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当前位置：浅析：打破欧美垄断的中国首款 TSN 芯片的前世今生
时间敏感网络（TSN）是实现全球工业控制、汽车控制、飞机控制等工业网络通信协议及标准统一的国际标准技术，是中国工业互联网的支撑网络技术。随着5G物联网、工业互联网等新一代信息通信技术的发展，TSN具有的确定性和微秒级交互特性，引发无人驾驶、边缘计算、虚拟现实等科幻技术变现实。同时借助TSN打破智慧与机器的边界，推动传统离散工业进行数字化转型和智能制造升级。
根据全球市场研究公司最新报告，2026年全球TSN市场规模将达到10亿美元，2030年达到28亿美元。但由于中国相关行业起步晚，该领域以TSN芯片为代表的核心部件长期被欧美企业把持。为打破这一垄断，中国工信部在2021年推出“时间敏感网络（TSN）产业链名录计划”，旨在推动TSN的产业壮大和应用落地，加速中国TSN产业链成熟。
TSN是什么？
TSN(Time Sensitive Network)时间敏感型网络是一个最新的但却并非陌生的技术，那TSN究竟是什么样的网络呢？为何TSN会被认为是未来工业通讯的统一标准呢？TSN会替代现在的各类实时工业以太网吗？
面对这些问题，CE China的老石和B&R的老宋开始了一场刨根问底式的对话，下面让我们来对TSN有一个正面的了解。
1.TSN是时间敏感网络的意思，时间敏感是什么意思？其他网络对时间不敏感吗？有衡量指标吗？
答：说实话，最初在2016年贝加莱总部介绍TSN的时候，我觉得这似乎不像是一个工业自动化领域的技术，因为像PROFINET、POWERLINK、EtherCAT等工业网络已经可以达到比较高的实时性指标，而且好像也极少遇到什么当前100μS循环周期搞不定的案子，工业网络讲 “Determistic”，即确定性网络，因为控制是基于“等时同步”的，工业领域早已实现“时间敏感”。因此，就个人而言当时觉得这个词是IT的人不了解工业而开发出来的网络，因为TSN的最初描述是为以太网赋予“确定性”、“实时性”传输能力，这是因为标准以太网是没有这个能力的，但是，实时以太网有这个能力。
那么，问题的关键在哪里？TSN最关键的目的在于“同一”网络的数据传输，即，周期性的控制通信需求和非周期的数据在同一个网络中传输，才是TSN的核心诉求。
因为现在的IT与OT融合过程中会遇到非常大的问题，即，周期性数据和非周期性数据往往需要通过两个网络传输，因此，你会发现控制器各家都是两个网口，一个实时以太网，一个标准以太网，一般实时网络用语机器与系统控制，而标准网络用于管理级信息的传输。
通常，衡量网络的QoS（Qualityof Service）指标包括循环周期、延迟、抖动这几个指标，一般来说，硬实时会在百微秒这个级别的刷新，抖动控制在几十个nS这个级别，延迟在微秒级。没有特别的官方定义实时性，因为，应用场景不同。
2. TSN特点之一是实时性高，我们以往的现场总线、实时以太网不也有这个特点吗？相比这些TSN在实时性方面也有优势吗？
答：尽管TSN的关键诉求在于“同一”网络的传输，但经过研发人员的设计，其调度机制也允许获得较高的实时响应能力，目前贝加莱已经开发的千兆以太网的TSN测试下来抖动在50nS（抖动通常描述的是最差情况），可以达到的最快周期是在10μS级，因此，对于现有的工业控制而言，TSN的实时性是完全可以保障的。
和目前主流的实时以太网比TSN显然性能更高，据贝加莱总部的千兆测试数据显示高了18倍的整体性能（其测试是按照节点数、数据负载不断增加然后取性能的均值）。
3. TSN是如何实现时间敏感的呢？它是在标准以太网标准上做了哪些修改吗？
答：TSN本身是一系列的标准，它包含了时钟同步、数据调度与网络配置三个方面的关键标准，TSN仅指数据链路层的标准，这一点必须阐明，它可以采用IEEE802.3的以太网或IEEE802.3cg的标准网络来实现物理层，而数据链路层采用了桥接网络，以及不同的数据流调度的策略，也就是Shaper-整形器，比如CBS基于信用的整形器、Qbv-时间感知整形器TAS、CQF-周期性排队与转发、ATS-异步传输整形器。想了解这个就得了解以太网本身是怎么传输的，然后就明白TSN主要是在Transmit Selection这个地方进行了策略调度机制的设计。
4.TSN这两年在工业界越来越火，这个TSN源自哪里，是咱们工业界独有吗？其他行业也叫TSN吗？全球谁在主导这个标准啊？
答：TSN并非是源自工业界，TSN最早是在音视频传输领域，后来在汽车领域于2012年成立IEEE802.1Q工作，而到工业已经是2015年的事情了，成立了IEEE802.1 TSN工作组。
在汽车工业里他们一般称为AVB-Audio Video Bridge，是由IEEE802.1Qav、IEEE802.1AS和IEEE802.1Qat（已经作为IEEE802.1Q的基础标准）构成。
在航空航天领域也有大量时间敏感型网络应用，他们可以称为AS6802，而在工业领域，IEC和IEEE合作，成立了IEC60802工作组用于实现TSN网络的互操作性标准制定。
目前TSN的推动组织是Avnu，包括IIC、OPC UA基金会也加入了推动这项技术的工作，他们会和主要的Shaper厂商共同推动TSN技术的发展。
5. TSN今后是要成为标准以太网协议，而且比以前的标准以太网协议先进，那是否意味着今后民用商用工业用的以太网协议都会成为TSN？
答：TSN是一项VLAN技术，即Vitural Local Area Network，这显然定义了它是一个局域网，并且是一个虚拟的局域网，它不必一定成为商用和民用的所有通吃的标准，TSN域和非TSN域的区别在于VLANID，即，进入TSN网络会被交换机给打上VLAN标签，然后借助于TSN机制在该网络中传输，但离开了TSN网络的时候，这个VLAN标签会被去除，它也可以变为一个标准以太网帧被传输。因此，TSN交换机会和普通交换机一起工作没有问题。
因此，商业或民用网络并不是必须要变为TSN网络，这完全取决于应用本身的需求，尤其是经济性指标，因此，如果没有特殊的实时性需求的话，倒没有必要，目前TSN网络看来聚焦在工业级IoT应用比较多。
6. 为何这两年突然TSN就受到业界这么多人的关注？它能解决哪些现在解决不了的问题吗？
答：TSN火的原因就是大量的物联网应用需求产生的，因为，你必须考虑周期性和非周期性数据的同一网络传输问题，带宽的需求较之以往更大。
你可以看到这个图中，描述了几个场景：
（1）音视频同步：其实，如果你看中央电视台，你看到播音员的口型和语音会出现不同步—这也属于质量问题，因为音频和视频没有同步，或者像大剧院里的音箱，你想想如果他们不能实现同步，就会出现重复的声音，也属于数据传输质量的问题。
（2）ADAS，相对于传统的汽车而言，ADAS会需要多个激光雷达（比如前后三个），包括安全系统，这些更多的传感器都会带来带宽的需求较之以往更大。
（3）AR/VR、机器视觉：这些技术在工业场景更多的使用都会让带宽的需求变大。
因此，TSN是有实际的需求的，连接变得更为广泛，则需要更大的网络容量传输能力。
7. 既然具有时间敏感特点的以太网络有这么多优点，那么为何在早先的标准以太网推出时没有考虑做成时间敏感呢？为何现在就要加上时间敏感？是原先没有想到吗，还是原来的技术实现不了，或者是成本太高等其他原因？
答：90年代大众来中国投资建汽车厂的时候，中国的高速公路才刚开始，包括现在很多老的小区都没有足够的停车位，谁会料到今天汽车如此普及呢？
同样道理，在你不需要这项技术的时候，你是不会真正有动力去开发这样的技术的，因为如果没有人用，这些研发投入就失去意义了，因此，任何技术的流行都会需要时间，而且，就目前而言，TSN都还没有到它真正爆发的时候，因为，对互联的需求也就最近几年才刚开始，大量的工厂实际上还处于单机生产的阶段。因此，TSN现在已经处于未雨绸缪的阶段，因为大数据应用仅在局部开始，而并非进入爆发期。
当然，你说的没错，要实现TSN这样的网络的确需要非常大的技术投入，因为它的复杂性是超过现有的网络的，就像时钟同步就比IEEE1588有可靠性方面的需求，调度机制也更多样灵活，这些都是需要芯片处理包括千兆以太网处理芯片、传输电缆、交换芯片等，这些都是成本，而只有面临巨大的市场机会，芯片厂商才会有动力去投入研发。现在大量的芯片厂商投入其中也是因为看到其广阔的未来，这些投入会让TSN变得更为易用而低成本，TSN潜在的规模使得它较之以往的网络更具竞争力。
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