IEEE 802.1Qbv是IEEE 802.1家族中的一项重要标准，专门针对实时流量的时间敏感性进行优化。这一标准在网络通信领域，特别是在对实时性要求极高的应用中，如音视频传输、工业自动化、智能交通系统等，具有极其重要的地位。
在传统的以太网网络中，数据包的传输受到多种机制的影响，如碰撞检测和随机后退等。这些机制虽然在一定程度上确保了网络的稳定性和公平性，但也带来了数据包传输时间的不确定性。对于实时应用程序来说，这种不确定性可能导致音视频质量下降、控制信号延迟等问题，从而影响用户体验和系统性能。
为了解决这个问题，IEEE 802.1Qbv引入了时间感知调度机制。这一机制允许网络设备根据预先定义的时间表对数据包进行排队和传输，从而确保实时数据包在网络中的传输受到严格的时间约束。具体而言，IEEE 802.1Qbv通过引入时隙机制，将网络带宽划分为固定长度的时隙，并为不同类型的流量分配不同的时隙。这样，网络管理员就可以根据应用程序的要求，为实时流量分配足够的带宽和优先级，从而满足对延迟和时序性的高要求。
除了引入时间感知调度机制外，IEEE 802.1Qbv还支持多个优先级，并允许网络管理员根据应用程序的要求配置这些优先级。通过将高优先级流量调度到网络中的更高优先级时隙，IEEE 802.1Qbv可以确保对实时流量的快速响应。这一特性使得IEEE 802.1Qbv在需要同时处理多种类型流量的网络中表现出色，能够确保实时流量得到优先处理，从而满足各种应用场景的需求。
值得一提的是，为了确保网络中各个节点的时钟同步，IEEE 802.1Qbv还依赖于时间同步协议，如IEEE 1588 Precision Time Protocol（PTP）。这一协议能够确保所有设备在同一个时间基准上进行调度，从而消除由于时钟偏差导致的传输延迟和时序问题。通过与PTP等时间同步协议的配合使用，IEEE 802.1Qbv能够提供更加精确和可靠的时间感知调度功能。
光路科技的TSN交换机引用了IEEE 802.1Qbv协议，这意味着该交换机能够支持时间感知调度功能，为实时流量提供优先处理。这使得光路科技的TSN交换机在需要处理实时流量的场景中表现出色，如工业自动化、智能交通系统等领域。通过使用光路科技的TSN交换机，用户可以确保实时流量在网络中得到优先处理，从而满足对延迟和时序性的高要求，提升整体系统性能和用户体验。
综上所述，IEEE 802.1Qbv作为一项针对实时流量时间敏感性进行优化的重要标准，在网络通信领域具有广泛的应用前景。通过引入时间感知调度机制和支持多个优先级，IEEE 802.1Qbv为实时应用程序提供了可靠的网络基础设施，满足了各种应用场景对延迟和时序性的高要求。同时，通过与时间同步协议的配合使用，IEEE 802.1Qbv能够确保网络中各个节点的时钟同步，消除传输延迟和时序问题。这使得IEEE 802.1Qbv在工业自动化、智能交通系统、音视频传输等领域具有广泛的应用价值。
前言
TSN（Time-Sensitive Networking）时间敏感网络是国际IEEE802.1工作组开发的一套协议标准，是一种在传统的非确定性以太网技术中实现业务传输确定的最小时延的协议族，为标准以太网增加了确定性和可靠性，是一种进一步提高工业网络的可用性和可控性的技术手段。
在目前国内工业通信的传统应用中，工业以太网设备，例如工业以太网交换机，在前十年里，和普通商用交换机相比，主要的差异性是在交换机的温度适应性、结构和安装以及整机的EMC抗扰度等硬件特性上加以区分，在未来工业通信的发展上，工业以太网交换机将融合TSN技术，精准、精确的工业自动化系统的关键性控制和集采业务报文进行同步和控制，保证工业通信网络最小的时延和抖动，最终提高整体工业网络的稳定性和可靠性，TSN技术作为下一代工业交换机的关键技术指标，是未来严格区分普通交换机的重要功能之一，其本身也是属于传统以太网的扩展功能的子集。
1、CSMA/CD（载波侦听多路访问和冲突检测）技术
以太网通信在我国已经发展几十年，属于非常成熟的通信技术，是基于CSMA/CD技术承载于双绞线（UTP线缆）进行组网和通信的，但是采用串行方式进行传输带来的问题是多设备共享，这既是以太网的优势，同时也是工业以太网的劣势，因为所有的发射端没有基于时间的流量控制，采用尽力而为的转发机制，导致了不同设备的数据流在时间上产生叠加，虽然有QoS优先级机制或者缓冲区机制来进行保障，但是在网络负荷较重的时候，会出现业务的转发延迟变高，甚至会被丢弃。
2、工业以太网的互操作性瓶颈
随着国际上大力发展工业互联网和工业4.0，工业通信业务的发展对网络基础设施提出了更高的要求和需求，我们国内的工业网络也呈现出融合、开放和灵活的OT+IT结构发展。
在传统的工业以太网，例如EtherCAT、Profinet、CC-Link、ModBus等技术中，虽然提供了确定性连接和延迟的保证，但是各个协议之间不能进行互操作，导致整个网络结构不灵活。
TSN技术包含了IEEE802.1AS、IEEE802.1Qbv等多种协议标准，是属于传统以太网的扩展子集，具备很强的通用性和操作性，同时也满足网络连接的确定性和延迟的保证性。
光路科技FR-TSN系列时钟敏感网络交换机是集成了TSN协议栈技术的卡轨式管理型工业以太网交换机，该系列TSN交换机具有确定性和微秒级交互特性，提供丰富的网络接口，例如10GBase-X SFP+接口、100/1000Base-X SFP接口和10/100/1000Base-TX 电口，支持IEEE802.1AS、IEEE802.1Qbv等协议，并支持RSTP/MSTP、VLAN、组播、QoS等丰富的二层软件特性。
FR-TSN系列工业以太网交换机采用导轨式IP40铝合金外壳设计，具备极端的环境温度适应性和优良的EMC电磁兼容抗扰性设计，可在恶劣工业环境下稳定可靠的工作，FR-TSN系列产品作为下一代工业网络的演进方向产品之一，是未来引发无人驾驶、边缘计算、虚拟现实等领域技术落地的工业交换机产品，也是对工控领域的离散型工业通信进行数字化转型和智能制造升级的利器。光路科技致力在电力、交通、5G融合网、工业精密制造、汽车无人驾驶以及军工船载等领域，持续为客户提供针对传输时间具有高稳定性、可操作性要求的各种网络的可靠解决方案。
时间敏感网络（TSN）是一项仍在开发中的新兴技术，首个TSN标准于2017年发布以来，越来越多的行业领域开始探究TSN的技术应用，2023年，光路科技加大了TSN技术的研发力度，TSN技术在工业以太网和TSN交换机的应用方面将会有新的探索和进展。
TSN是一组用于改善工业网络中同步和确定性通信的技术。TSN基于IEEE 802.1AS，它定义了一种支持精确定时和同步的新型以太网。TSN允许创建比传统以太网网络更具确定性和响应性的网络。这使得TSN成为需要低延迟和高可靠性的应用的理想选择，例如工厂自动化、高速公路、汽车网络和航空航天。
与传统以太网相比，TSN提供了几个关键优势。
首先，TSN使用时间感知调度程序来确保数据包在正确的时间传输。这样可以更精确地控制数据包的发送和接收时间，这对于需要低延迟的应用程序至关重要。其次，TSN使用一种称为时间触发发送的机制来确保数据包始终在正确的时间发送。这样可避免重新传输导致的延迟。第三，TSN使用一种数据流保留机制来保证属于特定流的数据包将始终按顺序传输。这对于需要确定性通信的应用程序来说，是必不可少的。
TSN网络技术有三个主要趋势：
1. 转向以太网: 第一个趋势是从专有网络转向以太网。这是由对更高带宽的需求和利用以太网提供的规模经济的愿望所驱动的。
2. 对更精确计时的需求: 第二个趋势是对更精确计时的需求。这是由于越来越多地使用时间敏感的应用程序，如IP语音和视频会议。
3.软件定义网络的兴起: 第三个趋势是软件定义网络的兴起。这是由对更大灵活性的需求和利用虚拟化优势的愿望所驱动的。
TSN时间敏感网络将逐渐被添加到工业以太网中，为自动化和控制应用提供前所未有的确定性性能水平，从而加快实现IT-OT融合和工业4.0数字化转型。
工业4.0数字技术有可能改变现代制造业，并实现企业IT和OT运营的融合。制造网络上的数据已经出现了“爆炸”，但管理这些数据需要融合的高带宽网络基础设施和增值的数字化转型战略。
融合允许设备和系统共享相同的网络架构进行通信，避免了多个网络的复杂性和成本。但是理想的系统应该提供高速、实时的确定性通信的基础，允许整个企业共享数据。最终目标是完全优化操作所需的流程透明度，允许数据从源头流向可以处理的地方，以获得可操作的见解，然后反馈到流程中。
TSN网络技术将为制造业带来诸多好处：
时间敏感网络包含了一组主要的国际标准，这些标准定义了时间同步方法(IEEE802.1AS)和工业网络上形成、调度和管理网络流量的技术(IEEE802.1Qbv)。它们共同提供了确定性的工业以太网技术，作为融合网络体系结构的基础。
对于当今工厂中的典型制造系统，实时关键应用(包括闭环控制和高性能运动控制)的数据传输在单独的网络中实现。然而，工作流程日益增长的灵活性和数字化要求IT和OT的日益融合，以及整合以前独立系统的能力。 通过扩展和适应现有的以太网标准，TSN实现了工业网络上IT和OT的融合。其结果是实时关键数据和数据密集型应用程序都可以通过共享的以太网电缆实现，而不会相互干扰。
在工业4.0的大环境下，很多制造商开始利用工业物联网（IIoT）技术来优化生产和运营，从而部署了更高效的设备，同时也需要更快速的网络来保证机器人的高效工作。传统以太网协议已经很难支撑现有的新技术和新设备，这时则需要有一套兼容性高的技术能支持时钟同步及复杂的协议，以实现时间敏感数据的实时传输，这时就用到了TSN技术。
经过长期的研发和测试，光路科技为智能制造、智能电网、轨道交通及其它5G应用提供了时间敏感型数据传输解决方案，推出了TSN系列交换机，它们具有确定性时延以及多协议传输能力，这些TSN交换机的低延迟、低抖动、高可靠性能，保证了数据的确定性传输和网络复用性。
TSN的全称Time Sensitive Networking，即时间敏感网络，是IEEE定义的标准技术，位于OSI模型的第2层（数据链路层），用于扩展当前以太网网络的功能，可在标准以太网上实现确定性消息传递。TSN技术通过利用时间同步方法（IEEE 802.1AS）和分时方法（IEEE 802.1Qbv）来确保确定性通信。
相比传统以太网通信，TSN技术可以混合实时通信和非实时通信。TSN能够将确定性服务降到微秒级，降低整个通信网络复杂度，实现信息技术 (IT)与运营技术(OT)融合，其具有精准的时钟同步能力，确定性流量调度能力，以及智能开放的运维管理架构，可以同时保证多种业务流量的高质量传输，不但提高了性能，而且减少了成本。
下表是光路科技TSN交换机支持的IEEE802.1关键协议：
| IEEE 802.1AS | generalized Precision Time Protocol 通用精确时间协议。确保时钟同步，并达到微秒级甚至纳秒级的精度误差。 |
| IEEE 802.1Qbv | Enhancements for Scheduled Traffic 增强预定流量，通常也被称为时间感知流量整形（TAS）。 |
| IEEE 802.1Qcc | SRC增强功能和性能改进 |
| IEEE 802.1Qav | 队列及转发协议。时间敏感流的转发和排队增强（FQTSS） |
| IEEE 1588 (PTP V2) | Precision Time Protocol 精确时间同步协议。 |
新的工业控制需求，已经不允许在网络停止运行期间进行网络配置。光路科技的TSN交换机，通过IEEE 802.1Qcc 引入集中网络控制器（centr alized network configuration，CNC）和集中用户控制器（centralized user configuration，CUC）来实现网络的动态配置，可以在网络运行时灵活地配置新的设备和数据流，保证设备高效运行。
TSN技术已经在汽车网络开始应用，而在工业自动化、智能电网及诸多的5G NR网络还属于起步阶段。光路科技将根据各个行业实际应用场景进行研发，进行定制化解决方案研究，并推出面向不同行业领域的TSN交换机。
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