2019-05-07
TSN網(wǎng)絡(luò)是時(shí)下熱門的話題！那么TSN究竟是什么？它可以帶給你什么好處呢？
硬廣：ORing即將推出支持TSN的工業(yè)交換機(jī)！
下面，我就用非常簡(jiǎn)單的幾個(gè)比喻來和你講講TSN技術(shù)，所帶來的好處也就清晰易懂了。
相信所有接觸過以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的用戶們，大家都很清楚一個(gè)問題：就是以太網(wǎng)傳輸?shù)牟淮_定性。什么叫不確定性，開始以太網(wǎng)傳輸使用CSMA/CD原理，當(dāng)偵測(cè)到鏈路有空閑的時(shí)候，你才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。雖然以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行了一些迭代，但基本原理相差不大。
▲ 圖片來自網(wǎng)絡(luò)
其實(shí)對(duì)于IT或者OA網(wǎng)絡(luò)，對(duì)信息傳輸產(chǎn)生的不確定性并沒有那么敏感。一個(gè)信息，即便延遲個(gè)幾秒傳遞出去都沒有任何問題；但在工業(yè)控制的OT網(wǎng)絡(luò)中，由于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是非常重要的控制信息，對(duì)時(shí)間相當(dāng)敏感，不確定性帶來的延遲會(huì)對(duì)控制工藝產(chǎn)生不可確定的影響。會(huì)有什么影響？可能一爐鋼直接煉廢了，或者一輛汽車機(jī)器人焊接時(shí)候多焊了那么幾秒，導(dǎo)致不良品。
目前在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，采用了傳統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)架構(gòu)，來應(yīng)對(duì)這種不確定性的方法通常有兩種：
頭一種，不讓整個(gè)網(wǎng)絡(luò)滿負(fù)載。為了確保網(wǎng)絡(luò)不擁堵，通常實(shí)際使用的帶寬一般遠(yuǎn)低于標(biāo)注的百分之50，所以建議你使用千兆甚至萬兆的通信網(wǎng)絡(luò)。
二，網(wǎng)絡(luò)各自獨(dú)立。就是不讓控制信息和視頻信息同時(shí)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)建兩套單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
理解了上述現(xiàn)狀后，那么我們來談一下，TSN究竟是什么？TSN = Time-Sensitive Networking，時(shí)效性網(wǎng)絡(luò)，也稱為時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)。
TSN是在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行的使用創(chuàng)新。IEEE802.3定義了以太網(wǎng)的主協(xié)議，而大部分使用與維護(hù)方面的協(xié)議者定義在IEEE802.1中，通常我們使用的VLAN和QoS這些功能統(tǒng)統(tǒng)都是在IEEE802.1中。所以，TSN的基本標(biāo)準(zhǔn)也在IEEE802.1中。
根據(jù)IEEE目前公布的信息來說，目前TSN包括如下7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：
| 編號(hào) | 標(biāo)準(zhǔn) | 描述 |
|---|---|---|
| 1 | IEEE Std 802.1Q-2018 | 橋接和橋接網(wǎng)絡(luò) |
| 2 | IEEE Std 802.1AB-2016 |
站點(diǎn)和媒體訪問控制連接發(fā)現(xiàn) （指定鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議 (LLDP)） |
| 3 | IEEE Std 802.1AS-2011 | 橋接局域網(wǎng)中時(shí)間敏感應(yīng)用的定時(shí)和同步 |
| 4 | IEEE Std 802.1AX-2014 | 鏈路聚合 |
| 5 | IEEE Std 802.1BA-2011 | 音頻視頻橋接（AVB）系統(tǒng) |
| 6 | IEEE Std 802.1CB-2017 | 幀復(fù)制和消除可靠性 |
| 7 | IEEE Std 802.1CM-2018 | 移動(dòng)前傳的時(shí)間敏感網(wǎng) |
所以，TSN不是一個(gè)單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)是由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集合而成。
而且，TSN并沒有全部發(fā)布。截止2019年4月24日，還有很多尚未發(fā)布，包括：新的獨(dú)立TSN基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)、基于原有標(biāo)準(zhǔn)的修正案等。所以想一步到位的客戶朋友可能還需要時(shí)間再等等。
接下來，關(guān)心的可能就是 —— TSN如何解決以太網(wǎng)傳輸?shù)牟淮_定性呢？另外，TSN和之前用的QoS有什么區(qū)別？為什么QoS無法解決不確定傳輸?shù)膯栴}？
對(duì)于上述問題，我們只需記住TSN的基本原理！就三點(diǎn)！牢記?。?/span>
一：TSN利用了電力行業(yè)應(yīng)用的準(zhǔn)確時(shí)間協(xié)議IEEE 1588，給所有以太網(wǎng)幀增加了準(zhǔn)確的時(shí)間戳，具體協(xié)議可參閱IEEE 802.1AS。
二：因?yàn)橛辛诉@些時(shí)間戳，我們就可以根據(jù)時(shí)間進(jìn)行排程，具體協(xié)議可參閱為IEEE 802.1Qav等。
三：直接留出傳輸余量給高優(yōu)先級(jí)的信息，進(jìn)行優(yōu)先傳輸，具體協(xié)議可參閱IEEE 802.1Qat等。
總結(jié)：根據(jù)上述三點(diǎn)基本原理，我們就大致可以理解為什么QoS無法解決傳輸不確定性的問題。其原因是以太網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)部具有緩沖效應(yīng)，如果交換機(jī)已經(jīng)在其中一個(gè)端口上傳輸以太網(wǎng)幀，即使是更高優(yōu)先級(jí)的幀也需要在交換機(jī)緩沖區(qū)內(nèi)等待之前的傳輸完成。而TSN則加載了時(shí)間戳，交換機(jī)內(nèi)部根據(jù)時(shí)間戳以及QoS進(jìn)行排程進(jìn)行處理，避免了這種不確定性的發(fā)生。
又舉栗子，還是拿擠地鐵來說事。有了QoS，雖然是你是VIP，但也要等已經(jīng)排隊(duì)上車的人上完車后你才能上。但是有了TSN，你作為VIP還自帶光環(huán)，在車門處預(yù)留了空間讓你先上車。這樣，調(diào)度人員（交換機(jī)）就可以根據(jù)時(shí)間戳，用優(yōu)先級(jí)運(yùn)用協(xié)議的算法來確保VIP（重要的信息）可以在確定的時(shí)間內(nèi)上車。
▲ 圖片來自網(wǎng)絡(luò)
通過以上的介紹，相信你大概知道TSN可以給你帶來的好處是什么了。以綜合管廊控制系統(tǒng)為例，一般綜合管廊有兩套網(wǎng)絡(luò)，一套為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)，一套為視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)你使用了具有TSN功能的交換機(jī)后，你完全可以只采用一套網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)槟憧梢詾殛P(guān)鍵信息設(shè)置排程和時(shí)間戳，再也不要擔(dān)心控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)會(huì)被其他視頻信息所干擾啦！
根據(jù)IEEE的建議，TSN有以下四種應(yīng)用：數(shù)字音視頻流傳輸系統(tǒng)、移動(dòng)基站到控制器之間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)以及汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。現(xiàn)在很多企業(yè)都在測(cè)試并推出了自己的TSN解決方案。
ORing也不例外哦！我們即將推出一款TSN交換機(jī) —— IGS-RX164GP+系列，支持完整的三層路由功能、TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）和萬兆通信能力，可以滿足用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、低延遲和效率高管理的需求。符合IEEE 802.1AS、Qav和Qat標(biāo)準(zhǔn)，確保關(guān)鍵任務(wù)中的時(shí)間敏感數(shù)據(jù)不會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上被阻擋。前不久還帶去德國(guó)在漢諾威展小小露了臉，期待您聯(lián)系我們?cè)斣冞@款產(chǎn)品!
本文作者：董琪，銷售總監(jiān)。