在工业自动化、汽车电子、航空航天等众多领域,对网络通信的实时性、确定性和可靠性要求日益严苛。时间敏感网络(Time-Sensitive Networking,TSN)作为一项关键技术应运而生,它通过一系列标准化的机制,确保在传统以太网基础上实现低延迟、低抖动和高带宽利用率的流量传输。其中,IEEE 802.1Qch循环队列整形器(Cyclic Queuing and Forwarding,CQF)作为TSN流量调度的重要组件,为满足实时流量需求提供了有效的解决方案。
时间敏感网络(TSN)是一组IEEE 802.1标准,旨在为以太网提供确定性的数据传输能力,满足工业自动化等领域对实时性的严格要求。工业PLC(可编程逻辑控制器)是工业自动化的核心设备,负责控制生产过程中的各种设备和工艺流程。将TSN技术应用于工业PLC,可以显著提高系统的实时性、可靠性和灵活性。
越来越多的应用部署了时间敏感网络 (TSN)。但对基于5G的无线时间敏感网络 (WTSN) 来说,现在还为时尚早。WTSN可以将TSN引入到新的应用中,例如移动机器人、电网、化工厂、智慧城市和其他地理位置分散的应用,以及无法连接到有线TSN网络的汽车和运输系统(图1)。WTSN将为TSN带来革命性的新功能,并且提高TSN的部署灵活性、降低其安装成本。基于5G的WTSN已经接近于可部署,但尚未成熟;市场仍在不断发展并制定必要的标准,软硬件也正在开发中。
全球知名咨询机构“罗兰贝格”在其《拥抱5G新世界》的产业报告中指出:5G通过强大的无线连接、边缘计算和网络切片技术,将助力无线自动化控制、工业云化机器人、预测性维护、柔性生产等行业突破,驱动工业4.0的真正落地,进一步推动未来工厂的诞生。然而,尽管在技术性能指标上5G可以承载工业网络不同的典型业务,但业界普遍认为5G工业应用仍然存在很多关键问题有待解决。
时间敏感网络(TSN)的持续发展已导致IEEE 802.1和IEEE 802.3标准发生重大更新。TSN本质上是一个确定性以太网扩展集,同时也是音频视频桥接(AVB)的后继者——最初设计用于支持专业音频和视频环境(如现场DJ演出)中的实时媒体流传输的IEEE项目。