时间敏感网络原型与验证系统

工业互联网将给制造行业带来技术革命，各工业强国都已将其纳入国家发展战略。德国政府 在 2011 年推出的《高技术战略》率先推出“工业 4.0”，并在 2013 年的汉诺威工业博览会上正式 推出；同年，美国通用电气（GE）提出了工业互联网概念，受到世界各国广泛关注。在我国制定的“中 国制造 2025”、“新基建” 和“互联网 +”等重大战略中，均明确提出要加快和完善工业互联网 的发展。工业互联网实现人、机、物的互联，通过传感器对工业现场设备进行实时感知，借助大数 据分析技术对各环节实现准确有效的控制，从而提高生产效率。随着我国将推动制造业高端化、智 能化、绿色化的宏伟目标列入“十四五”规划，工业互联网得到了前所未有的发展。时间敏感网 络（Time Sensitive Network, TSN）作为工业互联网的一项关键技术，能够为各生产要素之间信息传 递提供实时性确定性保障，也因此越来越受到重视。时间敏感网络 TSN 的前身是音视频桥接技术 （Audio Video Bridging，AVB），包括流预留协议（Stream Reservation Protocol，SRP）、时间敏感应 用的时序和同步（IEEE 802.1AS）以及时间敏感流的转发和排队增强（IEEE 802.1Qav）等，通过增 强以太网标准提高音视频传输的实时性。2012 年，AVB 工作组正式更名为 TSN。从之前的音视频 领域逐渐扩展到车载以太网领域、工业控制领域甚至本文中的航空航天领域。TSN 的核心思想是提 出可互操作的系统，并支持多个制造商、协议和机构在同一个网络上共享，而数据使用相同的程序 逻辑进行分析。TSN 作为二层网络结构，使得越来越多的公司可以利用此结构上实现 OT（Operational Technology）和 IT（Information Technology）的集成。

（二）项目简介

TSN 技术的研究基于网络与交换技术，先后得到了工业界和政府部门的连续多年的课题支持。目前我们已经掌握核心关键技术，基于 FPGA、嵌入式系统和软件，研究并建立了如下原型验证系统： 

1. 基于 TSN 的交换系统 

支持 4~16 个 1G/10G 以太网接口（光电），流量调度和整形，门控调度、逐流过滤、门控和测量；802.1AS 时钟同步，主从同步精度达到 30~50ns，SyncE 和外部锁相环支持下可达到 1~2ns

2. 基于 TSN 的终端系统

1G/10G 以太网接口（光电），硬件和协议栈业务接口，终端流量调度和整形，门控调度、逐流过滤、 门控和测量；与交换机匹配的 802.1AS 时钟同步 

3. TSN 协议分析与测量工具原型

TSN 流量发生器、部分协议测试原型（持续研究开发中）、TSN 流量 TAP 等 

4. TSN 业务调度算法和调度软件原型

（三）关键技术