TTE和TSN是目前實現确定性以太網交換的兩種主要途徑。由于TTE技(jì)術(shù)研究較早，SAE AS6802标準在IEEE 802.1 TSN工(gōng)作組成立之前就(jiù)已經發布，因此在高(gāo)端裝備（如航空航天、智能(néng)汽車等）研制領域，TTE成為(wèi)确定性以太網交換的首選方案。随著(zhe)TSN标準規範的日漸成熟完善，相(xiàng)關芯片、軟件(jiàn)和整體解決方案不斷完善，能(néng)否在高(gāo)端裝備制造領域中使用标準TSN技(jì)術(shù)取代TTE已經成為(wèi)令人關注的問題。
對于标準以太網，TTE和TSN在時間同步、可靠性和轉發延時保證等方面都進行了增強。轉發交換的延時保證機(jī)制是确定性交換的核心。TTE和TSN在延時保證方面不同的實現機(jī)制，反映了TTE和TSN具有不同的設計哲學。而設計哲學的差異可能(néng)預示了兩種技(jì)術(shù)不同的發展前景。
一(yī)、設計哲學差異
以太網自(zì)1973年(nián)發明，是計算(suàn)機(jī)網絡50年(nián)發展史中可與IP相(xiàng)媲美的最為(wèi)成功的技(jì)術(shù)之一(yī)。TTE和TSN都是架構在标準以太網上(shàng)的确定性交換技(jì)術(shù)，但TSN必将成為(wèi)根正苗紅(hóng)的“以太網2.0”,而TTE隻有以太網的“形”，缺少以太網的“神”，随著(zhe)TSN技(jì)術(shù)的發展，必将被淘汰。
圖1是TTE實現機(jī)制（出自(zì)TTTech研究人員(yuán)撰寫的論文[1]）和TSN802.1Qch定義的CQF機(jī)制在确定性交換實現機(jī)制方面的比較。
圖1确定性交換實現機(jī)制比較（a）TTE （b）TSN的CQF機(jī)制
對于TTE交換機(jī)，輸入接口收到(dào)TT分組後，會(huì)查找接收調度表，對比分組接收時間是否落在合法的接收窗(chuāng)口（w）内，如果在窗(chuāng)口内，則會(huì)得到(dào)一(yī)個(gè)分組緩沖區地址，将分組寫入RAM中的緩沖區。否則丢棄分組；在每個(gè)輸出接口，發送調度表中會(huì)配置RAM中每個(gè)分組的發送時間（T），當發送時間到(dào)達時，輸出調度器(qì)從(cóng)相(xiàng)應的buf中讀(dú)取分組發送。接收調度表和發送調度表都是離線計算(suàn)得到(dào)，分組轉發模型實際上(shàng)是由接收和發送調度表控制的對RAM的讀(dú)寫操作。顯然，接收和發送調度表的規模以及RAM中緩沖區的個(gè)數都與TT流量的特性和負載相(xiàng)關。
對于支持CQF的TSN交換機(jī)，每個(gè)交換機(jī)内部隻需兩個(gè)按照(zhào)乒乓隊列Q1和Q2，時間軸被簡單的劃分為(wèi)奇數時槽S1和偶數時槽S2。輸入接口在奇數時槽S1接收的分組進入隊列Q1，在偶數時槽接收的分組進入隊列Q2。輸出接口調度的整型機(jī)制也十分簡單，S1時槽隻能(néng)調度Q2中的分組，S2時槽隻能(néng)調度Q1中的分組。顯然，當時槽寬度為(wèi)d時，如果交換機(jī)保證S1時槽接收的分組（進入Q1）在下(xià)一(yī)個(gè)S2時槽發送，而S2時槽接收的分組（進入Q2）在下(xià)一(yī)個(gè)S1時槽發送，那麽分組在交換機(jī)中延時上(shàng)界為(wèi)2d，下(xià)界為(wèi)0。分組在經過K個(gè)這樣的交換機(jī)時，延時的上(shàng)限為(wèi)(K+1) *d，下(xià)限為(wèi)(K-1) *d。
上(shàng)述分析可知，TTE和TSN在實現上(shàng)有一(yī)些明顯差異，如下(xià)表所示。
上(shàng)述對比可見(jiàn)，TTE在設計時并沒有利用到(dào)作為(wèi)網絡分組交換基礎的排隊論，沒有用隊列對應用相(xiàng)關信息進行分類聚合，因此實現複雜(zá)度較高(gāo)。或者說，TTE隻用到(dào)了IEEE 802.3以太網的MAC層規範，而與IEEE 802.1定義的網橋實現機(jī)制無關。因此TTE交換機(jī)設計沒有相(xiàng)應的規範可借鑒（這也是多(duō)數人認為(wèi)TTE是TTTech“私有技(jì)術(shù)”的原因）。
與TTE不同，TSN交換的核心機(jī)制本身就(jiù)是IEEE 802.1工(gōng)作組制定的，是對802.1Q網橋協議的擴充和增強。TSN更加強調針對不同TSN應用場景對輸出調度整型機(jī)制的擴充。因此TSN在轉發交換方面的所有工(gōng)作都考慮與現有的以太網交換前向兼容，可看(kàn)作“以太網2.0”。
從(cóng)另一(yī)個(gè)角度看(kàn)，TTE是從(cóng)分布式系統設計角度提出的，而TSN是從(cóng)網絡角度提出的兩種不同的解決方案。一(yī)旦技(jì)術(shù)落地需要在交換芯片中實現，毫無疑問後者更具有優勢。
二、發展前景預測
我們認為(wèi)，未來5-10年(nián)TSN将會(huì)取代TTE，成為(wèi)高(gāo)端裝備制造領域主流的交換網絡方案。主要原因如下(xià)。
一(yī)是與TSN相(xiàng)比，TTE的優勢在于時間同步。與IEEE 1588定義的PTP協議不同，TTE的時間同步不需要單一(yī)的主時鍾源（GrandMaster），是一(yī)種全分布的高(gāo)可靠時間同步機(jī)制，支持多(duō)種故障模型。然而時間同步機(jī)制在交換實現中相(xiàng)對獨立。既然當前TSN可以針對不同場景定義了不同的輸出機(jī)制（基于信用/時間感知/異步等），TSN也可以擴充支持多(duō)種時間同步機(jī)制，如需要外部時鍾源的時間同步機(jī)制（IEEE 1588）不需要外部時鍾源的内部同步機(jī)制（AS6802）；
二是TSN交換實現機(jī)制前向兼容目前标準以太網的交換機(jī)制。在現有以太網交換芯片絕大多(duō)數邏輯保持不變情況下(xià)，隻需增加時間同步和輸出接口整型邏輯即可支持TSN交換，因此容易被工(gōng)業(yè)界接收；
此外，除了高(gāo)端裝備制造領域外，TSN還(hái)會(huì)在工(gōng)業(yè)互聯網、5G前傳網絡中得到(dào)應用。特别是TSN将作為(wèi)工(gōng)業(yè)互聯網基礎設施重要組成部分被大力推廣，IEC/IEEE也正在聯合定義工(gōng)業(yè)智能(néng)制造中TSN的應用場景。未來市(shì)場更大，熟悉TSN的人才更多(duō)将是促進TSN技(jì)術(shù)發展的最根本的推動力。
參考文獻：
[1]Domi¸tian T˘amas¸–Selicean，Paul Pop，WilfriedSteiner. Synthesis of Communication Schedules for TTEthernet-BasedMixed-Criticality Systems. CODES+ISSS’12, October 7–12, 2012, Tampere, Finland.
