基于蓝牙 WiFi组合模块的智能空气净化器解决方案

智能空气净化器方案硬件搭配：

(1) 手机app软件：用户通过3G/4G/wifi连接云端，在手机端远程 *** 控家里的空气净化器

(2) 云端服务器：负责存储空气质量数据，以及执行用户的 *** 控指令

(3) 蓝牙+WiFi组合模块WG222：负责接收蓝牙模块透传过来的空气质量数据并上传云端

(4) 内嵌ble蓝牙模块的空气检测传感器：布置在各个房间里面，负责采集各房间的温度、湿度和空气质量度（pm25等）

方案概述：

将蓝牙+WiFi组合模块WG222接入智能空气净化器方案的主控制板电路中，内嵌ble蓝牙模块的空气传感器负责实时自动采集各房间的温度、湿度和空气质量度，通过ble蓝牙模块将数据透传给WG222的ble蓝牙部分，透传过来的空气质量数据再通过WG222内部的串口传给WiFi部分，WiFi部分负责上传空气质量数据到云端，手机app就可以通过3G/4G/wifi远程连接沟通云端，按自己的需求远程 *** 控净化器的加强或减弱等

方案整体应用框架：

该方案的优势：

（1）空气质量无线实时自动采集，在手机app可以实时查看

（2）去硬件按键 *** 作，全程手机app *** 控

（3）手机app查看家里空气质量，远程 *** 控净化器，即使不在家里也可随时 *** 控，方便省心

智能空气净化器解决方案应用场合：

（1）智能家居：关爱宝宝与长辈的身体健康，给家人一个洁净的空气

（2）智慧商场、博物馆：方便商场对净化机的管理与控制，减少人员 *** 作。

（3）智慧办公场所：改善封闭环境的空气质量，极大提高工作效率与员工健康

蓝牙+WiFi组合模块：

智能空气净化器方案的主体选用的是ble蓝牙+WiFi组合模块WG222，基于MT7697研发。模块拥有1x1 80211n双频Wi-Fi，蓝牙和电源管理单元。 还包含ARM Cortex-M4F MCU以及许多接口，包括UART，I2C，SPI，I2S，PWM，IrDA和辅助ADC，只需要一个外部33V电源即可正常工作。

蓝牙+WiFi组合模块

模块特征：

（1）处理器部分

具有高达192MHz时钟速度的FPU的ARM Cortex-M4 MCU

22个通用IO与其他接口复用

电压供应：33V±10％

（2）WiFi部分

80211 a / b / g / n

在24GHz频段5GHz频段支持20MHz，40MHz带宽

双频1T1R模式，数据速率高达150Mbps

自动信标监视/扫描

80211 i安全特性：预认证和TSN; 硬件加密引擎AES，DES / 3DES，SHA2，用于网络安全

基础设施BSS工作站模式/ SoftAP模式

（3）蓝牙部分

BLE蓝牙42

最大发射功率+10 dBm

BLE信标

模块尺寸：313mm 203mm 32mm

也有国产方案的WiFi+蓝牙组合模块LCS2028

LCS2028是一款小尺寸，低功耗，支持24GHz单频80211b / g / n ，蓝牙双模51的低成本串口WiFi+串口蓝牙组合模块，支持UART-WiFi -以太网数据传输。可以支持AP 和STA 双角色连接，并同时支持经典蓝牙和低功耗蓝牙连接。运行速度最高可到120 MHz 得32-bit MCU 以及内置的256 KB RAM，可以使得芯片支持云连接。

LCS2028 拥有丰富的外设，如PWM、I2C、UART、SPI、SDIO 以及IrDA。可以直接通过UART下载和烧录程序。LCS2028 可以提供当前收发器的收发状态指示，从而支持外部的PA 和LNA 扩展。

LCS2028 内嵌eFUSE 并支持FLASH 内的OTP 读写，可以用于提供唯一序列号、代码加密并保护调试接口安全。内部集成了真随机数发生器和安全模块，保证通信的安全和快速的身份验证和网络连接。

LCS2028 支持低功耗睡眠模式，MCU 可以进入睡眠状态，达到微安级的睡眠电流。LCS2028 支持的深度睡眠模式，可以在几个微安的电流下，运行32 位时钟，并可以被此时钟唤醒或者被任何GPIO 唤醒。

功能特性

符合 IEEE 80211b/g/n WLANs

集成经典蓝牙和低功耗BLE系统

蓝牙和Wi-Fi 共享天线和收发电路。

内部基于优先级的调度逻辑保证蓝牙和Wi-Fi 双连接的稳定并能够有效地共享空中资源。

80211 n（24 GHz），高达150 Mbps

AT Set，云服务器，应用程序

网络协议：IPv4，TCP / UDP / >

256 KB 内部RAM

2MB 内部Flash

256 Byte ~ 2 KByte OTP

Wi-Fi保护访问（WPA）/ WPA2/ WPA2企业版/无线网络连接受保护的设置（WPS）

六路高速10 位多通道ADC，并支持内部滤波到16 位

支持Station/Soft AP模式

符合RoHS（无铅）、FCC、CE认证标准

33V供电

24016032（mm）

模块优势

国产芯片方案，性价比更高；

SMD贴片封装，尺寸小巧，更易集成；

低功耗硬件设计和软件架构，功耗更低；

支持串口透传，契合物联网数据传输需求；

加速产品智能化设计，加快产品上市速度并降低开发成本；

可通过串口AT指令控制。

该组合模块应用：

BLE信标

蓝牙网关

可穿戴电子设备

Wi-Fi位置感知设备

安全ID标签

工业无线控制

智能家居

姓名：刘家沐

学号：19011210553

资料来源于网上，自己编辑整理

嵌牛导读：时间敏感网络的目标就是实现同一个网络中实时性关键数据流与普通数据流有良好兼容性的共同传输。要实现这两种业务的融合就是要求时间敏感网络中设备对时间表有着精准的把控，实现实时性关键业务所要求的低时延低抖动。此外，如果能将各类设备错综复杂的业务流在同一网络上进行传输，这便意味着专用网络连线的减少，简化系统设备的部署流程，同时又能减少系统设备的体积与花销。

嵌牛鼻子：时间敏感网络      TSN   确定性传输

嵌牛提问：近些年来被提出的时间敏感网络相关问题

嵌牛正文：

一． 问题提出

传统的以太网通常采用的转发模式是“Best Effort”（尽力而为），但是这种转发方式往往缺乏确定性。当数据包到达发送端口后并准备发送时，发送端按照先入先出的原则进行转发，但是当某个发送端口同时有多个数据要进行发送的时候，这些数据就要进行排队，排队等待时长由队列长度，数据发送速度等多个因素决定。如果网络中流量过大，便会出现拥塞或者丢包等情况，排队等待时间也会变得无法预测，确定性也就无法保证，这就会引起流量调度，时间同步，流量监控，容错机制标准化等问题。

在带宽足够的情况下，这种尽力而为的以太网可以适应于目前大多数的情况，但在某些应用领域这种不确定性是不可容忍的，例如远程医疗或者网络辅助的自动驾驶。在这些安全或者生命攸关(Security or Life Critical)的网络应用中，某次信息的传输不确定性可能会带来无法挽回的后果。

这时，建立可靠的传送机制就成了摆在技术人员面前的首要问题。

为了保证某些较为重要的受控物理系统的确定性行为，需要实时网络具有确定且较低的网络延迟和延迟变化（抖动）。传统上，现场总线已经用于此目的，但由于总线的设计，花销，体积，重量等多种因素，时间敏感网络开始被提出。

时间敏感网络（Time Sensitive Networking，TSN）基于标准以太网。在标准以太网上的通信流量（如音视频流）可以与具有高优先级确定性信息流(如运动控制)等共享物理网络。不同的服务对时延的要求不一样，尤其是在那些需要确定传输的下行服务领域，对时延和抖动要求尤为敏感。

时间敏感网络的目标就是实现同一个网络中实时性关键数据流与普通数据流有良好兼容性的共同传输。要实现这两种业务的融合就是要求时间敏感网络中设备对时间表有着精准的把控，实现实时性关键业务所要求的低时延低抖动。此外，如果能将各类设备错综复杂的业务流在同一网络上进行传输，这便意味着专用网络连线的减少，简化系统设备的部署流程，同时又能减少系统设备的体积与花销。

TSN并非涵盖整个网络，而仅仅是对MAC层的定义，对数据帧进行处理的过程。
二．内容历史

AVB——以太网音视频桥接技术（Ethernet Audio Video Bridging）是IEEE的8021任务组于2005开始制定的一套基于新的以太网架构的用于实时音视频的传输协议集。它有效地解决了数据在以太网传输中的时序性、低延时和流量整形问题。同时又保持了100%向后兼容传统以太网，是极具发展潜力的下一代网络音视频实时传输技术。其中包括：

1 8021AS：精准时间同步协议（Precision Time Protocol，简称PTP）

2 8021Qat：流预留协议（Stream Reservation Protocol，简称SRP）

3 8021Qav：排队及转发协议（Queuing and Forwarding Protocol，简称Qav）

4 8021BA：音视频桥接系统（Audio Video Bridging Systems）

5 1722：音视频桥接传输协议（Audio/Video Bridging Transport Protocol，简称AVBTP）

6 1733：实时传输协议(Real-Time Transport Protocol，简称RTP)

7 17221：负责设备搜寻、列举、连接管理、以及基于1722的设备之间的相互控制。

AVB不仅可以传输音频也可以传输视频。用于音频传输时，在1G的网络中，AVB会自动通过带宽预留协议将其中750M的带宽用来传输双向420通道高质量、无压缩的专业音频。而剩下的250M带宽仍然可以传输一些非实时网络数据。用于视频传输时，可以根据具体应用调节预留带宽。比如：750M带宽可以轻松传输高清full HD视觉无损的视频信号。并且可以在AVB网络中任意路由。

IEEE 8021任务组在2012年11月的时候正式将AVB更名为TSN – Time Sensitive Network时间敏感网络。也就是说，AVB只是TSN中的一个应用。

第一个应用就是我们的专业音视频(Pro AV)。在这个应用领域里强调的是主时钟频率。也就是说，所有的音视频网络节点都必须遵循时间同步机制。

第二个应用是在汽车控制领域。目前大多数的汽车控制系统非常复杂。比如说：刹车、引擎、悬挂等采用CAN总线。而灯光、车门、遥控等采用LIN系统。娱乐系统更是五花八门，有FlexRay和MOST等目前的车载网络。实际上，所有上述系统都可以用支持低延时且具有实时传输机制的TSN进行统一管理。可以降低给汽车和专业的A/V设备增加网络功能的成本及复杂性。

第三个应用是商用电子领域。比如说，你坐在家中，可以通过无线WIFI连接到任何家中的电子设备上，实时浏览任何音视频资料。

最后一个应用也是未来最广泛的应用。所有需要实时监控或是实时反馈的工业领域都需要TSN网络。比如：机器人工业、深海石油钻井以及银行业等等。TSN还可以用于支持大数据的服务器之间的数据传输。全球的工业已经入了物联网(Internet of Things，IoT)的时代，毫无疑问TSN是改善物联网的互联效率的最佳途径。
三 研究现状与热点

TSN正在关键的小型封闭式汽车和工业网络中得到广泛采用，以建立可靠的ULL端到端连接。然而，关键的TSN限制恰恰是关注于封闭网络，例如车载网络和小规模机器人网络。在机器人和车载网络中运行的网络应用程序通常涉及与外部非TSN网络的显着交互。机器人和车载网络应用程序需要通过外部网络与移动性处理程序紧密集成。如果外部网络中没有适当支持高级网络功能（如移动性），那么TSN的好处基本上仅限于小型封闭网络。因此，TSN和不同外部网络之间的平滑互 *** 作性对于异构网络场景中的TSN *** 作是必不可少的。理想情况下，TSN和非TSN网络之间的连接应该能够适应与TSN类似的特性，以确保异构部署中的整体端到端连接要求。

V2X通信：Lee和Park提出了iTSN，这是一种将大型TSN网络互连用于大规模应用的新方法。 iTSN方法利用诸如IEEE 80211p的无线协议用于不同TSN网络之间的互联网。特别地，跨互连网络共享全球定时和同步信息对于建立公共定时平台以支持外部网络中的TSN特性是重要的。 因此，iTSN方法使得例如车载网络能够将安全关键信息发送到控制节点，例如路侧单元（RSU），在异构部署中具有微秒级的延迟。通过采用这种可靠的互连技术，可以在比当前可行的毫秒范围短得多的（微秒）时间跨度内实现车辆制动安全距离。总的来说，TSN和互连技术（如iTSN）可以为安全的自动驾驶系统创建一个通信平台。

网络建模：尽管TSN标准在汽车驾驶网络中得到了很大的重视，但网络部署的一个主要挑战是如何管理网络的复杂性。汽车行业随着技术的进步，对现有的车载网络基础设施提出了更多的要求。随着车载网络中传感器数量的增加，日益增加的连接 在网络规划中，应相应地满足传感器相互之间的连接和带宽要求。然而，车载控制系统网络需求的动态变化可能需要更广泛的网络基础设施，从而导致更高的支出。

硬件和软件设计：支持TSN功能的硬件和软件组件设计，例如TSN节点中的调度，抢占和时间触发事件生成，需要大量的工程和开发工作。硬件实现在计算资源利用率和执行延迟方面非常高效，但导致难以适应新应用程序要求的严格架构。 另一方面，软件实现可以灵活地适应新的应用程序要求，但由于网络功能的软件化，例如时间触发的调度和硬件虚拟化，可能使CPU过载。

总结和吸取的经验教训：迄今为止，大多数关于TSN的研究都集中在独立且与外部网络隔离的车载网络上。 TSN研究领域的另一个限制是缺乏包含大规模异构网络架构的仿真框架。应在基准评估中创建并考虑包括本地和外部网络交互（例如汽车驾驶）的有效用例。目前，大多数TSN研究中的一般用例是支持车载传感器连接和用于信息娱乐的音频/视频传输的车载网络。未来的定制TSN仿真框架应基于支持具有本地化和外部网络交互的下一代应用的网络，例如汽车驾驶。类似地，基于SDN的TSN管理可以利用分层控制器设计来将管理从诸如车辆网络之类的本地化网络扩展到诸如车辆到任何（vehicle-to-any （V2X））网络之类的外部网络。
 

四． 下一步研究趋势

TSN网络基础设施和协议必须支持有限的端到端延迟和可靠性，以支持与物联网，医药，汽车驾驶和智能家居中的关键应用相关的基本功能。用于满足这些应用要求的基于TSN的解决方案导致支持各种协议的复杂网络基础设施。因此，简化的TSN网络管理机制对于降低复杂性同时满足ULL应用的关键需求至关重要。

因此，多个TSN网络之间的可靠，安全和低延迟通信对于支持广泛的未来应用至关重要。 缺乏与外部TSN和非TSN网络连接和通信的TSN标准阻碍了互 *** 作网络中的研究活动，需要紧急解决。总之，我们确定了TSN研究的以下主要未来设计要求：

①　支持从时间敏感到具有流量调度功能的延迟容忍应用程序的各种应用程序。

②　多个封闭TSN架构之间的连接。

③　灵活和动态的优先级分配，以确保较低优先级流量的有限端到端延迟。

④　采用SDN以全球网络视角集中管理TSN功能。

⑤　通过自我估计和本地时钟偏差校正来实现高效的定时信息共享和精确的时钟设计。

⑥　计算有效的硬件和软件设计。
1 TSN中低优先级数据的传输

TSN节点抢占正在进行的低优先级帧传输，用于发送进入的高优先级帧以保证高优先级帧的绝对最小TSN节点传输延迟。根据高优先级流量的强度，可以多次抢占低优先级帧。结果，由于抢占事件直接取决于高优先级业务强度，因此不能保证低优先级业务的端到端延迟特性。如果高优先级业务强度明显高于低优先级业务强度，则可以大大增加低优先级业务的端到端延迟。通常，低优先级流量承载延迟敏感数据，这不如高优先级流量数据重要，但仍应在最坏情况下的deadline内传送。在当前的技术水平中，没有研究机制或标准来确保抢占下的低优先级业务的最坏情况端到端延迟。

因此，未来的研究需要开发新的机制，以确保TSN网络中低优先级流量的有界最坏情况延迟

2 无线TSN的发展

为了将工业设备（工业传感器/执行器）以无线方式连接到TSN网络，5G是非常合适的解决方案。与4G相比，5G的新功能，尤其是无线接入网络（RAN），提供了更好的可靠性和传输延迟。而且，新的5G系统架构允许被灵活地部署。因此，5G可以实现不受电缆安装限制的TSN网络。

“

5G泛终端融合有五个驱动力，5G时代里，每一个市场都可能是长尾市场，在马太效应，我们可以看到有更多数字化平台。

”

文 | 通信产业报(网) 胡媛

11月5日，在2020中国5G终端全球创新峰会暨第八届中国手机设计大赛天鹅奖颁奖礼上，达闼 科技 副总裁葛颀表示，5G泛终端融合有五个驱动力，一是5G SA网络，二是AI即服务，三是5G消息MaaP，四是eSIM数据，五是数字化生产平台。5G时代里，每一个市场都可能是长尾市场，在马太效应，我们可以看到有更多数字化平台。

1950年，第三次工业革命开启，从规律上分，应该能延续到2050年。目前，业界的专家都在判断说第四次工业革命会提前到来，主要有两个重要因素，一个是5G，一个是人工智能。以5G和人工智能为代表的数字技术将会驱动人类 社会 从原子经济向比特经济的快速转型。

从GSA发布的全球5G终端报告来看，所有的5G终端里面，5G的多形态终端(泛终端)和5G手机永远是2：1。在9月底最新数据中，一共有444款，其中只有148款是手机，剩下296款全部是5G的多形态终端。葛颀认为，毫无疑问，5G有很多优势，但是我们要更深刻、更准确地去了解网络的能力和演进的放养，有几个关键要素是行业人士必须要关注的，比如open UPF、Open RAN、TSN、5G LAN。

第一、5G SA网络。 什么是网络切片端到端的QOS、端到端的SOP、端到端的SLA。从网络这端到终端这一侧，目前能够支持终端侧网络切片的，华为已经做了Demo，并成功在项目中做了测试，其他的443款5G泛时代的智能化终端是否具备端到端、端到端对个人客户意味着什么、对家庭客户意味着什么、对机器人客户意味着什么、对行业客户又意味着什么“从我们的角度来看，当5G网络增加了100倍性能的时候，智能手机要在短时间内增加100倍的性能，相对很困难。毫无疑问，云端机器人将会是一个新的典型应用场景，因为目前只有云端机器人的系统内部机械、电子、通信和物理构建超过智能终端复杂100倍，简单来说，它是有可能承载起这100倍的网络能力。我们需要一个安全的专网来做好网络的切片，这个切片需要我们的端侧来做回应。”葛颀认为。

边缘计算，5G泛在终端智能分发网络。两端式的网络机构，一侧是终端，一侧是网络，大网做信号、做接入，终端完成所有基于本地的计算、储存、数据的分发。但是在5G时代，两端式的网络架构被彻底打破，关于数据的储存、计算、分发、控制将不会是两元结构，而是一个三元结构，大量的数据会在边缘计算的平台上被计算、被存储、被分发、被控制、被清洗，甚至被抛弃掉。终端如何能做好这些响应，是要把所有的东西都放到终端侧，还是依赖于网络的边缘和核心层来做好每一个终端所产生的大量数据的管理和分发。葛颀表示，从机器人角度来看，一台巡逻的机器人一天产生的数据量就有20个GB，如果物业区域里面布上10台机器人，它一天的数据量就是200GB，庞大的数据流量和并发的要求对网络来说压力是非常巨大的，我们如何把这三维一体的网络架构适应终端的变化这是在网络层面SA的快速商用带来网络性能质的变化，网络切片让我们有一个高可靠的神经网络，边缘计算事实上5G不仅是一张网，而且是一个云的平台。

第二、5G泛终端融合驱动力，AI即服务。 SA网络带来革命性变化的同时还有一个非常重要的因素，就是人工智能，比如手机上各种各样的语音智能，人工智能的本质就是它是对人而言的，人的智能有什么呢最少有三个，包括智能的语音、智能的图像、智能的行动，所有5G时代的泛终端必须要同时具备这三个多模态终端才有可能具备了所有与人工相似的智能的水平和智能的能力。对机器人而言，网络发生了巨大的变化，第一个是移动化，第二个是本地化，第三个是协同化。第四个是联邦化。葛颀介绍，我们有大量的数据在本地，如果把数据送到云端来训练，会产生很多顾虑，有隐私的问题，甚至有些工厂满负荷运转，会担心竞争对手寻找潜在的客户产生新的竞争威胁，联邦化的学习是说模型可以通过云端进行分发，数据的训练在本地完成，主要是对5G人工智能的服务，对泛终端的发展给了巨大的驱动力

第三、泛终端融合驱动力，5G消息MaaP。 目前，使用的技术标准是选用GSMA推动的RCS，为什么5G消息这么重要进入5G时代，终端可以是ToC、ToB、ToH、ToG，都需要一个可信的信息化平台，这个可信的信息化的平台既可以完成信息的交互，还可以远程订购，维护商业关系客户，好处是它不需要关注微信公众帐号，不需要去开发定制升级APP，甚至不需要费钱费时的后装或者预装，在所有智能手机原生的短信息接口里面，就具备了所有功能，事实上5G消息或者MaaP这个能力也应该成为5G时代泛终端融合能力当中一个非常重要的驱动力。

第四、5G泛终端融合驱动力，eSIM数据。 eSIM就是一个嵌入式的SIM卡，每一个eSIM都是一个互联网的入口，当eSIM是为手机或者为可穿戴设备服务的时候，它是一个个人数据的入口，当这个eSIM放到千行百业的生产力的设备、生产力的平台，放在 汽车 机床里面，它就是一个产业互联网数据的入口，当拥有了更多这样可靠、可信的数据入口，千行百业的5G泛终端就会和千行百业产生更大的融合、更大的价值。

第五、5G数字化生产力平台。 现在全世界50亿客户，已经有35亿在用智能手机，还有十几亿的新增市场空间，但这十几亿人的购买力很有限，此外换机的时间越来越长，如果我们仅仅是针对ToC，是很难做大的。从5G时代来看，事实上5G的泛终端就是一个数字化的 社会 生产力的平台，我们希望通过像我们的手机、机器人、各种物联网的设备一样，大家能够在不同的细分行业市场进一步加强，原来不能够成为市场的市场也会由于数字化技术的快速普及和低成本的快速演进，让这个市场成为一个有商业价值的市场，在马太效应进一步加强的时候，我们会看到更多的由5G泛终端承载的数字化的生产力平台来承载数字经济的发展。

2020中国5G终端全球创新峰会暨第八届中国手机设计大赛天鹅奖颁奖礼是2020中国手机创新周暨第八届中国手机设计大赛最后的落地活动。

2020中国手机创新周暨第八届中国手机设计大赛以“创新5G时代 共赢智能未来”为主题，重点聚焦5G，关注中国手机产业链在5G规模商用、疫情爆发等诸多挑战下的持续创新，继续发掘天人合一的匠心之作，弘扬5G时代的工匠精神，推动终端产业的生态共建与创新发展。

天鹅奖揭晓！2020中国5G终端全球创新峰会举行

官宣：2020天鹅奖全名单

解读天鹅奖：谁在乘风破浪？

杨学山：智能终端产业发展需拉开视野

董小平：推动中国智能终端产业高质量发展

宋显珠：5G对终端提出全新要求

神志雄：广东全力打造大湾区万亿级5G产业集群

林涛：携手共创5G ，推进河源“双循环”体系

倪光南：构建良性产业生态关系终端产业下一程

IEEE Fellow薛泉：面向5G/6G的毫米波技术使命与创新

GSMA庞策：疫情之下全球5G及终端产业的挑战、机会与创新

华为李昌竹：夯实产业“底座”，为消费者创造最好体验产品

中国移动刘钧毅：携手产业链共促5G SA终端成熟

要说现在工业通讯领域最热门的技术，那一定是非TSN莫属。其实，TSN(Time Sensitive Network)时间敏感型网络是一个最新的但却并非陌生的技术，那TSN究竟是什么样的网络呢？为何TSN会被认为是未来工业通讯的统一标准呢？TSN会替代现在的各类实时工业以太网吗？……

面对这些问题，CE China的老石和B&R的老宋开始了一场刨根问底式的对话，希望能让你对TSN有一个全面正确的了解。

1TSN是时间敏感网络的意思，时间敏感是什么意思？其他网络对时间不敏感吗？有衡量指标吗？

答：说实话，最初在2016年贝加莱总部介绍TSN的时候，我觉得这似乎不像是一个工业自动化领域的技术，因为像PROFINET、POWERLINK、EtherCAT等工业网络已经可以达到比较高的实时性指标，而且好像也极少遇到什么当前100μS循环周期搞不定的案子，工业网络讲 “Determistic”，即确定性网络，因为控制是基于“等时同步”的，工业领域早已实现“时间敏感”。因此，就个人而言当时觉得这个词是IT的人不了解工业而开发出来的网络，因为TSN的最初描述是为以太网赋予“确定性”、“实时性”传输能力，这是因为标准以太网是没有这个能力的，但是，实时以太网有这个能力。

那么，问题的关键在哪里？TSN最关键的目的在于“同一”网络的数据传输，即，周期性的控制通信需求和非周期的数据在同一个网络中传输，才是TSN的核心诉求。

因为现在的IT与OT融合过程中会遇到非常大的问题，即，周期性数据和非周期性数据往往需要通过两个网络传输，因此，你会发现控制器各家都是两个网口，一个实时以太网，一个标准以太网，一般实时网络用语机器与系统控制，而标准网络用于管理级信息的传输。

通常，衡量网络的QoS（Qualityof Service）指标包括循环周期、延迟、抖动这几个指标，一般来说，硬实时会在百微秒这个级别的刷新，抖动控制在几十个nS这个级别，延迟在微秒级。没有特别的官方定义实时性，因为，应用场景不同。

2 TSN特点之一是实时性高，我们以往的现场总线、实时以太网不也有这个特点吗？相比这些TSN在实时性方面也有优势吗？

答：尽管TSN的关键诉求在于“同一”网络的传输，但经过研发人员的设计，其调度机制也允许获得较高的实时响应能力，目前贝加莱已经开发的千兆以太网的TSN测试下来抖动在50nS（抖动通常描述的是最差情况），可以达到的最快周期是在10μS级，‍因此，对于现有的工业控制而言，TSN的实时性是完全可以保障的。

和目前主流的实时以太网比TSN显然性能更高，据贝加莱总部的千兆测试数据显示高了18倍的整体性能（其测试是按照节点数、数据负载不断增加然后取性能的均值）。

3 TSN是如何实现时间敏感的呢？它是在标准以太网标准上做了哪些修改吗？

答：TSN本身是一系列的标准，它包含了时钟同步、数据调度与网络配置三个方面的关键标准，TSN仅指数据链路层的标准，这一点必须阐明，它可以采用IEEE8023的以太网或IEEE8023cg的标准网络来实现物理层，而数据链路层采用了桥接网络，以及不同的数据流调度的策略，也就是Shaper-整形器，比如CBS基于信用的整形器、Qbv-时间感知整形器TAS、CQF-周期性排队与转发、ATS-异步传输整形器。想了解这个就得了解以太网本身是怎么传输的，然后就明白TSN主要是在Transmit Selection这个地方进行了策略调度机制的设计。

4TSN这两年在工业界越来越火，这个TSN源自哪里，是咱们工业界独有吗？其他行业也叫TSN吗？全球谁在主导这个标准啊？

答：TSN并非是源自工业界，TSN最早是在音视频传输领域，后来在 汽车 领域于2012年成立IEEE8021Q工作，而到工业已经是2015年的事情了，成立了IEEE8021 TSN工作组。

在 汽车 工业里他们一般称为AVB-Audio Video Bridge，是由IEEE8021Qav、IEEE8021AS和IEEE8021Qat（已经作为IEEE8021Q的基础标准）构成。

在航空航天领域也有大量时间敏感型网络应用，他们可以称为AS6802，而在工业领域，IEC和IEEE合作，成立了IEC60802工作组用于实现TSN网络的互 *** 作性标准制定。

目前TSN的推动组织是Avnu，包括IIC、OPC UA基金会也加入了推动这项技术的工作，他们会和主要的Shaper厂商共同推动TSN技术的发展。

5 TSN今后是要成为标准以太网协议，而且比以前的标准以太网协议先进，那是否意味着今后民用商用工业用的以太网协议都会成为TSN？

答：TSN是一项VLAN技术，即Vitural Local Area Network，这显然定义了它是一个局域网，并且是一个虚拟的局域网，它不必一定成为商用和民用的所有通吃的标准，TSN域和非TSN域的区别在于VLANID，即，进入TSN网络会被交换机给打上VLAN标签，然后借助于TSN机制在该网络中传输，但离开了TSN网络的时候，这个VLAN标签会被去除，它也可以变为一个标准以太网帧被传输。因此，TSN交换机会和普通交换机一起工作没有问题。

因此，商业或民用网络并不是必须要变为TSN网络，这完全取决于应用本身的需求，尤其是经济性指标，因此，如果没有特殊的实时性需求的话，倒没有必要，目前TSN网络看来聚焦在工业级IoT应用比较多。

6 为何这两年突然TSN就受到业界这么多人的关注？它能解决哪些现在解决不了的问题吗？

答：TSN火的原因就是大量的物联网应用需求产生的，因为，你必须考虑周期性和非周期性数据的同一网络传输问题，带宽的需求较之以往更大。

你可以看到这个图中，描述了几个场景：

（1）音视频同步：其实，如果你看中央电视台，你看到播音员的口型和语音会出现不同步—这也属于质量问题，因为音频和视频没有同步，或者像大剧院里的音箱，你想想如果他们不能实现同步，就会出现重复的声音，也属于数据传输质量的问题。

（2）ADAS，相对于传统的 汽车 而言，ADAS会需要多个激光雷达（比如前后三个），包括安全系统，这些更多的传感器都会带来带宽的需求较之以往更大。

（3）AR/VR、机器视觉：这些技术在工业场景更多的使用都会让带宽的需求变大。

因此，TSN是有实际的需求的，连接变得更为广泛，则需要更大的网络容量传输能力。

7 既然具有时间敏感特点的以太网络有这么多优点，那么为何在早先的标准以太网推出时没有考虑做成时间敏感呢？为何现在就要加上时间敏感？是原先没有想到吗，还是原来的技术实现不了，或者是成本太高等其他原因？，

答： 90年代大众来中国投资建 汽车 厂的时候，中国的高速公路才刚开始，包括现在很多老的小区都没有足够的停车位，谁会料到今天 汽车 如此普及呢？

同样道理，在你不需要这项技术的时候，你是不会真正有动力去开发这样的技术的，因为如果没有人用，这些研发投入就失去意义了，因此，任何技术的流行都会需要时间，而且，就目前而言，TSN都还没有到它真正爆发的时候，因为，对互联的需求也就最近几年才刚开始，大量的工厂实际上还处于单机生产的阶段。因此，TSN现在已经处于未雨绸缪的阶段，因为大数据应用仅在局部开始，而并非进入爆发期。

当然，你说的没错，要实现TSN这样的网络的确需要非常大的技术投入，因为它的复杂性是超过现有的网络的，就像时钟同步就比IEEE1588有可靠性方面的需求，调度机制也更多样灵活，这些都是需要芯片处理包括千兆以太网处理芯片、传输电缆、交换芯片等，这些都是成本，而只有面临巨大的市场机会，芯片厂商才会有动力去投入研发。 现在大量的芯片厂商投入其中也是因为看到其广阔的未来-这些投入会让TSN变得更为易用而低成本--TSN潜在的规模使得它较之以往的网络更具竞争力。

8 截至到目前，关于TSN的相关产品研发、测试床，支持的厂商等最新进展是什么样的？

答：目前TSN有几个重要的测试床推动者，一个是德国的LNI-就是工业40组织的测试床，一个是在IIC的测试床，还有一个就是由华为ECC组织的测试床，贝加莱在三个组织中都积极的参与了Testbed的建设。

目前，主流的自动化厂商都发布了各自的TSN产品或者测试产品，像B&R在2017年SPS发布了TSN产品，而SIEMENS在2018年汉诺威展发布了Profinet over TSN的产品，2019年三菱发布了CC-Link IE TSN产品。华为、TTTech、CISCO、MOXA、赫斯曼等厂商也发布了TSN交换机产品。

9 虽然TSN这两年火热，几乎所有人看好和支持，那为何从实际产品上还并不多见，或者还没有批量生产和销售，正式工业应用几乎没有，主要卡在哪里呢？预计到什么时候，TSN会开始真正落地应用？

答：看来，你比用户更着急，但是，工业产品一般生命周期都比较长，就像CAN总线、Modbus现在还在用一样，实际上，它并没有想你想象那么慢，相对于过去的总线从概念、局部应用、大面积成熟应用的时间而言，TSN的发展算是比较快的，因为你要知道TSN面向工业的工作组2015年底才成立，2016年9月才召开Shaper的启动会议，因此，你能够在2018年看到这么多公司推出产品已经算是非常快的了。

TSN在2019年包括像现在已知的贝加莱、三菱都会有批量化产品推出，工业产品不会像手机那么更新快，华为的P20 Mate Pro我还没买呢，P30就出来了，而工业产品一般生命周期都在15年以上，因为一台机床可能会用20年以上。

因此，其实TSN发展已经非常快了。

10 一个通信网络要实现TSN，需要哪些设备来构成或支持？相比其他网络，TSN实现起来会不会更加昂贵？

答：TSN是一个VLAN，因此它很多实现是在软件的层面的，需要具有处理这种时钟同步和调度机制的交换机，当然对于控制器而言，需要TSN的芯片支撑，具体的芯片成本我倒没有考量过，但是，事物发展的规律是具有共性的，成本一定是一个不断下降的过程，因为大量的采用就可以降低成本。

11 现在看到国外厂商TSN产品陆续发布了，但国内厂商还没有，那要如何才能开发一个TSN的主站或者从站或者I/O呢？成本高吗？

答：这一点倒不完全是这个情况，华为在这方面已经走在前面，他们的TSN交换机也已经开发完成了，不过也似乎尚未进入批量化阶段，因为华为会考虑更多的场景问题，因此，在整形器方面会有一些自己的设计，最近我写了关于TSN的整形器（Shaper），还请教了华为的两位专家，另外，MOXA也有TSN的交换机产品推出，还有一些大学、研究所、企业也推出TSN相关的技术测试产品，目前尚未正式发布。

目前提供TSN技术开发板的包括XILINX，以及TTTech和Intel共同推出的TSN解决方案、芯片厂商NXP、AD等也推出了TSN的开发与测试芯片及测试板。

12 现在实时以太网、现场总线在控制领域、特别是运动控制领域应用广泛，那TSN会取代这些协议吗？TSN和这些实时网络会是什么样的关系？

答：又需要强调一遍，就是TSN是在ISO/OSI架构的第二层，这意味着目前的TSN可以以各种形式出现，其实，以太网本身也是这个发展过程，比如Profinet就是Profibus over Ethernet，POWERLINK就是CANopen over Ethernet，那么，就会出现Profinet over TSN、CC-Link IE over TSN这些场景，这种设计往往是为了保持应用层软件的延续性，以确保现有的设备投资的可用性，而贝加莱则会选择OPC UA over TSN，原有的POWERLINK CANopen应用层会逐渐转向OPC UA，必须保持一个软件应用的延续性，这也是在较长的一段时间里，应用层保持，而数据链路层则逐步转向TSN的过程。从TSN目前所展示的性能而言，应对运动控制的任务也没有丝毫问题，一些厂商宣城将很快推出TSN的运动控制产品，贝加莱2019年推出IO和控制器，并计划在2020年推出基于TSN通信的运动控制产品。

这一点必须强调，对于任何工业应用而言，保持技术的稳定性、继承性是一种必须的考量，因此，技术的升级必须尽量的平滑过渡，对于用户同样如此，这是投资安全性的保障，因此，TSN短期内当然不会取代现有的网络，但是，在更长的时间里，TSN会成为基础的网络架构。

ISO/OSI模型很有意思，就是它使得各个层可以独立设计，包括物理层，目前的IEEE8023可以继续使用，当然也可以使用诸如PoE(Power onEthernet)、SPE(Single Pair Ethernet-IEEE8023cg)的物理层。

13 现在另外一个通讯技术5G也已经来临，5G也是以低时延、高带宽为最大特点，而且5G要最多的应用可能在工业上，那么TSN和5G会是一个竞争关系吗？

答：5G也有针对ULL(UltraLower Latency)的场景，但是，5G属于无线网络，在工业领域的应用，尤其是类似于运动控制这些应该还不会采用5G，但是，基于IIoT的应用中对网络的确定性评估可以承受的领域5G是可以使用的，另外，TSN也会有针对无线场景的标准。

因此，评估技术的应用前景主要看场景—他们肯定不会是竞争关系，而是相互补充。

14 对于TSN，也有些人认为现在是“雷声大雨点小”，那TSN标准的最新进展是什么样的？还需要解决哪些方面的问题从而来加速推进呢？现在技术发展那么快，TSN会不会中途又被新的通信技术给替代了？

答：其实，任何一项技术的核心驱动力是“经济性”，而技术推动必然有一个接受过程，市场需要培育，因此，TSN显然也不可能短期马上就会大量的应用，想想现场总线从开始到发展到顶峰实际上也经历了30年的时间，如果放眼整个产业的发展，TSN从2015年发展到今天已经算是非常快的速度了。

至于TSN中途会不会被新的通信技术替代，这个问题比较有意思，理论上来说，一切皆有可能，但是，任何技术都是来自于需求的，如果需求没有本质的变化，那么技术也就不会有本质的变化，如果需求就是网络的统一，那么无论是TSN还是说一个新的技术，同样是这个技术实现路径，而且通信技术不可能离开芯片、工业控制独立存在，因此，只会有TSN的升级，而很难有一个独立的技术替代它。

技术的发展有其必然性，既然大家看到了10年后的技术需求而开发TSN，那么它就会在很长一段时间内持续的发展。

至于更久的时间比如30年后会是怎样，我想大部分人都无法关注，因为，这个时候如果你敏锐的观察到30年后的网络的需求，然后研发30年后要用到的技术，你这家公司是活不到那个时候的。

15 如果未来一旦TSN在各个领域都普及了，是不是就是实现了所谓的工业物联网万物互联？

答：这个倒是值得期待，TSN正是致力于此，不过，万物是否一定是被TSN互联，那也未必，因为这个世界有太多的技术，就像刚才提到的5G，人类因为多样性才有意思，也因为有未知才值得 探索 ，TSN能不能实现万物互联并不重要，它只是一个技术，不用赋予它那么重大的意义，就像比尔盖茨所说“我们总是高估在一年或者两年中能够做到的，而低估五年或者十年中能够做到的”—短期看TSN似乎还没有到要广泛应用的阶段，但长期来说，TSN在 汽车 、工业互联网领域将是具有统治性地位的，不过它的最佳搭档是OPC UA，这两者的配合将会让工业有着天下一统的可能。

当然，在工业世界里，价值的创造不仅仅依赖于网络技术，而依赖于对客户价值的追求，包括软件的应用价值、人的创造力，没有这些，TSN发挥不了什么，它只是一个实现我们价值创造过程的工具—对于工业企业而言，价值仍旧来自于为客户解决问题，TSN会帮助我们。

TSN是以以太网为基础的新一代网络标准，具有时间同步、延时保证等确保实时性的功能。
工业物联网是未来TSN最广泛的一个应用，所有需要实时监控或是实时反馈的工业领域都需要TSN网络。比如：机器人工业、深海石油钻井以及银行业等等。

本人毕业于东北农业大学，曾为电气与信息学院物联网工程专业的一名学生。

物联网工程专业是高等学校本科专业，属于计算机类专业，基本修业年限为四年，授予工学学士学位。

该专业要求掌握数学和其他相关的自然科学基础知识以及和物联网相关的计算机、通信和传感器的基本理论、基本知识、基本技能和基本方法，培养能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广的专业知识的高级工程技术人才。

下面从专业知识、发展前景、就业方向等几个方面介绍物联网工程专业：

  1专业知识

物联网工程专业隶属于计算机类学科，是计算机专业的一个分支，随着万物互联时代的到来，物联网工程专业越来越受到大家的关注。该专业所学的知识与计算机科学与技术、软件工程、大数据等都有相通的部分，其中公共课部分包括：高等数学、离散数学、线性代数、概率论、大学英语、大学物理等，专业课部分包括：数据结构、计算机组成原理、计算机网络、计算机 *** 作系统、C语言、Python、JAVA、数据库等，特色专业课有：数字电路、模拟电路、单片机、通信技术、物联网控制、传感器网络等。该专业的课程非常丰富，老师教的课程也比较有趣，是集合计算机硬件和软件知识的一门学科。

学习该专业，课时任务要比学习计算机科学与技术要轻一些，而且对待代码的要求也不如纯学软件那么高，学生仅需熟练掌握一门语言即可，我本科时候掌握的是C语言，经常用C语言编译STM32单片机和51单片机，当然也玩儿过其他单片机，但是这两款是主要的。

我个人认为该专业是比较适合对硬件感兴趣的学生的，如果有浓厚的兴趣，那么学习该专业会非常有乐趣，每天看着传感器，学习搭建一套完整的系统，那是非常快乐的一个过程。

2发展前景

当前，物联网(IoT) 结合 5G 和云计算等新兴技术，物联网可以提高运营效率、降低成本、改进决策并增强客户体验，可以成为各个行业数字化转型的关键推动因素。

其主要发展前景为：

  （1）5G技术。

例如联网汽车、预测性维护和医疗保健领域的可穿戴技术，将从 5G 中受益最大。5G 的超可靠、低延迟通信 (URLLC) 容量和对 TSN（时间敏感网络）的支持对于物联网的采用非常重要。

（2）健康科技

医疗保健行业长期以来一直抵制数字革命，远远落后于其他行业。Covid-19 大流行导致远程患者监护和医疗机器人等医疗物联网技术的迅速采用，这为物联网解决方案提供商开辟了巨大的数字化机会。

  （3）物联网 (AIoT)技术

人工智能 (AI) 技术通常用于实时解释和响应一些人对机器和机器对机器的数据流。AI 和 IoT 两种技术的融合催生了 AIoT 的概念，即将 AI 技术嵌入到 IoT 组件中。将连接的传感器和执行器收集的数据与 AI 相结合，可以在边缘减少延迟、增加隐私和实时智能。这也意味着需要在云服务器上发送和存储的数据更少。

  3就业方向

物联网就业方向主要有：面向物联网行业，从事物联网的通信架构、网络协议、信息安全等的设计、开发、管理与维护等。

主要岗位包括：物联网系统设计架构师、物联网系统管理员、网络应用系统管理员、物联网应用系统开发工程师等核心职业岗位以及物联网设备技术支持与营销等相关职业岗位。

总之，我觉得物联网工程是一个比较好的专业，是比较适合未来发展的。

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