时间敏感网络TSN及其标准

2002年，IEEE发布了IEEE 1588《IEEE 网络测量和控制系统的精确时钟同步协议标准》，也就是PTP协议

IEEE，Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气与电子工程师协会，是一个国际性的电子技术与信息科学工程师的协会，也是全球最大的非营利性专业技术学会

2005年，为了解决音频视频实时传输的问题，IEEE 802.1成立了音频视频桥接（AVB，Audio Video Bridging）任务组

传统以太网难以满足音视频数据流在网络中的时序性、低延时和丢包等问题。而AVB能够有效解决这些问题，同时又可以兼容传统以太网

音视频传输的痛点，恰好也是汽车行业和工业领域数据流传输的痛点。所以AVB的成功，引起了汽车界和工业界的兴趣

2012年，AVB任务组正式更名为TSN任务组（Time-Sensitive Networking），在其章程中扩大了时间确定性以太网的应用需求和适用范围。在AVB标准集的基础上，TSN任务组综合了多个应用领域对时间敏感通信的需求，形成了一系列标准，建立了时钟同步、数据调度和网络配置等核心机制

所以，TSN其实是一个协议族，由多个协议组成。它包含了时钟同步、流量整形、数据调度、网络配置、应用配置等方面的标准

时间同步标准

IEEE 1588

精确时钟同步协议，PTP协议，多层通信

IEEE 802.1AS

时钟同步协议，也就是gPTP协议，它与IEEE 1588不同的是，它是一个完全基于二层的网络，即使采用非IP网络也可以进行时间同步。所以gPTP扩大了时间同步协议的使用范围，是广义的精确时钟同步协议

IEEE P802.1AS-Rev

IEEE P802.1AS-Rev是IEEE 802.1AS的修订版，它对于网络的时钟精度要求更高

低时延流控标准

流分类

IEEE 802.1Q

IEEE 802.1Q标准对以太帧格式进行了修改，在源MAC地址字段和协议类型字段之间加入4字节的802.1Q Tag。802.1Q Tag也称为VLAN Tag，带有VLAN Tag的以太帧称为VLAN帧

所以IEEE 802.1Q定义VLAN帧格式和分类、流优先级及QoS

流整形

IEEE 802.1Qav

基于信用值的整形器CBS（Credit-Based Shaper），现已合并到802.1Q中，限制突发流量速率

IEEE 802.1Qcr

异步数据流整形器ATS（Asynchronous Traffic Shaper），分离速率控制和调度功能

流调度

IEEE 802.1Qbv

时间感知的整形器TAS（Time Awareness Shaper），流调度的增强，门控列表控制队列隔离调度

IEEE 802.1Qch

周期性排队与转发机制整形器CQF（Cyclic Queuing and Forwarding），奇偶循环周期调度

流抢占

IEEE 802.3br

MAC合并子层，区分高速MAC和可抢占MAC

IEEE 802.1Qbu

帧抢占，FP，高优先级帧打断低优先级帧传输

可靠性标准

IEEE 802.1CB

帧的复制与消除，FRER，无缝冗余

IEEE 802.1Qca

路径控制与预留，PCR，预定义显式转发路径

IEEE 802.1Qci

帧过滤与报错，PSFP，处理和恢复故障流的传输

IEEE P802.1Qcz

拥塞隔离，CI，隔离流的排队拥塞

网络管控标准

IEEE 802.1AB

链路层发现协议，LLDP，网络节点属性信息交互

IEEE 802.1Qat

资源预留协议，SRP，流接入控制和资源注册

IEEE 802.Qcc

资源集中管控，CNC，获得全局配置信息，简化操作

YANG模型

IEEE 802.1Qcp
基本YANG，NETCONF协议，低开销配置和管理网络

IEEE P802.1Qcx
用于连接、故障、管理功能的YANG

IEEE P802.1Qcw
用于Qbv、Qbu、Qci的YANG

IEEE P802.1ABcu
用于LLDP协议的YANG

IEEE P802.1CBcv
用于FRER和管理信息库的YANG

IEEE P802.1CQ

多播和本地地址分配协议，PALMA协议

IEEE 802.1CS

本地链路预约协议，LRP协议，流注册功能扩展

IEEE P802.1Qdd

资源分配协议，RAP，TSN在完全分布式模型中的功能配置

IEEE P802.1CBdb

用于FRER的扩展流识别功能，用于工业以太网和TSN的通用流识别方法

这么多的标准，是不是全部都要学习呢？当然不是，汽车领域使用的TSN关键标准有：

802.1AS-Rev、802.1Qbu、802.1CB、802.1Qci、802.1Qbv

内容参考文章《时间敏感网络标准与研究综述》