2012年(nián)，IEEE 802.1的(de)Audio Video Bridging任務組正式被TSN任務組代替。TSN任務組主要工作是定義在交換式以太網中轉發時間觸發消息的(de)IEEE标準集合，目标是标準化“确定性以太網”技術， 滿足現有(yǒu)和(hé)新興市(shì)場，特别是工業互聯網的(de)需要。      随着越來越多的(de)TSN标準落地(dì)，TSN距離(lí)應用已不再遙遠。工信部2018年(nián)6月的(de)推出的(de)《工業互聯網發展行(xíng)動計劃（2018-2020 年(nián)）》明确提出“在汽車、航空航天、石油化工、機(jī)械制造、輕工家電、信息電子(zǐ)等重點行(xíng)業部署時間敏感網絡（TSN）交換機(jī)、工業互聯網網關等新技術關鍵設備”，當前對TSN交換核心機(jī)制的(de)研究以及研發TSN交換機(jī)已經變得十分迫切。 一(yī)、TSN交換的(de)特點       與标準的(de)以太網相比，TSN最大的(de)特點是能夠保證數據交換的(de)确定性，在提前确定時間敏感數據流（稱為(wèi)scheduled traffic）傳輸的(de)周期，每個周期傳輸的(de)數據大小後，隻要數據發送方按照約定将數據發出，TSN就能夠保證在确定的(de)時間将數據交換到接受方。    （1）TSN的(de)特點
     TSN網絡主要實現相對封閉網絡中的(de)關鍵數據可(kě)靠交換，與互聯網和(hé)數據中心網絡具有(yǒu)不同的(de)技術要求，對比如(rú)下表所示。    （2）TSN與以太網的(de)比較
     由于TSN網絡封閉和(hé)規模有(yǒu)限，不存在編址、路由和(hé)管理(lǐ)的(de)擴展性問題。雖然TSN采用以太網幀格式，其交換技術規範的(de)核心也是802.1Q，但其實現機(jī)制與以太網具有(yǒu)明顯差别，即以太網交換隻考慮節點、隊列和(hé)鏈路三個核心要素，而TSN交換處理(lǐ)考慮上述三個要素外，還引入了時間這個實現确定性交換的(de)關鍵要素。      一(yī)個簡單的(de)比喻是當前的(de)以太網是高(gāo)速公路網，每個分組是進入高(gāo)速公路的(de)汽車。在高(gāo)速公路網上，汽車可(kě)以在任意時間進入高(gāo)速公路（不需要預先注冊和(hé)規劃）很快速的(de)從一(yī)個城市(shì)到達另一(yī)個城市(shì)，也可(kě)能因為(wèi)事故導緻的(de)道(dào)路擁塞大大增加行(xíng)駛的(de)時間。因此汽車在高(gāo)速公路上延時是不确定的(de)。特别是汽車在某個時刻進入高(gāo)速公路後，很難預先給出其途經每個中間節點（休息區，立交橋等标志性地(dì)點）的(de)精确時間。      TSN網絡是可(kě)以看成高(gāo)鐵網絡，每個分組可(kě)以看成一(yī)輛高(gāo)鐵列車。每列高(gāo)鐵的(de)運行(xíng)必須根據預先規劃好的(de)高(gāo)鐵運行(xíng)圖進行(xíng)。每個高(gāo)鐵列車從始發站發出，途徑每個中途站點以及到達目的(de)車站的(de)時間都是确定的(de)，可(kě)以有(yǒu)一(yī)個确定的(de)預期。更進一(yī)步看，高(gāo)鐵到達中間車站時，什麽時候進展，什麽時候出站，以及進展後在哪個站台停靠都有(yǒu)預先的(de)規劃。因此搭乘高(gāo)鐵出行(xíng)的(de)時間是确定的(de)，可(kě)以預期的(de)。 二、TSN核心交換機(jī)制      802.1TSN任務組成立後，針對确定性交換的(de)目标，在時間同步，延時保證，交換可(kě)靠性以及網絡管理(lǐ)方面研究了多種算法和(hé)協議機(jī)制。這些協議機(jī)制或者作為(wèi)标準修訂融入802.1Q标準，或者作為(wèi)獨立的(de)标準存在（如(rú)802.1CB）。    （1）核心TSN交換算法和(hé)協議機(jī)制
     核心的(de)TSN交換算法和(hé)協議機(jī)制，以及與高(gāo)鐵網絡相關機(jī)制的(de)類比如(rú)下表所示。      此外，針對用戶如(rú)何應用上述機(jī)制，實現滿足自(zì)己特定需求的(de)TSN網絡，TSN工作組還定義了循環隊列轉發（CQF：Cyclic Queuing and Forwarding）模型。根據該模型用戶可(kě)以方便的(de)配置TSN交換機(jī)，實現延時确定的(de)TSN網絡。目前CQF已經作為(wèi)IEEE 802.1Qch規範融入802.1Q-2018标準中。      我們将在後續文章(zhāng)中，進一(yī)步介紹上述标準的(de)工作原理(lǐ)和(hé)基于FAST流水線的(de)實現方法。 三、基于FAST的(de)TSN實現：機(jī)遇與挑戰      TSN交換設備在實現上具有(yǒu)标準發展迅速和(hé)應用場景多樣化兩個特點。    （1）标準發展迅速
     例如(rú)IEEE 802.1Q規範是指導以太網交換芯片實現的(de)核心标準，但近年(nián)來TSN标準發展迅速，上文提到的(de)802.1Qbv/bu/ci/cc等TSN核心交換機(jī)制均作為(wèi)802.1Q-2014标準的(de)修訂添加到802.1Q-2018标準中，。從802.1TSN的(de)官方網站可(kě)以發現，目前TSN工作組還有(yǒu)很多項目是對802.1Q-2018的(de)标準進行(xíng)繼續進行(xíng)繼續修訂和(hé)擴充。    （2）TSN應用場景差異大
     目前除了典型的(de)工業互聯網應用場景外，5G前傳（fronthaul）網絡，高(gāo)鐵車輛網絡、汽車車載網絡、飛(fēi)行(xíng)器內(nèi)部網絡甚至是空間衛星網絡都在考慮使用TSN交換機(jī)制，這些網絡在同步精度，傳輸帶寬，交換延時，故障冗餘，設備功耗等方面都有(yǒu)不同的(de)要求，即使已經有(yǒu)部分芯片标稱支持TSN，例如(rú)2017年(nián)博通推出的(de)BCM56370芯片，但也難以滿足不同應用場景的(de)需求。因此      預計TSN标準快速發展變化的(de)時間還會持續3-5年(nián)，這個期間內(nèi)，基于FPGA（而不是TSN ASIC芯片）的(de)TSN交換實現無疑是最佳選擇，不但可(kě)以支持标準的(de)快速擴展更新，而且可(kě)以針對具體的(de)應用場景進行(xíng)定制化設計。基于FPGA的(de)TSN交換也必須突破亞微妙級時間同步，時間控制的(de)複雜隊列管理(lǐ)調度，開放的(de)編程API等設計難題。      由于FAST具有(yǒu)可(kě)擴展硬件流水線、FPGA/CPU協同處理(lǐ)以及開源開放等核心特征，基于FAST平台的(de)TSN交換實現不但給FAST的(de)發展帶來了新的(de)機(jī)遇，也給當前TSN交換設備實現帶來新的(de)途徑。