Hintergrund

Die Audio-Video-Bridging-Arbeitsgruppe von IEEE hat sich im Jahre 2012 zu Time-Sensitive-Networking umbenannt. Die bestehenden Protokoll-Standards, werden weiterhin ausgebaut und durch zusätzliche Funktionen ergänzt. AVB/TSN ermöglicht eine latenzarme und qualitativ hochwertige Übertragung von Streaming-Daten (z.B. Kameradaten). Da die Daten, zumindest in der Automotive-Ausprägung, nicht über Netzgrenzen hinaus transportiert werden, kann auf IP, TCP und UDP verzichtet werden. Die AVB/TSN-Protokolle setzen direkt auf das Ethernet auf.

Die AVB/TSN-Protokolle basieren auf Standards, die auch eine Benutzung über IP zulassen, sind aber aus genannten Gründen reduziert und häufig in ihrer Dynamik eingeschränkt, um im Fahrzeug schneller betriebsbereit zu sein. So verzichtet man im KFZ zumeist auf die dynamische Bandbreitenreservierung mit dem Stream Reservation Protokoll.

Komponenten

Die Datenquelle wird bei AVB/TSN als Talker bezeichnet, die Senke als Listener. Die Switches als Koppelelemente, bezeichnet man als Bridges, was technisch nicht ganz präzise ist. Neben den Talkern und Listenern müssen auch die Switches eine AVB/TSN-Fähigkeit besitzen, da spezielle MAC-Multicast-Adressen verwendet werden und auch dort ein Forwarding-&-Queueing-for-Time-Sensitive-Networks-System in Betrieb ist. Außerdem werden PTP-Frames vom Switch verändert.

Datenübertragung

Das Audio-Video-Transport-Protokoll (AVTP) überträgt in seinem Payload-Bereich die jeweiligen Daten. Dabei handelt es sich zumeist um Video oder Audio, möglicherweise aber auch um Steuerungsdaten. Falls Streaming-Daten (Audio/Video) übertragen werden, beinhaltet der AVTP-Header immer einen, in der Zukunft liegenden, Zeitpunkt. Sobald dieser Zeitpunkt im Listener eintritt, soll der Frame durch AVTP an die Applikationsebene (z.B. Lautsprecher) ausgeliefert werden. Damit dieser Presentation Time genannte Zeitpunkt in allen empfangenen Knoten wirklich gleichzeitig stattfindet, ist eine hochgenaue Synchronisation der Knoten notwendig. Dafür ist das Precision Time Protocol (PTP) zuständig, welches meist in der Generalized-PTP-Variante (gPTP) verwendet wird.

Ergänzend nutzt AVTP Ethernet-Frames mit VLAN-Tags, damit die Switches eine Möglichkeit zur Priorisierung bekommen und die Latenz zwischen Talker und Listener kleiner als 2ms bleibt. Ein weiterer Qualitätsanspruch von AVB/TSN liegt in der geringen Varianz der Latenz (Jitter).