歪打正着 改变世界的TSN诞生

2012年特斯拉向美国客户交付了世界上首款豪华电动跑车Model S，它的控制系统采用的通信方式是一种比Model S早26年发明的总线系统——CAN总线，该系统用于连接车上各种ECU控制单元。那时Model S还在使用雷达技术，而Musk也还不是那么痴迷于摄像头和视觉方案。但是那时候一些搞影音视频的专家们已经快被电缆搞疯了，于是他们在IEEE成立了一个工作组，准备开发一种用来缩减音视频连接电缆数量的技术。



其实汽车行业遇到的问题，音视频行业早在十多年前就遇到了。在那个时代一毫秒的同步时间，已经让很多工业界工程师非常开心了，但是在专业的音视频领域为了保持多个扬声器和视频画面的相位一致，同时防止音视频数据包延时而造成的故障需要达到微秒级的同步精度，于是IEEE工作组发现了网络通讯时低延时的重要性。他们把这个工作组的名字从AVB（Audio Video Bridging）改成了TSN，也就是时间敏感网络，一个很高大上的名字。从此，TSN技术如其名字一样跟时间敏感性干上了，功能也是越来约丰富，逐渐包含了三方面的内容：

1.时间同步

所有参与实时通信的设备都需要对时间有共同的理解。

2.调度和流量塑造

所有参与实时通信的设备在处理和转发通信数据包时都遵守相同的规则。

3.选择通信路径的保持和容错

所有参与实时通信的设备，其通信路径的选择带宽和时隙的保留，都遵守着相同的规则,能利用多个同步路径来实现容错。



其实以太网很早就已经能解决通信速率的问题了，现在2.5G网口都快成为很多PC的标配了。但是以太网采用了载波监听多路复用的技术，简单来说是在网络上可以同时有好多方说话，不过听的人要根据说话的人的优先级来听，这就造成了优先级高就会先被听到，而优先级低的会后被听到。这就是以太网通讯的非实时性，也就是时间延迟。对此，很多工业公司尤其是搞控制的公司深恶痛绝。在2003年左右纷纷魔改以太网技术来满足实时性的要求，但是这些协议基本上都是打补丁，很多这些补丁都影响到了第1.2层，而且涉及到了特殊的硬件从而导致了硬件的互相不兼容。而TSN的工作是定义OSI模型的第二层也就是数据链路层，这样就可以实现物理层的标准化，从而在未来使用同一种硬件来为不同的工业总线协议服务。而这时候会出现以下情况即专用的各种现场总线接口会消失，然后被统一到具备TSN功能的网口上，至于用什么通信方式来实现，则可以由软件来决定，甚至在OPC UA的帮助下可以实现跨平台、跨操作系统的统一软硬件通信架构。话说回到CyberTruck上使用的EtherLoop，让我们大胆假设它也是用上了TSN技术，实现了不同的设备、不同服务协议之间的互联，这样就能将专用硬件接口的可能性大大降低，从而在车载网络层面上实现Musk“第一性原理”的实践。



如果大家对TSN感兴趣，我们还可以进一步探讨未来工业界如何薅TSN的羊毛？