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发表于 2022-7-7 10:27:34 |只看该作者 |倒序浏览
SDNLAB酱 SDNLAB

作者简介:李庆,紫金山实验室未来网络研究中心研究员,主要研究方向为时间敏感网络(TSN)、软件定义网络(SDN)等。

TSN(Time-Sensitive Networking)是由IEEE 802制定的一套网络标准,它不是全新的技术,而是对现有以太网网络技术的改进。根据TSN一系列的标准,可以将TSN总结为四大核心功能:时钟同步、流量整形(调度)、资源管理和可靠性,用于提供更可靠的、低延迟、低抖动的数据传输服务。2012年,IEEE TSN工作组成立,专门负责TSN标准的制定。
TSN的技术趋于成熟,行业应用初见雏形。TSN标准应用的主要推动组织有IEEE、Avnu联盟、工业互联网联盟(IIC)和OPC UA基金会等。国内工业互联网产业联盟发起的“时间敏感网络(TSN)产业链名录计划”是我国首个时间敏感网络产业促进项目,旨在形成“技术研发、标准研制、产品测试、应用示范、规模商用”的产业闭环,推动我国时间敏感网络技术与产业有序发展。
目前,国内外包括芯片厂商、电信设备厂商及自动化厂商在内的多家厂家推出了支持TSN协议的相关产品。因此,根据各厂商官网公布的信息及网络上相关的资料,我们对已推出TSN相关产品的厂商及其产品进行了整理总结。排名不分先后。

Cisco Systems(思科)

IE 4000系列交换机

思科在固件版本为15.2(5)E2及更高版本的思科工业以太网4000系列交换机中集成了TSN支持,所有型号的IE-4000都支持TSN,实现了IEEE 802.1Qbv和IEEE 802.1AS功能。

IE 4000系列提供高度安全的访问和业界领先的汇聚环协议,以支持弹性和可扩展网络。使用企业级基于意图的网络管理平台,如Cisco DNA Center。Cisco IE 4000可以通过基于GUI的设备管理器安装,它还提供了开箱即用的工业使用配置和简化的可管理性,以在工业网络上提供高级安全、数据、视频和语音服务。

支持以下TSN特性:
  • IEEE 802.1AS
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1AB


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NXP Semiconductors(恩智浦)

NXP LS1021A

LS1021A是NXP公司提供的一个OpenIL (Open Industrial Linux) 平台,OpenIL支持Netcont/Yang、OP-TEE、TSN、IEEE 1588、Xenomai以及 SELinux等工业特性。该开发板包括QorIQ Layerscape LS1021A工业应用处理器和SJA1105T TSN交换机。LS1021A TSN由工业Linux SDK和Xenomai实时Linux支持,Xenomai实时Linux还提供了在SJA1105T上配置TSN的实用程序。搭载单颗ARMv8 架构的 A53 的核心。

LS1021A支持以下TSN功能:
  • 10/100/1000Mbps接口。
  • IEEE 802.1Q:VLAN帧以及2层QoS。
  • IEEE 1588v2:一站式同步消息硬件转发。
  • IEEE 802.1Qci:入口端口速率限制(每流监管)。
  • IEEE 802.1Qbv:时间感知流量整形。
  • 传输、接收、帧丢弃、缓冲区负载的信息统计。


NXP LS1028A

LS1028A开发板集成了三个SJA1105TEL汽车以太网2层交换机,TSN功能全都部署在SJA1105TEL中,开发板将TSN交换机扩展到12个端口。搭载的是双核 armv8 架构的 A72 核心。支持以下TSN功能:

10/100/1000Mbps接口。
  • IEEE 802.1Q:VLAN帧以及2层QoS。
  • IEEE 1588v2:一站式同步消息硬件转发。
  • IEEE 802.1Qci:入口端口速率限制(每流监管)。
  • IEEE 802.1Qbv:时间感知流量整形。
  • 传输、接收、帧丢弃、缓冲区负载的信息统计。

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NXP LS1028A

Broadcom Limited(博通)

2016年,Broadcom推出了世界上第一个TSN以太网交换机 Quartz,该交换机现已被设计到全球许多关键的汽车自动驾驶设计中。凭借在硬件中实现的关键 IEEE 802.1CB 功能,Quartz 可以以高达 25Gb/s 的线路速率运行,从而将 TSN 性能扩展到远远超过基于软件或 FPGA 的解决方案。2020 年,Broadcom 进一步扩展了其 TSN 创新,推出了 Quartz 系列的下一个成员——Quartz2。这款新设备增加了对 100 Gb/s 的支持,包括一个集中的线速 MACsec 加密/解密引擎,并显着降低了功耗。

BCM53570 Series

BCM53570 System-on-a-Chip(SoC)集成了高速ARM Cortex-A9处理器、嵌入式Cortex-R5处理器。全面兼容符合IEEE标准的TSN功能,为工业以太网、5G无线连接和传输网络提供确定性行为。支持以下TSN特性:

  • IEEE 802.1Qca
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1Qbu/IEEE 802.3br
  • IEEE 802.1Qch
  • 时钟同步,PTP,IEEE 802.1AS-Rev,1588 v2
  • IEEE 802.1Qcc
  • IEEE 802.1Qci
  • IEEE 802.1CB
  • IEEE 802.1CM

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BCM56070 Series

BCM56070是一款体量小、功耗低、线速率以太网交换机,具有灵活的I/O,支持从1G到100G的不同端口速度,能够直接连接到多Gig物理驱动器。设备最多支持16×25G、28×10G和48×2.5G端口。支持以下TSN特性:

  • IEEE 1588
  • 802.1CB
  • 802.1Qci
  • 802.1Qch

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Moxa(摩莎)

作为工业通讯领域的领先厂商,Moxa一直在参与TSN相关标准的制定以及测试床的建设,目前正式发布了两款TSN 交换机,分别是TSN-G5004和TSN-G5008系列,将TSN真正的落地应用又推进了一步。

TSN-G5008 交换机

TSN-G5008系列交换机配备了8个千兆以太网端口和多达2个光纤端口。全千兆以太网设计,使此系列交换机成为将现有网络升级至千兆速率,或者构建新的全千兆骨干网络以满足未来高带宽应用的优选。紧凑型设计和用户友好配置界面的全新Moxa web GUI,简化了网络部署。并且TSN-G5008系列网管型交换机荣获CEC颁发的CEC 2020 年度工业通讯类最佳产品奖。目前支持以下TSN特性:

  • 802.1AS
  • 802.1Qbv


TSN-G5004 交换机该款交换机配备4个千兆以太网端口,支持的TSN协议包括 802.1AS、802.1Qbv。

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Moxa TSN-G5000 TSN系列交换机

Belden Inc.

2017年,信号传输产品供应商Belden针对其旗下Hirschmann两款交换机RSPE35和RSPE37发布了软件更新,这就让这些交换机实现对应TSN功能成为了可能。2019年12月通过了CLPA日本总部的兼容产品一致性测试,客户可以使用其产品搭配CC-Link IE TSN网络构建更加庞大的自动化系统。2020年,该产品通过了CC-Link IE TSN网络架构系统集成测试。

根据 Belden 的说法,RSPE 产品系列的管理型交换机包括一个带有八个双绞线和四个组合端口的基本单元,可以通过各种媒体模块进行扩展。RSPE35 和 RSPE37 版本支持符合 IEEE 1588 v2的精确时钟同步,并具有 FPGA 模块,这意味着可以实现基于硬件的选择性冗余机制,如高可用性无缝冗余(HSR)、并行冗余协议(PRP),支持802.1Qbv。
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Hirschmann RSPE Series

Analog Devices Inc.(亚德诺半导体,ADI)

交换机

ADI公司的嵌入式实时以太网交换机产品系列支持所有主要的工业以太网协议,同时还可以提供许多符合未来需求的TSN功能,适合IEC/IEEE 60802工业场景,产品包括fido5100和fido5200。

fido5100 和 fido5200 (REM 交换芯片) 是可编程的 IEEE 802.3 10 Mbps/100 Mbps 以太网互联网协议版本 6 (IPv6) 和互联网协议版本 4 (IPv4) 交换机,可虚拟支持任意 2 层或 3 层协议。这两种交换机经个性化设置,可通过从主机处理器下载的固件支持所需的协议。

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fido5200

TSN评估套件
ADI推出了TSN评估套件AN-1482,通过该套件可以将现有以太网设备连接到 TSN 网络,利用该套件组网,连接端设备,可以进行TSN网络评估演示等。目前,该套件支持802.1Qbv和802.1AS。该套件提供 3 个以太网端口,它支持几乎所有标准以太网设备,包括运行 EtherNet/IP、 PROFINET RT、ModbusTCP、BACnet IP 或任何其他 IP 协议(PROFINET IRT、EtherCAT、SERCOS 和 POWERLINK 除外)的设备。

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TSN评估套件

TTTech Computertechnik AG

Arion IP评估平台——高级汽车架构的汽车以太网交换IP

TTTech的Arion IP评估平台是一个以太网交换IP核心技术演示,基于经过验证的汽车以太网交换IP,设计用于汽车行业的先进集成应用。该IP使得未来汽车电子/电子架构的高效设计和集成能够以更低的BOM成本和更高的最大网络带宽利用率。

Arion IP完全符合OpenTC11和IEEE TSN协议(802.1Qci、802.1CB、802.1Qbv、802.1AS),支持软时、实时和硬实时混合电信。包括一个灵活和用户友好的交换机配置工具。

Slate TSN解决方案

Slate是一个确定性的网络平台,提供全面的TSN解决方案。TSN设备解决方案使用户能够快速地将TSN特性集成到FPGAs和ASICs中。TSN设备软件产品为TSN实现提供了扩展功能。TSN网络软件使规划和动态配置TSN网络成为可能。
包括以下5个部分:

(1)Edge IP Solution
  • 可配置的TSN交换机IP和FPGA软件
  • 支持802.1AS、802.1Qbv、802.1Qcc、802.1Qbu、802.1CB以及802.1Qci


(2)Flex IP SolutionFlex IP Solution是一个灵活的模块化设计IP,为定制芯片(ASICs或ASSPs)提供TSN功能。它可扩展到8个端口,提供广泛的可配置特性,并支持IEEE TSN和HSR/PRP等标准。Flex IPSolution是针对工业自动化应用开发和优化的。
  • 可定制的TSN交换机IP和ASIC/ASSP软件
  • 支持802.1AS、802.1Qbv、802.1Qcc、802.1Qbu、802.1CB以及802.1Qci


(3)Edge PTPEdge PTP是一个轻量级的软件栈,为TSN设备提供高度精确的时钟同步。它实现了IEEE 802.1AS时间和同步标准和IEEE 1588精确时间协议,使网络上的实时时钟在纳秒范围内同步。
  • IEEE 1588-2019 PTP
  • IEEE 802.1AS-2020


(4)Slate XNSSlate XNS是一个基于浏览器的软件,用于为TSN网络拓扑建模、添加流和部署配置。Slate XNS可以调度和配置任何TSN标准兼容的网络/设备。运行在Windows或Linux上,无需专业知识就可以配置复杂的TSN网络。
  • 基于浏览器的TSN网络规划和配置
  • IEEE 802.1Qcp、IEEE 802.1Qcw


(5)Slate YNSSlate YNS是一个嵌入式软件,与OPC UA应用程序接口,提供TSN网络和设备的自动化规划和配置。Slate YNS不需要任何用户界面,它简单地运行在网络设备上,便于根据OPC UA发布者和订户的需求规划数据流。使用标准YANG模型和NETCONF实现网络组件的配置。
  • IEEE 802.1Qcp、IEEE 802.1Qcw、IEEE 802.1CBcv


Xilinx(赛灵思)

Xilinx 现在是 AMD 的一部分。
TSN Ethernet Switch
该系列产品的供应商是Xilinx联盟计划成员CAST,产品编号为:TSN-SW。
四端口的二层交换机,具有线速直通交换功能,可以提供亚微秒级的端口到端口延迟。支持IEEE 802.1Q-2018标准以太网桥接,并实现了基本的TSN定时同步和流量整形协议,即:
  • IEEE 802.1as
  • 802.1Qav和802.1Qbv
  • 802.1Qbu和802.1br
  • 802.1Qci和802.1CB

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TSN IP

该系列产品的供应商是Xilinx合作伙伴DornerWorks。产品包括:Zynq-7000S和Zynq-7000。7000S中的S是Single(单个)的缩写,指的是7000S芯片中只集成了一个A9核,而7000是两个。支持以下TSN特性:

  • IEEEE 802.1Qbu和802.1br。允许选择可抢占或快速电信的任何QoS级别。
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1Qav Credit-Based Shaper


TSN End Node

该系列产品的供应商是Xilinx合作伙伴NetTimeLogic。

TSN End Node IP core是基于IEEE 802.1和IEEE 1588标准的独立的TSN单端口end node core。除了网络冗余外,它支持与TSN网络节点(交换端点)核心相同的特性。它是一个TSN协处理器,使非TSN感知接口(如legacy或"normal" MAC)支持TSN特性,如调度、优先队列、信用整形、循环转发和抢占。core拦截以太网PHY和转发或处理以太网帧的以太网core之间的路径。支持以下TSN特性:

  • IEEE 1588/IEEE 802.1 ASrev
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1Qch
  • IEEE 802.1Qav
  • IEEEE 802.1Qbu和802.1br
  • IEEEE 802.1Qcc


10G/25G 以太网TSN子系统

Xilinx 10G/25以太网TSN解决方案提供10/25 千兆位每秒(Gbps)的以太网介质访问控制器,该控制器在支持 802.1Qbu和802.3br的BASE-R中与一个PCS/PMA集成。这有助于按照针对无线前程应用的 802.1CM 配置文件抢占和散布快速传输流量。包括以下产品:

  • EF-DI-25G-TSN-802-1-CM-PROJ
  • EF-DI-25G-TSN-802-1-CM-SITE
  • EF-DI-25GBASE-KR-PROJ


Microchip Technology(微芯科技公司)

Microchip推出的LAN9668x系列芯片是一款用于TSN千兆以太网交换机的芯片,LAN9668x系列以太网交换机支持单一的网络架构,采用全新的LAN8814 PHYs。该系列有两款产品:LAN9668-I/9MX和LAN9668/9MX器件,分别是面向工业和商业应用的8端口交换机。

EVB-LAN9668是LAN9668 TSN交换机的evaluation board,通过LAN9668 Switch和LAN8814 PHYs实现8个千兆以太网接口。
LAN9668x系列支持以下TSN特性:

  • IEEE 802.1Qbv (TAS)
  • IEEE 802.1Qch (CQF)
  • IEEE 802.1Qci (PSFP)
  • IEEE 802.1AS-2020
  • IEEE 802.1CB (FRER)
  • IEEE 802.1Qbu/802.3br

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NVIDIA(英伟达)

2020年,NVIDIA 推出了一款高性能网络控制器——NVIDIA CONNECTX-7 NDR 400G网络适配器。据官方介绍, Mellanox 400G InfiniBand产品提供超低延迟,并在上一代产品的基础上实现了数据吞吐量翻倍,同时增加了新的NVIDIA网络计算引擎,实现了额外的加速。精准计时,为数据中心应用程序和时间敏感型基础设施提供更精准的时间同步,这也是AI与数字孪生中的一项必要功能。具有以下定时和同步特性:

  • IEEE 1588v2,16ns时钟同步精度
  • 时间触发调度
  • 基于PTP packet pacing

Nokia(诺基亚)

1830时延敏感分组交换机(Time-sensitive Packet Switch,TPS)
1830 TPS可实现基于分组的移动前传传输,大大降低Cloud RAN的部署成本和复杂度;同时透明支持现有和新的无线接口协议,实现4G和5G移动网络的统一传输。
1830 TPS提供了符合TSN fronthaul (IEEE 802.1CM)的蜂窝站点和边缘枢纽站点之间的超低延迟传输。
B&R(贝加莱)

X20系列
贝加莱带有TSN接口的PLC-X20CP3687X在2021年4月中国自动化产业年会中获得“年度最具竞争力创新产品”。X20系列PLC已经可以支持TSN,该款PLC目前有多个型号均可支持TSN接口,支持Intel ATOM的0.4/0.8/1.3/1.6GHz处理器,最大可支持的2GB的DDR4 RAM,1MB SRAM,2GB板上Flash存储,标配有TSN(10/100/1000MB)以及POWERLINK实时以太网接口,该款PLC是目前市面上较早投入批量的控制器,预示着TSN已经真正开始进入了产业应用阶段。

TSN交换机(型号0ACST052.1)
一款具有5个100/1000Mbit端口的二层工业交换机,包含4个TSN端口和1个以太网端口(RJ45)。支持以下TSN特性:

  • IEEE 802.1As-2020-Precision Time Protocol (PTP)
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1Qav
  • IEEEE 802.1Qbu

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Synopsys Industry(新思)

Synopsys推出了面向汽车的DesignWare 以太网QoS Controller IP,支持1M、10M、1G和2.5G速度, IP旨在支持实时网络,以及最初的IEEE音频视频桥接(AVB)和后续的TSN规范。支持以下TSN规范:
  • IEEE 802.1AS-2011,IEEE 802.1AS-REV,IEEE 802.1-Qav-2009
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1Qbu



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发表于 2022-7-7 10:32:09 |只看该作者
详谈TSN产业生态:主要厂商及产品分析(下)
华为

华为TSN交换机
AR 550E单端口最大带宽1 Gbps,具有八个10M/100M/1000M自适应电口,可通过自协商与对端设备协商端口速率及双工模式,单跳时延小于10 us,抖动小于500 ns,时间同步精度20 ns,样机集成了8个千兆(GE)TSN端口。截止到2018年12月可支持的时间敏感网络基础协议包括:IEEE 802.1AS、IEEE802.1Qbv、IEEE802.1Qcc、IEEE802.1Qbu等,其他协议也在持续研发过程中,此外还具备OPC UA终端功能。该产品目前只有内测样机。

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新华三

H3C IE4320

H3C IE4320 TSN工业交换机是新华三技术有限公司自主开发的新一代工业以太网交换机。支持Internet宽带接入,主要支持中小企业网用户的千兆接入,支持VOD等多媒体服务,支持VoIP等时延敏感的语音业务。提供支持组播的音频和视频的服务功能,提供千兆端口接入,提供万兆或千兆上行。支持Jumbo Frame,支持802.1X,MAC认证,端口安全,支持LACP协议,支持4K个VLAN,支持最大16K MAC地址及黑洞MAC等特性,支持基于端口的二三层优先级自动映射,支持基于端口的镜像,支持重定向,支持端口隔离,支持访问控制列表,支持端口限速。

H3C IE4320 TSN工业交换机支持如下TSN特性:

  • IEEE 802.1AS:支持gptp时间同步特性,采用温补晶振和锁相环,支持1ppm的高精度时钟,实现ns级时钟同步,为TSN网络中实现传输低延迟提供了基础。
  • IEEE 802.1Qbv:基于队列优先级实现时间感知调度程序,将时间关键电信业务与非关键的背景业务分离开来,在有限的时间内为那些需要传输保证且不能中断的业务类别授予以太网传输介质的独占使用权。
  • IEEE 802.1Qcc:定义了网络侧和用户侧的接口UNI,根据用户侧的需求实现网络侧的自动配置 ,从而实现TSN管理设备对网络拓扑发现及复杂的流量调度计算。

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鹏城实验室

iDetTrans 308A交换机

2021年9月28日,2021工业互联网网络创新大会上,由鹏城实验室时间敏感网络交换芯片研发团队自主研发的iDetTrans 308A交换机顺利通过中国信息电信研究院测试。鹏城实验室iDetTrans 308A交换机已应用于鹏城实验室与国内多家单位和机构的合作项目中。支持以下TSN协议:

  • IEEE 802.1AS
  • IEEE 802.1Qav
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1Qbu,IEEE 802.3br
  • IEEE 802.1Qci
  • IEEE 802.1CB

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研华

研华EKI-8510G TSN工业以太网交换机,采用TSN专用芯片设计,具备8个千兆 RJ45 端口 + 2 个千兆 SFP 端口。支持以下TSN协议:

  • IEEE 802.1AS
  • IEEE 802.1Qbu
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1CB

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东土

东土推出了一款具有TSN功能的交换机SICOM3000TSN,该款交换机于2021年9月28日在工业和信息化部主办的“2021工业互联网网络创新大会”上荣获首批“时间敏感网络(TSN)产业链名录计划”测试认证证书。SICOM3000TSN 时间敏感网络交换机是一款集成了时间敏感网络(TSN)特性的卡轨式管理型工业以太网交换机,提供2×10GBase-X SFP+接口,4×100/1000Base-X SFP接口,8×10/100/1000Base-T(X) RJ45电口,可通过自协商与对端设备协商端口速率及双工模式。支持以下TSN协议:

  • IEEE 802.1AS PTP
  • IEEE 802.1Qbu
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1Qcc
  • IEEE 802.1Qci

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三旺电信

三旺电信是国内较早从事工业互联网电信产品的公司之一,拥有较为齐全的产品体系,一直重点投入TSN产品的开发,同时积极推进TSN相关应用解决方案的落地,目前已正式发布了两款TSN交换机ICS5400TSN和IES6300TSN系列。
ICS5400TSN系列交换机

ICS5400TSN系列为28口千万兆混合时钟敏感网络交换机,是一款集成了时间敏感网络(TSN)特性的三层管理型工业以太网交换机。支持多种网络协议和行业标准,如TSN、MRP、STP/RSTP、DHCP、VLAN、QoS功能、IGMP Snooping功能、LLDP等;拥有完善的管理功能,支持漏电流、端口配置、访问控制、网络诊断、在线升级等;可支持CLI、WEB、Telnet、SNMP、Netconf、Restconf等访问方式。目前,支持以下TSN协议:

  • IEEE 802.1AS
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1Qbu,IEEE 802.3br
  • IEEE 802.1Qci
  • IEEE 802.1Qch
  • IEEE 802.1CB


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IES6300TSN系列交换机

IES6300TSN系列为10口全千兆二层网管型工业以太网交换机,该产品提供8路千兆电口和2千兆路SFP插槽,采用DIN导轨式安装方式,能满足不同应用工业现场的需求。目前,支持的TSN协议:

  • IEEE 802.1AS
  • IEEE 802.1Qav
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1Qbu,IEEE 802.3br


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网络电信与安全紫金山实验室

PML-TSN控制器

网络电信与安全紫金山实验室正在进行TSN控制器的研发。

该TSN控制系统基于软件定义网络思想、遵从802.1Qcc完全集中式配置规范、实现全网级的网络规范、实现全网级的网络规划及配置管理。TSN控制系统采用自研的国内领先调度引擎策略,实现业务需求到转发策略的映射,兼容多厂商TSN交换机,标准化网络配置与接口管理、面向行业的用户交互,同时具有轻量级部署、精准调度、灵活高效、性能可靠等特征。

TSN控制系统支持静态配置及动态发现的拓扑管理机制、支持全网级时钟同步配置管理、提供TSN全部传输协议的纳管、并提供多种调度引擎算法,优化网络资源的管理。保证了用户可以便捷灵活的完成时间敏感网络的管理、TSN业务的快速部署开通。采用自研的国内领先调度引擎策略,实现业务需求到转发策略的映射,兼容多厂商异构TSN交换机,标准化网络配置与接口管理、面向行业的用户交互。同时,具有轻量级部署、精准调度、灵活高效、性能可靠等特征。
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紫金山实验室TSN控制器

国防科技大学

TSN交换机

千兆TSN交换机板卡:板卡采用FPGA+CPU架构设计。TSN数据转发逻辑由FPGA实现,转发控制逻辑可由CPU实现。板卡包含8个千兆以太网电口。支持IEEE 802.1AS、802.1Qch、802.1Qbv、802.1Qcc等TSN标准,支持时间敏感、带宽预约和尽力转发三种流量混合传输。时间同步精度小于100ns,硬件调度时间槽范围为[4us,512us],交换容量16Gbps,交换延迟小于30μs,支持16K个虚拟通道。

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千兆TSN交换机板卡

千兆+万兆TSN交换机板卡:包含24个千兆数据交换接口和4个万兆数据交换接口。支持IEEE 802.1AS、802.1Qch、802.1Qcc等TSN标准;支持时间敏感、带宽预约和尽力转发三种流量混合,以及AVB流量的限速;提供TAP接口。时间同步精度小于100ns,硬件调度时间槽范围为[4096ns,262144ns],交换延迟小于30μs。兼容OpenTSN1.0,可定制升级至OpenTSN后续版本。

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千兆+万兆TSN交换机

“枫林1号”交换机板卡:包含8个千兆数据交换接口和1个千兆控制接口,支持802.1AS、802.1Qbv、802.1Qch、802.1Qcc等标准,支持时间敏感、带宽预约和尽力转发三种流量混合传输, 时间同步精度小于100ns,硬件调度时间槽范围为[4us,512us],最大支持1024个硬件调度时间槽的延迟,交换容量16Gbps,交换延迟小于30μs,支持16K个虚拟通道。
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“枫林1号”TSN交换机板卡

TSN网络控制器——TSNLight

TSNLight一款适配OpenTSN开源项目的TSN集中式网络控制器,该控制器可以实现对OpenTSN的硬件设备包括交换机、网卡、网关等设备进行管理控制。该TSN控制器包含通用基础库和功能模块两大部分,所实现的功能模块主要包括TSN网络初始化、TSN硬件基础配置、TSN流量规划配置和网络状态检测等。通用基础库主要实现南北向电信接口等基本功能。

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TSNLight功能示意

TSN网络测试仪

包含4个千兆数据交换接口和1个千兆管理接口。支持IEEE 802.1AS、802.1Qch、802.1Qbv等TSN标准;支持8条流量的并发测试;支持周期性产生TSN网络测试所需的时间敏感流量、带宽预约流量和尽力转发流量;支持带掩码的五元组匹配来进行报文个数;支持分频报文采样;可用于测试被测TSN/非TSN网络/设备性能(精确时延、吞吐量和丢包率)。     

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TSN网络测试仪

云维智联

24端口TSN交换机

TSN-SW1U24P系列交换机是一款基于时间敏感以太网标准的交换机。配备了24个千兆全双工以太网接口,并支持SPF光模块、电模块以及T1-SFP模块,可实现双线千兆车载以太网电信。支持流控管理、反压机制、同步等功能。机箱设计为19英寸1U标准上架尺寸,方便整机上架安装或运输。支持以下TSN协议:

  • IEEE 802.1AS
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1Qbu,IEEE 802.3br


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TSN核心子卡

TSN核心子卡可为主机提供TSN网络电信功能,其结构紧凑、外形小巧,适用于各种主板、机箱及嵌入式设备。对外提供两路网口,支持双冗余;使用325T系列FPGA为核心器件;提供可配置软件工具。支持以下TSN协议:

  • IEEE 802.1AS
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1Qbu
  • IEEE 802.1Qav
  • IEEE 802.1CB


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菲尼克斯

2300系列TSN管理型交换机

该系列管理型交换机内置PROFINET设备,支持PFONINET一致性等级B网络,借助PROFINET 2.4工程设计功能,可实现便捷的TSN配置操作。端口传输速度10/100/1000 Mbps,支持以下PROFINET TSN配置:

  • IEEE 802.1AS
  • 帧抢占
  • 通过PROFINET进行数据流管理


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Spirent(思博伦)

C50测试仪

该设备具有100/50/40/25/10G以太网多速性能测试端口、2-3层流量生成与分析、网络仿真等功能,可以用来模拟广泛的设备类型、用户和协议。搭配使用Spirent TestCenter应用软件对流量的收发进行控制和分析,TestCenter是Spirent 提供的用于网络性能分析的自动化软件系统。

C50具有强大的数据发送和接收能力,可以模拟数百个终端,进行端到端的发送和接收数据。支持TSN流量特性,具有VLAN配置功能,可为每条流配置不同的优先级。支持周期性发送流量,发送时长,周期大小都可设定。测试仪每个端口可以设置多个Device,可以进行Device到Device的数据传输。

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Sigent(思佳)

思佳推出了两款支持AVB/TSN的车载以太网交换机1000BASE-T1和1000BASE-T,配备一个CAN-FD端口和两个SFP +端口,SFP +端口允许用户拥有两个10 Gbps端口,SFP +端口也可以用作附加的100/1000 BASE-T1端口,从而使AVB上最多可以有十个100/1000BASE-T1端口。支持以下TSN协议:
  • IEEE 802.1AS
  • IEEE 802.1Qbu
  • IEEE 802.1Qbv
  • IEEE 802.1Qav
  • IEEE 802.1Qat
  • IEEE 802.1Qci


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Marvell Technology Groups(美满电子科技公司)

车载以太网交换芯片方面,Marvell目前主力产品是88EA6321和88Q5050, 在2019 年 9 月,Marvell又推出了88Q5072 和 88Q6113,全部都满足TSN标准。88Q6113是目前Marvell的旗舰产品。

88Q6113提供的所有MAC端口都具有千兆及以上带宽,包括2个RGMII 或 MII/RMII/GMII端口、6个SGMII端口、2个 XFI 多速率 SerDes (1/2.5/5/10 Gbps) 或 SGMII 端口、1个PCIe 或 SerDes端口。支持高精度时间同步协议 (PTP) 等 AVB 协议。支持以下TSN功能:

  • IEEE 802.1AS& IEEE 1588/PTP
  • IEEE 802.1Qav/Qbv
  • IEEE 802.1Qat

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88Q6113 框图

Intel Corporation

Intel提供一系列TSN产品,其中包括离散式和集成式以太网控制器以及FPGA。为了向客户介绍 TSN,Intel在各个站点建立了测试平台(使用Intel Ethernet Controller I210 和Intel FPGA),用以展示 TSN 标准(如 IEEE 802.1Qbv)的实施。英特尔还与 Avnu Alliance*、工业互联网联盟 (IIC)* 和国际电工委员会 (IEC)* 等开放联盟管理的生态系统合作,定义这些标准以解决工业生态系统的痛点。

Intel还计划提供 Linux* Yocto 等开发人员工具,具体通过 PREEMPT-RT 内核补丁以及支持标准内核 TSN API 来实现。此外,Intel还计划为 TSN 中间件堆栈提供参考软件:OPC-UA (PubSub)、Linuxptp(802.1AS、1588)、演示应用程序等。Intel还计划提供一个软件工具包,使客户能够针对实时工作负载配置平台,而无需客户了解底层平台的细节。

Intel以太网控制器 I210

Intel Ethernet Controller I210 是用于实时以太网应用的离散网络适配器,可用作 TSN 端点。它支持工业应用的 IEEE802.1AS 和 IEEE 802.1Qbv(通过 TSN 参考软件)等 TSN 标准。TSN 参考软件是一款基于 C 的应用程序,它演示了如何使用“tc”实用程序配置TSN。

该网络适配器可以支持高达 1 Gb/s 的速度,从系统内存 (DRAM) 中预取以太网帧(在其指定的传输时间之前),并将此数据存储在传输缓冲区中。网络适配器还支持启动时间,这是一个处理以太网数据包的概念,可以指定可以传输数据包的确切时间。开发人员可以使用启动时间来减少传输以太网帧的不规则性。有兴趣测试 TSN 解决方案的制造商可以将此硬件添加到基板中,开始为其工厂评估 TSN。I210 控制器还支持 Qav,这是一种为特定流分配一定数量带宽的方法。更多详细信息可以查看Intel Ethernet Controller I210 Datasheet

PREEMPT-RT-(实时linux)

ETF: 该算法为每个传输队列提供基于时间的调度。它允许应用程序控制数据包从流量控制层出列到以太网控制器的瞬间。最早的 TxTime First (ETF) qdisc 为 TSN 应用程序提供了设置精确传输时间的能力。顾名思义,它将在内部维护从所有参与的 TSN 应用程序接收到的数据包的顺序,并在数据包传输时间之前将数据包发送到硬件。这种调度策略公开了一个称为“启动时间”的特性,可以为 TSN 应用程序中的流量指定准确的传输时间。它还支持将数据包卸载到硬件(如果 NIC 支持的话),从而提供更高的准确性。

TAPRIO: 该算法根据预先生成的时间顺序调度流量。TAPRIO qdisc 配置一系列门状态,其中每个门状态允许传出流量(用于流量类别的子集)通过,允许网络管理员配置流量类别的时间表。

Intel FPGA

为了加快支持 TSN 的系统的上市时间,Intel还在推动基于Intel FPGA 的 TSN 端点和交换机开发。根据官网的说法,原始设备制造商、原始设计制造商和工业设备制造商可以率先使用Intel FPGA,从而提高他们的投资回报率,并使他们的产品适用于工业物联网。随着新的 TSN 标准获得批准或现有标准发生变化,开发人员可以快速重新配置Intel FPGA,从而确保设备支持最新的 TSN 功能。

Hitachi TSN 测试平台

为了突出 TSN 的实用性,英特尔正与 Hitachi 合作探索 TSN 技术在 Hitachi 下一代产品中的应用。英特尔和 Hitachi 正在共同开发 TSN 测试平台,以支持 Hitachi 的技术要求,其中包括实时计算和分析工作负载。TSN 测试平台是两个自动化控制器的基本原型,它们相互电信以展示 TSN 功能和供应商互操作性。

National Instruments(美国国家仪器)

NI在2018年发布了支持NI-DAQmx和TSN的最新版CompactRIO控制器。这款控制器提供了基于标准以太网网络的确定性电信和同步测量,不仅提高了性能,还有助于提高生产力和灵活性。NI是市场上第一个推出支持TSN的工业嵌入式硬件的厂商。这款控制器的推出是NI持续投资TSN计划的一部分。工程师可以使用TSN技术实现基于网络的分布式系统同步,从而消除了对昂贵的同步电缆的需求。

通过基于标准以太网的TSN实现纳秒级同步,进而实现严格同步的分布式测量和控制。

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Renesas(瑞萨电子)

瑞萨电子为智能工厂应用提供了基于CC-Link IE TSN 的系统解决方案,其中,R-IN32M4-CL3 片上系统是支持 CC-Link IE TSN B 类标准的控制器。R-IN32M4-CL3配备 R-IN 引擎、千兆以太网 PHY 和 1.3MB 的 RAM,可用于以太网电信。这样,无需软件实时操作系统和外部部件,就可以进行高速、大容量的电信。

2022年6月推出高性能的RZ/T2M电机控制微处理器单元(MPU),应用于交流伺服驱动器和工业机器人等领域。RZ/T2M除了支持EtherCAT、PROFINET RT和EtherNet/IP等主要工业网络协议外,还增加了对PROFINET IRT协议的支持。全新MPU还搭载一个支持下一代TSN标准的以太网交换机,允许多个设备精确同步运行。

Siemens(西门子)

2018年的汉诺威工博会上,西门子就展出了利用TSN连接两个Simatic控制器实现两个机器人的同步运动。2019的汉诺威工博会上,西门子延伸了演示装置的规模,并亮相了第一批TSN技术相关产品,包括具有TSN功能的网络组件、电信处理器、软件和网络管理系统。目前,西门子还没有量产的TSN相关产品。

三菱电机

以三菱为代表的 CC-Link IE 在 2019 年汉诺威展上演示了 CC-Link IE over TSN 的方案,其中使用了支持 TSN 功能的 CC-Link IE 的Controller 和 IO。

2020年三菱电机又发布了CC-Link IE TSN兼容产品:电信模块FX5-CCLGN-MS和远程I/O模块。

总  结

目前,TSN产业初具规模,主要产品集中在芯片和交换机,国内厂商起步较晚,市场中的TSN产品以国外厂商为主,国内产品集中在TSN交换机。多家企业联合搭建了多个大型测试床,测试床相关的资料在时间敏感网络白皮书中有总结,感兴趣的可以在SDNLAB公众号后台回复“TSN0706”获取白皮书。此外,ABB、Rockwell Automation、Bosch、施耐德、通用电气等公司也都宣布加入TSN阵营。







点评

Yan-YY  学习了。  详情 回复 发表于 2022-7-7 17:15

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军衔等级:

  四级电信军士

注册:2004-11-1761
3#
发表于 2022-7-7 11:27:00 |只看该作者

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  中尉

注册:2020-4-8159
4#
发表于 2022-7-7 17:15:18 |只看该作者
溯溪而上 发表于 2022-7-7 10:32
详谈TSN产业生态:主要厂商及产品分析(下)华为
华为TSN交换机
AR 550E单端口最大带宽1 Gbps,具有八个1 ...

学习了。

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军衔等级:

  下士

注册:2008-9-118
5#
发表于 2022-7-8 07:33:15 |只看该作者
为啥国内大家不做

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军衔等级:

  上等兵

注册:2006-3-28
6#
发表于 2022-8-3 10:05:50 |只看该作者
赞一个,很全面的介绍了。TSN技术目前基本都是处于前期研发及产品应用推广阶段,离真正商用还有些距离。主要还是应用在工业以太网、车载以太网、列车电信网等行业。希望各厂家共同努力,推进产业部进程。

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