TSN網絡實現(xiàn)确定性的分組交換不但(dàn)需要TSN交換機，TSN接口适配器以及管理(lǐ)控制系統配合實現(xiàn)，而且必須能(néng)夠清晰的給出時(shí)間敏感流量的規範特性。由于TSN技術發展迅速，新标準和(hé)修訂不斷湧現(xiàn)，特别是面向特定行業的解決方案差異較大(dà)，因此不同廠(chǎng)商的TSN設備互聯互通十分困難。TSN解決方案提供商必須提供TSN網絡整套解決方案，在研制TSN交換機同時(shí)，必須提供配套的網絡接口适配器和(hé)控制軟件的方案。 一、TSN網絡接口适配器的特點    （1）與商用(yòng)網卡的比較
     由于TSN網絡具有明(míng)顯的行業特點，不同場景下(xià)的TSN交換具有不同的網絡接口和(hé)鏈路，資源預約方式，時(shí)間同步方式，故障冗餘等要求，特别的TSN定義了(le)與标準以太網不同的UNI接口，因此構建TSN網絡不能(néng)使用(yòng)标準的網絡接口适配器，必須進行針對(duì)性的定制。
TSN網絡接口适配器與标準網卡的比較如下(xià)表所示。    （2）TSN接口适配器實現(xiàn)模型
     TSN接口适配器實現(xiàn)需要考慮外(wài)部接口定義以及内部處理(lǐ)模型兩方面，如下(xià)圖所示。TSN接口适配器的接口包含與結點CPU連接的接口，與網絡連接的接口（UNI）以及與配置管理(lǐ)系統連接的接口。      通常TSN接口适配器與控制計(jì)算(suàn)機CPU的接口爲PCIe接口，可保證較大(dà)的傳輸帶寬和(hé)較小(xiǎo)的延時(shí)，與傳感器/控制器節點連接的接口爲以太網接口（适配器與控制器/傳感器物理(lǐ)分離）或内部總線接口（适配器與傳感器/控制器深度集成在一個SOC系統内）。      TSN适配器與網絡爲标準的以太網接口，本文(wén)後續将會(huì)對(duì)UNI接口進行詳細分析。而對(duì)TSN接口适配器的配置管理(lǐ)接口可采用(yòng)多樣化的實現(xiàn)方式，既可以通過CPU接口，由驅動程序對(duì)适配器進行管理(lǐ)控制，也(yě)可以通過UNI接口，由外(wài)部的集中控制器對(duì)适配器進行控制。在特定環境中，TSN網絡還可以采用(yòng)獨立的總線對(duì)接口适配器的管理(lǐ)甚至是時(shí)間同步進行控制。      TSN适配器内部邏輯除了(le)比較直觀和(hé)标準的“分類标記整形與調度”，“時(shí)間同步”，“配置管理(lǐ)”外(wài)，還包含“冗餘控制”和(hé)“應用(yòng)加速”兩部分。
冗餘控制是根據TSN網絡特定應用(yòng)場景的需求确定的，例如在艦船(chuán)上(shàng)特定應用(yòng)場景需要支持冗餘接入備份的雙口功能(néng)。 應用(yòng)加速功能(néng)是擴充網絡适配器功能(néng)，使之具有類似智能(néng)網卡的應用(yòng)加速功能(néng)，以便減小(xiǎo)TSN網絡結點體積和(hé)功耗對(duì)特定應用(yòng)的加速。一個典型的場景是将高(gāo)分辨攝像頭通過TSN适配器接入網絡，适配器不但(dàn)能(néng)根據攝像頭的數據流規範向網絡預約資源，保證采集數據傳輸的質量，還可以利用(yòng)可編程資源，在數據傳輸前完成視(shì)頻采集數據的編解碼和(hé)内容加解密等處理(lǐ)。這(zhè)類功能(néng)雖然與TSN無關，但(dàn)可以對(duì)全系統整體的處理(lǐ)效率、功耗和(hé)體積進行優化，特别适合汽車、飛(fēi)機和(hé)衛星上(shàng)數據采集和(hé)計(jì)算(suàn)分析的場景。 二、TSN網絡的用(yòng)戶網絡接口（UNI）設計(jì) UNI定義了(le)TSN端節點與網絡的接口規範，從(cóng)物理(lǐ)層的接口速率，線纜長度，時(shí)間同步，到(dào)鏈路層的資源預約和(hé)故障冗餘等機制都需要進行針對(duì)性設計(jì)。    （1）UNI接口速率
     目前工(gōng)業環境下(xià)TSN網絡鏈路主要采用(yòng)100M以太網和(hé)1G以太網，對(duì)10/100/1000以太網速率的自(zì)動協商并沒有明(míng)确的要求。一方面是因爲網絡是封閉和(hé)确定的，其中接入節點的帶寬可以預先規劃；另一方面是不确定的鏈路協商速率使得網絡延時(shí)和(hé)帶寬難以預知(zhī)，增加了(le)确定性管理(lǐ)的複雜(zá)性。因此TSN接口适配器在設計(jì)時(shí)可以根據需求固定網絡接口的速率，使用(yòng)簡單的MAC層處理(lǐ)邏輯，而無需支持接口速率的自(zì)适應。    （2）UNI接入電纜長度
     TSN網絡UNI設計(jì)時(shí)一個比較容易忽略的問題時(shí)TSN網絡中網線的長度。假設信号在光纖和(hé)電纜上(shàng)傳輸的速度爲每秒30萬公裏（由于存在分布電感和(hé)電容，電信号在電纜中傳輸速度一般按照20萬公裏估算(suàn)），那麽30m的傳輸延時(shí)約爲100ns左右。因此爲了(le)提升時(shí)間同步精度，TSN網絡在規劃時(shí)必須考慮電纜長度。如果接口适配器接入網絡的接入電纜長度無法确定，那麽可以考慮采用(yòng)IETF Detnet工(gōng)作(zuò)組提出的大(dà)規模網絡确定性轉發的方案，放(fàng)松對(duì)時(shí)間同步的要求。    （3）UNI的資源預約
     TSN保證确定性交換的前提就是提前有一個類似“高(gāo)鐵(tiě)運行時(shí)刻表”的規劃圖，生成這(zhè)個規劃圖分爲在線兩種和(hé)離線方式。在線規劃方式要求TSN網絡接口支持類似802.1Qat和(hé)802.1Qcc協議(yì)，動态的爲時(shí)間敏感業務預約網絡資源，其優點是支持網絡節點的動态加入和(hé)退出以及可變的時(shí)間敏感業務傳輸需求，但(dàn)這(zhè)大(dà)大(dà)增加了(le)TSN網絡接口驅動的複雜(zá)性。      離線規劃方式主要針對(duì)時(shí)間敏感業務傳輸需求是固定的封閉網絡，例如工(gōng)廠(chǎng)車間的現(xiàn)場控制網絡，列車骨幹網絡和(hé)汽車車載網絡等。這(zhè)些(xiē)網絡的網絡接口不需采用(yòng)動态協議(yì)向網絡預約資源，十分适合計(jì)算(suàn)和(hé)存儲能(néng)力都十分有限的傳感器和(hé)控制器接入TSN網絡。      離線資源預約隻适用(yòng)于滿足局域網内部交換的确定性，在更大(dà)區(qū)域範圍内跨網關或路由器的确定性轉發控制必須采用(yòng)其他(tā)的技術，如2015年IETF成立的Detnet（确定性網絡）工(gōng)作(zuò)組提出的L3網絡中的确定性保證機制，當然目前Detnet相關規範還在草案階段，與TSN相比，更加不夠成熟。    （4）UNI時(shí)間同步
     雖然近年來(lái)一些(xiē)IETF Detnet工(gōng)作(zuò)組針對(duì)大(dà)規模網絡提出了(le)不需要時(shí)間同步的确定性轉發方案，但(dàn)這(zhè)些(xiē)會(huì)大(dà)大(dà)增加網絡接口和(hé)交換對(duì)時(shí)間槽标記和(hé)映射的複雜(zá)性，難以在局域網中部署。因此TSN網絡接口适配器必須支持1588時(shí)間同步機制。      當前一些(xiē)商用(yòng)網卡如i350，82559，x550等支持1588PTP協議(yì)。但(dàn)由于這(zhè)些(xiē)網卡的時(shí)間同步實現(xiàn)必須驅動參與，例如生成follow up同步幀，因此需要占用(yòng)計(jì)算(suàn)和(hé)存儲資源，難以支持較高(gāo)頻率的時(shí)間同步，同步精度難以保證。條件許可情況下(xià)，TSN網絡接口适配器應由硬件實現(xiàn)全部的時(shí)間同步功能(néng)。    （5）UNI故障冗餘
     除了(le)具有确定性延時(shí)外(wài)，确保分組不丢包的可靠傳輸也(yě)是TSN的重要目标。TSN 802.1CB規範定義了(le)爲了(le)确保可靠傳輸的幀複制和(hé)消除機制，基本思想是從(cóng)TSN網絡接口就将數據流劃分成不同的子流，不同的子流通過網絡中不同的路徑進行傳輸，在子流的彙聚點再進行重複分組的丢棄，以避免路徑故障帶來(lái)的分組丢失。因此，TSN網絡接口适配器必須支持多個冗餘的網絡接口接入網絡，并可根據需求支持802.1CB等協議(yì)的處理(lǐ)。      後續我們會(huì)對(duì)基于FAST架構和(hé)Zynq FPGA的TSN接口适配器的設計(jì)思路和(hé)實現(xiàn)技術進行分析，歡迎繼續關注。