时效性网络

时效网络（TSN）是IEEE 802.1工作组的时效网络任务组正在制定的一套标准。 TSN 任务组成立于 2012 年 11 月，通过重新命名现有的音频视频桥接任务组并继续其工作。 由于标准化小组工作范围的扩大，名称发生了变化。 这些标准定义了通过确定性以太网网络对时间敏感的数据传输机制。

大多数项目定义了 IEEE 802.1Q 的扩展——桥接和桥接网络，它描述了虚拟 LAN 和网络交换机。 这些扩展特别解决了传输延迟极低和可用性高的问题。 应用包括具有实时音频/视频流和实时控制流的融合网络，用于汽车或工业控制设施。

标准的信息技术网络设备没有时间概念，不能提供同步和精确授时。 可靠地交付数据比在特定时间内交付更重要，因此对延迟或同步精度没有任何限制。 即使平均跃点延迟非常低，个别延迟也可能高得令人无法接受。 网络拥塞是通过在传输层限制和重新传输丢失的数据包来处理的，但是没有办法防止链路层的拥塞。 当缓冲区太小或带宽不足时，数据可能会丢失，但过多的缓冲会增加延迟，这在需要低确定性延迟时是不可接受的。

IEEE 802.1 规定的不同 AVB/TSN 标准文件可分为三个基本关键组件类别，这是基于具有确定性服务质量 (QoS) 的点对点交换以太网网络的完整实时通信解决方案所必需的 连接。 每个标准规范都可以单独使用，并且大部分是自给自足的。 但是，只有以协调一致的方式一起使用，TSN 作为通信系统才能发挥其全部潜力。 三个基本组成部分是：

• 时间同步：参与实时通信的所有设备都需要对时间有共同的理解
• 调度和流量整形：参与实时通信的所有设备在处理和转发通信数据包时都遵循相同的规则
• 通信路径的选择、路径预留和容错：参与实时通信的所有设备在选择通信路径、预留带宽和时隙时都遵循相同的规则，可能同时使用多个路径来 实现容错

需要以可预测方式运行的确定性网络的应用程序包括音频和视频，最初在音频视频桥接 (AVB) 中定义； 接受来自传感器的输入、执行控制回路处理并启动操作的控制网络； 实现数据包和链路冗余的安全关键网络； 以及处理具有不同级别的时间敏感性和优先级的数据的混合媒体网络，例如支持气候控制、信息娱乐、车身电子和驾驶员辅助的车辆网络。 IEEE AVB/TSN 套件作为确定性网络的基础以满足这些应用程序的共同要求。

AVB/TSN 可以处理速率受限的流量，其中每个流都有由最小帧间间隔和xxx帧大小定义的带宽限制，以及具有精确发送时间的时间触发流量。 低优先级流量以xxx努力为基础传递，没有时间和交付保证。

与符合 IEEE 802.3 的标准以太网和符合 IEEE 802.1Q 的以太网桥接相比，时间在 TSN 网络中非常重要。 对于端到端传输延迟具有硬性、不可协商时间边界的实时通信，该网络中的所有设备都需要有一个共同的时间参考，因此需要在彼此之间同步它们的时钟。 这不仅适用于通信流的终端设备，例如工业控制器和制造机器人，也适用于网络组件，例如以太网交换机。 只有通过同步时钟，所有网络设备才能一致操作并在准确的所需时间点执行所需操作。虽然 TSN 网络中的时间同步可以通过 GPS 时钟实现，但成本高且无法保证 端点设备始终可以访问无线电或卫星信号。 由于这些限制，TSN 网络中的时间通常使用 IEEE 1588 精确时间协议从一个中央时间源直接通过网络分配。