揭秘TSN与车载以太网，汽车电子新玩法

上回，咱在《干货周记：车载以太网和TSN的那些事儿（上）（汽车电子15）》中聊到了，以太网和车载以太网的一些渊源。 这期，咱们重点说说，为啥TSN这么重要，以及它有哪些独门秘技？

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TSN是个啥？

直译过来，TSN（Time-Sensitive Networking）是：时间敏感网络。只看这个名字，还真不好猜它到底是个啥。 其实啊，所谓“时间敏感”，就是“对时间敏感”的意思，泛指“对实时性要求高”的意思。简单讲，TSN(时间敏感网络)也就是：在通信过程中，能一直保持数据实时性和可靠性的网络。 TSN本质上，就是IEEE 802.1开发的一堆协议标准。它在标准以太网的基础上，通过一系列协议和技术手段，提供了低时延、高可靠性的数据传输服务。你也许会纳闷儿，啥场合需要这种服务？ 举个例子，你在高速上正常行驶时，突然有辆车横撞过来，经车内的智驾系统判断，此刻需立即刹车，于是，智驾域立即向动力域发出指令，刹车系统收到指令立即制动。整个过程中，一旦信号出现延迟卡顿，后果将不堪设想。

有了TSN，它就像个魔法师一样，确保所有安全系统（如智驾域、座舱域、刹车和转向）的精确执行，为车载以太网这个小局域网，统一时间基准，保你毫发无损。 再比如，在智能工厂流水线，一条机械臂负责切割金属，另一条负责焊接，下一个机器负责其他，整个工序要严丝合缝地进行。TSN也能让它们之间精确同步，大家一起，都在对的时间，做对的事儿。 相比之下，咱传统的家用以太网，可就没那么准了，主打一个“尽力而为”。回忆一下，你在家上网玩游戏时，有没有遇到过网速不稳定的情况？

电脑的以太网可以崩，但在汽车以太网可是万万不能崩的。车载应用对可靠性、安全性的要求极高。因此，它需要更多法宝，为它保驾护航。于是，多年前的多媒体领域的AVB标准，就映入眼帘了。 玩过数字音频的朋友，应该都听过AVB(Audio Video Bridging)，以及Dante系统。Roy第一次见到AVB接口时，就曾脱口而出：我去，这不就是网口吗？的确是。

其实用网口传音视频，也不新鲜。专业领域的Dante系统，就能在一条网线上同时收发多路音频数据，而且还能保证各路的同步，其架构就符合AVB标准。AVB的音视频带宽占比，也是能自定义的，如：百兆以太网走AVB时，常会留75Mbps传音视频，25Mbps传其他信息。 那AVB又是何人呢？这么说吧，论资历，TSN得叫它一声大哥。因为AVB协议正是TSN的前身，它由IEEE于2005年提出，为的就是通过以太网，传输同步、低延迟的音视频数据。 到了2012年，7岁的AVB改名为TSN，它的应用范围，也从音视频应用，拓展到了工业、汽车等领域。时至今日，TSN已然成为下一代网络技术的演进方向，除了工业界、汽车界，就连航空界都被它圈粉了。

既然如此，想必TSN一定有它的过人之处，在细说它的魅力之前，咱先理解几个概念： 一、TSN主要作用于数据链路层，可实现亚微秒/微秒级的时间精度。 二、TSN既可用于车载/工业以太网，也能用于传统以太网。 三、TSN能让“时间敏感数据”和“非时间敏感数据”共享同一网络传输。 四、TSN是一大堆协议的组合，包括但不限于：

有TSN功能的设备，不必支持所有TSN协议标准，按需选择即可（但需声明）。

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下面，Roy用例子大法，来降低这些知识的摩擦力：说明TSN的几大模块，以及它们所包含的协议。

一、延迟和抖动的概念。

网络传输中，既有延迟，又有抖动。那该怎么区分它们呢？ 假如：明早你要从北京飞深圳，10:00~13:00的航班，飞行时间3小时。结果，你的飞机晚点了，12:30才起飞。在这个例子中，飞机上的

乘客

代表

数据

，

飞行时间

代表

延迟

（此处为3小时），而

航班的准点与否

，就代表

抖动

（此处的抖动是2.5小时）。

TSN的主要目的是，减少

抖动

，而非

延迟

。一般而言，在实际以太网传输中，延迟相对可控也可补偿，而抖动要比延迟大得多，且不可预测。所以，咱要尽量减少抖动，才能确保数据的准时交付。 抖动产生的主要原因，是低优先级数据占用了带宽，导致高优先级数据的传输受限，这主要发生在交换机上，毕竟这里是大量数据并发之地，数据阻塞、处理能力不足时，就会带来延迟。

二、时间同步：802.1AS协议

TSN的时间同步(gPTP: Generalized Precision Time Protocol)，又叫通用精密时钟协议，它是IEEE1588的子集，gPTP在PTP的基础上，做了针对性的修改，更适用行业应用。 对TSN网络而言，时钟是绝对的核心，网络中的各节点的时钟，都由gPTP来同步。具体同步原理，很像一道高中数学题，Roy在下期会提到，此处先不赘述了。但是，要怎么理解时钟同步呢？ 例子：你们公司，每天09:30之前都要打卡上班。你和你同事们的手表时间，可能快慢都不一样，那么问题来了：09:30这个打卡deadline，究竟要以谁的时间为准？毫无疑问，以打卡机的时间为准。所以，大家要按打卡机，来调整自己手表的时间。

在这个例子中，

打卡机时间

就是TSN网络的

主时钟

(GM: Grand Master)，

大伙儿按打卡机，调自己手表时间的行为

，就是

gPTP时间同步

做的事。调完后，大家的手表时钟就都同步了。假如你公司还有个变态的规定：早上10点10分零3秒，所有人一起跺脚，那大家真的就能精确的地在同一时刻，整齐划一的跺脚了。

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话说回来，在车载应用中，这种整齐划一的步伐可太重要了。以自动驾驶为例，它对数据传输的实时性和可靠性要求极高，任何数据传输的延迟或丢失都可能导致严重的安全事故。 TSN在各种协议的互相配合之下，能确保系统中的关键数据，如传感器数据、控制指令等，在极低的延迟下可靠传输，满足了智驾系统的严格要求，在很大程度上，保证了车辆行驶的安全性。 但限于篇幅，咱这期就只能先说到这儿了，说完“时间同步”，Roy下篇会继续举例，介绍TSN的“延时管理”和“可靠性”等硬件相关协议（“资源管理”会与软件相关，暂不涉及）。 在下期的最后，Roy还会再浅谈下，gPTP的同步具体是如何实现的，这道数学题究竟应该怎么做。 下回见！ End

Roy个人观点，仅供参考。