时间敏感型网络（TSN）技术综述——最系统最全面的TSN技术解读.docx

### 时间敏感型网络（TSN）技术综述 #### 一、引言 随着信息技术（IT）与运营技术（OT）的深度融合，统一网络架构的需求日益显著。在智能制造、工业物联网（IIoT）、大数据等领域的发展推动下，IT与OT之间的融合变得尤为重要。然而，这两种技术体系对于通信的需求存在本质上的差异：IT更侧重于高带宽的数据传输，而OT则更加重视实时性和确定性的保障。这种差异使得两者难以在同一网络中协同工作，进而阻碍了它们的有效融合。 为了解决这一难题，时间敏感型网络（Time-Sensitive Networking, TSN）应运而生。TSN是一种新兴的工业通信技术，它允许周期性和非周期性数据在同一网络中传输，从而实现了标准以太网的确定性传输特性。通过一系列的标准化进程，TSN已经成为当前产业界广泛关注的技术焦点之一。目前，包括IEEE、IEC在内的多个国际组织正在积极制定基于TSN的工业应用网络的底层互操作性标准与规范。 #### 二、实时通信技术的发展及需求 ##### 2.1 总线时代 自20世纪70年代以来，随着可编程逻辑控制器（PLC）的出现和发展，用于分布式控制系统的总线技术也随之诞生并迅速发展。在过去的几十年里，各种类型的总线技术相继问世，这些技术在介质、信号电平、校验方式、物理接口、波特率等方面存在较大的差异。到了20世纪90年代，各公司为了争夺市场主导权，纷纷在IEC（国际电工委员会）标准中争取自己总线技术的地位，形成了所谓的“总线之争”，这也导致IEC最终确立了多达18种不同的总线标准。 ##### 2.2 实时以太网阶段 进入21世纪后，随着标准以太网成本的显著降低，工业领域开始探索基于以太网的实时通信技术。例如，贝加莱推出的Ethernet POWERLINK、西门子开发的PROFINET、罗克韦尔和ABB联合开发的Ethernet/IP等。这些实时以太网技术虽然在物理层和数据链路层遵循统一的标准，但在应用层仍然保留各自特有的协议，旨在保护用户已有的软件资产投资。 ##### 2.3 智能时代的网络融合需求 近年来，随着工业4.0概念的兴起，以及工业物联网、智能制造等技术的快速发展，对于网络融合的需求愈发强烈。传统以太网由于缺乏必要的实时性支持，很难满足现代制造业的需求。同时，不同制造商的设备和系统之间也需要一种统一的网络协议来实现互联互通，这就使得开发独立于特定厂商的总线技术变得更加迫切。 #### 三、TSN的简要发展历程 TSN技术并非一蹴而就的新发明，它的起源可以追溯到2002年IEEE发布的IEEE 1588精确时钟同步协议。随后，2005年IEEE成立了IEEE 802.1 AVB工作组，致力于制定一套基于以太网架构的音频/视频传输协议集，旨在解决数据在以太网中的实时性、低延迟以及流量整形等问题，同时也确保了与现有以太网技术的兼容性。 在AVB技术的基础上，IEEE进一步成立了TSN工作组，开发了一系列针对时钟同步、流量调度、网络配置等关键领域的标准集。在此期间，AVnu、IIC、OPCUA基金会等组织也积极参与了TSN技术的研发和推广。随着越来越多的企业和组织加入，TSN技术得到了快速的发展和完善。2019年，IEC与IEEE合作成立了IEC 60802工作组，以促进工业领域内TSN技术的标准化进程，实现更广泛的互操作性。 时间敏感型网络（TSN）作为一项重要的工业通信技术，不仅解决了传统网络架构中存在的实时性问题，还为不同领域的设备和系统提供了统一的通信标准。未来，随着TSN技术的不断发展和完善，它将在智能制造、工业物联网等领域发挥更加重要的作用。