时间敏感型网络（TSN）是一组IEEE标准，旨在通过以太网提供对时间敏感网络的数据传输。TSN非常适合需要以确定性方式发送周期性信息的实时系统的通信要求。

但是，TSN还可以做更多的事情。例如：TSN可以为以前无法在以太网上运行的应用程序提供实时数据通信。可以为这些应用程序提供一个效率、带宽和性能都得到改进的“新宇宙”。

当然，没有什么技术单一发展和使用的。TSN是一种低层网络技术（第1层和第2层），需要与更高层的网络和连接技术（第3-6层）结合才能发挥其全部潜力。DDS是实现这一目标的最佳方法。例如，当DDS位于网络堆栈中的TSN上方时，用户可以通过简单配置应用程序级QoS并使用DDS进行发布-订阅通信。这样做可以将确定性直接带给边缘自治的应用程序，而无需配置网络交换机或执行自定义编程。

一、最适合实时性需求

那么，为什么DDS和TSN天生适合？关键原因在于，将它们结合使用时，可以使用商业上可用的标准技术集成实时应用程序组件。这是一个明显的优势，因为定制或专用技术的制造成本往往很高且难以维护。随着技术的发展，自定义技术无法与新系统和技术集成，将无法跟上潮流并最终成为孤岛。网络技术的演进就是这样的一个例子：早期，有数百种彼此不互通的网络技术。随着时间的流逝，所有这些技术都被整合为各种以太网标准（用于第1层和第2层）和TCP / IP（用于第3层和第4层）。而其他自定义技术成为孤立的孤岛，无法从Internet的技术中进步和发展。

如今，Internet应用程序使用高级（第5层和第6层）中间件和“连接框架”技术（例如MQTT，DDS，OPC-UA，HTTP / REST等）进行集成。这些中间件技术将应用程序与实施细节隔离开来，使其能够构建强大的分布式系统，并且可以随着时间的推移而发展。它们促进了数据模型的创建和共享，并为简化应用程序开发的通信模式（例如发布-订阅和远程服务调用）提供了支持。

但是，由于中间件和网络技术无法提供应用程序所需的性能和/或确定性（例如，有限的延迟和抖动），因此许多硬实时系统无法利用这些优势。因此，他们被迫使用专用解决方案，包括专用的“工业协议”和定制的网络硬件。

DDS和TSN的组合可以改变这种情况。为了理解这一点，让我们剖析每种技术提供的功能以及它们如何协同工作。

TSN提供了一项出色的技术，可以通过以太网传递实时流量。它允许定义每个流的时序，并配置网络路径（包括交换机）以确保满足该配置要求。它还为不同的数据流提供隔离，因此实时流量不会受到同一网络上发生的其他通信的干扰。但是，由于该技术在配置堆栈中处于较低级别，因此应用程序必须配置数据流，数据包大小，频率，优先级，网络端点等。尽管可以为几个节点和流的简单应用程序完成此操作，但对于更复杂的系统却变得很棘手。

DDS提供了一项出色的技术，可以集成由单独的组件构建的应用程序。它离应用程序更近。它在主题，应用数据类型，应用程序相关QoS（例如，可靠性，耐久性，优先级，截止日期）方面提供了更高级别的接口，并处理诸如发现端点和设置通信路径等较低级别的细节。然而，尽管DDS试图通过使用高效的二进制协议来做到最好，但它不能保证确定性行为，因为它不能控制底层网络层：它必须与基础网络（例如UDP / IP）相兼容。

DDS和TSN的结合提供了两全其美的解决方案。

二、增强QoS策略

实时系统的关键是QoS的概念。结合DDS和TSN，可以在分布式系统中指定和实施与应用程序相关的QoS。这使系统管理员可以指定诸如哪些数据流需要可靠、延迟预算、截止日期、持久性要求、数据寿命等。DDS可以使用此信息自动配置TSN网络，从而可以保证QoS。

将DDS与TSN结合使用还可以通过DDS中的QoS功能节省时间。除了配置与应用程序相关的DDS QoS外，该应用程序无需做其他事情。下层TSN相关配置繁琐细节是自动化生成，因此大大简化了应用程序集成和部署。

三、降低复杂度

TSN最初的驱动因素是音频和视频数据，因为这些系统发送需要精确协调的高带宽。例如，发送到多个扬声器的信号需要精确同步，以使听众获得正确的声音感知。随着这种趋势的发展，许多其他行业表明他们也面临着类似的挑战。例如：多轴控制机器，机器人，3D打印和汽车都是很好的例子，因为它们涉及在多个端点发生的协调动作。

因此，所有流量都可以共享一个实时TSN，而不是使用多个网络和多个线路。这在可以降低网络复杂性和降低硬件方面的成本。它还可以保证设计的前瞻性——只需将新组件插入公共TSN网络即可添加新组件。

DDS在应用程序层也解决了该问题。应用程序流程和组件也可以在通用DDS数据总线中“插入”。除了改善分布式系统的互操作性，带宽和性能外，您将不会像1950年代电话总机的系统架构那样处处受限。

结论

DDS和TSN一起可以更高效的实现实时网络数据通信功能。目前，有人提议由对象管理组织（OMG）开发一个带有TSN的DDS新标准。

使用标准技术和中间件集成硬实时应用程序的能力可能是一场革命。能够促进在商业技术发展提供商的生态系统使用共同的工具链，实现降低成本，并大大简化应用程序开发人员和系统集成商的职责。此外，这将确保生成的系统不会孤立，并保留轻松整合未来技术优势的能力。

作者介绍

Gerardo Pardo-Castellote：RTI公司的首席技术官，获得了斯坦福大学的计算机科学硕士学位和博士学位。负责RTI的技术方向，标准化工作和产品架构。