虹科干貨 | 從汽車網(wǎng)絡(luò)的角度來談?wù)凾SN基礎(chǔ)

TSN的十個要點

很多工程師朋友從工業(yè)或者汽車行業(yè)自動化應(yīng)用中了解到TSN，但是對TSN的具體內(nèi)容卻不了解。這篇文章整理出一些有關(guān)TSN的關(guān)鍵點，幫助大家在學習TSN技術(shù)和應(yīng)用的時候先初步了解它。

1. TSN在以太網(wǎng)基礎(chǔ)上做改進

TSN并不是新技術(shù)，而是對現(xiàn)有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的改進。以太網(wǎng)的一些現(xiàn)有協(xié)議標準可以很好地確保跨網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。如果您通過以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，這些協(xié)議將保證它會到達目的地。但是傳統(tǒng)以太網(wǎng)無法保證數(shù)據(jù)何時到達目的地。數(shù)據(jù)可能會陷入交換機隊列中，從而延遲其到達時間。對于我們平時上網(wǎng)，這些延遲通?？梢院雎?，當您打開文件或打印文檔時，延遲不會對操作產(chǎn)生什么影響。對于要求實時通信的應(yīng)用（例如自動駕駛汽車），這些延遲有可能會是致命的。TSN工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它通過添加傳統(tǒng)以太網(wǎng)所缺乏的及時交付功能來保證數(shù)據(jù)按時到達目的地。

2. TSN向下兼容現(xiàn)有的以太網(wǎng)

TSN延續(xù)了與舊技術(shù)保持向下兼容的以太網(wǎng)傳統(tǒng)，這對于希望在現(xiàn)有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)TSN的組織來說是個好消息。無需安裝特殊的網(wǎng)關(guān)或協(xié)議轉(zhuǎn)換器即可在現(xiàn)有環(huán)境中運行TSN。

3. 時間很重要

TSN的關(guān)鍵就是讓整個網(wǎng)絡(luò)保持緊密的同步。因此定時至關(guān)重要，這體現(xiàn)在兩個最重要的TSN要求中:

1）時間同步：所有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都必須約定當前時間。這個時間不需要是準確的世界時間，但是必須來自同一個通用的時間源。所有設(shè)備都將和該時間保持同步。

2）實時計劃：必須保證數(shù)據(jù)按計劃到達，即保證數(shù)據(jù)從出發(fā)點到達目的地所需的延遲時間是可以被預測的。

選擇TSN設(shè)備時，請記住，更好的時鐘同步將會導致TSN網(wǎng)絡(luò)更高效。

4. TSN是模塊化的

TSN是一系列標準，包括時間同步，實時通信和通信流預留。這種模塊化特性使網(wǎng)絡(luò)工程師能夠以最適合網(wǎng)絡(luò)預期應(yīng)用的方式選擇和實施標準。具有TSN功能的設(shè)備不必支持所有TSN標準。設(shè)備制造商可以根據(jù)設(shè)備的使用情況選擇性地實施標準，但是他們必須聲明設(shè)備支持哪些標準。

5. TSN網(wǎng)絡(luò)需要配置

盡管傳統(tǒng)以太網(wǎng)是即插即用地，但TSN卻不是。要獲得實時通信的好處，必須配置TSN設(shè)備以仔細協(xié)調(diào)它們的發(fā)送和接收操作。在較小的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)上，可以選擇由管理員手動配置。在更大，更復雜或動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)上，通常需要一種機制來完成自動化配置。

6. TSN適用于自動化應(yīng)用

TSN就像人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，它使大腦能夠協(xié)調(diào)所有身體功能和運動，而無需有意識地思考。TSN以類似的方式實現(xiàn)了所有傳感器，制動器和機械之間的及時通信，因此它們可以相互協(xié)調(diào)或通過中央控制機制協(xié)調(diào)。TSN保證數(shù)據(jù)及時交付，使其非常適合自動化應(yīng)用，尤其是以下兩個方面：1)工業(yè)自動化2)車輛自動化，例如自動駕駛TSN的用途不僅限于自動化應(yīng)用。在需要在單個網(wǎng)絡(luò)上可靠傳輸不同流量優(yōu)先級的任何應(yīng)用中，都可以采用TSN實現(xiàn)。

7. 有保證的延遲而不是“低延遲”

TSN通常被描述為“低延遲”網(wǎng)絡(luò)通信，但是延遲比抖動要小得多。在TSN中，重要的是要保證延遲時間，以確保數(shù)據(jù)在計劃到達的時間點準確交付，不會早也不會晚。數(shù)據(jù)從出發(fā)點到目的地需要花費多長時間并不會成為一個問題。只要延遲可以預測，接收方會按照延遲有計劃地接收數(shù)據(jù)。

8.TSN網(wǎng)絡(luò)也會對網(wǎng)絡(luò)上不支持TSN的設(shè)備有益處

即使一個或多個終端設(shè)備不支持TSN，TSN也可以提高以太網(wǎng)的整體性能。網(wǎng)絡(luò)的一部分上的兩個TSN兼容設(shè)備之間的任何網(wǎng)絡(luò)連接都可以配置為同步設(shè)備，并使用實時調(diào)度和其他TSN標準來保證設(shè)備之間的延遲。盡管TSN沒有對整個以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化，但網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將受益于網(wǎng)絡(luò)中這些已優(yōu)化部分之間更高效的通信。

9.TSN會產(chǎn)生新的網(wǎng)絡(luò)安全問題

由于TSN非常依賴時間同步和調(diào)度，因此它會產(chǎn)生獨特的網(wǎng)絡(luò)安全問題，其中包括：

1）網(wǎng)絡(luò)上的惡意攻擊可能會引入其他數(shù)據(jù)幀或更改幀優(yōu)先級，以中斷或延遲關(guān)鍵任務(wù)流量。

2）安全措施本身可能會消耗額外的CPU周期，以確保及時處理數(shù)據(jù)幀，從而影響時間。

但是，可以使用現(xiàn)有的安全技術(shù)和經(jīng)驗來保護TSN網(wǎng)絡(luò)。

10. TSN不必完全替換現(xiàn)有系統(tǒng)

對于一些特定供應(yīng)商提供的系統(tǒng)，只要進行少量更改，例如僅修改主控制器，TSN就可以直接融入這些系統(tǒng)，讓它們成為支持實時以太網(wǎng)的解決方案。這種靈活性允許使用TSN改進現(xiàn)有系統(tǒng)，而不是完全替換它們