開始介紹之前，我們先簡單了解一下背景。提到TSN，就繞不開IEEE 802.1 Working Group，此工作組負(fù)責(zé) IEEE 802.1 一系列標(biāo)準(zhǔn)的制定，其內(nèi)容包含 IEEE 802 局域網(wǎng)/城域網(wǎng)架構(gòu)、局域網(wǎng)/城域網(wǎng)和其他廣域網(wǎng)絡(luò)下的互連問題、網(wǎng)絡(luò)的整體網(wǎng)絡(luò)管理以及 MAC 和 LLC 層之上的上層協(xié)議。這里的上層協(xié)議，指的就是TSN的一系列機(jī)制，現(xiàn)在常見的車載以太網(wǎng)均使用Ethernet II幀，沒有802.2 LLC層，所以我們可以簡單的理解成TSN為基于數(shù)據(jù)鏈路層或MAC層的協(xié)議。聽起來比較復(fù)雜，其實(shí)關(guān)于車載以太網(wǎng)，我們只需要知道TSN的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是由IEEE 802.1定制和維護(hù)的就行了。

下圖為IEEE 802.1和IEEE的logo，IEEE還挺好看的，但802.1的不得不說比較丑。

目前，IEEE 802.1共有六個(gè)主要的Task Group（TG）：

— Time-Sensitive Networking（TSN）TG

— Security TG

— OmniRAN TG

— Maintenance TG

— YANGsters

— IEEE 802 “Network Enhancements for the Next Decade” Industry Connections Activity (NENDica)

其中和TSN相關(guān)的有兩個(gè)，TSN和Maintenance：

 1. Maintenance TG： 負(fù)責(zé)維護(hù)和修訂已經(jīng)發(fā)布的802.1標(biāo)準(zhǔn)。如發(fā)現(xiàn)之前發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)有錯(cuò)誤、不完善、或者隨著技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)不適用，Maintenance TG會(huì)對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更新或者修訂。當(dāng)前正在進(jìn)行的課題有：

802.1ACct —— 用于支持 IEEE Std 802.15.3（非車載）

802.1Q - Rev —— 802.1Q - 2018 的修訂版

802.1AS - 2020/Cor1 —— 對(duì) 802.1AS - 2020 進(jìn)行勘誤

802.1BA - Rev —— 802.1BA - 2011 的修訂版

 2. TSN TG： 負(fù)責(zé)制定IEEE 802網(wǎng)絡(luò)確定性傳輸服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)。通過一系列的傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制保證數(shù)據(jù)包在傳輸過程中的低延時(shí)、低抖動(dòng)和低丟包率，從而使數(shù)據(jù)可以在高可靠性的前提下進(jìn)行快速傳輸，比如車輛的制動(dòng)控制、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用場景。我們今天介紹的主要內(nèi)容均出自TSN TG。

剩下幾個(gè)TG因?yàn)楹蛙囕d以太網(wǎng)的關(guān)系不是很大，在這我們就不展開介紹了。

很多同學(xué)都聽說過AVB，那AVB和TSN又是什么關(guān)系呢？我們上面提到了六個(gè) Task Group，其實(shí)在2012年11月之前，IEEE 802.1工作組還有一個(gè)Task Group叫 Audio/Video Bridging task group，也就是我們熟知的AVB，但隨著標(biāo)準(zhǔn)的制定完成和工作范圍的調(diào)整，這個(gè)Task Group的名字也隨之改成了TSN，這就是為什么經(jīng)常有人說TSN是第二代AVB或者AVB升級(jí)版的原因。關(guān)于AVB的相關(guān)機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)我們以后有時(shí)間會(huì)專門詳細(xì)的介紹，這里不多贅述。

下面簡單介紹下TSN的大致內(nèi)容，在TSN的標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)內(nèi)容的不同，大致可分為配置類（Profiles）和基礎(chǔ)技術(shù)類（Base technology），TSN TG稱技術(shù)類為TSN組件（Component）或TSN工具箱（Toolbox），目前TSN已經(jīng)發(fā)布的部分標(biāo)準(zhǔn)大致可分為工業(yè)領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域和移動(dòng)領(lǐng)域。

其中汽車領(lǐng)域涉及的配置類標(biāo)準(zhǔn)有兩份，分別是：

IEEE 802.1BA – Audio Video Bridging（AVB）Systems

定義了AVB系統(tǒng)中的AVB bridge，AVB end station等節(jié)點(diǎn)的功能、配置方法和協(xié)議該如何實(shí)現(xiàn)。

IEEE P802.1DG – TSN Profile for Automotive In-Vehicle Ethernet Communications

定義了車載以太網(wǎng)TSN網(wǎng)絡(luò)整體在安全性、實(shí)用性、可靠性、可維護(hù)性和傳輸延時(shí)等方面的具體要求。（標(biāo)題為P開頭的標(biāo)準(zhǔn)為正在進(jìn)行的課題，802.1DG還未正式發(fā)布）

汽車領(lǐng)域涉及的基礎(chǔ)技術(shù)類標(biāo)準(zhǔn)如下圖：

TSN可大致分為四個(gè)模塊，分別是時(shí)間同步、可靠性、低延時(shí)和資源管理。其中資源管理中的標(biāo)準(zhǔn)不需要全部使用，在車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中不需要全部實(shí)現(xiàn)，車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為已知的，我們可以通過計(jì)算去獲取交換網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)并發(fā)時(shí)所需的傳輸帶寬并靜態(tài)配置，而不使用動(dòng)態(tài)預(yù)留的Stream Reservation Protocol（802.1Qat，AVB中的流預(yù)留協(xié)議）協(xié)議。另一個(gè)資源管理中的協(xié)議802.1Qcc，全稱為Stream Reservation Protocol（SRP）Enhancements and Performance Improvements，雖然名稱為增強(qiáng)型SRP，但內(nèi)容還是SRP和FQTSS，并且最新修訂版已經(jīng)被整合至802.1Q-2018，個(gè)人認(rèn)為比較有價(jià)值的部分為TSN Configuration章節(jié)，當(dāng)搭建TSN網(wǎng)絡(luò)時(shí)可以進(jìn)行參考。所以現(xiàn)在提到802.1Qcc，有的時(shí)候使用的名字是TSN Configuration，而不是SRP Enhancements。

下面我們來具體介紹這些TSN組件的標(biāo)準(zhǔn)：

 1. IEEE 802.1AS :  IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks — Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications

時(shí)間同步協(xié)議，也就是大家熟知的gPTP協(xié)議（Generalized Precision Time Protocol），用于同步節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間。

注：所有IEEE 802.1 TSN標(biāo)準(zhǔn)的完整標(biāo)題中都包含IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks的字段，為了提高可讀性，后文出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)名稱中會(huì)將此字段省去。

 2. IEEE 802.1Qbu :  Frame Preemption

Qbu提供一種以太網(wǎng)幀的搶占傳輸機(jī)制，將以太網(wǎng)幀分為可搶占幀（preemptable MAC）和快速幀（express MAC）。在可搶占幀傳輸?shù)倪^程中，快速幀可將其打斷并直接開始傳輸，從而降低快速幀的傳輸延時(shí)。此機(jī)制需配合IEEE 802.3br：Specification and Management Parameters for Interspersing Express Traffic，通過特定的MAC幀頭格式來實(shí)現(xiàn)。

 3. IEEE 802.1Qbv :  Enhancements for Scheduled Traffic

Qbv為TSN網(wǎng)絡(luò)低延時(shí)的核心工具，也就是我們熟知的Time-aware Shaper（TAS，時(shí)間感知整形器），和AVB中Credit-based Shaper（CBS，基于信用的整形器）不同，是一種基于時(shí)間感知的整形方法。利用時(shí)間表、VLAN優(yōu)先級(jí)和“門”的概念，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃流量的低延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)。

 4. IEEE 802.1Qch :  Cyclic Queuing and Forwarding

CQF，周期循環(huán)隊(duì)列轉(zhuǎn)發(fā)，也稱為蠕動(dòng)整形器（Peristaltic Shaper），和CBS、TAS等整形類似，CQF也是一種整形方法，通過兩個(gè)列隊(duì)的周期循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)，使延時(shí)時(shí)間不受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透蓴_流量的影響，僅和循環(huán)周期及hop次數(shù)相關(guān)，實(shí)現(xiàn)確定延時(shí)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

 5. IEEE 802.1Qci :  Per-Stream Filtering and Policing

PSPF，TSN中安全機(jī)制的工具，可以針對(duì)不同的數(shù)據(jù)流、優(yōu)先級(jí)等參數(shù)進(jìn)行過濾和管理，避免網(wǎng)絡(luò)攻擊和流量過載等異常情況的發(fā)生。

 6. IEEE 802.1Qcr :  Asynchronous Traffic Shaping

ATS，異步流量整形器，利用UBS（Urgency-Based Scheduler）提供了一種可解決周期性和非周期性混合數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼畏椒?，解決數(shù)據(jù)擁塞問題，并提高帶寬的使用率。ATS不要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間同步，而是使用各自的本地時(shí)鐘。

 7. IEEE 802.1CB :  Frame Replication and Elimination for Reliability

FRER，提供了一套冗余機(jī)制，通過將所傳輸數(shù)據(jù)幀進(jìn)行復(fù)制與消除，保證TSN網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

下圖為每個(gè)機(jī)制最新標(biāo)準(zhǔn)的版本情況：

其中Qbu、Qbv、Qch和Qci的最新修訂版均已被整合至802.1Q-2018。

因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)比較多，容易混淆，這里簡單介紹一下IEEE 802.1標(biāo)準(zhǔn)的命名方式：

標(biāo)題為大寫字母的為獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)——

如802.1Q，802.1CB

標(biāo)題包含小寫字母的為修訂章節(jié)——

如802.1Qbu，802.1Qbv

修訂章節(jié)會(huì)被定期整合至獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)中——

如802.1Qbv-2015和802.1Qbu-2016就是802.1Q-2018的一部分