TSN技術是時間敏感網絡（Time-Sensitive Network）的英文縮寫，是IEEE 802.1 TSN工作組開發的一系列數據鏈路層協議規范的統稱。TSN技術最初來源于音視頻領域的應用需求，其目的是解決音頻視頻網絡中數據實時同步傳輸的問題。后來，隨著工業4.0概念的提出和車聯網時代的到來，工業和汽車對實時以太網技術的需求迅速增長，TSN技術得到了進一步發展和應用，并成為傳統以太網在汽車等特定應用環境下的增強功能實現。

TSN關鍵組件

由IEEE 802.1制定的TSN標準文檔可以分為三個基本關鍵組件。每個標準規范都可以單獨使用，并且主要是自給自足的。但是，只有在每個規范協同使用的情況下，TSN作為通信系統才能充分發揮其潛力。三個基本組成部分是：時間同步，調度和流量整形，通信路徑的選擇、預留和容錯。

時間同步在這方面，“時間敏感網絡”這個名稱已經非常具有描述性。端到端（End-to-End）的傳輸延遲具有難以協商的時間界限，因此網絡中的所有設備都需要共同的時間參考，需要彼此同步時鐘。

TSN網絡中的時間同步可以通過不同的技術實現。從理論上講，可以為每個終端設備和網絡交換機配備GPS時鐘。然而，這種方法不僅昂貴，而且無法保證GPS時鐘始終接入衛星信號。由于這些限制，TSN網絡中的時間通常從一個中央時間源直接通過網絡本身分配，也就是使用IEEE 1588精確時間協議完成。除了普遍適用的IEEE 1588規范之外，IEEE802.1委員會已經指定了一個IEEE1588的概要文件，稱為IEEE802.1AS。此配置文件背后的想法是將大量不同的IEEE 1588選項縮小到可管理的幾個關鍵選項，這些選項適用于汽車或工業自動化環境中得網絡。常用的時鐘同步協議包括IEEE 1588 Precision Time Protocol（PTP）和Synchronous Ethernet（SyncE）等。

調度和流量整形由于端口轉發機制的限制，在標準的以太網中，實時性是難以保證的。調度和流量整形允許在同一網絡上共存不同優先級的流量類別，每個類別對可用帶寬和端到端延遲都有不同的要求。因此，所有參與實時通信的設備在處理和轉發通信包時需遵循相同的規則。

通信路徑的選擇，預留和容錯，所有參與實時通信的設備在選擇通信路徑、預留帶寬和時隙方面遵循相同的規則，可以利用多條路徑來實現故障排除，支持保護諸如安全相關的控制回路或車輛中的自動駕駛之類的安全應用，以防止硬件或網絡中的故障。

TSN應用領域

TSN Profiles即TSN標準協議的使用規范，描述如何在特定應用下搭建TSN網絡，并提供配置指導。主要包括以下幾個領域：

圖源：智芯SEMI

其中協議名稱前的P表明該協議規范還在進行中。

TSN主要標準介紹

IEE 802.1AS-rev

確保連接在網絡中各個設備節點的時鐘同步，并達到微秒級甚至納秒級的精度誤差。

IEEE 802.1Qat

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。

IEEE 802.1Qav

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。

IEEE 802.1Qbv

通過Time Aware Shaper為優先級較高的時間敏感型關鍵數據分配特定的時間槽，并且在規定的時間節點，網絡中所有節點都必須優先確保重要數據幀的通過。

IEEE 802.1Qbu

可以中斷標準以太網或巨型幀的傳輸，以允許高優先級幀的傳輸，同時不丟棄之前傳輸被中斷的消息。

有關汽車工業的除P802.1DG外，都已公開。不過這并不妨礙TSN在汽車領域的應用。只要有TSN的核心組件即可投入使用，TSN有4個核心組件，分別是時間同步、低延遲、超高可靠性和特定資源管理。

TSN是由一系列相互獨立的標準組成的，就像一個工具箱，需要網絡設計者根據自身需求和協議特點靈活選擇。

各標準既有獨立性，又彼此關聯，只有對各協議的基本原理深入理解，才可以最大限度地挖掘其功能和性能潛力。