時間敏感網(wǎng)絡（TSN）及無線TSN 技術(shù)研究

李 英

（蘇州建設交通高等職業(yè)技術(shù)學校，江蘇 蘇州 215104）

1 時間敏感網(wǎng)絡概述

1.1 TSN 簡介

時間敏感網(wǎng)絡是科技進步的產(chǎn)物，信息技術(shù)的不斷發(fā)展，促進了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提高，時間敏感網(wǎng)絡技術(shù)又叫TSN 技術(shù)，被有效的運用在各個領域中，并且發(fā)揮了重要的作用?；趥鹘y(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，時間敏感網(wǎng)絡技術(shù)進一步的升級和優(yōu)化了以太網(wǎng)的技術(shù)，對時間的敏感程度要求更高。時間敏感網(wǎng)絡相比于以太網(wǎng)的信息技術(shù)，對各個領域的數(shù)據(jù)傳輸標準具有更強大的兼容性，可以同時進行跨領域的信號傳輸，構(gòu)建出了更加穩(wěn)定的傳輸體系。

1.2 TSN 的主要特點

對于時間敏感網(wǎng)絡的實際應用來說，具有以下幾方面的特點。（1）在信號傳輸?shù)倪^程中，保障產(chǎn)生的時延情況。（2）使用時間敏感網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的混合傳輸，不會產(chǎn)生互相的影響。（3）制定更加合理的網(wǎng)絡協(xié)議，對網(wǎng)絡基礎設施可以實現(xiàn)共享。（4）在出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯誤時，可以從源頭獲得正確的數(shù)據(jù)信息，及時的對傳輸錯誤進行糾正。

2 時間敏感網(wǎng)絡的說明

時間敏感網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)鏈的其中一個環(huán)節(jié)，通過有效的處理數(shù)據(jù)信息，在以太網(wǎng)的基礎上進行工作，按照發(fā)送和接收的網(wǎng)絡架構(gòu)進行數(shù)據(jù)傳輸。圖1為TSN 網(wǎng)絡架構(gòu)，對時間敏感網(wǎng)絡的具體操作進行說明。

圖1 TSN網(wǎng)絡架構(gòu)

2.1 時間同步

網(wǎng)絡技術(shù)中時間同步的有效運用，通過時間協(xié)議來保證實現(xiàn)，得到了大范圍的應用，但是對時間精度的標準還不能滿足實際的需求。使用全球定位系統(tǒng)來實現(xiàn)的時間同步，是利用衛(wèi)星進行信號的發(fā)射和接收，具有更高的技術(shù)優(yōu)勢，提高了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性，但是存在的關(guān)鍵性問題就是技術(shù)的運營和維護費用太高，只能在小范圍內(nèi)使用，不能夠使技術(shù)更加普及，得到大規(guī)模的運用。TSN 使用的是精確時間協(xié)議，對以太網(wǎng)的同步協(xié)議更加完善，增加了分布式網(wǎng)絡的同步，并且采用雙向信息通道，提高了傳輸信號的精確度，具有更多技術(shù)性能。區(qū)別于傳統(tǒng)的以太網(wǎng)同步協(xié)議，新型的協(xié)議具有維護費用更低，具有更高的普及效果，明顯的提高了技術(shù)優(yōu)勢。時間同步的基本原理，是按照協(xié)議規(guī)定的內(nèi)容，發(fā)送和接收報文，并且根據(jù)協(xié)議規(guī)定的流程選擇是否進行標記。圖2為時延相應機制報文收發(fā)流程。利用專業(yè)的運算公式進行計算，獲得時間偏差，再對傳輸?shù)男畔⑦M行數(shù)據(jù)的修改達到同步。

圖2 時延響應機制報文收發(fā)流程

2.2 確定性傳輸

使用時間敏感網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，通過數(shù)據(jù)流量的整形，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延，更加安全和穩(wěn)定的將信息數(shù)據(jù)傳播出去。對于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸，不僅僅要求傳輸速度的提高，更加需要傳輸?shù)姆€(wěn)定性，需要保證在特殊情況下，也能傳輸出信息數(shù)據(jù)。不同領域內(nèi)的流量對傳輸?shù)囊蠖加兴煌{(diào)度和流量整形能夠更好的實現(xiàn)各種流量的兼容效果。在實際的傳輸過程中，設置了標準化的傳輸規(guī)則，對于不同類型的信息數(shù)據(jù)，能夠進行優(yōu)先傳輸。

2.3 網(wǎng)絡的動態(tài)配置

對網(wǎng)絡的配置進行調(diào)整，通常處于暫停網(wǎng)絡運行的狀態(tài)下進行，這就導致了很多領域不能實現(xiàn)，一旦停止運行網(wǎng)絡將會造成重大的損失問題。時間敏感網(wǎng)絡技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡技術(shù)，可以實現(xiàn)在網(wǎng)絡運行時進行網(wǎng)絡動態(tài)的配置，利用集中網(wǎng)絡控制設備和集中用戶控制設備，就能夠?qū)W(wǎng)絡數(shù)據(jù)進行操作。

3 標準現(xiàn)狀

時間敏感網(wǎng)絡的實際操作流程是接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信息，要通過流量整形、管理和檢測等方式，實現(xiàn)信息的有效傳輸。每一步驟具有重要的操作價值，數(shù)據(jù)信息通過流量整形這一環(huán)節(jié)被劃分出優(yōu)先等級，再通過網(wǎng)絡算法進行優(yōu)先發(fā)送。在流管理這一過程中，對網(wǎng)絡配置進行調(diào)整，有效的調(diào)度網(wǎng)絡設備。再通過完整性檢測這一環(huán)節(jié)，來確保信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，防止信息在傳輸?shù)倪^程中丟失。

3.1 流識別

時間敏感網(wǎng)絡設備能夠有效的區(qū)分出不同的流。通過基本原理進行分析，可以更好的識別出時間棉感網(wǎng)絡與其他不同的流量。利用傳統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)作為基礎，已經(jīng)制定出了相對應的網(wǎng)絡協(xié)議和網(wǎng)絡規(guī)則，在幀頭中可以區(qū)分優(yōu)先順序，發(fā)現(xiàn)流的標識。

3.2 流同步

時間敏感網(wǎng)絡可以提供更加精確地時間同步，按照以太網(wǎng)制定的網(wǎng)絡協(xié)議，能夠更加準確地進行數(shù)據(jù)的傳輸。在整個操作流程中，更加的便捷用戶使用，提供了更多的選項可操作，提升了整體的穩(wěn)定性能。使用專業(yè)的技術(shù)處理實現(xiàn)網(wǎng)絡設備的時間同步。網(wǎng)絡信息技術(shù)普遍采用專業(yè)的技術(shù)算法，來測算數(shù)據(jù)的結(jié)果。按照相關(guān)的技術(shù)規(guī)定，對主時鐘故障進行誤差的修訂，優(yōu)化了系統(tǒng)的誤差修正性能。保證在網(wǎng)絡的運行過程中，數(shù)據(jù)丟失后可以及時進行修正，實現(xiàn)信息的同步傳輸。

3.3 流管理和流控制

通過制定的網(wǎng)絡協(xié)議，對網(wǎng)絡技術(shù)進行控制和管理。在運行工作前要做好準備工作，將接收到的請求信息一一處理，在將處理后的結(jié)果返回主處理器，經(jīng)過有效的管理將數(shù)據(jù)進行傳輸。圖3為完全集中式的網(wǎng)絡管理類型。當較為關(guān)鍵的數(shù)據(jù)信息在時間敏感網(wǎng)絡網(wǎng)橋內(nèi)時，需要對流控制按照專業(yè)的處理方式，保證數(shù)據(jù)的正常傳輸。TSN 要根據(jù)不同的數(shù)據(jù)需求確定處理方案。例如使用標準時間同步的排隊與轉(zhuǎn)發(fā)，使用制定好的額標準化搶占機制，進行循環(huán)排隊與轉(zhuǎn)發(fā)。同時確保流完整性，能夠?qū)?shù)據(jù)進行精準的傳播。

圖3 完全集中式的網(wǎng)絡管理模型

4 無線TSN 技術(shù)

時間敏感網(wǎng)絡技術(shù)提供了更加準去和安全的有線數(shù)據(jù)傳播方式，但是隨著時代的發(fā)展，很多領域需要使用到無線網(wǎng)絡，這就需要對時間敏感網(wǎng)絡的無線技術(shù)進行開發(fā)。區(qū)別于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡技術(shù)，使用無線TSN 技術(shù)的穩(wěn)定性需要進一步提高，不能提供有線網(wǎng)絡相同穩(wěn)定效果的數(shù)據(jù)傳輸。所以目前的技術(shù)發(fā)展方向，就是提高無線TSN 技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸可靠性和安全性。在不同領域的應用中，對網(wǎng)絡技術(shù)的要求標準有所不同，要根據(jù)實際的需求進行網(wǎng)絡技術(shù)的升級和優(yōu)化。在5G 的通信技術(shù)發(fā)展過程中，要研發(fā)出更加符合不同行業(yè)發(fā)展需求的網(wǎng)絡技術(shù)，通過優(yōu)化網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)的性能，提高無線TSN 的使用效果。

5 結(jié)束語

時間敏感網(wǎng)絡的提出，在各類音頻和視頻領域，都得到了顯著的應用，極大地提高了信號傳輸?shù)男Ч?，并且在電子和汽車等領域，也得到了有效的運用。在5G技術(shù)的發(fā)展過程中，對TSN 技術(shù)的研發(fā)，進一步促進我國的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，在工業(yè)領域、汽車領域都可以帶來重要的轉(zhuǎn)變。在機遇和挑戰(zhàn)并存的新時期，要抓住機遇，將5G 技術(shù)和無線TSN 技術(shù)，以及其他的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行充分結(jié)合，提高用戶的使用滿意度，提供更加便利的通信服務。