的要求，尤其是在需要确定传输的下行业务领域，对时延和抖动要求特别敏感。
时间敏感网络的目标是实现实时关键数据流与普通数据流在同一网络中同时传输，并具有良好的兼容性。要实现这两种业务的融合，要求时间敏感网络中的设备对时间表有准确的控制，并实现实时关键业务所要求的低延迟和低抖动。此外，如果各类设备复杂的业务流程能够在同一网络上传输，则意味着专网连接数的减少，简化了系统设备的部署流程，降低了系统设备的体积和成本。
TSN并没有覆盖全网，只是定义了MAC层，处理数据帧。
二。内容历史
AVB-以太网音视频桥接是一套基于新型以太网架构的实时音视频传输协议，由IEEE 802.1任务组于2005年制定。它有效地解决了以太网传输中的定时、低延迟和流量整形问题。同时与传统以太网保持100%的后向兼容性，是极具发展潜力的下一代网络音视频实时传输技术。其中包括:
1.802.1AS:精确时间协议(PTP)。
2.802.1Qat:流预留协议(SRP)。
3.802.1Qav:排队和转发协议(Qav)。
4.802.1BA:音频视频桥接系统
5.1722:音频/视频桥接传输协议(AVBTP)。
6.1733:实时传输协议(RTP)。
7.1722.1:负责基于1722的设备搜索、列表、连接管理和设备间的相互控制。
AVB不仅能传输音频，也能传输视频。用于音频传输时，在1G网络中，AVB会自动使用750M的带宽，通过带宽预留协议，双向传输420路高质量、无压缩的专业音频。剩下的250M带宽还是可以传输一些非实时的网络数据。当用于视频传输时，预留带宽可以根据具体应用进行调整。比如750M带宽可以轻松传输高清全高清视觉无损视频信号。并且可以在AVB网络中任意路由。
IEEE 802.1任务组于2065年10月正式将AVB更名为TSN时间敏感网络。换句话说，AVB只是TSN中的一个应用。
第一个应用程序是我们的Pro AV。在这个应用领域中，强调主时钟频率。也就是说，所有的音视频网络节点都必须遵循时间同步机制。
第二个应用是在汽车控制领域。目前，大多数汽车控制系统都非常复杂。比如:刹车、发动机、悬挂等。采用CAN总线。照明、门、遥控器等使用LIN系统。娱乐系统甚至更加多样化，包括当前的车载网络，如FlexRay和MOST。事实上，上述所有系统都可以通过TSN以低延迟和实时传输机制进行管理。它可以降低向汽车和专业A/V设备添加网络功能的成本和复杂性。
第三个应用是在商业电子领域。比如，你坐在家里，可以通过无线WIFI连接任何一台家用电子设备，实时浏览任何音视频资料。
最后一个应用也是未来最广泛的应用。所有需要实时监控或实时反馈的工业领域都需要TSN网络。比如:机器人产业、深海石油钻探和银行业等。TSN还可以用于支持大数据的服务器之间的数据传输。全球产业已经进入物联网(IoT)时代，毫无疑问，TSN是提高物联网互联效率的最佳途径。
三。研究现状及热点
TSN广泛应用于关键的小型封闭汽车和工业网络，以建立可靠的ULL端到端连接。然而，关键的TSN限制是专注于封闭网络，例如车载网络和小规模机器人网络。在机器人和车辆网络中运行的网络应用通常涉及与外部非TSN网络的大量交互。机器人和车载网络应用需要通过外部网络与移动处理程序紧密集成。如果高级网络功能(如移动性)在外部网络中得不到适当的支持，TSN的好处基本上限于小型封闭网络。因此，TSN和不同外部网络之间的顺畅互操作性对于TSN在异构网络场景中的运行至关重要。理想情况下，TSN和非TSN网络之间的连接应该能够适应类似于TSN的特性，以确保异构部署中的整体端到端连接要求。
V2X通信:Lee和Park提出了iTSN，这是一种面向大规模应用的大型TSN网络互联的新方法。iTSN方法在不同的TSN网络之间使用诸如IEEE 802.11p的无线保真技术。特别是，重要的是通过互联网享受全球定时和同步信息，以建立公共定时平台来支持外部网络中的TSN特性。因此，iTSN方法使得例如车载网络能够在异构部署中以微秒延迟将安全关键信息发送到控制节点，例如路边单元(RSU)。通过采用这种可靠的互联技术，可以在比目前可行的毫秒范围(微秒)短得多的时间跨度内实现车辆制动安全距离。一般来说，TSN和互联技术(如iTSN)可以为安全的自动驾驶系统创建一个通信平台。
网络建模:虽然TSN标准在汽车驾驶网络中受到了极大的关注，但网络部署的主要挑战之一是如何管理网络的复杂性。随着技术的发展，汽车行业对现有的车载网络基础设施提出了更多的要求。随着车载网络中传感器数量的增加，网络规划中不断增加的连接数应相应满足传感器之间的连接和带宽要求。然而，车载控制系统网络需求的动态变化可能需要更广泛的网络基础设施，从而导致更高的支出。
硬件和软件设计:支持TSN功能(如TSN节点中的调度、抢占和时间触发事件生成)的硬件和软件组件的设计需要大量的工程和开发工作。硬件实现在计算资源利用和执行延迟方面非常高效，但它导致严格的体系结构难以适应新应用的要求。另一方面，软件实现可以灵活地适应新的应用需求，但由于网络功能的软件化，如时间触发调度和硬件虚拟化，CPU可能会过载。
经验教训:到目前为止，大多数关于TSN的研究都集中在独立和孤立的车辆网络上。TSN研究领域的另一个局限是缺乏包括大规模异构网络架构在内的仿真框架。应该创建有效的用例，包括本地和外部网络交互(如汽车驾驶)，并在基准评估中加以考虑。目前，大多数TSN研究中的一般用例是支持车载传感器连接和信息娱乐音频/视频传输的车载网络。未来定制化的TSN仿真框架应该是基于支持下一代具有本地化和外网交互的应用的网络，比如汽车驾驶。类似地，基于SDN的TSN管理可以利用分层控制器设计来将管理从诸如车辆网络的局部网络扩展到诸如车辆对任意(V2X)网络的外部网络。
四。未来研究趋势
TSN网络基础设施和协议必须支持有限的端到端延迟和可靠性，以支持物联网、医学、汽车驾驶和智能家居等关键应用相关的基本功能。满足这些应用需求的基于TSN的解决方案导致支持各种协议的复杂网络基础设施。因此，简化的TSN网络管理机制对于降低复杂性和满足ULL应用的关键需求非常重要。
因此，多个TSN网络之间可靠、安全和低延迟的通信对于支持广泛的未来应用至关重要。缺乏用于与外部TSN和非TSN网络连接和通信的TSN标准阻碍了互操作网络中的研究活动，并且迫切需要解决。总之，我们已经确定了TSN研究的以下主要未来设计要求:
①支持各种应用，从时间敏感应用到具有流量调度功能的延迟容忍应用。
②多个封闭TSN架构之间的连接。
③灵活动态的优先级分配，保证较低优先级业务的有限端到端时延。
④从全球网络角度，使用SDN集中管理TSN功能。
⑤通过自估计和本地时钟偏差校正，可以实现高效的定时信息共享和精确的时钟设计。
⑥有效的硬件和软件设计。
1中低优先级数据的传输。温变系数
TSN节点抢占正在进行的低优先级帧传输，并用于发送传入的高优先级帧，以确保高优先级帧的绝对最小TSN节点传输延迟。根据高优先级流量的强度，低优先级帧可以被多次抢占。因此，抢占事件直接取决于高优先级业务的强度，因此不能保证低优先级业务的端到端延迟特性。如果高优先级业务的强度明显高于低优先级业务，则低优先级业务的端到端时延会大大增加。通常，低优先级流量携带延迟敏感数据，这些数据不如高优先级流量数据重要，但仍应在最坏情况的截止日期内传输。在目前的技术水平下，还没有研究机制或标准来保证抢占式低优先级服务最坏情况下的端到端时延。
因此，未来的研究需要开发新的机制来确保TSN网络中低优先级业务的有界最坏情况延迟。
2.无线TSN的发展
为了将工业设备(工业传感器/执行器)无线连接到TSN网络，5G是非常合适的解决方案。与4G相比，5G的新功能，尤其是无线接入网(RAN)，提供了更好的可靠性和传输时延。此外，新的5G系统架构允许灵活部署。所以5G可以实现TSN网络，没有线缆安装限制。