Q：什么是TSN？

传输，使标准以太网能够提供确定性传输能力，目前正通过厂商独立的标准化进程，逐渐成为全球认可的

新型工业通信技术。

1 TSN相关标准

时间敏感网络由一系列协议标准组成，其中核心标准如下。

IEEE 802.1AS：精准时钟定时与同步协议。

IEEE 802.1Qat：流预留协议。

IEEE 802.1Qav：排队与转发协议等。

这些标准中提供的机制能够保证时延敏感型业务对于低时延、高可靠性等的需求。

通过建立对时间同步的统一理解以及对所有数据包和信息的统一处理，TSN允许数据使用通用的数据链路

层语言。由于TSN的大部分协议均基于数据链路层（层二），与上层网络协议无关，理论上可以部署在任

何采用以太网技术的网络环境中。

为了TSN能够更好地适应复杂的工业应用场景，IEEE对部分原标准进行了微调，并增加了相关的工业性

能标准，TSN相关标准见下表。

2 TSN性能特征

① 时钟同步。

- 由于大多数TSN应用程序都要求终端及时同步，TSN网络使用电力系统中应用的精确时间协议IEEE

1588，给所有以太网帧添加时间戳，其内部时钟可同步到0.01~1μs的精度。

② 零拥塞丢包。

- 拥塞丢包是指网络节点中输出缓冲区发生溢出，是传统以太网中丢包的主要原因。通过调整数据包的传

送并为关键数据流分配足够多的缓冲区空间，可以消除拥塞。以上方式可以保证任何给定的关键数据流都

能满足网络端到端传输数据包的最大时延要求。

③ 超高可靠性。

- 设备故障同样可能导致网络丢包，为了最大限度地避免设备故障对数据传输的影响，TSN通过多个路径

发送序列数据流的多个副本，当多个副本到达同一个节点时，节点会根据流序列号消除副本然后再转发出

去。由于每个数据包都被复制并被传送到其目的地，所以单个设备故障不会导致数据包丢失。

④ 与“尽力而为”共存。

- 除非关键数据流的需求消耗了过多的特定资源（例如特定链路的带宽），否则系统可以调节关键数据流

的速度，这样“尽力而为”网络的QoS保障技术，例如优先级调度、分层QoS、加权公平队列等仍可以按照

其惯常的方式运行。

3 TSN在电力物联网中的应用

1.智能电网控制

目前，智能电网架构中的“源—网—储—荷”调控主要为集中式调控，对涉及分布式运行的每一个单位的状

态感知与控制具有高实时性、高可靠性要求，智能电网中部署的许多系统均依赖于基础网络的高可用性和

确定性行为。例如，智能电网中分布在各地的管理调度系统、变电自动化系统和继电保护装置等。

低时延信息传输和可靠的电力输送能够使电力系统更加智能，并克服了诸如组件故障、容量限制和影响电

力输送的灾难等挑战。未来，风力、光伏等可再生分布式电源将逐步接入电网，成为城乡居民生产生活的

重要电力来源。

然而，此类分布式电源受自然影响较大，实际输出存在很大的随机性与波动性。由于电能不能大量存储，

分布式电源接入电网后，需要即发即用，如果没有及时启用相应容量的电力负荷，只能“弃风弃光” ，造成

大量可再生能源的浪费。同时，分布式电源接入电网存在接入点多、接入距离远近不一、接入规约繁杂等

问题，造成整个系统同步运行可靠性低，时钟的可信度差，进一步影响集中调控的效率和质量。

应用TSN技术可以收集全网各负荷点的实时运行数据、开关状态信息、网络拓扑信息、分布式电源的运行

工况以及储能单元的电荷状态信息等，能够将电网、电源、负荷（储能）三侧的可调节资源基于时间/时

序精确预测，根据约束条件和优化目标时间颗粒度，得出有功功率全局优化控制策略和无功功率全局优化

控制策略。

2.电力生产自动化

实时控制的工业应用需求是推动TSN技术不断发展的重要驱动力，工业互联网通常要求底层网络提供实时

服务质量、可靠性和安全性等属性。TSN技术将是实现工业互联网的重要手段。

在电力生产环境中，可能有成千上万个现场传感器向电厂控制中心报告温度、湿度、风速、实时发电量等

数据，应用TSN技术的电网控制系统能够自动使用各种数据来控制执行器、启动新的生产阶段、安排维护

或触发报警等。

3.电厂建筑自动化系统

建筑自动化系统能够管理电厂中的设备和传感器，实现电力生产能耗的降低，同时提供过载、火灾等监控

功能以应对相关紧急情况，分布在建筑物各处的各种传感器对通信时延也提出了较高要求。

以火灾探测为例，当发现火灾时，建筑自动化系统须完成火灾报警、关闭空气阀门、关闭火灾百叶窗与防

火门、开启消防喷头等一系列动作。

在这一过程中，建筑自动化系统的服务器需要与多个控制器以及对应数量更多的传感器进行数据传输。

由于控制器与传感器之间具有特定的时序要求，需要在极短时间内完成多次测量，并完成数据回传。

如果建筑自动化系统需要控制直流电机，那么还需要极短的反馈间隔与极低的通信时延，同时对可靠性也

提出较高要求。这些性能要求均可通过TSN技术得到满足。