2012年，IEEE 802.1的Audio Video Bridging任務(wù)组正式被TSN任務(wù)组代替。TSN任務(wù)组主要工作是定义在交换式以太网中转发时间触发消息的IEEE标准集合，目标是标准化“确定性以太网”技术， 满足现有(yǒu)和新(xīn)兴市场，特别是工业互联网的需要。      随着越来越多(duō)的TSN标准落地，TSN距离应用(yòng)已不再遥遠(yuǎn)。工信部2018年6月的推出的《工业互联网发展行动计划（2018-2020 年）》明确提出“在汽車(chē)、航空航天、石油化工、机械制造、轻工家電(diàn)、信息電(diàn)子等重点行业部署时间敏感网络（TSN）交换机、工业互联网网关等新(xīn)技术关键设备”，当前对TSN交换核心机制的研究以及研发TSN交换机已经变得十分(fēn)迫切。 一、TSN交换的特点       与标准的以太网相比，TSN最大的特点是能(néng)够保证数据交换的确定性，在提前确定时间敏感数据流（称為(wèi)scheduled traffic）传输的周期，每个周期传输的数据大小(xiǎo)后，只要数据发送方按照约定将数据发出，TSN就能(néng)够保证在确定的时间将数据交换到接受方。    （1）TSN的特点
     TSN网络主要实现相对封闭网络中的关键数据可(kě)靠交换，与互联网和数据中心网络具有(yǒu)不同的技术要求，对比如下表所示。    （2）TSN与以太网的比较
     由于TSN网络封闭和规模有(yǒu)限，不存在编址、路由和管理(lǐ)的扩展性问题。虽然TSN采用(yòng)以太网帧格式，其交换技术规范的核心也是802.1Q，但其实现机制与以太网具有(yǒu)明显差别，即以太网交换只考虑节点、队列和链路三个核心要素，而TSN交换处理(lǐ)考虑上述三个要素外，还引入了时间这个实现确定性交换的关键要素。      一个简单的比喻是当前的以太网是高速公路网，每个分(fēn)组是进入高速公路的汽車(chē)。在高速公路网上，汽車(chē)可(kě)以在任意时间进入高速公路（不需要预先注册和规划）很(hěn)快速的从一个城市到达另一个城市，也可(kě)能(néng)因為(wèi)事故导致的道路拥塞大大增加行驶的时间。因此汽車(chē)在高速公路上延时是不确定的。特别是汽車(chē)在某个时刻进入高速公路后，很(hěn)难预先给出其途经每个中间节点（休息區(qū)，立交桥等标志(zhì)性地点）的精确时间。      TSN网络是可(kě)以看成高铁网络，每个分(fēn)组可(kě)以看成一辆高铁列車(chē)。每列高铁的运行必须根据预先规划好的高铁运行图进行。每个高铁列車(chē)从始发站发出，途径每个中途站点以及到达目的車(chē)站的时间都是确定的，可(kě)以有(yǒu)一个确定的预期。更进一步看，高铁到达中间車(chē)站时，什么时候进展，什么时候出站，以及进展后在哪个站台停靠都有(yǒu)预先的规划。因此搭乘高铁出行的时间是确定的，可(kě)以预期的。 二、TSN核心交换机制      802.1TSN任務(wù)组成立后，针对确定性交换的目标，在时间同步，延时保证，交换可(kě)靠性以及网络管理(lǐ)方面研究了多(duō)种算法和协议机制。这些协议机制或者作為(wèi)标准修订融入802.1Q标准，或者作為(wèi)独立的标准存在（如802.1CB）。    （1）核心TSN交换算法和协议机制
     核心的TSN交换算法和协议机制，以及与高铁网络相关机制的类比如下表所示。      此外，针对用(yòng)户如何应用(yòng)上述机制，实现满足自己特定需求的TSN网络，TSN工作组还定义了循环队列转发（CQF：Cyclic Queuing and Forwarding）模型。根据该模型用(yòng)户可(kě)以方便的配置TSN交换机，实现延时确定的TSN网络。目前CQF已经作為(wèi)IEEE 802.1Qch规范融入802.1Q-2018标准中。      我们将在后续文(wén)章中，进一步介绍上述标准的工作原理(lǐ)和基于FAST流水線(xiàn)的实现方法。 三、基于FAST的TSN实现：机遇与挑战      TSN交换设备在实现上具有(yǒu)标准发展迅速和应用(yòng)场景多(duō)样化两个特点。    （1）标准发展迅速
     例如IEEE 802.1Q规范是指导以太网交换芯片实现的核心标准，但近年来TSN标准发展迅速，上文(wén)提到的802.1Qbv/bu/ci/cc等TSN核心交换机制均作為(wèi)802.1Q-2014标准的修订添加到802.1Q-2018标准中，。从802.1TSN的官方网站可(kě)以发现，目前TSN工作组还有(yǒu)很(hěn)多(duō)项目是对802.1Q-2018的标准进行继续进行继续修订和扩充。    （2）TSN应用(yòng)场景差异大
     目前除了典型的工业互联网应用(yòng)场景外，5G前传（fronthaul）网络，高铁車(chē)辆网络、汽車(chē)車(chē)载网络、飞行器内部网络甚至是空间卫星网络都在考虑使用(yòng)TSN交换机制，这些网络在同步精度，传输带宽，交换延时，故障冗余，设备功耗等方面都有(yǒu)不同的要求，即使已经有(yǒu)部分(fēn)芯片标称支持TSN，例如2017年博通推出的BCM56370芯片，但也难以满足不同应用(yòng)场景的需求。因此      预计TSN标准快速发展变化的时间还会持续3-5年，这个期间内，基于FPGA（而不是TSN ASIC芯片）的TSN交换实现无疑是最佳选择，不但可(kě)以支持标准的快速扩展更新(xīn)，而且可(kě)以针对具體(tǐ)的应用(yòng)场景进行定制化设计。基于FPGA的TSN交换也必须突破亚微妙级时间同步，时间控制的复杂队列管理(lǐ)调度，开放的编程API等设计难题。      由于FAST具有(yǒu)可(kě)扩展硬件流水線(xiàn)、FPGA/CPU协同处理(lǐ)以及开源开放等核心特征，基于FAST平台的TSN交换实现不但给FAST的发展带来了新(xīn)的机遇，也给当前TSN交换设备实现带来新(xīn)的途径。