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時間敏感網絡的目標是實現實時關鍵數據流和兼容性好的普通數據流在同壹網絡中同時傳輸。要實現這兩種業務的融合，要求時間敏感網絡中的設備對時間表有準確的控制，並實現實時關鍵業務所要求的低延遲和低抖動。此外，如果各類設備復雜的業務流程能夠在同壹網絡上傳輸，則意味著專網連接數的減少，簡化了系統設備的部署流程，降低了系統設備的體積和成本。
灌輸牛鼻子:時效性網絡？確定性傳輸
嵌入式牛問題:近年來提出的時間敏感網絡的相關問題
鑲嵌牛文字:
壹.提問
傳統的以太網通常采用“盡力而為”的轉發模式，但這種轉發模式往往缺乏確定性。當數據包到達發送端口準備發送時，發送端按照先進先出的原則進行轉發。但是，當壹個發送端口同時有多個數據要發送時，這些數據就會被排隊，而隊列中的等待時間是由隊列長度、數據發送速度等多種因素決定的。如果網絡中的流量過大，就會出現擁塞或丟包，隊列中的等待時間變得不可預測，確定性得不到保證，這就造成了流量調度、時間同步、流量監控、容錯機制標準化等問題。
如果有足夠的帶寬，這種盡力而為的以太網可以適應大多數當前的情況，但這種不確定性在壹些應用領域是不可容忍的，例如遠程醫療或網絡輔助自動駕駛。在這些安全或生命攸關的網絡應用中，某種信息傳輸的不確定性可能會帶來不可挽回的後果。
這時，建立可靠的傳輸機制就成了技術人員的首要問題。
為了保證壹些重要的受控物理系統的確定性行為，實時網絡需要具有確定性和低的網絡延遲和延遲變化(抖動)。傳統上，現場總線已用於此目的，但由於許多因素，如總線設計，成本，體積和重量，時間敏感網絡已被提出。
時間敏感網絡(TSN)基於標準以太網。標準以太網上的通信流量(例如音頻和視頻流)可以與具有高優先級的確定性信息流(例如運動控制)共享物理網絡。不同的業務對時延有不同的要求，尤其是在需要確定傳輸的下行業務領域，對時延和抖動要求特別敏感。
時間敏感網絡的目標是實現實時關鍵數據流與普通數據流在同壹網絡中同時傳輸，並具有良好的兼容性。要實現這兩種業務的融合，要求時間敏感網絡中的設備對時間表有準確的控制，並實現實時關鍵業務所要求的低延遲和低抖動。此外，如果各類設備復雜的業務流程能夠在同壹網絡上傳輸，則意味著專網連接數的減少，簡化了系統設備的部署流程，降低了系統設備的體積和成本。
TSN並沒有覆蓋全網，只是定義了MAC層，處理數據幀。
二。內容歷史
AVB-以太網音視頻橋接是壹套基於新型以太網架構的實時音視頻傳輸協議，由IEEE 802.1任務組於2005年制定。它有效地解決了以太網傳輸中的定時、低延遲和流量整形問題。同時與傳統以太網保持100%的後向兼容性，是極具發展潛力的下壹代網絡音視頻實時傳輸技術。其中包括:
1.802.1AS:精確時間協議(PTP)。
2.802.1Qat:流預留協議(SRP)。
3.802.1Qav:排隊和轉發協議(Qav)。
4.802.1BA:音頻視頻橋接系統
5.1722:音頻/視頻橋接傳輸協議(AVBTP)。
6.1733:實時傳輸協議(RTP)。
7.1722.1:負責基於1722的設備搜索、列表、連接管理和設備間的相互控制。
AVB不僅能傳輸音頻，也能傳輸視頻。用於音頻傳輸時，在1G網絡中，AVB會自動使用750M的帶寬，通過帶寬預留協議，雙向傳輸420路高質量、無壓縮的專業音頻。剩下的250M帶寬還是可以傳輸壹些非實時的網絡數據。當用於視頻傳輸時，預留帶寬可以根據具體應用進行調整。比如750M帶寬可以輕松傳輸高清全高清視覺無損視頻信號。並且可以在AVB網絡中任意路由。
IEEE 802.1任務組於2065年10月正式將AVB更名為TSN時間敏感網絡。換句話說，AVB只是TSN中的壹個應用。
第壹個應用程序是我們的Pro AV。在這個應用領域中，強調主時鐘頻率。也就是說，所有的音視頻網絡節點都必須遵循時間同步機制。
第二個應用是在汽車控制領域。目前，大多數汽車控制系統都非常復雜。比如:剎車、發動機、懸掛等。采用CAN總線。照明、門、遙控器等使用LIN系統。娛樂系統甚至更加多樣化，包括當前的車載網絡，如FlexRay和MOST。事實上，上述所有系統都可以通過TSN以低延遲和實時傳輸機制進行管理。它可以降低向汽車和專業A/V設備添加網絡功能的成本和復雜性。
第三個應用是在商業電子領域。比如，妳坐在家裏，可以通過無線WIFI連接任何壹臺家用電子設備，實時瀏覽任何音視頻資料。
最後壹個應用也是未來最廣泛的應用。所有需要實時監控或實時反饋的工業領域都需要TSN網絡。比如:機器人產業、深海石油鉆探和銀行業等。TSN還可以用於支持大數據的服務器之間的數據傳輸。全球產業已經進入物聯網(IoT)時代，毫無疑問，TSN是提高物聯網互聯效率的最佳途徑。
三。研究現狀及熱點
TSN廣泛應用於關鍵的小型封閉汽車和工業網絡，以建立可靠的ULL端到端連接。然而，關鍵的TSN限制是專註於封閉網絡，例如車載網絡和小規模機器人網絡。在機器人和車輛網絡中運行的網絡應用通常涉及與外部非TSN網絡的大量交互。機器人和車載網絡應用需要通過外部網絡與移動處理程序緊密集成。如果高級網絡功能(如移動性)在外部網絡中得不到適當的支持，TSN的好處基本上限於小型封閉網絡。因此，TSN和不同外部網絡之間的順暢互操作性對於TSN在異構網絡場景中的運行至關重要。理想情況下，TSN和非TSN網絡之間的連接應該能夠適應類似於TSN的特性，以確保異構部署中的整體端到端連接要求。
V2X通信:Lee和Park提出了iTSN，這是壹種面向大規模應用的大型TSN網絡互聯的新方法。iTSN方法在不同的TSN網絡之間使用諸如IEEE 802.11p的無線保真技術。特別是，重要的是通過互聯網享受全球定時和同步信息，以建立公共定時平臺來支持外部網絡中的TSN特性。因此，iTSN方法使得例如車載網絡能夠在異構部署中以微秒延遲將安全關鍵信息發送到控制節點，例如路邊單元(RSU)。通過采用這種可靠的互聯技術，可以在比目前可行的毫秒範圍(微秒)短得多的時間跨度內實現車輛制動安全距離。壹般來說，TSN和互聯技術(如iTSN)可以為安全的自動駕駛系統創建壹個通信平臺。
網絡建模:雖然TSN標準在汽車駕駛網絡中受到了極大的關註，但網絡部署的主要挑戰之壹是如何管理網絡的復雜性。隨著技術的發展，汽車行業對現有的車載網絡基礎設施提出了更多的要求。隨著車載網絡中傳感器數量的增加，網絡規劃中不斷增加的連接數應相應滿足傳感器之間的連接和帶寬要求。然而，車載控制系統網絡需求的動態變化可能需要更廣泛的網絡基礎設施，從而導致更高的支出。
硬件和軟件設計:支持TSN功能(如TSN節點中的調度、搶占和時間觸發事件生成)的硬件和軟件組件的設計需要大量的工程和開發工作。硬件實現在計算資源利用和執行延遲方面非常高效，但它導致嚴格的體系結構難以適應新應用的要求。另壹方面，軟件實現可以靈活地適應新的應用需求，但由於網絡功能的軟件化，如時間觸發調度和硬件虛擬化，CPU可能會過載。
經驗教訓:到目前為止，大多數關於TSN的研究都集中在獨立和孤立的車輛網絡上。TSN研究領域的另壹個局限是缺乏包括大規模異構網絡架構在內的仿真框架。應該創建有效的用例，包括本地和外部網絡交互(如汽車駕駛)，並在基準評估中加以考慮。目前，大多數TSN研究中的壹般用例是支持車載傳感器連接和信息娛樂音頻/視頻傳輸的車載網絡。未來定制化的TSN仿真框架應該是基於支持下壹代具有本地化和外網交互的應用的網絡，比如汽車駕駛。類似地，基於SDN的TSN管理可以利用分層控制器設計來將管理從諸如車輛網絡的局部網絡擴展到諸如車輛對任意(V2X)網絡的外部網絡。
四。未來研究趨勢
TSN網絡基礎設施和協議必須支持有限的端到端延遲和可靠性，以支持物聯網、醫學、汽車駕駛和智能家居等關鍵應用相關的基本功能。滿足這些應用需求的基於TSN的解決方案導致支持各種協議的復雜網絡基礎設施。因此，簡化的TSN網絡管理機制對於降低復雜性和滿足ULL應用的關鍵需求非常重要。
因此，多個TSN網絡之間可靠、安全和低延遲的通信對於支持廣泛的未來應用至關重要。缺乏用於與外部TSN和非TSN網絡連接和通信的TSN標準阻礙了互操作網絡中的研究活動，並且迫切需要解決。總之，我們已經確定了TSN研究的以下主要未來設計要求:
①支持各種應用，從時間敏感應用到具有流量調度功能的延遲容忍應用。
②多個封閉TSN架構之間的連接。
③靈活動態的優先級分配，保證較低優先級業務的有限端到端時延。
④從全球網絡角度，使用SDN集中管理TSN功能。
⑤通過自估計和本地時鐘偏差校正，可以實現高效的定時信息共享和精確的時鐘設計。
⑥有效的硬件和軟件設計。
1中低優先級數據的傳輸。溫變系數
TSN節點搶占正在進行的低優先級幀傳輸，並用於發送傳入的高優先級幀，以確保高優先級幀的絕對最小TSN節點傳輸延遲。根據高優先級流量的強度，低優先級幀可以被多次搶占。因此，搶占事件直接取決於高優先級業務的強度，因此不能保證低優先級業務的端到端延遲特性。如果高優先級業務的強度明顯高於低優先級業務，則低優先級業務的端到端時延會大大增加。通常，低優先級流量攜帶延遲敏感數據，這些數據不如高優先級流量數據重要，但仍應在最壞情況的截止日期內傳輸。在目前的技術水平下，還沒有研究機制或標準來保證搶占式低優先級服務最壞情況下的端到端時延。
因此，未來的研究需要開發新的機制來確保TSN網絡中低優先級業務的有界最壞情況延遲。
2.無線TSN的發展
為了將工業設備(工業傳感器/執行器)無線連接到TSN網絡，5G是非常合適的解決方案。與4G相比，5G的新功能，尤其是無線接入網(RAN)，提供了更好的可靠性和傳輸時延。此外，新的5G系統架構允許靈活部署。所以5G可以實現TSN網絡，沒有線纜安裝限制。