物联网（IoT）的普及率和影响力日益增加。IHS Markit预测，物联网市场将从2015年的154亿台设备增长到2020年的超过307亿台设备，到2025年将达到 754亿台.Bain＆Company项目单独实施的物流业务收入可能达到4700亿美元，用于出售硬件，软件和到2020年全面解决。

随着物联网变得越来越普及，在过去几年中，工业领域的推动力大大地推动了以太网网络传输时间敏感数据的供应商中立的普遍适用的标准和定义。

随着工业物联网（IIoT） - 工业领域的物联网 - 不断扩大，其对可靠高效的控制网络的需求，无需带宽和延迟问题，对支持大量数据而言更加重要 - 并且没有实时要求 - 这种现象依赖于什么。

TSN合作：工作组推动其成功

在电气电子工程师学会（IEEE），这是负责LAN / MAN标准IEEE 802.1工作组内，设立了一个工作组，负责对时间敏感的网络（TSN）。该任务组的目标是提供通过供应商中立的以太网网络允许时间同步，低延迟流式传输服务的规范。

还建立了工业伙伴关系，例如工业互联网联盟对TSN技术或Avnu联盟的努力，以促进对这一新框架的认识和遵守。

今天实时以太网的状态

TSN提供低延迟保证，特别是对于具有同步轴和驱动器的用例，发电传输和配电网络以及运输行业的应用。这些空间中时间敏感数据的循环时间通常远低于一毫秒。

为了实现低延迟和抖动，经常使用诸如EtherCAT，PROFINET IRT和SERCOS III等供应商特定解决方案 - 依赖于常规以太网的技术，但利用附加专有机制来增强标准以太网。这些专有机制彼此不兼容。

因此，实时以太网解决方案市场分散，缺乏兼容性，市场增长空间很小。TSN旨在打开实时以太网市场，建立一个标准化，通用的物理和数据链路层，为工业工程师带来重大成本节约和更好的投资安全。

扩大与TSN的工业交流的可能性

TSN由各种机制和相互依赖关系组成，可以一起确保实时数据的平滑传输。这些功能为基于以太网的数据通信增加了一定程度的决定性，能够满足现代控制网络的最高要求：

• 基于使用IEEE 802.1Qbv时间感知调度器（TAS）的定时的优先级排序：为了避免数据传输中的瓶颈和排队效应 - 其中具有低优先级的以太网帧已经在传输中可以沿着传输延迟每个交换机处于最高优先级的帧路径 - TAS优先进行数据传输，将其分类到适当的时隙，并保证在特定时间点转发和传送。TAS将时间划分成相同长度或周期的段。这允许用于实时数据传输的专用周期，并减轻网络流量和延迟问题的可能性。

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• 保护频段的必要性和以太网帧的中断：由于尽力而为的流量模式的可预测性很低 - 当处理特定数据分组时并不总是可以预见 - 保护频带用于避免延迟实时数据的情况处理。保卫频带干扰数据分组的传输，以防止传输最后努力的以太网帧，这些帧将侵入后续的低延迟时隙。这支持在同一网络上同时传输高优先级和低优先级的数据，避免了对端到端的延迟，同时也可能导致网络无法使用的死区。IEEE802.11工作组开发了一种暂时中断长低优先级帧传输的方法，然后传输高优先级帧，并在以后恢复低优先级帧。这与TAS相结合，为低优先级后台传输提供最大可用带宽，同时仍然为高优先级流量提供时序保证。

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• 同步时钟作为先决条件：需要在所有网络设备之间进行紧密协调，以确保每个交换机在从源到目的地的过程中匹配正确的时隙。这需要所有交换机和终端设备中的同步时钟。TSN中的时间同步可以通过任何必要的手段完成，但精度越高，可以配置的TAS越清晰。精确时间协议（IEEE 1588）是自动化网络中众所周知的工具，可提供时间信息，并可用于TSN网络。

整形和共享网络流量

流量整形器补充了TAS，以实现更精细的流量控制。与TAS一样，它们的使用总是与八类服务优先级之一的独占赋值相关联。有三种一般类型的流量整形器，它们可以与网络中的TAS组合，以提供不同的延迟和抖动保证，以及满足不同的流量模式。塑造者包括：

• 基于信用的整形器：确保为音频/视频传输提供最大所需带宽，而不会显着中断同时传输的尽力而为数据流量。

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• 循环排队和转发整形器：根据传输路径上的网络“跳”（例如交换机）的数量提供定时保证，但允许一些抖动，因为此整形器收集具有在一个周期内接收的预留带宽的数据帧，并传输作为下一个周期开始时的“优先”。

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• 异步流量整形器：不需要时间同步机制，最适合用于时间同步本身所需的事件驱动数据包或帧的优先传输。

工业以太网的未来

TSN将在工业应用中发挥越来越重要的作用，因为它适用于需要实时信息的地方。

灵活，智能和动态的生产和制造设施正在成为规范，随着这些相互联系的环境不断增长。可计算的，有保证的端到端延迟，高度有限的延迟波动（或抖动）和极低的丢包率将有助于他们的成功。

虽然标准化进程还没有完成，但TSN机制在这里将停留，各行业的工程师将需要熟悉新的框架，并确保它们适当地实施，以最大限度地发挥其优势。  

要了解有关时间敏感网络的更多信息以及对于IIoT应用程序的意义，请下载此TSN：时间敏感网络白皮书。