- 摘要：相信所有接觸過以太網和工業以太網技術的用戶們，大家都最清楚一個問題：就是以太網傳輸的不確定性。什么叫不確定性，最初以太網傳輸使用CSMA/CD原理，當偵測到鏈路有空閑的時候，你才可以進行數據的接收和發送。雖然以太網交換機進行了一些迭代，但基本原理相差不大。
TSN網絡絕對是時下最熱門的話題！那么TSN究竟是什么？它可以帶給你什么好處呢？
硬廣：ORing即將推出支持TSN的工業交換機！
下面，我就用非常簡單的幾個比喻來和你講講TSN技術，所帶來的好處也就清晰易懂了。
以太網傳輸的不確定性
相信所有接觸過以太網和工業以太網技術的用戶們，大家都最清楚一個問題：就是以太網傳輸的不確定性。什么叫不確定性，最初以太網傳輸使用CSMA/CD原理，當偵測到鏈路有空閑的時候，你才可以進行數據的接收和發送。雖然以太網交換機進行了一些迭代，但基本原理相差不大。
舉個栗子，就好比擠地鐵，如果早高峰大家都同時進行擠地鐵，你懂得，一窩蜂的人流是很難一起擠進去的。所以，你什么時候可以擠上地鐵（傳輸數據）就變成了一個不確定的問題。
▲ 圖片來自網絡
其實對於IT或者OA網絡，對信息傳輸產生的不確定性並沒有那么敏感。一個信息，即便延遲個幾秒傳遞出去都沒有任何問題；但在工業控制的OT網絡中，由於傳輸的數據是非常重要的控制信息，對時間相當敏感，不確定性帶來的延遲會對控制工藝產生不可確定的影響。會有什么影響？可能一爐鋼直接煉廢了，或者一輛汽車機器人焊接時候多焊了那么幾秒，導致不良品。
目前在工業自動化系統中，采用了傳統的工業以太網架構，來應對這種不確定性的方法通常有兩種：
第一種，不讓整個網絡滿負載。為了確保網絡不擁堵，通常實際使用的帶寬一般遠低於標注的50%，所以建議你最好使用千兆甚至萬兆的通信網絡。
第二種，網絡各自獨立。就是不讓控制信息和視頻信息同時在一個網絡中，構建兩套單獨的網絡進行數據傳輸。
TSN —— 時間敏感網絡
理解了上述現狀后，那么我們來談一下，TSN究竟是什么？TSN = Time-Sensitive Networking，時效性網絡，也稱為時間敏感網絡。
TSN是在標准以太網基礎上進行的使用創新。IEEE802.3定義了以太網的主協議，而大部分使用與維護方面的協議者定義在IEEE802.1中，通常我們使用的VLAN和QoS這些功能統統都是在IEEE802.1中。所以，TSN的基本標准也在IEEE802.1中。
根據IEEE目前公布的信息來說，目前TSN包括如下7個標准：
| 1 |
IEEE Std 802.1Q-2018 |
橋接和橋接網絡 |
| 2 |
IEEE Std 802.1AB-2016 |
站點和媒體訪問控制連接發現 |
| 3 |
IEEE Std 802.1AS-2011 |
橋接局域網中時間敏感應用的 |
| 4 |
IEEE Std 802.1AX-2014 |
鏈路聚合 |
| 5 |
IEEE Std 802.1BA-2011 |
音頻視頻橋接（AVB）系統 |
| 6 |
IEEE Std 802.1CB-2017 |
幀復制和消除可靠性 |
| 7 |
IEEE Std 802.1CM-2018 |
移動前傳的時間敏感網 |
所以，TSN不是一個單獨的標准，其實是由多個標准集合而成。
而且，TSN並沒有全部發布。截止2019年4月24日，還有很多尚未發布，包括：新的獨立TSN基准標准、基於原有標准的修正案等。所以想一步到位的客戶朋友可能還需要時間再等等。
TSN的三大基本原理
接下來，最關心的可能就是 —— TSN如何解決以太網傳輸的不確定性呢？另外，TSN和之前用的QoS有什么區別？為什么QoS無法解決不確定傳輸的問題？
對於上述問題，我們只需記住TSN的基本原理！就三點！牢記！！
第一點：TSN利用了電力行業應用的精確時間協議IEEE 1588，給所有以太網幀增加了精確的時間戳，具體協議可參閱IEEE 802.1AS。
第二點：因為有了這些時間戳，我們就可以根據時間進行排程，具體協議可參閱為IEEE 802.1Qav等。
第三點：直接留出傳輸余量給高優先級的信息，進行優先傳輸，具體協議可參閱IEEE 802.1Qat等。
總結：根據上述三點基本原理，我們就大致可以理解為什么QoS無法解決傳輸不確定性的問題。其原因是以太網交換機內部具有緩沖效應，如果交換機已經在其中一個端口上傳輸以太網幀，即使是最高優先級的幀也必須在交換機緩沖區內等待之前的傳輸完成。而TSN則加載了時間戳，交換機內部根據時間戳以及QoS進行排程進行處理，避免了這種不確定性的發生。
又舉栗子，還是拿擠地鐵來說事。有了QoS，雖然是你是VIP，但也要等已經排隊上車的人上完車后你才能上。但是有了TSN，你作為VIP還自帶光環，在車門處預留了空間讓你先上車。這樣，調度人員（交換機）就可以根據時間戳，用優先級運用協議的算法來確保VIP（最重要的信息）可以在確定的時間內上車。
▲ 圖片來自網絡
TSN帶來的好處
通過以上的介紹，相信你大概知道TSN可以給你帶來的好處是什么了。以綜合管廊控制系統為例，一般綜合管廊有兩套網絡，一套為自動化控制網絡，一套為視頻監控網絡。當你使用了具有TSN功能的交換機后，你完全可以只采用一套網絡，因為你可以為關鍵信息設置排程和時間戳，再也不要擔心控制網絡的數據會被其他視頻信息所干擾啦！
根據IEEE的建議，TSN有以下四種應用：數字音視頻流傳輸系統、移動基站到控制器之間的網絡系統、工業自動化系統以及汽車網絡系統。現在很多企業都在測試並推出了自己的TSN解決方案。
ORing也不例外哦！我們即將推出一款TSN交換機 —— IGS-RX164GP+系列，支持完整的三層路由功能、TSN（時間敏感網絡）和萬兆通信能力，可以滿足用戶對網絡的高帶寬、低延遲和高效管理的需求。符合IEEE 802.1AS、Qav和Qat標准，確保關鍵任務中的時間敏感數據不會在網絡上被阻擋。前不久還帶去德國在漢諾威展小小露了臉，期待您聯系我們詳詢這款產品!
