TSN網絡實現确定性的(de)分組交換不(bù)但需要(yào / yāo)TSN交換機，TSN接口适配器以(yǐ)及管理控制系統配合實現，而(ér)且必須能夠清晰的(de)給出(chū)時(shí)間敏感流量的(de)規範特性。由于(yú)TSN技術發展迅速，新标準和(hé / huò)修訂不(bù)斷湧現，特别是(shì)面向特定行業的(de)解決方案差異較大(dà)，因此不(bù)同廠商的(de)TSN設備互聯互通十分困難。TSN解決方案提供商必須提供TSN網絡整套解決方案，在(zài)研制TSN交換機同時(shí)，必須提供配套的(de)網絡接口适配器和(hé / huò)控制軟件的(de)方案。 一、TSN網絡接口适配器的(de)特點    （1）與商用網卡的(de)比較
     由于(yú)TSN網絡具有明顯的(de)行業特點，不(bù)同場景下的(de)TSN交換具有不(bù)同的(de)網絡接口和(hé / huò)鏈路，資源預約方式，時(shí)間同步方式，故障冗餘等要(yào / yāo)求，特别的(de)TSN定義了(le／liǎo)與标準以(yǐ)太網不(bù)同的(de)UNI接口，因此構建TSN網絡不(bù)能使用标準的(de)網絡接口适配器，必須進行針對性的(de)定制。
TSN網絡接口适配器與标準網卡的(de)比較如下表所示。    （2）TSN接口适配器實現模型
     TSN接口适配器實現需要(yào / yāo)考慮外部接口定義以(yǐ)及内部處理模型兩方面，如下圖所示。TSN接口适配器的(de)接口包含與結點CPU連接的(de)接口，與網絡連接的(de)接口（UNI）以(yǐ)及與配置管理系統連接的(de)接口。      通常TSN接口适配器與控制計算機CPU的(de)接口爲(wéi / wèi)PCIe接口，可保證較大(dà)的(de)傳輸帶寬和(hé / huò)較小的(de)延時(shí)，與傳感器/控制器節點連接的(de)接口爲(wéi / wèi)以(yǐ)太網接口（适配器與控制器/傳感器物理分離）或内部總線接口（适配器與傳感器/控制器深度集成在(zài)一個(gè)SOC系統内）。      TSN适配器與網絡爲(wéi / wèi)标準的(de)以(yǐ)太網接口，本文後續将會對UNI接口進行詳細分析。而(ér)對TSN接口适配器的(de)配置管理接口可采用多樣化的(de)實現方式，既可以(yǐ)通過CPU接口，由驅動程序對适配器進行管理控制，也(yě)可以(yǐ)通過UNI接口，由外部的(de)集中控制器對适配器進行控制。在(zài)特定環境中，TSN網絡還可以(yǐ)采用獨立的(de)總線對接口适配器的(de)管理甚至是(shì)時(shí)間同步進行控制。      TSN适配器内部邏輯除了(le／liǎo)比較直觀和(hé / huò)标準的(de)“分類标記整形與調度”，“時(shí)間同步”，“配置管理”外，還包含“冗餘控制”和(hé / huò)“應用加速”兩部分。
冗餘控制是(shì)根據TSN網絡特定應用場景的(de)需求确定的(de)，例如在(zài)艦船上(shàng)特定應用場景需要(yào / yāo)支持冗餘接入備份的(de)雙口功能。 應用加速功能是(shì)擴充網絡适配器功能，使之(zhī)具有類似智能網卡的(de)應用加速功能，以(yǐ)便減小TSN網絡結點體積和(hé / huò)功耗對特定應用的(de)加速。一個(gè)典型的(de)場景是(shì)将高分辨攝像頭通過TSN适配器接入網絡，适配器不(bù)但能根據攝像頭的(de)數據流規範向網絡預約資源，保證采集數據傳輸的(de)質量，還可以(yǐ)利用可編程資源，在(zài)數據傳輸前完成視頻采集數據的(de)編解碼和(hé / huò)内容加解密等處理。這(zhè)類功能雖然與TSN無關，但可以(yǐ)對全系統整體的(de)處理效率、功耗和(hé / huò)體積進行優化，特别适合汽車、飛機和(hé / huò)衛星上(shàng)數據采集和(hé / huò)計算分析的(de)場景。 二、TSN網絡的(de)用戶網絡接口（UNI）設計 UNI定義了(le／liǎo)TSN端節點與網絡的(de)接口規範，從物理層的(de)接口速率，線纜長度，時(shí)間同步，到(dào)鏈路層的(de)資源預約和(hé / huò)故障冗餘等機制都需要(yào / yāo)進行針對性設計。    （1）UNI接口速率
     目前工業環境下TSN網絡鏈路主要(yào / yāo)采用100M以(yǐ)太網和(hé / huò)1G以(yǐ)太網，對10/100/1000以(yǐ)太網速率的(de)自動協商并沒有明确的(de)要(yào / yāo)求。一方面是(shì)因爲(wéi / wèi)網絡是(shì)封閉和(hé / huò)确定的(de)，其中接入節點的(de)帶寬可以(yǐ)預先規劃；另一方面是(shì)不(bù)确定的(de)鏈路協商速率使得網絡延時(shí)和(hé / huò)帶寬難以(yǐ)預知，增加了(le／liǎo)确定性管理的(de)複雜性。因此TSN接口适配器在(zài)設計時(shí)可以(yǐ)根據需求固定網絡接口的(de)速率，使用簡單的(de)MAC層處理邏輯，而(ér)無需支持接口速率的(de)自适應。    （2）UNI接入電纜長度
     TSN網絡UNI設計時(shí)一個(gè)比較容易忽略的(de)問題時(shí)TSN網絡中網線的(de)長度。假設信号在(zài)光纖和(hé / huò)電纜上(shàng)傳輸的(de)速度爲(wéi / wèi)每秒30萬公裏（由于(yú)存在(zài)分布電感和(hé / huò)電容，電信号在(zài)電纜中傳輸速度一般按照20萬公裏估算），那麽30m的(de)傳輸延時(shí)約爲(wéi / wèi)100ns左右。因此爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)提升時(shí)間同步精度，TSN網絡在(zài)規劃時(shí)必須考慮電纜長度。如果接口适配器接入網絡的(de)接入電纜長度無法确定，那麽可以(yǐ)考慮采用IETF Detnet工作組提出(chū)的(de)大(dà)規模網絡确定性轉發的(de)方案，放松對時(shí)間同步的(de)要(yào / yāo)求。    （3）UNI的(de)資源預約
     TSN保證确定性交換的(de)前提就(jiù)是(shì)提前有一個(gè)類似“高鐵運行時(shí)刻表”的(de)規劃圖，生成這(zhè)個(gè)規劃圖分爲(wéi / wèi)在(zài)線兩種和(hé / huò)離線方式。在(zài)線規劃方式要(yào / yāo)求TSN網絡接口支持類似802.1Qat和(hé / huò)802.1Qcc協議，動态的(de)爲(wéi / wèi)時(shí)間敏感業務預約網絡資源，其優點是(shì)支持網絡節點的(de)動态加入和(hé / huò)退出(chū)以(yǐ)及可變的(de)時(shí)間敏感業務傳輸需求，但這(zhè)大(dà)大(dà)增加了(le／liǎo)TSN網絡接口驅動的(de)複雜性。      離線規劃方式主要(yào / yāo)針對時(shí)間敏感業務傳輸需求是(shì)固定的(de)封閉網絡，例如工廠車間的(de)現場控制網絡，列車骨幹網絡和(hé / huò)汽車車載網絡等。這(zhè)些網絡的(de)網絡接口不(bù)需采用動态協議向網絡預約資源，十分适合計算和(hé / huò)存儲能力都十分有限的(de)傳感器和(hé / huò)控制器接入TSN網絡。      離線資源預約隻适用于(yú)滿足局域網内部交換的(de)确定性，在(zài)更大(dà)區域範圍内跨網關或路由器的(de)确定性轉發控制必須采用其他(tā)的(de)技術，如2015年IETF成立的(de)Detnet（确定性網絡）工作組提出(chū)的(de)L3網絡中的(de)确定性保證機制，當然目前Detnet相關規範還在(zài)草案階段，與TSN相比，更加不(bù)夠成熟。    （4）UNI時(shí)間同步
     雖然近年來(lái)一些IETF Detnet工作組針對大(dà)規模網絡提出(chū)了(le／liǎo)不(bù)需要(yào / yāo)時(shí)間同步的(de)确定性轉發方案，但這(zhè)些會大(dà)大(dà)增加網絡接口和(hé / huò)交換對時(shí)間槽标記和(hé / huò)映射的(de)複雜性，難以(yǐ)在(zài)局域網中部署。因此TSN網絡接口适配器必須支持1588時(shí)間同步機制。      當前一些商用網卡如i350，82559，x550等支持1588PTP協議。但由于(yú)這(zhè)些網卡的(de)時(shí)間同步實現必須驅動參與，例如生成follow up同步幀，因此需要(yào / yāo)占用計算和(hé / huò)存儲資源，難以(yǐ)支持較高頻率的(de)時(shí)間同步，同步精度難以(yǐ)保證。條件許可情況下，TSN網絡接口适配器應由硬件實現全部的(de)時(shí)間同步功能。    （5）UNI故障冗餘
     除了(le／liǎo)具有确定性延時(shí)外，确保分組不(bù)丢包的(de)可靠傳輸也(yě)是(shì)TSN的(de)重要(yào / yāo)目标。TSN 802.1CB規範定義了(le／liǎo)爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)确保可靠傳輸的(de)幀複制和(hé / huò)消除機制，基本思想是(shì)從TSN網絡接口就(jiù)将數據流劃分成不(bù)同的(de)子(zǐ)流，不(bù)同的(de)子(zǐ)流通過網絡中不(bù)同的(de)路徑進行傳輸，在(zài)子(zǐ)流的(de)彙聚點再進行重複分組的(de)丢棄，以(yǐ)避免路徑故障帶來(lái)的(de)分組丢失。因此，TSN網絡接口适配器必須支持多個(gè)冗餘的(de)網絡接口接入網絡，并可根據需求支持802.1CB等協議的(de)處理。      後續我們會對基于(yú)FAST架構和(hé / huò)Zynq FPGA的(de)TSN接口适配器的(de)設計思路和(hé / huò)實現技術進行分析，歡迎繼續關注。