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TSN时间敏感网络帧抢占的研究与电路实现
电子技术应用
陈三伟，赵伟，方震，王雨亭，何泉初
中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要： 时间敏感网络（Time Sensitive Network， TSN）是一种新型网络技术，在传统的以太网技术基础上，对关键数据的实时性、可靠性和安全性方面进行了增强，可满足工业互联网、自动驾驶、医疗健康等领域的需求。针对TSN中的帧抢占技术进行了研究分析，实现了帧抢占电路。作为TSN网络交换芯片的重要部分，实现了TSN帧抢占等芯片实现的自主创新，在相关时间敏感领域具有较好的应用价值。
关键词： TSN 前导码 CRC MAC 实时
中图分类号：TN402 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234467
中文引用格式： 陈三伟，赵伟，方震，等. TSN时间敏感网络帧抢占的研究与电路实现[J]. 电子技术应用，2024，50(4)：29-32.
英文引用格式： Chen Sanwei，Zhao Wei，Fang Zhen，et al. Research and circuit implementation of frame preemption for TSN time-sensitive network[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(4)：29-32.
Research and circuit implementation of frame preemption for TSN time-sensitive network
Chen Sanwei，Zhao Wei，Fang Zhen，Wang Yuting，He Quanchu
No.58 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation
Abstract： TSN (Time Sensitive Network) is a new type of network technology that enhances the real-time, reliability and security aspects of critical data on the basis of traditional Ethernet technology, which can meet the needs of industrial Internet, automatic driving, healthcare and other fields. Aiming at the emerging technology of TSN, this paper researches and analyzes the frame preemption technology in TSN and realizes the frame preemption circuit. As an important part of TSN network switching chip, it realizes the independent control of TSN frame preemption and other chip implementations, which has good application value in related time-sensitive fields.
Key words : TSN；preamble；CRC；MAC；real-time；Ethernet

引言

随着工业自动化、自动驾驶、医疗健康、航空航天等领域的不断发展，传输大数据的同时对关键数据流的实时性、可靠性和安全性的要求越来越高，传统网络已难以满足需求。因此IEEE 802.1 TSN工作组提出了时间敏感网络（Time Sensitive Network, TSN）技术。TSN通过对传统以太网进行扩展，新增了对时延敏感的关键数据服务质量的保障，实现了低时延、低抖动和可靠的网络。同时，由于TSN是传统以太网的扩展，因此还具有跨平台、兼容性强等优点，能够在不同的行业领域得到广泛应用。

时间敏感网络协议组从时间同步、调度整形、资源管理、可靠性等方面进行了规范，以保证时延敏感流的服务质量。而在调度整形机制方面又分为同步的调度整形机制和异步调度整形机制，本文研究的帧抢占（Frame Preemption）则属于异步调度整形机制的一种。

帧抢占技术的出现主要是为了应对实时通信领域中的紧急事件和突发事件，如控制命令、紧急报警、紧急事件等，这些事件需要在非常短的时间内得到响应，否则会导致系统延迟、故障和损失。在传统以太网中，传输数据的优先级是由帧头中的VLAN（Virtual Local Area Network）优先级标记来确定的，但是这种优先级机制无法满足实时通信中对紧急事件的及时响应要求。因此，帧抢占技术的提出，可以通过对数据流进行抢占和控制，实现紧急数据的优先传输，从而提高实时通信的性能。同时在TAS（Time Awareness Shaper）场景下结合帧抢占技术可提高网络的使用率。


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作者信息：

陈三伟，赵伟，方震，王雨亭，何泉初

（中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡  214035）


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