时间敏感网络 (TSN)

TSN 旨在为标准以太网赋予确定性、低延迟、低抖动的数据传输能力。不同于以太网“尽力而为、先到先得”的本质，TSN 技术采用了多项 IEEE 802.1 标准，例如 802.1Qbv 时间感知整形器、802.1AS 时间同步等，能确保数据按精确时序传输。正因如此，TSN 在工业自动化等对精确时序要求极高的领域发挥着重要作用。

• 性能：TSN 支持高速联网、海量数据传输、高精度运动控制和低延迟传输，可助力提升网络性能。
• 灵活：TSN 以标准以太网为基础，支持各种网络设备，同时还能为以太网添加更多高级应用。
• 可靠：TSN 可对网络流量进行优先级排序，从而实现实时通信，确保时间敏感数据始终在正确时间传输至正确位置。
• 安全：TSN 能对时间敏感数据进行排程，避免未授权数据涌入，从而增强网络安全。

构建统一的 IT 和 OT 系统融合网络对简化生产流程、提高运营效率至关重要。然而，鉴于这两种系统的差异性和独立性，将两者集成至单一网络并非易事。统一网络具有以下独特优势：

• 标准化通信：使用统一的行业通信标准能简化交互，确保各系统相互兼容，支持 AI 等先进应用。
• 访问便捷：对于使用单一语言的统一网络，工作人员无需了解不同供应商的专有协议，网络运维工作更轻松。
• 性价比高：TSN 可简化设备和协议要求，精简网络基础设施，从而降低运维成本。

时间敏感网络 (TSN) 是由一套 IEEE 标准组成的协议集，旨在为标准以太网提供确定性通信能力。主要标准包括：

• IEEE 802.1AS——时间同步：提供网络设备间的精准时钟同步，确保所有节点共享统一时间基准，对流量调度和实时应用非常重要。
• IEEE 802.1Qbv——时间感知调度：通过为不同流量类别分配特定传输时隙，实现基于时间的调度机制，有效消除数据冲突并保障确定性延迟。
• IEEE 802.1 Qbu / IEEE 802.3br——帧抢占：允许高优先级帧中断正在传输的低优先级帧，最大限度降低抖动，确保关键数据能够及时顺畅传输。
• IEEE 802.1 CB——帧复制和可靠性消除：通过多路径冗余传输关键数据，在接收端识别并消除重复帧，从而提升网络可靠性。
• IEEE 802.1Qci——单流过滤和管制：基于单条数据流提供流量控制与过滤，通过限制流量突发和阻断未授权流，实施安全与性能策略。

时间感知整形器 (TAS) 由 IEEE 802.1Qbv 标准定义，是一种基于预设调度表控制网络设备在特定时间点传输数据包的调度机制。该机制通过门控制列表 (GCL)，在用户定义的时间窗口内控制不同流量队列的传输门开关状态，确保时间关键型或高优先级流量在指定时刻精准传输。​

TAS 在 TSN 中承担着关键角色，通过实现以太网的确定性通信能力，使控制命令、视频流和尽力而为数据等不同类型的流量能够在同一网络中无干扰共存。这对工业自动化、机器人和汽车制造等应用尤为重要，因为这些应用要求通信延迟必须可预测且可控。​

TSN 并非旨在取代现有工业协议，而是通过提供可靠、低延迟、确定性的以太网骨干网络加强这些协议的特性。OPC UA 和 PROFINET 等协议可在支持 TSN 的网络上运行，并充分利用时间同步 (IEEE 802.1AS)、时间感知调度 (IEEE 802.1Qbv) 以及冗余 (IEEE 802.1CB) 等功能。​
例如，OPC UA over TSN 是一项关键的行业倡议，它将 OPC UA 发布/订阅模型与 TSN 相结合，确保消息传输的及时性与可预测性，这些特性使其成为边缘计算和工厂自动化场景的理想选择。同样，为适应 TSN 发展，PROFINET 不断扩展，这不仅提升了其实时性能，还使 OT 与 IT 系统的融合更为紧密。