互联网科技前沿——TSN全面解析 安全响应中心

user 2019-9-4 174

TSN是time-sensitive netwoking的缩写,即是时间敏感性网络的简称。TSN是在传统以太网络基础上的一种具有向前的兼容性、良好的数据传输实时性、对于传输最小时限有确定性、对于传输标准的沟通具有普遍性、对于信息传输具有可靠性的系列标准。TSN是MAC层的数据采集与传输标准,它与OPC UA协议架构的语言解析上的规范效用一起,构成了工业实时互联的技术支撑。

TSN最开始是由IEEE802.1工作组统筹制定,2012年由已有的音视频桥工作小组更名。致力于解决数据重叠带来的信息传输延时问题和可靠普遍的物联设备互操作问题。TSN有着带宽、安全性和互操作性等方面的优势,能够很好满足未来万物互联的要求。其主要的工作原理是优先适用(IEEE P802.3br)机制,在传输中让关键数据包优先处理。

这意味着关键数据不必等待所有的非关键数据完成传送后才开始,从而确保更快速的传输路径。其中802.1CB 为可靠性进行讯框复制和消除,无论发生链路故障、电缆断裂以及其他错误,均能强制实现可靠的通讯。此选项确保关键流量的复本在网络中能以不相交集的路径进行传送,只保留首先到达目的地的任何封包,从而实现无缝冗余。加之,TSN为重要的实时数据预留了传输的时间槽,而传统以太网的传输数据重叠现象多发,传统的数据缓冲和队列优先级不明显,导致在工业上以太网运用的困境。TSN优秀地解决了这些工业场景常见的问题,为工业以太网的应用广度和深度做出了突出贡献。

TSN最重要的是时间问题的处理。关于此,IEEE802.1工作组侧重解决了时钟同步的问题,确保连接在网络中各个设备节点的时钟同步,并达到微秒级的精度误差。

设定优化了时间感知调度程序,将数据流量划分为不同的类型,为优先级较高的时间敏感型关键数据分配特定的时间槽,并且在规定的时间节点,网络中所有节点都必须优先确保重要数据帧的通过。

其次是调度和流量整形方面的工作。调度和流量整形允许在同一网络上共存不同优先级的不同流量类别,每个类别对可用带宽和端到端延迟都有不同的要求。在工业自动化和汽车汽车环境中,在闭环控制或安全应用使用以太网的情况下,可靠和及时的交付是至关重要的。对于这里使用的以太网,需要增强IEEE 802.1Q的严格优先级调度。TSN在这方面的效用增强了数据传输的实时性和确定性。

其三是TSN工作组在通信路径的设置上,采取了多路径的设置,保证了数据传输的稳定性,和高容错率。对于数据传输也有预留路径,解决了数据传输拥堵的状况。保证数据传输的实时性。

TSN还加入网络管理和配置的协议,用于实现对网络参数的动态配置,以满足设备节点和数据需求的各种变化。

相对于传统的以太网,TSN在IT和OT的融合上更进了一步。要求IT和OT融合的背景下,不仅要保证大数据传输,而且要保证传输的实时性和确定性,现有的实时以太网协议就显得更力不从心。而TSN把数据采集、传输和信息整合的过程进一步的优化,提升了过程的速率。其次,TSN对于时间问题的处理,确保了工业生产过程的可靠性和时间精确度。大大提升了工业场景的以太网应用率和生产规范性。

以太网采用载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)的机制,两个工作站发生冲突时,必须延迟一定时间后重发报文。发生堵塞时,有的报文可能长时间发布出去,造成通信时间的不确定性。所以传统以太网一般不能用于工业自动化控制,但是可用于实时性要求不高的场所。其次是TSN对于实时性的保证,更好地满足了例如自动驾驶等对于时间精度更高的要求。

当然,TSN仅仅是MAC层的协议标准,对于整个以太网的标准建构是不够的,它是解决了数据传输的问题,而另外地,更好地语义解析问题则要靠OPC UA的协议优化。



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