TSN

TSN (Time-Sensitive Networking) — IEEE 802.1 Task Group이 표준화한 결정론적(deterministic) Ethernet 확장 규격. Ethernet AVB의 상위 집합으로, AVB가 멀티미디어 스트리밍에 초점을 맞췄다면 TSN은 제어 애플리케이션까지 수용하도록 확장되었다. 지연 시간 보장·예측 가능성·내결함성·초저 지연 스트리밍을 목표로 하며, 차량에서는 Zonal 백본망의 제어·ADAS 트래픽 운반 기반이 된다.

등장 배경

Ethernet AVB의 한계:

CBS 기반 셰이핑은 확률적 지연 감소 — 결정론적 스케줄링 아님.
Worst-case latency Class A 기준 2 ms / 7 hop — μs 단위 제어에 부적합.
차량 백본이 멀티미디어 + 제어 데이터를 단일 망에서 함께 전송하려면 보장된 대역폭 + 시결정적 지연 필요.

TSN Task Group은 AVB의 4개 요소를 유지하면서 Time-Aware Shaper · Frame Preemption · Cyclic Queuing · Ingress Policing · Frame Replication 등을 추가해 결정론을 확보.

AVB vs TSN

항목	AVB	TSN
Intention	Audio/Video 동기화	Control application
Attractive Feature	시간 동기화, 정적 스트림 예약, 트래픽 셰이핑	시간 동기화, 스트림 예약, 트래픽 셰이핑, Ingress Policing, 제어 프레임 저지연, 신뢰성 (중복)
Automotive Area	Infotainment	ADAS, Control application
Specification Stability	Automotive profile 확립	다수 표준 Draft, Automotive profile 미확립

TSN은 AVB의 모든 표준을 포괄하며 그 위에 제어용 확장을 추가한 상위 집합.

표준 분류

TSN은 기능별로 여러 IEEE 802.1 표준을 묶는 우산 규격.

기능	AVB 표준	TSN 추가·확장 표준
Transport	1722 (AVTP)	1722-2016 (CAN/FlexRay/LIN 등 추가 전송)
Synchronization	802.1AS gPTP	802.1AS-Rev (Redundant gPTP)
Stream Reservation	802.1Qat SRP	802.1Qcc(Enhanced SRP), 802.1Qca (Path Control)
Quality of Service	802.1Qav CBS	802.1Qbv(TAS), 802.1Qbu / 802.3br(Preemption), 802.1Qch(CQF), 802.1Qcr (Async Shaping)
Redundancy	—	802.1CB (Frame Replication & Elimination)
Security	—	802.1X 계열 (Network Access), 802.1Qci(Policing), 802.1AEcg (MACSec)

AVB ↔ TSN 세부 대응

AVB	TSN 확장
802.1BA (AVB 시스템)	—
802.1AS	802.1AS-Rev (ASbt)
802.1Qat (SRP)	802.1Qcc
802.1Qav (CBS)	802.1Qbv (TAS)
—	802.1Qbu (Preemption)
—	802.1CB (Replication)
—	802.1Qch (CQF)
—	802.1Qci (Filtering)
—	802.1Qcr (Async Shaping)

핵심 기능 목표

정확한 시간 동기화.
지연 시간 보장 및 예측 가능성, 초저 지연 시간.
내결함성 (Redundancy).
신뢰성.
스트리밍 서비스.
보장된 대역폭 및 시결정적(deterministic) 지연 스트림 제공.

Traffic Types

TSN은 4종의 트래픽을 분류해 처리.

트래픽 종류	특성
Scheduled Traffic	시간 스케줄에 따라 전송되는 고우선순위 실시간 — 간섭 없음 (time-driven)
Stream Reservation	주기적, 보장된 대역폭 (AVB의 SR과 동일 계열)
Event-driven	비주기적 burst, 실시간 제약이 있는 이벤트 발생
Best-effort	보장 없음, 통계적 성능

TSN 계층 구성

TSN 애플리케이션은 IEEE 1722(1722a) AVTP 위에 올리고, 전송 계층 아래에 다수 TSN 표준이 Data Link · Physical을 분담:

Data Link Layer 표준이 핵심 — IEEE 802.1 Task Group의 소관.
PHY 측은 IEEE 802.3 계열 — 802.3bp (1000BASE-T1), 802.3bw (100BASE-T1), 802.3ch (Multi-Gig Automotive, 2.5/5/10 Gbps over 15 m, optional PoDL).

IEEE 802.1Qci — Per-Stream Filtering & Policing

TSN의 보안·보호 표준. 스트림별·우선순위별로 대역폭 위반·오동작·공격을 차단.

Filter — 필터 규칙과 카운터로 허용 여부 판단.
Time-gate — 시간 스케줄된 게이트 (Open/Closed).
Internal Priority Value (IPV) — Bridge 내부 트래픽 클래스 할당.
Meter — 프레임 큐잉 전 대역폭 제한 적용.

수신 프레임 파이프라인: Filter → Time-gate + Internal Priority → Meter → Queueing.

스트림별 결정(per-stream decision), 우선순위별 결정(per-priority decision) 가능.
공격·오작동 장치의 무제한 전송을 진입 시점에 차단 → 이후 큐·셰이퍼·스케줄러 보호.
CQF·TAS와 결합 시 결정론적 지연 + 보장된 스케줄 완전 실현.

IEEE 802.1CB — Frame Replication & Elimination

데이터 중복 전송을 통해 애플리케이션에 무결한 이중화(seamless redundancy) 제공. 링크 고장 시에도 프레임 손실 없이 전달.

3가지 대표 토폴로지:

토폴로지	복제 주체	제거 주체
Talker Replicates	Talker	Listener
Bridge Replicates → Listener Removes	Bridge	Listener
Bridge Replicates → Bridge Removes	Bridge (입구)	Bridge (출구)

동일 프레임을 서로 다른 경로로 복수 전송, 수신측에서 중복 제거.
경로 이중화로 단일 링크 고장(single point of failure)에 무결성 확보.
Automotive Safety-Critical 제어(예: X-by-Wire, ADAS)에 유효.

기타 표준

표준	역할
802.1Qcc	SRP 강화 — 중앙 집중·하이브리드 예약 모델 추가
802.1Qca	Path Control & Reservation — 다중 경로 제어
802.1Qcr	Asynchronous Traffic Shaping — 비동기 셰이핑
802.1AS-Rev	Redundant gPTP — 시간 동기화 이중화
802.1AEcg	End-to-end MACsec — 보안
802.1X / Xbx / Xck	Network Access 보안

차량 적용 관점

Zonal 백본망: Zonal Architecture의 Zone Controller 간 결정론적 제어 + 멀티미디어 트래픽 공존.
ADAS: 센서 융합·카메라 전송 등 μs 단위 지연 보장 구간에 TAS + Preemption 적용.
Infotainment: 기존 AVB 역할 유지 (CBS + SRP).
자동차 프로파일 미확립: 2026년 현재 TSN 표준은 대부분 Draft 또는 최근 표준화 — 차량용 프로파일은 산업 컨소시엄에서 개발 중.

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