最近，我的一位同事参加了在奥地利林茨开普勒大学的座谈会，发生了一件有趣的事情。尽管时间敏感型网络（TSN）是一个相对较新的标准，但他仍然惊讶于有关TSN和数据分发服务™（DDS）如何一起工作的问题而感到惊讶。这告诉了我们一些事情：许多系统架构师似乎已经相信，TSN在未来的系统设计中将扮演越来越重要的角色。
TSN是一组IEEE标准，旨在通过以太网提供对时间敏感的数据传输。 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可能会做更多的事情。原因很简单：TSN可以为以前无法 在以太网上运行的全新应用程序提供实时通信的基础。因此，这些应用程序可以使用效率，带宽和性能改进的新领域。
但是，当然，没有什么是凭空运作的：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。在我看来，DDS是实现这一目标的最佳方法。例如，当DDS位于堆栈中的TSN上方时，突然之间，您可以通过简单地配置应用程序级QoS并使用DDS进行发布-订阅通信来使用实时服务质量（QoS）。这将确定性直接带给Edge Autonomy应用程序，而无需配置网络交换机或执行自定义编程。
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，它们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，自定义技术将无法跟上并最终成为孤岛，无法与新系统和技术集成。网络技术的演进提供了一个示例：早期，有数百种彼此不互操作的网络技术。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）。其他技术成为孤立的孤岛，无法从Internet的技术进步中受益。
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细节隔离开来。网络化，并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，并为简化了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要求，并配置网络路径（包括交换机）以确保满足要求。它还为不同的流提供隔离，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，应用程序数据类型，与应用程序相关的QoS（例如，可靠性，持久性，优先级，截止日期）方面提供了更高级别的界面，并处理了诸如发现端点和建立通信之类的较低级别的细节。路径。但是，尽管DDS尝试通过使用有效的二进制协议来尽力而为，但它不能保证确定性的行为，因为它不控制底层网络层：它必须与基础网络（例如UDP / IP）可以提供的内容兼容。
DDS和TSN的结合提供了两全其美的方法。
增强QoS策略
实时系统的关键是QoS的整个概念。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流需要可靠，延迟预算，期限，耐用性要求，数据寿命等方面的信息。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。自动配置下层TSN概念的繁琐细节，因此大大简化了应用程序集成和部署。
降低复杂度
TSN的原始驱动程序是音频和视频社区，因为那些系统发送需要精确协调的高带宽信号。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，许多其他行业指出它们也面临着类似的挑战。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。这在复杂性和硬件方面提供了显着的节省。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“插入”通用DDS数据总线。除了改善分布式系统的互操作性，带宽和性能外，您将不会受制于看起来像1950年代电话总机的系统架构。
结论
显然需要DDS和TSN可以一起完成。当前，甚至有一个建议，对象管理小组（OMG）为带有TSN的DDS开发新的标准。 RTI参与了这项工作，并有望在2020年成为OMG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革命性的。这将使跨商业技术提供商生态系统开发通用工具链。这将降低成本，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。要了解有关此主题的更多信息，建议您阅读RTI的Rajive Joshi撰写的此博客。
