AVB標準由同一工作組在IEEE開發，通過部署流量保留和整形，確保在指定的時間段內，從發送方到接收方的網絡傳輸流量不會突然變化。盡管AVB標準有其自己的特性，但它缺少以太網中高確定性流量類所需的一些關鍵屬性。TSN的調度、搶占和冗余功能提供更確定的延遲，更高效的數據包傳輸概率，以及跨網絡中冗余路徑的無縫時鐘同步。

　　AVB Gen1功能

　　簡單介紹

　　AVB是由 IEEE 802.1時間敏感網絡任務組定義的一組規范，它們共同為音頻 / 視頻流應用提供低延遲，時間同步的服務，工作在 OSI 七層網絡模型中的第二層—數據鏈路層。

　　802.1AS（-Rev） Timing and Synchronization AVB規范包括：

　　1）流預留協議（SRP）[IEEE 802.1Qat]，它解決網絡中音視頻實時流量與普通異步數據流量之間的競爭問題。通過協商機制，在音視頻流從源設備到不同交換機再到終端設備的整個路徑上預留出所需的帶寬資源，以提供端到端（End-to-End）的服務質量及延遲保障。也就是直接留出傳輸余量給高優先級的信息，進行優先傳輸。

　　2）時間敏感應用的時序和同步 [IEEE 802.1AS]，它用于實現高精度的時鐘同步，給所有以太網幀增加了精確的時間戳。

　　3）時間敏感流的轉發和排隊增強 [IEEE 802.1Qav] 用于流媒體類應用，因為有了這些時間戳，我們就可以根據時間進行排程。IEEE 802.1Qav是實時數據流的轉發和隊列控制協議，為數據流發送端和交換節點提供一個成形的數據流服務。確保傳統的異步以太網數據流量不會干擾到AVB的實時音視頻流。為了避免普通數據流量與AVB流量之間對網絡資源的競爭，AVB交換機內對時間敏感的音視頻流和普通數據流進行了區別處理，將實時幀與異步幀分別進行排隊，并且賦予實時幀最高的優先級。

　　小結

　　AVB標準通過定義流預留（SR）流量類來確保服務質量（QoS）。根據上述三點基本原理，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。其原因是以太網交換機內部具有緩沖效應，如果交換機已經在其中一個端口上傳輸以太網幀，即使是最高優先級的幀也必須在交換機緩沖區內等待之前的傳輸完成。而TSN則加載了時間戳，交換機內部根據時間戳以及QoS進行排程進行處理，避免了這種不確定性的發生。

　　又舉例子，還是拿擠地鐵來說事。有了QoS，雖然是你是VIP，但也要等已經排隊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，在車門處預留了空間讓你先上車。這樣，調度人員（交換機）就可以根據時間戳，用優先級運用協議的算法來確保VIP（最重要的信息）可以在確定的時間內上車。

　　盡管有基于信用的公平隊列（CBFQ），但在最壞的情況下，由于在其他業務干擾期間沒有搶占式調度，AVB流量仍然會在每個網絡節點上延遲， 因此還需要AVB Gen2。

　　要實現新的綜合視頻/音頻、實時工業數據以及其它復雜的數據交互的傳輸，那么就需要解決技術上的障礙（如以太網的數據沖突），并且在分布式時鐘同步、傳輸質量上予以技術保障，也包括如何實現工業應用所需的諸如高實時、冗余，以及信息安全及功能安全的機制保障。

　　為此IEEE802.1成了實時工作組，開發TSN的標準，以及組織企業的測試等工作。

　　TSN（AVB Gen2）功能

　　時間敏感網絡（TSN）是由IEEE 802組開發的一套標準，它提供以下功能：

　　1）時間敏感應用的定時和同步，IEEE802.1ASbt

　　2）計劃流量的增強功能，IEEE802.1Qbv

　　3）搶占幀（Frame Preemption），IEEE802.1Qbu

　　4）冗余網絡的路徑控制和保留，IEEE802.1Qca

　　5）流保留協議（SRP）增強功能支持 IEEE802.1Qbu / IEEE802.1Qbv / IEEE802.1 Qca / IEEE802.1CB，IEEE802.1Qcc

　　6）無縫冗余，IEEE802.1CB

　　IEEE 802.1ASbt 是對 IEEE 802.1AS的增強。IEEE 802.1ASbt增加了對一步時間戳的支持，相對于IEEE 802.1AS中的兩步過程，這減少了在網絡中傳送定時信息的分組數量。在具有時間感知系統的daisy-chain 網絡中，分組流量和計算能力的減少是有用的。IEEE 802.1ASbt通過預先選擇好備用主時鐘，并確保在發生故障時快速地切換，來提高網絡的響應能力。這符合工業網絡中無縫切換（優選零時間）的要求。

　　IEEE 802.1Qbv時間感知隊列通過時間感知整形器 （Time Aware Shaper，TAS） 使TSN交換機能夠來控制隊列流量（queued traffic），以太網幀被標識并指派給基于優先級的VLAN Tag，每個隊列在一個時間表中定義，然后這些數據隊列報文在預定時間窗口在出口執行傳輸。其它隊列將被鎖定在規定時間窗口里。因此消除了周期性數據被非周期性數據所影響的結果。這意味著每個交換機的延遲是確定的，可知的。而在TSN網絡的數據報文延時被得到保障。

　　如下圖示意，交換機出口隊列的閥門好比十字路口的紅綠燈，當有計劃好的關鍵消息需要傳輸時，關鍵消息所在的隊列綠燈放行，而其他非關鍵消息的隊列則紅燈暫停傳輸。在汽車領域，新興的以太網作為主干的汽車電子架構中，傳輸在車載以太網中的數據既有需要實時響應的關鍵車控信號數據（如剎車信號）也有重要性略低的車載娛樂應用流量，802.1Qbv使得我們可以針對不同類型的流量調度，實現車控信號實時傳輸而娛樂流量則見縫插針的使用車載以太網帶寬。

　　TAS介紹了一個傳輸門概念，這個門有 “開”、“關” 兩個狀態。當傳輸的選擇過程——僅選擇那些數據隊列的門是 “開” 狀態的信息。TAS保障時間要求嚴苛的隊列免受其它網絡信息的干擾，它未必帶來最佳的帶寬使用和最小通信延遲。當優先級非常高時，搶占機制可以被使用。

　　IEEE 802.1Qbv主要為那些時間嚴苛型應用而設計，其必須確保非常低的抖動和延時。IEEE 802.1Qbv 確保了實時數據的傳輸，以及其它非實時數據的交換。

　　IEEE 802.1 Qbu/802.3Qbr 轉發與隊列機制是IEEE以太網標準的新補充，可以在信息傳輸的時候讓高優先級的幀打斷低優先級的幀，最大限度地降低高優先級信息流的延遲。在工業自動化控制系統的應用方面，搶占可以進一步將不同技術的多個網絡融合在一個以太網和IP的基礎架構里，可以實現自動化操作以及訂單控制生產。通過大幅降低低優先級信息流對重要信息流的影響，兩種信息流可以混合在同一鏈路上。

　　IEEE802.1Qcc Qcc 用于為TSN進行基礎設施和交換終端節點進行即插即用能力的配置。采用集中配置模式，由 1 或多個 CUC（集中用戶配置） 和1個CNC（集中網絡配置） 構成。CUC制定用戶周期性時間相關的需求并傳輸過程數據到CNC，CNC計算TSN配置以滿足需求。

　　IEEE 802.1Qca 為數據流提供顯式路徑控制，帶寬和流預留以及冗余。它通過攜帶用于時間同步和調度的信息，使用 IS-IS 擴展了最短路徑橋接（SPB）的功能，以控制橋接網絡。它通過使用PCE（路徑計算元素）提供顯式轉發路徑控制。PCE是一個實體，能夠根據網絡拓撲的表示計算出通過網絡的路徑。IEEE 802.1CB依賴于IEEE 802.1Qca在從發送方到接收方的網絡中的不相交路徑上傳送消息。

　　IEEE802.1CB 標準通過在發送端復制多個不相交路徑中的分組并消除多個點處的重復來提高網絡的可靠性，使得監聽器僅看到一個分組。無縫冗余（IEEE802.1CB）與 IEEE802.1Qca和零擁塞相結合，可在數據包傳輸中提供最佳的QoS。它使用冗余標記（類似于VLAN標記）中攜帶的序列編號來復制和消除網絡中的重復數據包。

　　TSN相關標準

　　雖然成套的TSN特性還在繼續擴展，功能不斷改進，但現有標準提供了豐富的功能選擇，使基于標準的解決方案能夠在與傳統通信共存的網絡上，實現確定性，時間敏感，可靠的通信。

　　2018 年 11 月 27 日，在德國紐倫堡電氣自動化系統及元器件展（SPS IPC），CC-Link協會正式發布最新的開放式工業網絡協議 “CC-Link IE TSN”，宣布工業通信迎來新的變革時代。CC-Link IE TSN 規范在全球率先將千兆以太網帶寬與時間敏感網絡 （TSN） 相結合，在確?？刂茢祿ㄐ诺膶崟r性的同時，實現在同一個網絡中與其它開放式網絡、以及與IT系統的數據通信， 實現 “多網互連互通”。

　　結語

　　TSN的核心思維是提出了一個可互操作的系統，并支持多個制造商、協議和機構在同一個網絡上共享，同時數據使用相同的語言進行解析，不僅可得，而且可用。作為底層的通用架構，TSN使得更多企業可以在此架構上實現OT和IT的融合。這種融合提高了工業設備的連接性和通用性，并且面向未來，為大數據分析、邊緣智能、新型業務提供了更快更好的發展路徑。