TSN（时间敏感网络）测试、仿真验证方案

TSN缘起

TSN 是IEEE802.1的扩展协议，旨在提升以太网的性能，使其更具备确定性、鲁棒性、可靠性，通过IEEE802网络保证数据包的延迟、抖动、丢包，实现IT与OT流量的统一承载。

IEEE802.1于2007年创建了AVB（音视频桥接）任务组，目标是用以太网取代家庭中的HDMI、扬声器和同轴电缆。AVB仅适用于桥接的第2层网络。2012年，IEEE802.1AVB任务组更名为时间敏感网络任务组（TSN）任务组。TSN扩展了AVB技术，成为基于以太网的新一代网络标准，具有时间同步、延时保证等实时性功能。TSN主要应用于汽车控制、工业控制、智能电网、5G等领域。

TSN的应用

TSN使用标准以太网提供分布式时间同步和确定性通信。因此，任何需要分布式测量或控制的应用都可以从TSN中受益。客户可使用TSN进行简单的分布式同步测量、下一代计算机数控加工的改进、新型半导体加工机器以及未来的电网研究等。在其他行业的应用包括：
视频 / 音频传输
TSN最初来源于视频领域的应用需求。传输音频和视频信息的网络需要遵守严格的时序规则。如果音频或视频分组不能按指定的时序规则到达目的地，则接收设备（例如视频屏幕或扬声器）可能会发生视频帧被丢弃、音频伪像的情况。此外，这种网络还需要可预测的延迟，保证视频和相关音频流之间的同步。另一方面，足球赛事的实况转播有很多高清的数据要通过网络传输到处理中心，对带宽的需求极大。而且为了最大限度的提供实时性，这些图像、音频必须实现高实时的传输与处理，可以想象其对带宽和实时性的需求。
汽车驾驶
目前大多数的汽车控制系统非常复杂。比如说：刹车、引擎、悬挂等采用CAN总线。而灯光、车门、遥控等采用LIN系统。实际上，所有上述系统都可以用支持低延时且具有实时传输机制的TSN进行统一管理。可以降低给汽车和专业的A/V设备增加网络功能的成本及复杂性。
在车辆中，实时功能对于某些应用至关重要。 为确保这些实时功能可用，必须在以太网控制器中设置具有直接访问硬件资源的机制。TSN使构建可扩展的以太网网络成为可能。为此，不同的消息按照其可用性分为了不同的等级，并对其延迟和优先级进行了分类，每个消息类被分配到一个固定的带宽。此外，TSN 还支持冗余以太网系统，并且，为确保稳定的数据交换，定义了安全标准。
工业物联网
工业物联网是未来TSN最广泛的一个应用，所有需要实时监控或是实时反馈的工业领域都需要TSN网络。比如：机器人工业、深海石油钻井以及银行业等等。
标准以太网的本质是一种非确定性网，但在工业领域必须要求确定性，一组数据包裹必须完整、实时、确定性的到达目的地，因此较新的TSN标准增加了中心控制、所有网络设备的时间同步以及更低的延迟等特性。为了达到尽可能低的绝对延迟，IEEE 802.1Qbv 定义了一个时间感知整形器，它可以无视定时流量门的存在。TSN消除了标准以太网由于交通 “拥堵” 导致的非确定性。

为了验证TSN的应用，需要搭建TSN测试环境，一个典型的TSN测试拓扑如下：

以上测试环境中分别有3台TSN交换机，3张TSN网卡，如果经费有限可以减少TSN交换机

支持8个千兆+2个万兆口（万兆接口作为交换机级联口）;
支持802.1 CB帧冗余协议；
支持802.1 Qci输入过滤功能；
支持802.1 Q中Vlan关键特性
时间同步精度±30ns；支持时间同步冗余；支持代理主时钟