时间敏感网络(TSN),工业、车载互联等领域实现低延时、高确定性的信息传输方法之一。TSN 技术发展主要经历 了三个阶段:
以太网最早于上世纪 80 年代开始被逐渐引入办公领域,并由于 10Mbps 的高吞吐量而迅速实现普及。以太网使 用串行方式传输数据,带宽有多个设备共享,采用“Best Effort”的转发机制也使得在以太网在处理数据转发工 作时采用尽可能发送更多的数据而并不考虑数据的优先级,在大量数据需要转发时会导致网络拥堵,从本质上缺 乏确定性和实时性,虽然传统二层网络已经引入了优先级机制,三层网络也已内置了服务质量(quality of service, QoS)机制,但实时流量和传统 TCP 流量的资源竞争导致时延和抖动过多,致使传统的以太网不能满足实时数 据的传输需求。

与传统以太网相比,AVB 拥有确定性延时的优势。AVB 全称音视频桥接技术,一般用于汽车多媒体设备之间的 信息传输。AVB 工作组致力于解决音频视频数据在以太网介质上传输时的时延较高、抖动较大、传输不确定等问 题。由于多媒体应用场景下视频与音频、字幕等信息有较高的时间同步要求,因此传统的以太网较难满足在音视 频应用场景下有较高的不确定性。AVB 在以太网的基础上通过引入传输时间策略,保证了各项数据上的时间上的 同步。

工业与汽车领域对实时以太网的需求快速增长刺激 TSN 技术的发展。美国汽车工程师协会以 TTEthernet 为基础 推出了 AS6802 标准,该标准将传统以太网“Best Effort”传输方式所具备的灵活性与时间敏感的实时性、确定 性等特点相结合,具有支持不同类型的应用的能力。IEEE 受到 AS6802 标准推出的刺激,在 2012 年正式将 AVB 任务组改名为 TSN 工作组,在原 AVB 技术的基础上继续针对车载、专业音频、工业自动化以及移动通信等领域 进行了实时通信、时钟同步、低延时、高质量的信息传输进行了一系列的开发。详细来讲,TSN 具有以下目标: 针对交换网络的报文时延得到保障;时间敏感数据流和非时间敏感数据流可以混合传输,并且非时间敏感数据流 的传输不会影响时间敏感数据流的传输时延;多种高层协议可以共享网络基础设施, 即多种协议的负载可以同时 在网络中传输;网络错误可以通过在源头获得精确的信息,从而快速地确诊和修复。
当前 TSN 已逐渐发展成为了被行业组织认证的广泛使用的标准。当前国内外已经有众多组织以及企业在积极推动 TSN 的发展,包括 ABB、B&R、Bosch Rexroth、CISCO、GE、NI、KUKA、Parker、Phoenix、Schneider、SEW、 TTTech 等主流的自动化与 IT 厂商以及 EPSG、CC-Link 等协会也在积极参与 TSN 网络的发展。