上次把TSN的背景的事情說了一下，就是為什么（Why）要推進TSN？以及TSN的歷史，這次我們談談它是如何運行的(How)？

　　TSN到底怎么運行的？（How）

　　簡而言之，TSN核心工作就是三件事，（1）對表，（2）控制紅綠燈開關(guān)讓車流通過的流量調(diào)度策略，（3）.配置網(wǎng)絡的工具。

　　第一件事情：對表

　　先說對表吧！小時候看電影（80年代初，很多是黑白的）最喜歡就是看打仗的片子，小時候不明白，為啥每次打仗前指戰(zhàn)員們都會亮起胳膊說“對表”—困惑了很多年，后來慢慢的悟出點門道了，古代的打仗就是騎兵、機弩、強弩、還有什么投石車、云梯、耬車、攻城車輛，這些兵種都得按時間順序進行配合，別騎兵沖太快，被自己后面的強弩給射死了，應該是剛好箭的壓制到對方不能抬頭，然后騎兵剛好到，讓對方無法準備，這都要考慮箭的射速、最大射程、騎兵運動距離與速度，實現(xiàn)最佳的匹配—這就是所謂的協(xié)同作戰(zhàn)，制造過程里也是一樣的??！所有機器要協(xié)調(diào)，必須對表??！否則，刀具就被磕壞了，模具就被撞了，那多麻煩，只不過，制造這個時間的精度是微秒級，而那個騎兵打仗可以到秒這個準確度上就好了，當然現(xiàn)在的打仗也要精度很高，否則一顆導彈扔偏了損失幾十萬幾百萬美刀不說，還可能把自己的盟友炸了（美國海灣戰(zhàn)爭不就經(jīng)常干這種事嗎？）。

　　對表得先有個基準

　　怎么對表呢？以誰的表為基準呢？這個世界的原則其實很簡單—誰的表貴就是誰的，你要是帶快那種幾十塊的不知道啥牌子的，那不行，人家天梭（Tissot）就得壓你一頭，當主時鐘，你要是像B和抖音里那個朱一旦一樣，動輒拿出塊奧米伽（Omega），那起步也得5千歐羅，你行你上，這時突然有一老派男人悠然掏出一塊百達.翡麗（PartekPhilippe）—“你并不真正擁有著塊表，你只是替你的后代保存這塊表”，識貨的主就會讓它做主時鐘（Master）你不讓人家做主時鐘行嗎？然后，你們都變成奴隸（Slave），聽人家的。

　　選好主時鐘，然后就得把時鐘信息發(fā)給你們每個人了，你們就以人家為準，調(diào)整自己的時間吧！當然了，這里還有問題就是這個線路上總會消耗點時間、時間信息出去了，你如果不給閉環(huán)反饋一下，它這個時間在路上走了多少時間，其實你也不知道，比如昨天我經(jīng)過路口剛好趕上綠燈，今天我剛好一路上老碰到紅燈，這個時間就具有不確定性?。∧沁@個延遲怎么被計算出來讓其它人都知道，你到底啥時候出發(fā)的？估計啥時候能到?。繉Ρ硎菫榱俗尨蠹叶贾罆r間，然后延遲計算就是讓大家能夠清楚的知道耽誤了多少時間？

　　TSN是由一系列標準構(gòu)成的，其中第一類標準就是對表和延遲計算用的，叫IEEE802.1AS，IEEE802.1AS-Rev,都是在IEEE1588時鐘同步協(xié)議上發(fā)展的升級版。

　　第二件事情就是流量調(diào)度

　　什么叫調(diào)度策略？

　　醫(yī)院里掛號10個窗口10個隊，而浦東機場國際進關(guān)是1個隊列對20個窗口，哪個效率更高？據(jù)我的老師在進行數(shù)據(jù)分析說，機場這個隊列的調(diào)度機制會效率更高，因為，大家都知道，你發(fā)現(xiàn)你前面總是會遇到一個要么到了才拿出卡或錢包、然后還問來問去搞不清楚，但是，機場就是只要前面一個窗口結(jié)束，馬上隊列就可以補上去，所以，是比較快的—這就是好的調(diào)度和差的調(diào)度機制設(shè)計，它不牽扯到任何的技術(shù)，只是一個策略選擇問題，所以，選擇一種策略機制本身也是關(guān)乎效率的。

　　交通流量調(diào)度

　　TSN作為通信，其實它的流量調(diào)度，就跟路口的交通里的紅綠燈一樣，都是為了最大的效率，降低擁堵，提高通行效率。其實，交通系統(tǒng)里為了降低擁塞、提高吞吐能力（負荷）的方式可多了，像高鐵，那就是專用通道，人家是專用的軌道上跑的，別的車跑不了，你要說交通的話，還有這個不用紅綠燈的，提高效率，上海、北京很多城市都有高架，有立交橋來進行流量分配，不過，聽說西二環(huán)那個立交橋都會讓司機繞圈，所以流量調(diào)度還是很講究的。

　　高鐵這種專用通道，一般來說就像是以前的實時以太網(wǎng)，它必須得有鐵軌，而且這個鐵軌還不能隨便開叉，八橫八縱，而且它太快了，你不能一個小站都停一下，它啟動和制動的過程消耗的時間就挺長—從北京到上海的高鐵，停站3個的和停站10個就差了1個小時，你不能像高速公路可以深入到小的城市，而且到處有入口出口，高速公路算是一種提高效率的辦法，比以前國道那種到處都是開口的就方便了，越是少的道口就速度越高，但是，那樣就不靈活了，必須你們才能走，而且還比較貴—因為我們擁有全世界最長的收費高速公路，也不是誰都消耗的起的，所以，還得有國道、省道這種普通公路，還得有鄉(xiāng)間低等級公路，經(jīng)濟實惠。

　　TSN其實就是一種混合模式的交通方式—既可以有專用通道讓你緊急的車走，還有讓你消防車也可以、還有就是普通車，這個時候就不管你們開BMW還是夏利，都按照那兩根車道走。

　　TSN的幾個調(diào)度器（Shaper）

　　TSN如果從技術(shù)上來說，有幾種常用的Shaper-可以翻譯成“整形器”、“賦型器”，或者有的也叫“Scheduler”-調(diào)度器，都可以，因為它的本質(zhì)就是一個數(shù)據(jù)調(diào)度的策略，策略這個詞看上去挺高大上，其實，簡單就是誰先走，誰后走的問題。

　　嚴格優(yōu)先級

　　在說TSN調(diào)度策略之前，我們先要說一下“優(yōu)先級”的問題，在TSN的數(shù)據(jù)包里，它與標準以太網(wǎng)包不同，是插入了32位標記數(shù)據(jù)幀，其中有3位是優(yōu)先級標記的，這個是按照一種嚴格優(yōu)先級，就是0/1/2/3/4/5/6/7這個順序，在策略上稱為“嚴格優(yōu)先級”，你們按照優(yōu)先級順序，人家走了你才能走，不要跟我說你有十萬火急的事情，爺這里就這規(guī)矩，想插隊沒門。

　　TSN調(diào)度策略（基于多種整形器來實現(xiàn)）

　　策略1：基于信用的整形器（CBS）

　　基于信用的整形器（Credit-BasedShaper），是比較早的一個策略，在2012年那會人家就已經(jīng)開始研究了，在這個調(diào)度策略里，有兩個VIP客戶，他們不能等你們按照那個嚴格優(yōu)先級來走的，其中兩個隊列賦予了較高的優(yōu)先級，你們兩個先走，但是，1號隊列走的時候你的信用—這個重要的指標就會下降，2號隊列里的數(shù)據(jù)，它信用會上升，然后1號傳完或信用沒了，2號來傳，等1號和2號傳完了，其它隊列在按照所謂的優(yōu)先級來傳。

　　萬一它兩個隊列占著這個電話線不放呢？不行，他們兩個加起來不能超過整個帶寬的75%，否則，你碰到兩個話多的，別人就沒有機會插話了，那信息就無法協(xié)同了。

　　這個機制它在7個跳轉(zhuǎn)（Hop-數(shù)據(jù)流經(jīng)過一個交換機叫一個跳轉(zhuǎn)）它會有250μS的延時，這個對于ADAS還是可以接受的，因此，目前汽車工業(yè)主要是這個整形器的研發(fā)為主。

　　在汽車行業(yè)里，他們把這個CBS對應的標準IEEE802.1Qav和IEEE802.1Qat和IEEE802.1AS三個標準打了個包，叫IEEE802.1AVB，Qav就是整形器，Qat則是一個網(wǎng)絡配置的方法，AS就是對表的標準，所以，這是一個標準包，就人家汽車行業(yè)那幫大佬寶馬、大眾、奧迪、奔馳等一幫大眾在玩。

　　策略2：時間感知整形器（IEEE802.1Qbv-TAS）

　　工業(yè)里的時間要求比較苛刻—實時網(wǎng)絡因此有時候也叫時間嚴苛型網(wǎng)絡（TimeCriticalNetwork）,在工業(yè)里覺得AVB那個還不夠用，因此整了個叫時間感知整形器的策略（TimeAwarenessShaper）--這個整形器的概念倒是比較容易理解：

　　你們每個數(shù)據(jù)節(jié)點的數(shù)據(jù)進了這個交換機的隊列后，有很多個隊列，然后，它有一個門控制列表，把你們分成1-8，然后它搞個周期性的隊列掃描—特別提醒，這里是一個周期性的開關(guān)門列表，然后給你們調(diào)度：

　　ScheduledTraffic車輛：每個周期，第一個先走的，就是VVVIP車輛，這就是所謂的“周期性”、“確定性”數(shù)據(jù),干工業(yè)的都很清楚，這個數(shù)據(jù)都是很高要求的，微秒級別的刷新。

　　ReservedTraffic-預留數(shù)據(jù)流，大家記得高速公路最右側(cè)有個應急車道吧？不讓你們走的，因為這個是給應急車輛比如消防車、救護車、警車，這些車輛平時未必會占用這個車道，但是，你也得給人家留著，萬一有十萬火急的事情，不能耽擱。

　　BestEffort：第三類就是其它那些數(shù)據(jù)，你們被定義為BestEffort—看這英文名字，感覺就是不受待見的感覺，我會盡最大努力的，我向你保證，但是，你自己心里有點數(shù)??！人家還有VVVIP,VVIP,VIP在前面呢！

　　策略3：搶占式MAC(Qbu+802.3br)

　　其實，在Qbv的機制里，已經(jīng)很快了，不過，人類追求更快、更高、更強的腳步從未停歇，咱們前面說這個Qbv會周期性的掃描端口，然后開門，但是，你知道，這個網(wǎng)絡太龐大了，誰知道網(wǎng)絡上還有誰正在傳數(shù)據(jù)，所以，為了安全起見，每個周期開始前都留了一個“保護帶寬”（Guardband），就是確保我這個周期一定網(wǎng)絡是空閑的，這個保護帶寬占了多少時間？它是一個標準以太網(wǎng)幀，對于千兆網(wǎng)來說，大概是1.5μS，所以，得想辦法壓縮一下這個時間，第二種情況在于—TSN網(wǎng)絡的節(jié)點可不像以前的工業(yè)總線，一般都是小負載數(shù)據(jù)，TSN網(wǎng)絡里可能傳輸?shù)氖且曈X、視頻信息，他們拿到帶寬使用權(quán)后，有可能占著帶寬不放—這怎么行，低優(yōu)先級絕對不能占據(jù)太多高優(yōu)先級人的時間。

　　搶占式MAC這個機制大概需要點硬件配合，就是在設(shè)計網(wǎng)絡端口的時候采用了兩塊MAC芯片，一個叫可被搶占的MAC，一個叫快速的MAC，快速MAC發(fā)現(xiàn)我的周期到了，調(diào)度器就會把可被搶占推到堆棧里，你先等會，兄弟，我事情比較急，先過去，反正你不著急，打斷就打斷了，等他們走了再傳一樣的。

　　這個機制在標準里由IEEE802.1Qbu+IEEE802.1br,這個IEEE802.3br就是硬件的MAC標準，Qbu則是這個調(diào)度機制的名字。

　　這個機制就是有點麻煩，得硬件上專門弄個兩塊MAC這種的方式，所以，可能價格會貴點吧，但是，效率肯定比Qbv還要高點，否則，這錢花的沒有頭腦的。

　　策略4：周期性排隊與轉(zhuǎn)發(fā)（IEEE802.1Qch）

　　還有一種機制，叫周期性排隊與轉(zhuǎn)發(fā)（CyclicQueningandFowarding），這個機制針對橋節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的時候有個“一個周期走一步”的策略，比如，從這個點到另一個點，中間要經(jīng)過好幾個橋—比如隊列里的4/5兩個人，他們就每個周期相互客氣一下，4號說，5號兄弟你先走，我這里輸入數(shù)據(jù)，你輸出，下一個周期，5號隊列說，我這會輸入數(shù)據(jù)，4號大哥你走吧，這個有點不好，就是對于這4號、5號兩個兄弟來說，他們都是每隔一個周期才能經(jīng)過一個橋，不過，好處也是有的，就是具有了“確定性”—怎么說這個時間也是確定的??！當然了，這個同時也是要跟Qbv里提到的那個門控制隊列有關(guān)，就是整個隊列都有一個門控制隊列給掃描開關(guān)端口。

　　當然了，還有一些其它的整形器和調(diào)度策略，例如ATS-針對異步數(shù)據(jù)整形器，進一步優(yōu)化帶寬使用效率，而IEEE802.1CB則是冗余方案，幀復制和丟棄的機制，這里就不多說了，否則太長了。

　　第三件事情：網(wǎng)絡配置

　　你家里買了個電飯煲，你做飯的時候也要設(shè)置一下參數(shù)吧？

　　這個想起來似乎不夠直觀，大家想象一下鐵路調(diào)度系統(tǒng)，每個車輛的速度（如復興號、和諧號、動車組都不相同）、運行站點間距（北京到上海有?？繑?shù)量不同的車輛）、需要經(jīng)停車站名稱、車廂數(shù)量（8編組、12編組、16編組-對應展臺也會不同），這些都是鐵路這個輸送系統(tǒng)節(jié)點的能力、需求信息，而每個鐵路站點就相當于站臺號（入站臺軌道切換信息）、站臺的?？课恢茫ㄟ€要每個車廂?？康脚抨牭某丝驼镜奈恢茫?、列車的延時信息（有時候也會晚點）、其它車輛的進出時間信息，而且在鐵路調(diào)度中，會有閉塞系統(tǒng)，即，每個列車進入軌道運行期間需要先申請授權(quán)，然后占用后，別的車輛就不能使用，這些都是需要嚴格的調(diào)度的，整個全國火車的調(diào)度就是在既定的《全國鐵路列車時刻表》—就是整個鐵路網(wǎng)絡的調(diào)度配置表。

　　而具體的乘客則根據(jù)售票系統(tǒng)搜集需求，并且自動計費，包括退票、換票的機制，這些都是網(wǎng)絡需求在變化，然后分配車票的預售系統(tǒng)，給各個路段配置車票額度等，包括根據(jù)歷史信息來調(diào)配車票—以實現(xiàn)最大的經(jīng)濟效益，這些都是智能調(diào)度系統(tǒng)來完成。

　　是的，鐵路調(diào)度系統(tǒng)就是在復雜的網(wǎng)絡節(jié)點、用戶需求及動態(tài)變化中，為網(wǎng)絡調(diào)度處最高效的運行效率，獲得高的經(jīng)濟效益。

　　TSN也有類似這個過程，TSN第三個重要的標準在于網(wǎng)絡和用戶配置，因為，你這個網(wǎng)絡數(shù)據(jù)類型比較復雜、節(jié)點數(shù)又比較大，又有橋節(jié)點（交換機）和終端節(jié)點（如控制器、IO站、儀表），他們各自的需求如帶寬、周期、丟包率、數(shù)據(jù)負載都不同，這是用戶的需求，而網(wǎng)絡的節(jié)點能力，如時鐘精度、支持的調(diào)度機制等都是不同的，那么，就需要一個整體的優(yōu)化和路徑的確定，這個就是IEEE802.1Qcc-這個稱為增強型的流預留協(xié)議，其實在前面提到的汽車行業(yè)里IEEE802.1Qat就是一種配置方式，這個方式比較簡單。

　　Qcc是一個數(shù)據(jù)節(jié)點、橋節(jié)點的注冊信息，把網(wǎng)絡節(jié)點能力、用戶需求進行匹配，然后生成最佳路徑表發(fā)給每個節(jié)點，由他們進行數(shù)據(jù)流的調(diào)度和管理，當網(wǎng)絡發(fā)生變化時，這些信息被更新，并重新定義網(wǎng)絡的調(diào)度表。

　　TSN要干的三個大事講完了，大家就大致明白了TSN就是個對表、調(diào)度、配置三件事的各種標準組合。

　　下次再講講現(xiàn)在TSN的進展吧，誰都干什么了？進展到什么程度了？要想開發(fā)的話，有什么資源可以用？