《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)微證書-大數(shù)據(jù)能力 》 課件-08工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-確定性網(wǎng)絡(luò)

07工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-確定性網(wǎng)絡(luò)（02）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)微證書-網(wǎng)絡(luò)能力

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的興起和工業(yè)4.0的提出，越來越多的設(shè)計(jì)師、工程師和最終用戶關(guān)注時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time-SensitiveNetworking，下簡稱為TSN）。TSN為以太網(wǎng)提供確定性性能，本質(zhì)上是一個(gè)傳統(tǒng)以太網(wǎng)的擴(kuò)展集。內(nèi)容導(dǎo)入8.1時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的定義目錄8.4時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的應(yīng)用8.2時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的發(fā)展8.3時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的特征課程目標(biāo)掌握時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的定義和特征了解時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的發(fā)展與應(yīng)用8.1時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的定義

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN，TimeSensitiveNetwork）是指能夠保證時(shí)延敏感流的服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、低抖動(dòng)、和零丟包率的網(wǎng)絡(luò)。8.2時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的發(fā)展（1）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的起源

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)，是基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)架構(gòu)演進(jìn)的新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它以傳統(tǒng)以太網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，通過時(shí)鐘同步、數(shù)據(jù)調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)配置等機(jī)制，提供確定性數(shù)據(jù)傳輸能力的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)范。8.2時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的發(fā)展（2）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程TSN技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：①起源階段：AVB（AudioVideoBridging）

TSN的概念源自于AVB技術(shù)，AVB是為了滿足音視頻應(yīng)用領(lǐng)域中對高帶寬和實(shí)時(shí)性需求而開發(fā)的。這一階段的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)的高質(zhì)量傳輸，確保網(wǎng)絡(luò)中媒體流的實(shí)時(shí)性和同步性。

AVB標(biāo)準(zhǔn)由IEEE802.1工作組制定，包括了一系列的協(xié)議，如IEEE802.1AS（用于時(shí)間同步）、IEEE802.1Qav（用于流量整形）和IEEE802.1Qat（用于流預(yù)留）等。

AVB技術(shù)主要關(guān)注的是音視頻會(huì)議、專業(yè)音響和視頻制作等應(yīng)用場景。8.2時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的發(fā)展（2）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程TSN技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：②擴(kuò)展階段：TSN

當(dāng)AVB技術(shù)逐漸成熟后，工業(yè)界開始意識(shí)到這些技術(shù)同樣適用于對實(shí)時(shí)性有嚴(yán)格要求的工業(yè)自動(dòng)化和控制領(lǐng)域。

TSN是對AVB技術(shù)的擴(kuò)展和改進(jìn)，它不僅繼承了AVB的實(shí)時(shí)傳輸特性，還引入了更多針對工業(yè)應(yīng)用的協(xié)議和機(jī)制，以支持更復(fù)雜、更嚴(yán)格的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需求

TSN相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE802.1Qbv（時(shí)間感知轉(zhuǎn)發(fā)）、IEEE802.1Qbu（幀優(yōu)先級和預(yù)占）和IEEE802.1AS修訂版（增強(qiáng)時(shí)間同步）等

TSN技術(shù)的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到了汽車、航空航天、軌道交通、能源和工業(yè)4.0等多個(gè)領(lǐng)域8.2時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的發(fā)展（2）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程TSN技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：③成熟與廣泛應(yīng)用階段

TSN被廣泛采納并在實(shí)際工業(yè)環(huán)境中部署

TSN技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)加速，包括芯片、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、軟件和測試工具在內(nèi)的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈都開始支持TSN。

TSN帶來的價(jià)值，如降低延遲、減少抖動(dòng)、提高可靠性和簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這促進(jìn)了TSN在工業(yè)自動(dòng)化、智能交通、醫(yī)療設(shè)備、娛樂系統(tǒng)等多領(lǐng)域的深入應(yīng)用。

TSN技術(shù)也開始與SDN（SoftwareDefinedNetworking）、5G網(wǎng)絡(luò)、邊緣計(jì)算等新興技術(shù)結(jié)合，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持。8.2時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的發(fā)展（3）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

8.3時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的特征

TSN的主要特性:時(shí)間同步、確定性傳輸、網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)配置、兼容性和安全等。8.3時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的特征

時(shí)間同步：全局時(shí)間同步是TSN標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，用于保證數(shù)據(jù)幀在各個(gè)設(shè)備中傳輸時(shí)隙的正確匹配，滿足通信流的端到端確定性時(shí)延和無排隊(duì)傳輸要求。TSN利用IEEE802.1AS在各個(gè)時(shí)間感知系統(tǒng)之間傳遞同步消息，提供精確的時(shí)間同步。確定性傳輸：在數(shù)據(jù)傳輸方面，對于TSN而言，重要的是在最壞情況下的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。TSN通過對數(shù)據(jù)流量的整形、無縫冗余傳輸、過濾和基于優(yōu)先級調(diào)度等，實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵數(shù)據(jù)的高可靠、低時(shí)延、零分組丟失的確定性傳輸。8.3時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的特征

網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)配置：TSN通過IEEE802.1Qcc引入集中網(wǎng)絡(luò)控制器和集中用戶控制器來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)配置，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)靈活地配置新的設(shè)備和數(shù)據(jù)流。兼容性：TSN以傳統(tǒng)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，支持關(guān)鍵流量和盡力而為（best-effort，BE）的流量共享同一網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)保證關(guān)鍵流量的傳輸不受干擾安全：TSN利用IEEE802.1Qci對輸入交換機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和管控，對不符合規(guī)范的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行阻攔，能及時(shí)隔斷外來入侵?jǐn)?shù)據(jù)，實(shí)時(shí)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的安全，也能與其他安全協(xié)議協(xié)同使用，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的安全性能。8.4時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的應(yīng)用

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)因其能夠提供確定性數(shù)據(jù)傳輸、低延遲、低抖動(dòng)和高可靠性等特點(diǎn)，在多個(gè)行業(yè)和應(yīng)用場景中展現(xiàn)出巨大的潛力。列舉幾個(gè)應(yīng)用場景。8.4時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的應(yīng)用（1）TSN在工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)主要滿足工廠OT（OT網(wǎng)絡(luò)是面向工業(yè)的，主要與機(jī)器交互）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)互通，以及OT網(wǎng)絡(luò)和IT網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)需求。

在OT內(nèi)部，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的位置，可以分為工廠級、車間級、現(xiàn)場級應(yīng)用。

TSN可以確保傳感器數(shù)據(jù)、控制器指令和反饋信息的實(shí)時(shí)傳輸，可以用于連接PLC（可編程邏輯控制器）、I/O模塊、伺服驅(qū)動(dòng)器和其他工業(yè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)無縫通信和協(xié)調(diào)。8.4時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的應(yīng)用（2）TSN在汽車工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用TSN在車載網(wǎng)絡(luò)中可以用于車輛內(nèi)部傳感器、攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)（LiDAR）和其他高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。它有助于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛車輛中的數(shù)據(jù)融合和決策制定，確保行車安全和可靠性。8.4時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的應(yīng)用（3）TSN在航空航天中的應(yīng)用在航空電子系統(tǒng)中，TSN可以提供關(guān)鍵飛行數(shù)據(jù)、傳感器讀數(shù)和控制信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸，對于飛行安全和效率至關(guān)重要。它可以用于飛機(jī)的飛行控制、導(dǎo)航和通信系統(tǒng)之間建立確定性網(wǎng)絡(luò)。8.4時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的應(yīng)用（4）TSN在醫(yī)療保健中的應(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備和遠(yuǎn)程手術(shù)應(yīng)用中，TSN可以確保高分辨率圖像、視頻和傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，這對于遠(yuǎn)程診斷和治療至關(guān)重要.它可以用于醫(yī)院內(nèi)部的醫(yī)療設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，以及遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)的實(shí)時(shí)通信8.4時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的應(yīng)用（5）TSN在交通運(yùn)輸中的應(yīng)用在鐵路、地鐵和城市交通系統(tǒng)中，TSN可以提供列車定位、信號(hào)控制和乘客信息系統(tǒng)所需的低延遲數(shù)