2012年，IEEE 802.1的Audio Video Bridging任務組正式被TSN任務組代替。TSN任務組主要工(gōng)作(zuò)是定義在交換式以太網中轉發時(shí)間觸發消息的IEEE标準集合，目标是标準化“确定性以太網”技術， 滿足現(xiàn)有和(hé)新興市場，特别是工(gōng)業互聯網的需要。      随着越來(lái)越多的TSN标準落地，TSN距離應用(yòng)已不再遙遠。工(gōng)信部2018年6月的推出的《工(gōng)業互聯網發展行動計(jì)劃（2018-2020 年）》明(míng)确提出“在汽車、航空(kōng)航天、石油化工(gōng)、機械制造、輕工(gōng)家電、信息電子等重點行業部署時(shí)間敏感網絡（TSN）交換機、工(gōng)業互聯網網關等新技術關鍵設備”，當前對(duì)TSN交換核心機制的研究以及研發TSN交換機已經變得十分迫切。 一、TSN交換的特點       與标準的以太網相比，TSN最大(dà)的特點是能(néng)夠保證數據交換的确定性，在提前确定時(shí)間敏感數據流（稱爲scheduled traffic）傳輸的周期，每個周期傳輸的數據大(dà)小(xiǎo)後，隻要數據發送方按照約定将數據發出，TSN就能(néng)夠保證在确定的時(shí)間将數據交換到(dào)接受方。    （1）TSN的特點
     TSN網絡主要實現(xiàn)相對(duì)封閉網絡中的關鍵數據可靠交換，與互聯網和(hé)數據中心網絡具有不同的技術要求，對(duì)比如下(xià)表所示。    （2）TSN與以太網的比較
     由于TSN網絡封閉和(hé)規模有限，不存在編址、路由和(hé)管理(lǐ)的擴展性問題。雖然TSN采用(yòng)以太網幀格式，其交換技術規範的核心也(yě)是802.1Q，但(dàn)其實現(xiàn)機制與以太網具有明(míng)顯差别，即以太網交換隻考慮節點、隊列和(hé)鏈路三個核心要素，而TSN交換處理(lǐ)考慮上(shàng)述三個要素外(wài)，還引入了(le)時(shí)間這(zhè)個實現(xiàn)确定性交換的關鍵要素。      一個簡單的比喻是當前的以太網是高(gāo)速公路網，每個分組是進入高(gāo)速公路的汽車。在高(gāo)速公路網上(shàng)，汽車可以在任意時(shí)間進入高(gāo)速公路（不需要預先注冊和(hé)規劃）很(hěn)快(kuài)速的從(cóng)一個城(chéng)市到(dào)達另一個城(chéng)市，也(yě)可能(néng)因爲事(shì)故導緻的道(dào)路擁塞大(dà)大(dà)增加行駛的時(shí)間。因此汽車在高(gāo)速公路上(shàng)延時(shí)是不确定的。特别是汽車在某個時(shí)刻進入高(gāo)速公路後，很(hěn)難預先給出其途經每個中間節點（休息區(qū)，立交橋等标志性地點）的精确時(shí)間。      TSN網絡是可以看(kàn)成高(gāo)鐵(tiě)網絡，每個分組可以看(kàn)成一輛高(gāo)鐵(tiě)列車。每列高(gāo)鐵(tiě)的運行必須根據預先規劃好(hǎo)的高(gāo)鐵(tiě)運行圖進行。每個高(gāo)鐵(tiě)列車從(cóng)始發站(zhàn)發出，途徑每個中途站(zhàn)點以及到(dào)達目的車站(zhàn)的時(shí)間都是确定的，可以有一個确定的預期。更進一步看(kàn)，高(gāo)鐵(tiě)到(dào)達中間車站(zhàn)時(shí)，什(shén)麽時(shí)候進展，什(shén)麽時(shí)候出站(zhàn)，以及進展後在哪個站(zhàn)台停靠都有預先的規劃。因此搭乘高(gāo)鐵(tiě)出行的時(shí)間是确定的，可以預期的。 二、TSN核心交換機制      802.1TSN任務組成立後，針對(duì)确定性交換的目标，在時(shí)間同步，延時(shí)保證，交換可靠性以及網絡管理(lǐ)方面研究了(le)多種算(suàn)法和(hé)協議(yì)機制。這(zhè)些(xiē)協議(yì)機制或者作(zuò)爲标準修訂融入802.1Q标準，或者作(zuò)爲獨立的标準存在（如802.1CB）。    （1）核心TSN交換算(suàn)法和(hé)協議(yì)機制
     核心的TSN交換算(suàn)法和(hé)協議(yì)機制，以及與高(gāo)鐵(tiě)網絡相關機制的類比如下(xià)表所示。      此外(wài)，針對(duì)用(yòng)戶如何應用(yòng)上(shàng)述機制，實現(xiàn)滿足自(zì)己特定需求的TSN網絡，TSN工(gōng)作(zuò)組還定義了(le)循環隊列轉發（CQF：Cyclic Queuing and Forwarding）模型。根據該模型用(yòng)戶可以方便的配置TSN交換機，實現(xiàn)延時(shí)确定的TSN網絡。目前CQF已經作(zuò)爲IEEE 802.1Qch規範融入802.1Q-2018标準中。      我們将在後續文(wén)章中，進一步介紹上(shàng)述标準的工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)和(hé)基于FAST流水(shuǐ)線的實現(xiàn)方法。 三、基于FAST的TSN實現(xiàn)：機遇與挑戰      TSN交換設備在實現(xiàn)上(shàng)具有标準發展迅速和(hé)應用(yòng)場景多樣化兩個特點。    （1）标準發展迅速
     例如IEEE 802.1Q規範是指導以太網交換芯片實現(xiàn)的核心标準，但(dàn)近年來(lái)TSN标準發展迅速，上(shàng)文(wén)提到(dào)的802.1Qbv/bu/ci/cc等TSN核心交換機制均作(zuò)爲802.1Q-2014标準的修訂添加到(dào)802.1Q-2018标準中，。從(cóng)802.1TSN的官方網站(zhàn)可以發現(xiàn)，目前TSN工(gōng)作(zuò)組還有很(hěn)多項目是對(duì)802.1Q-2018的标準進行繼續進行繼續修訂和(hé)擴充。    （2）TSN應用(yòng)場景差異大(dà)
     目前除了(le)典型的工(gōng)業互聯網應用(yòng)場景外(wài)，5G前傳（fronthaul）網絡，高(gāo)鐵(tiě)車輛網絡、汽車車載網絡、飛(fēi)行器内部網絡甚至是空(kōng)間衛星網絡都在考慮使用(yòng)TSN交換機制，這(zhè)些(xiē)網絡在同步精度，傳輸帶寬，交換延時(shí)，故障冗餘，設備功耗等方面都有不同的要求，即使已經有部分芯片标稱支持TSN，例如2017年博通推出的BCM56370芯片，但(dàn)也(yě)難以滿足不同應用(yòng)場景的需求。因此      預計(jì)TSN标準快(kuài)速發展變化的時(shí)間還會(huì)持續3-5年，這(zhè)個期間内，基于FPGA（而不是TSN ASIC芯片）的TSN交換實現(xiàn)無疑是最佳選擇，不但(dàn)可以支持标準的快(kuài)速擴展更新，而且可以針對(duì)具體的應用(yòng)場景進行定制化設計(jì)。基于FPGA的TSN交換也(yě)必須突破亞微妙級時(shí)間同步，時(shí)間控制的複雜(zá)隊列管理(lǐ)調度，開(kāi)放(fàng)的編程API等設計(jì)難題。      由于FAST具有可擴展硬件流水(shuǐ)線、FPGA/CPU協同處理(lǐ)以及開(kāi)源開(kāi)放(fàng)等核心特征，基于FAST平台的TSN交換實現(xiàn)不但(dàn)給FAST的發展帶來(lái)了(le)新的機遇，也(yě)給當前TSN交換設備實現(xiàn)帶來(lái)新的途徑。