時間敏感網絡研究現狀與關鍵技術探析

趙 奕，王海濤（南京審計大學金審學院，江蘇南京 210023）

0 引言

隨著信息技術的不斷發展，確定性的流量傳輸成為傳統以太網的一大挑戰。傳統以太網只注重解決非實時數據的傳輸，實時流量和傳統TCP 流量競爭資源將導致較大的傳輸時延和抖動，使得傳統以太網無法滿足實時音視頻業務的數據傳輸需求［1］。為此，2006 年成立的IEEE AVB（Audio Video Bridging）工作組制定了一組802.1 以太網標準，包含802.1AS，802.1Qat，802.1Qav 等協議，該標準通過采用預留帶寬、流量優先級和時間同步等技術來提供低傳輸時延的以太網服務。隨著工業互聯網（Industrial Internet）對以太網實時通信需求的迅速增長，2012年AVB 工作組更名為TSN（Time-Sensitive Networking）工作組，TSN 工作組通過擴展AVB 技術以統一解決網絡傳輸的時效性問題。例如，TSN 在AVB 基礎上引入了時間調度流量（Time-scheduled traffic）和幀搶占（Framepreemption）機制，并且允許采用不同協議的時間敏感數據流和非時間敏感數據流混合交錯傳輸。此外，TSN 可以在數據源頭獲取精確的數據信息，快速診斷和及時修復網絡中出現的各種傳輸異常［2］。

時間敏感網絡（Time-Sensitive Networking，TSN）協議族的主體位于OSI 網絡模型的第2 層，即數據鏈路層，屬于IEEE 802.1 協議體系。TSN 在傳統以太網的基礎構架上重新定義了流量傳輸機制，利用以太網數據幀的包頭進行數據傳輸，適用于任何以以太網為傳輸媒介的應用場景，實現了現有工業網絡的技術突破。具體而言，TSN引入的新技術主要包括時間同步、時間感知調度、流量整形和調度以及冗余備份路徑機制等。通過綜合應用這些新技術實現的具有時間敏感特性的TSN 可以為上層業務提供具有確定性時延特征的信息傳輸。……