《工业互联网微证书-大数据能力 》 课件-08工业网络技术-确定性网络

07工业网络技术-确定性网络（02）工业互联网微证书-网络能力

随着工业物联网的兴起和工业4.0的提出，越来越多的设计师、工程师和最终用户关注时间敏感网络（Time-SensitiveNetworking，下简称为TSN）。TSN为以太网提供确定性性能，本质上是一个传统以太网的扩展集。内容导入8.1时间敏感网络（TSN）的定义目录8.4时间敏感网络（TSN）的应用8.2时间敏感网络（TSN）的发展8.3时间敏感网络（TSN）的特征课程目标掌握时间敏感网络（TSN）的定义和特征了解时间敏感网络（TSN）的发展与应用8.1时间敏感网络（TSN）的定义

时间敏感网络（TSN，TimeSensitiveNetwork）是指能够保证时延敏感流的服务质量，实现低时延、低抖动、和零丢包率的网络。8.2时间敏感网络（TSN）的发展（1）时间敏感网络的起源

时间敏感网络，是基于标准以太网架构演进的新一代网络技术，它以传统以太网为网络基础，通过时钟同步、数据调度、网络配置等机制，提供确定性数据传输能力的数据链路层协议规范。8.2时间敏感网络（TSN）的发展（2）时间敏感网络的发展历程TSN技术发展主要经历了三个阶段：①起源阶段：AVB（AudioVideoBridging）

TSN的概念源自于AVB技术，AVB是为了满足音视频应用领域中对高带宽和实时性需求而开发的。这一阶段的目标是实现音视频数据的高质量传输，确保网络中媒体流的实时性和同步性。

AVB标准由IEEE802.1工作组制定，包括了一系列的协议，如IEEE802.1AS（用于时间同步）、IEEE802.1Qav（用于流量整形）和IEEE802.1Qat（用于流预留）等。

AVB技术主要关注的是音视频会议、专业音响和视频制作等应用场景。8.2时间敏感网络（TSN）的发展（2）时间敏感网络的发展历程TSN技术发展主要经历了三个阶段：②扩展阶段：TSN

当AVB技术逐渐成熟后，工业界开始意识到这些技术同样适用于对实时性有严格要求的工业自动化和控制领域。

TSN是对AVB技术的扩展和改进，它不仅继承了AVB的实时传输特性，还引入了更多针对工业应用的协议和机制，以支持更复杂、更严格的工业网络需求

TSN相关标准，如IEEE802.1Qbv（时间感知转发）、IEEE802.1Qbu（帧优先级和预占）和IEEE802.1AS修订版（增强时间同步）等

TSN技术的应用范围扩展到了汽车、航空航天、轨道交通、能源和工业4.0等多个领域8.2时间敏感网络（TSN）的发展（2）时间敏感网络的发展历程TSN技术发展主要经历了三个阶段：③成熟与广泛应用阶段

TSN被广泛采纳并在实际工业环境中部署

TSN技术的标准化和生态系统建设加速，包括芯片、网络设备、软件和测试工具在内的整个产业链都开始支持TSN。

TSN带来的价值，如降低延迟、减少抖动、提高可靠性和简化网络架构，这促进了TSN在工业自动化、智能交通、医疗设备、娱乐系统等多领域的深入应用。

TSN技术也开始与SDN（SoftwareDefinedNetworking）、5G网络、边缘计算等新兴技术结合，为工业互联网和物联网（IoT）应用提供强大的网络支持。8.2时间敏感网络（TSN）的发展（3）时间敏感网络的关键节点

8.3时间敏感网络（TSN）的特征

TSN的主要特性:时间同步、确定性传输、网络的动态配置、兼容性和安全等。8.3时间敏感网络（TSN）的特征

时间同步：全局时间同步是TSN标准的基础，用于保证数据帧在各个设备中传输时隙的正确匹配，满足通信流的端到端确定性时延和无排队传输要求。TSN利用IEEE802.1AS在各个时间感知系统之间传递同步消息，提供精确的时间同步。确定性传输：在数据传输方面，对于TSN而言，重要的是在最坏情况下的数据传输时延。TSN通过对数据流量的整形、无缝冗余传输、过滤和基于优先级调度等，实现对关键数据的高可靠、低时延、零分组丢失的确定性传输。8.3时间敏感网络（TSN）的特征

网络的动态配置：TSN通过IEEE802.1Qcc引入集中网络控制器和集中用户控制器来实现网络的动态配置，在网络运行时灵活地配置新的设备和数据流。兼容性：TSN以传统以太网为基础，支持关键流量和尽力而为（best-effort，BE）的流量共享同一网络基础设施，同时保证关键流量的传输不受干扰安全：TSN利用IEEE802.1Qci对输入交换机的数据进行筛选和管控，对不符合规范的数据帧进行阻拦，能及时隔断外来入侵数据，实时保护网络的安全，也能与其他安全协议协同使用，进一步提升网络的安全性能。8.4时间敏感网络（TSN）的应用

时间敏感网络因其能够提供确定性数据传输、低延迟、低抖动和高可靠性等特点，在多个行业和应用场景中展现出巨大的潜力。列举几个应用场景。8.4时间敏感网络（TSN）的应用（1）TSN在工业自动化网络中的应用

时间敏感网络主要满足工厂OT（OT网络是面向工业的，主要与机器交互）网络设备的互联互通，以及OT网络和IT网络互联需求。

在OT内部，根据网络架构和交换机在网络中的位置，可以分为工厂级、车间级、现场级应用。

TSN可以确保传感器数据、控制器指令和反馈信息的实时传输，可以用于连接PLC（可编程逻辑控制器）、I/O模块、伺服驱动器和其他工业设备，实现无缝通信和协调。8.4时间敏感网络（TSN）的应用（2）TSN在汽车工业网络中的应用TSN在车载网络中可以用于车辆内部传感器、摄像头、雷达、激光雷达（LiDAR）和其他高级驾驶辅助系统（ADAS）的实时数据传输。它有助于实现自动驾驶车辆中的数据融合和决策制定，确保行车安全和可靠性。8.4时间敏感网络（TSN）的应用（3）TSN在航空航天中的应用在航空电子系统中，TSN可以提供关键飞行数据、传感器读数和控制信号的实时传输，对于飞行安全和效率至关重要。它可以用于飞机的飞行控制、导航和通信系统之间建立确定性网络。8.4时间敏感网络（TSN）的应用（4）TSN在医疗保健中的应用在医疗设备和远程手术应用中，TSN可以确保高分辨率图像、视频和传感器数据的实时传输，这对于远程诊断和治疗至关重要.它可以用于医院内部的医疗设备联网，以及远程医疗服务的实时通信8.4时间敏感网络（TSN）的应用（5）TSN在交通运输中的应用在铁路、地铁和城市交通系统中，TSN可以提供列车定位、信号控制和乘客信息系统所需的低延迟数