（1）IEEE時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN

以 太 網(wǎng)音 視 頻橋 接 技術(shù)（EthernetAudio/VideoBridging，AVB）是在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，使用精準(zhǔn)時(shí)鐘同步，通過(guò)保障帶寬來(lái)限制傳輸延遲，提供高級(jí)別服務(wù)質(zhì)量以支持各種基于音視頻的媒體應(yīng)用。IEEE音頻視頻橋接（AVB）工作組在 2012 年 11 月正式更名為“時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)工作小組”（Time-Sensitive Networking，TSN），由于AVB這一縮寫在車載以太網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)廣為使用，因此在本文仍然使用了 AVB 的概念。繼承了AVB的傳統(tǒng)，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN也不是單一的標(biāo)準(zhǔn)，而是由一個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)組成，并且在 TSN 的 PAR 信息中提出了第二代AVB的概念。

其中AVB標(biāo)準(zhǔn)包括：

IEEE802.1AS：精準(zhǔn)時(shí)鐘定時(shí)和同步（gPTP）

IEEE802.1Qat：流預(yù)留協(xié)議（SRP）

IEEE802.1Qav：時(shí)間敏感流的轉(zhuǎn)發(fā)和排隊(duì)（FQTSS）

IEEE802.1BA：音頻視頻橋接系統(tǒng)，定義 AVB 配置文件

在更名為TSN后，對(duì)部分原標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，同時(shí)增添了幾個(gè)性能改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，包括：

IEEE802.1ASbt：增強(qiáng)功能和性能改進(jìn)，基于 IEEE802.1AS-2011修訂定時(shí)和同步

IEEE802.1Qbu：新增項(xiàng)目，基于 IEEE 802.1Qav 修訂框架搶占切換

IEEE802.1Qbv：新增項(xiàng)目，基于 IEEE 802.1Qav 修訂增強(qiáng)流量調(diào)度

IEEE802.1Qca：支持路徑控制和登記冗余網(wǎng)絡(luò)

IEEE802.1Qcc：流預(yù)留協(xié)議（SRP）的增強(qiáng)功能和性能改進(jìn)

IEEE802.1CB：幀復(fù)制和消除的可靠性，支持無(wú)縫冗余IEEE802網(wǎng)絡(luò)

AVB協(xié)議集如圖4所示。

802.1AS協(xié)議根據(jù)最佳主時(shí)鐘算法（BMCA）選定同步基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)，使用高精度時(shí)間作為基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)的同步時(shí)鐘，802.1AS在網(wǎng)絡(luò)物理層上為數(shù)據(jù)包提供時(shí)間戳服務(wù)，這個(gè)時(shí)間戳存在于對(duì)時(shí)間敏感的數(shù)據(jù)包報(bào)頭上面。IEEE802.1AS的時(shí)間同步能力源于 IEEE 1588協(xié)議。

802.1Qa 流預(yù)留協(xié)議（SRP）是對(duì)音視頻數(shù)據(jù)流發(fā)送端和接收端服務(wù)請(qǐng)求的管理協(xié)議，多重?cái)?shù)據(jù)流預(yù)留協(xié)議（MSRP）目前只支持兩種類型數(shù)據(jù)流，A類或者B類，兩者區(qū)別體現(xiàn)在幀大小和幀速率上，802.1Qat標(biāo)準(zhǔn)保證這兩類數(shù)據(jù)在7跳內(nèi)的最大的端至端延遲，A類為2 ms，B類為50 ms。

802.1Qav是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)和隊(duì)列控制協(xié)議，為數(shù)據(jù)流發(fā)送端和交換節(jié)點(diǎn)提供一個(gè)成形的數(shù)據(jù)流服務(wù)。IEEE802.1Qav定義了8個(gè)業(yè)務(wù)類，并預(yù)期至少有一個(gè)必須作為 SR類。未使用的 SR類數(shù)據(jù)流都留給盡力而為，沒(méi)有任何帶寬預(yù)留或保證。每個(gè)流量類別都有一個(gè)優(yōu)先級(jí)（從0到7，其中7是最高優(yōu)先級(jí)）。

802.1BA標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)定義AVB配置的文件，定義了AVB 在不同市場(chǎng)的技術(shù)規(guī)格書，例如針對(duì)車載系統(tǒng)等不同應(yīng)用環(huán)境給出的不同技術(shù)要求，明確哪些技術(shù)要求是強(qiáng)制的、哪些是選項(xiàng)，以及一些技術(shù)參數(shù)的微調(diào)，例如輸出電壓等。

（2）TTEthernet

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)（TimeTriggered Ethernet，TTEth-ernet）是一種基于802.3以太網(wǎng)之上的汽車或工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)通信候選網(wǎng)絡(luò)，它允許實(shí)時(shí)的時(shí)間觸發(fā)通信與低優(yōu)先級(jí)的事件觸發(fā)通信共存，使以太網(wǎng)具備滿足高安全等級(jí)的系統(tǒng)要求的同時(shí)，依然可以承擔(dān)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不過(guò)分嚴(yán)格但仍然有高帶寬的以太網(wǎng)傳輸需求。由TTTech公司開發(fā)的TTEthernet已經(jīng)通過(guò)美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE）的標(biāo)準(zhǔn)化（SAEAS6802。

TTEthernet協(xié)議控制框架如圖5所示。

TTEthernet在時(shí)鐘同步機(jī)制上引入了IEEE1588 V2中的 P2P 透明時(shí)鐘（transparent clock）的概念，利用透明時(shí)鐘、步固化函數(shù)（Permanence Function）、壓縮函數(shù)（Compression Function）的支持獲得精確時(shí)鐘。在同步時(shí)鐘的基礎(chǔ)上建立全雙工交換式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的周期性任務(wù)調(diào)度表，周期性任務(wù)表有靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的兩種使用方法。

TTEthernet在單一網(wǎng)絡(luò)中可以同時(shí)滿足不同實(shí)時(shí)和安全等級(jí)的應(yīng)用需要，支持三種不同的消息類型，時(shí)間觸發(fā)（TT）、速率約束（RC）和盡力而為（BE）。TT 消息優(yōu)先于所有其他類型，而RC幀是保證提供預(yù)留的帶寬，BE幀可以看做是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。這三種不同的數(shù)據(jù)幀都采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀格式，只是type域的值有所不同。TTEthernet的主要優(yōu)點(diǎn)是TTEthernet交換機(jī)允許被搶占，TT消息在整個(gè)系統(tǒng)傳輸中具有最高優(yōu)先級(jí)，也就是低優(yōu)先級(jí)的消息被中斷并存儲(chǔ)在交換機(jī)的緩沖區(qū)，讓TT消息優(yōu)先發(fā)送，因此類似于以太網(wǎng)AVB，為了使用該系統(tǒng)，內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)必須實(shí)現(xiàn)TTEthernet標(biāo)準(zhǔn)。

TTEthernet數(shù)據(jù)流如圖6所示。

比較TTEthernet與FlexRay的適用性，通過(guò)計(jì)算兩種協(xié)議在典型場(chǎng)景下的抖動(dòng)和延遲，考慮到TTEthernet可以提供更高的帶寬，認(rèn)為對(duì)于 FlexRay 時(shí)間觸發(fā)的車輛通信，TTEthernet 是一種可行的替代網(wǎng)絡(luò)。

在汽車應(yīng)用中可能使用TTEthernet的情況有：

（1）高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS），得益于高帶寬和TT通信的結(jié)合。

（2）多媒體，高帶寬可靠數(shù)據(jù)通信，保證數(shù)據(jù)傳輸速率的音頻和視頻，是TTEthernet目前最有可能的應(yīng)用領(lǐng)域。此外，通過(guò)使用TTEthernet可以將駕駛輔助系統(tǒng)和信息娛樂(lè)系統(tǒng)集成到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

（3）X-By-Wire線控系統(tǒng)，TT服務(wù)提供的強(qiáng)實(shí)時(shí)通訊，容錯(cuò)和故障運(yùn)行，可以滿足這些系統(tǒng)的通訊要求。表2對(duì)比了目前最成熟的兩項(xiàng)以太網(wǎng)技術(shù)，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN和時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)（TTEthernet）。 

（原文轉(zhuǎn)載自：《下一代汽車網(wǎng)絡(luò)：車載以太網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展》，作者：呼布?xì)J，秦貴和，劉穎，于赫，吳星辰，吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林大學(xué)公共計(jì)算機(jī)教學(xué)與研究中心）