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摘要：随着现代工业信息化技术与网络管理运维技术的不断融合，可以较好确保高实时性与确定性传输的时间敏感网络已成为工业互联网和车联网等领域重点研究的技术方向之一。时间敏感网络符合标准以太网规范，具备流量调度与时间感知能力，通过交错传输周期性数据与非周期性数据来提供业务流量确定性传输服务。旨在对TSN这一新兴技术领域进行调研和分析，在对现有研究工作进行归纳总结的基础上，重点分析了 TSN涉及的主要关键技术，并对其可能的应用场景和未来发展进行讨论和展望。
关键词：时间敏感网络；工业互联网；系统架构；时间同步；流量调度
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2022.10.013
引言
随着信息技术的不断发展，确定性的流量传输成为传统以太网的一大挑战。传统以太网只注重解决非实时数据的传输，实时流量和传统 TCP流量竞争资源将导致较大的传输时延和抖动，使得传统以太网无法满足实时音视频业务的数据传输需求。为此，2006年成立的 IEEE AVB（Audio Video Bridging）工作组 制 定 了 一 组 802.1 以 太 网 标 准 ，包 含 802.1AS，802.1Qat，802.1Qav 等协议，该标准通过采用预留带宽、流量优先级和时间同步等技术来提供低传输时延的以太网服务。随着工业互联网（Industrial Internet）对以太网实时通信需求的迅速增长，2012年AVB工作组更名为 TSN（Time-Sensitive Networking）工作组，TSN 工作组通过扩展 AVB 技术以统一解决网络传输的时效性问题。例如，TSN 在AVB基础上引入了时间调度流量（Time-scheduled traffic）和帧抢占（Framepreemption）机制，并且允许采用不同协议的时间敏感数据流和非时间敏感数据流混合交错传输。此外，TSN 可以在数据源头获取精确的数据信息，快速诊断和及时修复网络中出现的各种传输异常。
时间敏感网络（Time-Sensitive Networking，TSN）协议族的主体位于OSI网络模型的第2层，即数据链路层，属于IEEE802.1协议体系。TSN在传统以太网的基础构架上重新定义了流量传输机制，利用以太网数据帧的包头进行数据传输，适用于任何以以太网为传输媒介的应用场景，实现了现有工业网络的技术突破。具体而言，TSN引入的新技术主要包括时间同步、时间感知调度、流量整形和调度以及冗余备份路径机制等。通过综合应用这些新技术实现的具有时间敏感特性的TSN可以为上层业务提供具有确定性时延特征的信息传输。
