图4 TSN在七层架构中的位置
3.3 精确时钟同步与延时计算
对于通信、工业控制等领域而言，所有的任务都是基于时间基准的。因此，精确时钟同步是基础的标准。TSN首先要解决网络中的时钟同步与延时计算问题，以确保整个网络的任务调度具有高度一致性。
3.3.1 时钟同步机制
TSN标准由IEEE 802.1AS[10]和为工业所开发的升级版IEEE 802.1AS-rev[11]构成。
IEEE 802.1AS是基于IEEE 1588 V2精确时钟同步协议发展的，称为gPTP-广义时钟同步协议。gPTP是一个分布式主从结构，它对所有gPTP网络中的时钟与主时钟进行同步。首先由最佳主时钟算法（best clock master algrothms，BCMA）建立主次关系，分别称为主时钟（clock master,CM）和从时钟(clock slave,CS)。每个gPTP节点会运行一个gPTP Engine。IEEE1588所采用的PTP是由网络的L3和L4层的IP网络传输，通过IPv4或IPv6的多播或单播进行分发时钟信息。而gPTP则是嵌入在MAC层硬件中，只在L2工作，直接对数据帧插入时间信息，并随着数据帧传输到网络每个节点。
gPTP应用快速生成树协议（papid spanning tree protocol，RSTP）。这是一种网络中的节点路径规划，网络配置后生成一个最优路径。其由TSN桥接节点计算并以表格形式分发给每个终端节点存储。当一个TSN节点要发送数据时，它会先检查这个表格，计算最短路径，整个网络以最短路径传送至需要接收的节点。IEEE 802.1AS的时钟结构[2]如图5所示。
图5 IEEE802.1AS的时钟结构
图5中，最左下方的802.1AS端点从上游CM接收时间信息。该时间信息包括从GM到上游CM的累计时间。对于全双工以太网LAN，计算本地CS和直接CM对等体之间的路径延时测量并用于校正接收时间。在调整（校正）接收时间后，本地时钟应与gPTP域的GM时钟同步。SN网络也支持交叉通信，每个节点都会有RSTP所给出的路径表。
802.1AS的核心在于时间戳机制（Timestamping）。PTP消息在进出具备802.1AS功能的端口时，会根据协议触发对本地实时时钟（real time clock,RTC）采样，并将自己的RTC值与来自该端口相对应的CM信息进行比较；利用路径延时测算和补偿技术，将RTC时钟值匹配到PTP域的时间。当PTP同步机制覆盖整个AVB局域网，各网络节点设备间就可以通过周期性的PTP消息的交换,精确地实现时钟调整和频率匹配算法。最终，所有的PTP节点都将同步到相同的“挂钟”（Wall Clock）时间，即主节点时间。在最大7跳的网络环境中，理论上PTP能够保证时钟同步误差在1 μs以内。
IEEE 802.1AS-rev则是一种多主时钟体系，主要优势是支持新的连接类型（如WiFi）、改善冗余路径的支持能力、增强了时间感知网络的主时钟切换时间等性能。当有一个GrandMaster宕机时，其可确保快速切换到一个新的主时钟，以便实现高可用性系统。对于车载系统而言，采用IEEE 802.1AS即可；而对于工业领域则考虑高可用性，采用AS-Rev版本。
3.3.2 TSN网络中的延时测量方法
对于网络时钟而言，其时钟同步精度主要取决于驻留时间（residence time）和链路延时（link latency）。
在gPTP中，时间同步的过程与IEEEStd 1588-2008采用相同的方式：主时钟发送同步时间信息给所有直接与其连接的时间感知系统。这些时间感知系统在收到这个同步时间信息后必须通过加上信息从主时钟传播到本节点的传输时间来修正同步时间信息。如果这个时间感知系统是一个时间感知网桥，则它必须向与它连接的其他时间感知系统转发修正后的同步时间信息（包含额外的转发过程的延时）。
数据传输过程中的延时[12]如图6所示。这些延时可以被精确计算。
图6 数据传输过程中的延时
为了保证上述过程正常工作，整个过程中有两个时间间隔必须精确已知：①转发延时（驻留时间）；②同步时间信息在两个时间感知系统之间的传输路径的延时。驻留时间是在时间感知网桥内部测量的，比较简单；而传输路径上的延时则取决于诸多因素，包括介质相关属性和路径长度等。
对于每一类型的局域网或传输路径，有不同的方法来测量传播时间。但这些方法都基于同一原理：测量从一个设备发送某个消息的时间以及另一个设备接收到此消息的时间，然后以相反方向发送另一个消息，并执行相同的测量。
在这个过程中，可以计算Pdelay：
（1）
其比率r为：
