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热点 | TSN网络是什么?

2019-05-07

TSN网络绝对是时下最热门的话题!那么TSN究竟是什么?它可以带给你什么好处呢?

硬广:ORing即将推出支持TSN的工业交换机!

下面,我就用非常简单的几个比喻来和你讲讲TSN技术,所带来的好处也就清晰易懂了。


以太网传输的不确定性

相信所有接触过以太网和工业以太网技术的用户们,大家都最清楚一个问题:就是以太网传输的不确定性。什么叫不确定性,最初以太网传输使用CSMA/CD原理,当侦测到链路有空闲的时候,你才可以进行数据的接收和发送。虽然以太网交换机进行了一些迭代,但基本原理相差不大。


▲ 图片来自网络

其实对于IT或者OA网络,对信息传输产生的不确定性并没有那么敏感。一个信息,即便延迟个几秒传递出去都没有任何问题;但在工业控制的OT网络中,由于传输的数据是非常重要的控制信息,对时间相当敏感,不确定性带来的延迟会对控制工艺产生不可确定的影响。会有什么影响?可能一炉钢直接炼废了,或者一辆汽车机器人焊接时候多焊了那么几秒,导致不良品。

目前在工业自动化系统中,采用了传统的工业以太网架构,来应对这种不确定性的方法通常有两种:
第一种,不让整个网络满负载。为了确保网络不拥堵,通常实际使用的带宽一般远低于标注的50%,所以建议你最好使用千兆甚至万兆的通信网络。
第二种,网络各自独立。就是不让控制信息和视频信息同时在一个网络中,构建两套单独的网络进行数据传输。


TSN —— 时间敏感网络

理解了上述现状后,那么我们来谈一下,TSN究竟是什么?TSN = Time-Sensitive Networking,时效性网络,也称为时间敏感网络。

TSN是在标准以太网基础上进行的使用创新。IEEE802.3定义了以太网的主协议,而大部分使用与维护方面的协议者定义在IEEE802.1中,通常我们使用的VLAN和QoS这些功能统统都是在IEEE802.1中。所以,TSN的基本标准也在IEEE802.1中。

根据IEEE目前公布的信息来说,目前TSN包括如下7个标准:

编号 标准 描述
1 IEEE Std 802.1Q-2018 桥接和桥接网络
2 IEEE Std 802.1AB-2016 站点和媒体访问控制连接发现
(指定链路层发现协议 (LLDP))
3 IEEE Std 802.1AS-2011 桥接局域网中时间敏感应用的定时和同步
4 IEEE Std 802.1AX-2014 链路聚合
5 IEEE Std 802.1BA-2011 音频视频桥接(AVB)系统
6 IEEE Std 802.1CB-2017 帧复制和消除可靠性
7 IEEE Std 802.1CM-2018 移动前传的时间敏感网

所以,TSN不是一个单独的标准,其实是由多个标准集合而成

而且,TSN并没有全部发布。截止2019年4月24日,还有很多尚未发布,包括:新的独立TSN基准标准、基于原有标准的修正案等。所以想一步到位的客户朋友可能还需要时间再等等。


TSN的三大基本原理

接下来,最关心的可能就是 —— TSN如何解决以太网传输的不确定性呢?另外,TSN和之前用的QoS有什么区别?为什么QoS无法解决不确定传输的问题?

对于上述问题,我们只需记住TSN的基本原理!就三点!牢记!!

第一点:TSN利用了电力行业应用的精确时间协议IEEE 1588,给所有以太网帧增加了精确的时间戳,具体协议可参阅IEEE 802.1AS。

第二点:因为有了这些时间戳,我们就可以根据时间进行排程,具体协议可参阅为IEEE 802.1Qav等。

第三点:直接留出传输余量给高优先级的信息,进行优先传输,具体协议可参阅IEEE 802.1Qat等。

总结:根据上述三点基本原理,我们就大致可以理解为什么QoS无法解决传输不确定性的问题。其原因是以太网交换机内部具有缓冲效应,如果交换机已经在其中一个端口上传输以太网帧,即使是最高优先级的帧也必须在交换机缓冲区内等待之前的传输完成。而TSN则加载了时间戳,交换机内部根据时间戳以及QoS进行排程进行处理,避免了这种不确定性的发生。

又举栗子,还是拿挤地铁来说事。有了QoS,虽然是你是VIP,但也要等已经排队上车的人上完车后你才能上。但是有了TSN,你作为VIP还自带光环,在车门处预留了空间让你先上车。这样,调度人员(交换机)就可以根据时间戳,用优先级运用协议的算法来确保VIP(最重要的信息)可以在确定的时间内上车。


▲ 图片来自网络


TSN带来的好处

通过以上的介绍,相信你大概知道TSN可以给你带来的好处是什么了。以综合管廊控制系统为例,一般综合管廊有两套网络,一套为自动化控制网络,一套为视频监控网络。当你使用了具有TSN功能的交换机后,你完全可以只采用一套网络,因为你可以为关键信息设置排程和时间戳,再也不要担心控制网络的数据会被其他视频信息所干扰啦!

根据IEEE的建议,TSN有以下四种应用:数字音视频流传输系统、移动基站到控制器之间的网络系统、工业自动化系统以及汽车网络系统。现在很多企业都在测试并推出了自己的TSN解决方案。

ORing也不例外哦!我们即将推出一款TSN交换机 —— IGS-RX164GP+系列,支持完整的三层路由功能、TSN(时间敏感网络)和万兆通信能力,可以满足用户对网络的高带宽、低延迟和高效管理的需求。符合IEEE 802.1AS、Qav和Qat标准,确保关键任务中的时间敏感数据不会在网络上被阻挡。前不久还带去德国在汉诺威展小小露了脸,期待您联系我们详询这款产品!



本文作者:董琪,销售总监。



关于ORing: 
威力工业网络(ORing)是一家专注于工业网络通讯产品及解决方案的企业。总部位于台北,在全球设有子公司以及办事处。ORing以其卓越的研发设计能力和具有前瞻性的产品领先于市场,在轨道交通、智能交通、智能电网、石油、冶金等环境严苛的特殊行业具有显著的应用优势。主要产品包括:工业交换机、工业无线AP、工业无线路由器、串口设备联网服务器等(www.oringnet.com.cn)。