關于這(zhè)一部分(fēn)，“時(shí)間敏感網絡”這(zhè)個(gè)名稱已經描述的(de)很形象了(le)：

與我們之前提到的(de)IEEE 802.3标準以太網和(hé)IEEE 802.1Q以太網橋接相比，時(shí)間在TSN網絡中起著(zhe)至關重要作用(yòng)。對(duì)于那些對(duì)數據實時(shí)性要求非常高(gāo)的(de)工業網絡而言，網絡中的(de)所有設備均需要有一個(gè)公共的(de)時(shí)間參考，因此要求時(shí)鐘(zhōng)彼此同步。

事實上，不僅僅PLC和(hé)工業機器人(rén)等終端設備需要時(shí)間同步， 以太網交換機等網絡設備也(yě)同樣需要。隻有通(tōng)過同步時(shí)鐘(zhōng)，所有網絡設備才能同時(shí)運行并各自在所需的(de)時(shí)間點執行所需的(de)操作。

同步

TSN網絡中的(de)時(shí)間同步可(kě)以通(tōng)過不同的(de)技術來(lái)實現。

從理(lǐ)論上講，可(kě)以爲每個(gè)終端設備和(hé)網絡交換機配備GPS時(shí)鐘(zhōng)。然而，這(zhè)成本非常高(gāo)，并且無法保證設備始終可(kě)以訪問無線電或GPS衛星信号（比如設備安裝在移動的(de)汽車或位于地下(xià)的(de)工廠車間或隧道）。由于這(zhè)些限制，TSN網絡往往并不會使用(yòng)外部的(de)時(shí)鐘(zhōng)源，而是直接通(tōng)過網絡由一個(gè)主時(shí)鐘(zhōng)信号來(lái)進行分(fēn)配。

在大(dà)多(duō)數情況下(xià)，TSN使用(yòng)IEEE 1588精确時(shí)間協議(yì)來(lái)進行時(shí)鐘(zhōng)分(fēn)配，利用(yòng)以太網幀來(lái)分(fēn)配時(shí)間同步信息。除了(le)普遍适用(yòng)的(de)IEEE 1588規範之外，IEEE 802.1的(de)TSN任務組還(hái)指定了(le)IEEE 1588行規，稱爲IEEE 802.1AS。此行規背後的(de)想法是将大(dà)量IEEE 1588選項縮小到可(kě)管理(lǐ)的(de)幾個(gè)關鍵選項，而使這(zhè)些選項适用(yòng)于家庭網絡、汽車或工業自動化(huà)網絡環境。

調度和(hé)流量整形允許在同一網絡上具有不同優先級的(de)數據流共存——而這(zhè)些數據能夠各自根據需要适應帶寬和(hé)網絡延時(shí)。

在标準以太網中，根據IEEE 802.1q的(de)标準橋接，網絡可(kě)以嚴格根據優先級方案使用(yòng)八個(gè)不同的(de)優先級。在協議(yì)層面，這(zhè)些優先級可(kě)以在标準以太網幀的(de)802.1Q VLAN标記看到。通(tōng)過這(zhè)些優先級，網絡可(kě)以區(qū)分(fēn)重要性不同的(de)數據流量。

然而在實際使用(yòng)過程中，即使某個(gè)數據具有最高(gāo)優先級，其實也(yě)并不能100%保證點對(duì)點的(de)傳輸時(shí)間，這(zhè)是由于以太網交換機内部的(de)緩沖機制造成的(de)。如果數據幀到來(lái)時(shí)，交換機已經開始在其中一個(gè)端口上傳輸數據幀，此時(shí)即使新來(lái)的(de)數據幀有最高(gāo)優先級，它也(yě)必須在交換機緩沖區(qū)内等待當前的(de)傳輸完成。

在使用(yòng)标準以太網時(shí)，這(zhè)種時(shí)間上的(de)非确定性無法避免。隻能使用(yòng)在對(duì)實時(shí)性要求不高(gāo)的(de)網絡環境中，如辦公網絡、文件傳輸、Email和(hé)其他(tā)商業應用(yòng)中。

然而，在工業自動化(huà)和(hé)汽車等網絡環境中，閉環控制或安全應用(yòng)也(yě)會使用(yòng)以太網，這(zhè)時(shí)，數據的(de)可(kě)靠傳輸和(hé)和(hé)實時(shí)性就顯得(de)至關重要了(le)。對(duì)于在這(zhè)些場(chǎng)合使用(yòng)的(de)以太網，則需要利用(yòng)增強IEEE 802.1Q的(de)嚴格優先級進行調度。我們如果把它的(de)特點概括成一句話(huà)，那就是：

TSN通(tōng)過添加一系列機制來(lái)使标準以太網得(de)到增強，以确保網絡實時(shí)性的(de)要求。在TSN中，依然保留了(le)利用(yòng)八個(gè)不同的(de)VLAN優先級的(de)機制，以确保兼容非TSN以太網——向下(xià)兼容和(hé)保持與現有網絡架構的(de)互操作性，并實現網絡應用(yòng)從原有系統到新技術的(de)無縫遷移，這(zhè)也(yě)始終是IEEE802工作組的(de)重要設計原則之一。

在使用(yòng)TSN時(shí)，對(duì)于八個(gè)優先級中的(de)任意一個(gè)，用(yòng)戶都可(kě)以從不同的(de)機制中選擇如何處理(lǐ)以太網幀，并且将優先級單獨分(fēn)配給現有方法（例如IEEE 802.1Q嚴格的(de)優先級調度機制）或新的(de)處理(lǐ)方法（例如TSN IEEE 802.1Qbv時(shí)間感知流量調度程序）

TSN的(de)典型應用(yòng)是PLC與工業機器人(rén)、運動控制器等工控設備的(de)通(tōng)信。爲了(le)保證控制設備通(tōng)信的(de)所需要的(de)實時(shí)性，系統可(kě)以将八個(gè)以太網優先級中的(de)一個(gè)或幾個(gè)分(fēn)配給IEEE 802.1Qbv時(shí)間感知調度程序。這(zhè)一調度程序主要是将網絡通(tōng)信分(fēn)成固定的(de)長(cháng)度和(hé)時(shí)間周期。

在這(zhè)些周期内，系統可(kě)以根據需要配置不同的(de)時(shí)間片，這(zhè)些時(shí)間片可(kě)以分(fēn)配給八個(gè)以太網優先級中的(de)一個(gè)或幾個(gè)，數據通(tōng)過優先級的(de)不同而分(fēn)别使用(yòng)屬于自己的(de)時(shí)間片，這(zhè)樣，就實現了(le)共享同一網絡介質和(hé)傳輸周期，使得(de)在以太網上傳輸有實時(shí)性要求且不能中斷的(de)數據成爲現實。

對(duì)于這(zhè)一機制，實現的(de)基本概念即是時(shí)分(fēn)多(duō)址（TDMA）。通(tōng)過在特定時(shí)間段内建立虛拟信道，可(kě)以将時(shí)間敏感數據與普通(tōng)數據分(fēn)開傳送。使時(shí)間敏感數據對(duì)網絡介質和(hé)設備擁有獨占訪問權，可(kě)以避免以太網交換機的(de)緩沖效應，并且使時(shí)間敏感數據不發生中斷。

TSN技術，主要用(yòng)于實時(shí)性要求比較高(gāo)的(de)場(chǎng)合。在這(zhè)些應用(yòng)中，不僅要保證時(shí)序，同時(shí)，對(duì)容錯要求也(yě)非常高(gāo)。支持TSN的(de)工業以太網必須要能夠支持相應的(de)工業應用(yòng)，例如，安全網絡控制、運動控制乃至最新興的(de)車輛自動駕駛等應用(yòng)，盡最大(dà)可(kě)能避免硬件或網絡中的(de)故障。TSN任務組爲保證網絡的(de)可(kě)靠性，也(yě)制定了(le)大(dà)量相關的(de)容錯協議(yì)、接口管理(lǐ)協議(yì)和(hé)本地網絡注冊協議(yì)等一系列協議(yì)。