TSN(Time-Sensitive Networking)

개요

TSN(Time-Sensitive Networking)은 IEEE 802 표준을 기반으로 이더넷(Ethernet)에 정확한 시간 동기화와 지연 제어 기능을 추가한 실시간 산업 네트워크 기술입니다. 기존의 비결정적인 이더넷 한계를 극복하여, 제조 자동화, 자동차 네트워크, 산업 IoT, 스마트 공장 등 시간 민감형 트래픽 처리가 필요한 환경에서 활용됩니다. 본 글에서는 TSN의 개념, 핵심 기술, 구성 요소, 적용 분야 및 표준화 동향을 다룹니다.

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1. 개념 및 정의

TSN은 기존 이더넷 기술에 결정론적(Deterministic) 통신을 구현하는 표준 기술군으로, 다양한 시간 민감형 애플리케이션에서 신뢰성 있는 실시간 통신을 보장합니다. 주요 기능은 다음과 같습니다:

• 초저지연 및 저지터(Jitter) 통신
• 시간 동기화 기반의 트래픽 제어
• 하드 리얼타임 성능 보장

TSN은 **AVB(Audio Video Bridging)**의 확장 개념으로 시작되었으며, IEEE 802.1 TSN Task Group에서 다양한 하위 표준을 정의하고 있습니다.

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2. 주요 기술 표준

표준 번호	기능	설명
IEEE 802.1AS	시간 동기화	정밀한 클럭 동기화, PTP 기반(Precision Time Protocol)
IEEE 802.1Qbv	시간 인식 스케줄링 (Time-Aware Scheduling)	트래픽을 시간 슬롯 기반으로 스케줄링
IEEE 802.1Qci	인게스트 필터링 및 폴리싱	네트워크 혼잡 방지를 위한 트래픽 필터링 및 율 제어
IEEE 802.1CB	프레임 복제 및 제거 기능 (FRER)	패킷 손실 복구를 위한 다중 경로 전송
IEEE 802.1Qbu / br	프리임프션(Packet Preemption)	고우선 패킷이 저우선 패킷을 중간에 가로채 전송 가능

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3. TSN의 핵심 특징

특징	설명	기대 효과
시간 동기화	네트워크 전 구간의 클럭을 동기화	시간 민감 트래픽 정렬, 스케줄 기반 전송 가능
결정론적 트래픽 제어	지연 예측 가능한 트래픽 경로 및 대역폭 할당	예측 가능한 통신, 산업제어에 필수
멀티 트래픽 클래스 지원	TSN 트래픽과 비TSN 트래픽을 공존 가능하게 관리	범용 이더넷과 통합 운영 가능
고신뢰성 통신	프레임 복제, 경로 다중화 등을 통해 장애에도 통신 유지	이중화 및 무중단 통신 구현
표준 기반 상호운용성	IEEE 기반으로 여러 벤더 제품 간 호환성 확보 가능	멀티벤더 인프라 구축 용이

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4. 적용 분야

분야	적용 예시
스마트 제조/팩토리	로봇 간 통신, PLC 제어, 실시간 품질 검사 등
자동차 이더넷	차량 내 센서-ECU 간 통신, ADAS, 자율주행용 실시간 데이터 전달
산업 IoT (IIoT)	센서-게이트웨이-클라우드 간 데이터 송수신, 엣지컴퓨팅 기반 제어
에너지/전력망	변전소 자동화, 스마트그리드 내 보호 시스템
방송/오디오 네트워크	오디오/비디오 동기화 및 고품질 전송 (AVB 기반)

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5. 장점 및 이점

장점	설명
초저지연 보장	수십 마이크로초 단위로 지연 제어 가능
고신뢰성/무중단 통신	프레임 복제 및 경로 이중화 기반 통신 안정성 강화
실시간성 확보	제어 시스템, 차량통신, 영상 스트리밍에 필수
이더넷 기반 확장성	기존 Ethernet 인프라를 활용하여 비용 절감 가능
다양한 산업 연계성	제조, 차량, 전력, 방송, 국방 등 산업 전반에 활용 가능

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6. 고려사항

고려 항목	설명
네트워크 설계 복잡성	정밀한 시간 동기화 및 스케줄 기반 전송 구현을 위한 사전 설계 필요
장비 호환성 이슈	TSN 지원 여부에 따라 장비 간 기능 차이 및 프로토콜 호환성 확인 필수
운용 및 유지보수 비용	초기 구축 시 기존 이더넷 대비 높은 기술 역량과 운용 툴 필요
표준 진화 지속 확인	TSN 표준은 계속 확장 중이므로 최신 표준 대응 필요

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7. 결론

TSN은 전통 이더넷을 진화시켜 하드 리얼타임 통신과 고신뢰성을 동시에 제공하는 차세대 네트워크 기술로, 엣지 인텔리전스, 자율주행, 디지털 트윈, 스마트 제조 등 미래 산업의 기반 인프라로 자리잡고 있습니다. TSN 도입은 단순한 네트워크 성능 향상을 넘어, 전체 산업 구조의 디지털화를 가속화하는 핵심 전략이 될 것입니다.