一、 引言

   &n西高bsp;在工(gōng)業自動化系統控制中，不(bù)同的廠商在各自紙內的細分領域中有自己的通(tōng)信标 準和協議，有些雖然是基于傳統以日拿太網實現，但其為(wèi)了支持自動化應用對延多家時(shí)的 嚴格要求在傳統以太網要頻的基礎上附加了一些其他(tā)技術和機制，從而導緻各校笑廠家(jiā)的 協議互不(bù)兼容。因此面對不(b電又ù)同廠家(jiā)的産品在運行、錯(cuò老分)誤診斷、維護和存儲時(shí)都會(huì) 存在諸多不(錢工bù)便。
   &nb冷技sp;随着工(gōng)業物聯網（IIoT）的秒森興起和工(gōng)業 4.0 的提出，目前越來越多的睡樹廠家(jiā)開(kāi) 始關注 TSN（Time Sensi姐作tive Networking，時(shí)間敏感網絡）。TSN 下信為(wèi)以太網提供 确定性性能，并可以滿足不(bù)同的數據流在同舞草一網絡統一傳輸，從而可以滿足工(gōng)業 志近 自動化嚴格的延時(shí)需求，并最終可以使的工(gō市大ng)業通(tōng)信創建一個統一的基高紙礎成為(wèi)可能。
    SDN 爸線架構的控制平面與數據平面分離機制便于集中管控工(gōng)業網絡火高的資(zī)源，可 以靈活、合理的為錯能(wèi)不(bù)同 QoS 需求的業務分配不(bù)同的網絡資雪化(zī)源集，提高網絡利用 率。SDN 和 TSN 技術的結合用愛可以提高網絡利用率的同時(shí)保證時(shí)間敏嗎冷感流的實現 實時(shí)需求，并且可以實現集的吃中式的網絡控制、網絡動态規劃與調度，因此 SDN 和 T理路SN 相結合的方式可能會(huì)是未來工(gōn和慢g)業網絡的發展方向。

二、 TSN 解決方案

    TSN 協議包也花含了如(rú) IEEE 802.1AS 時(shí習火)間步同協議、802.1Qbv 計劃流量增強可志協 議、802.1Qci 流預留過濾協議以及 802的用.1Qcc 管理控制協議等。雖然成套的 TSN 那冷 協議還在繼續擴展，功能不(bù)斷改進，但現有标準提供了豐富的功拍我能選擇。OpenTSN 解決方案支持 802.1AS 協議、藍吧802.1Qbv 的 CQF 調度算法、802拍快.1Qci 的流隊列映 射其具體實現結構如(r校做ú)圖 1 所示。    &nbs廠微p;OpenTSN支持如(rú)下功能：

• 其可以通(tōng)過配置設置為(wèi)交換設備/端設備，也可以黃秒通(tōng)過配置選擇是時(shí)鐘(zhōng)同時裡步的主或從；
• 支持 802.1AS 1588 的時(shí)間同步；
• 支持 CQF 的調度、基于令牌桶的資(zī)源預留的流量控制；
• 支持設備端口時(shí)鐘(zhōng)與主時(shí)鐘微算(zhōng)的同步；
• 支持分組報文透明時(shí)間的計算；

OpenTSN 解決方案為(wèi)吧海 FPGA 實現，其中模塊可以根據用戶的需求進行添加 或删除即可以實現用那做戶需求的迅速定制。

2.1 OpenTSN 時(shí)間如火同步解決方案

   &鐘機nbsp;如(rú)圖 2 所示，OpenTSN 的時(shí)間同步解決方場火案是 FPGA 硬件實現的基于1588 的端到科話端的方式實現時(shí)間同步，同步精度可以達到 100ns 高章以内，其中：

• DMAX 模塊用于判斷接收的報文是否為(w間用èi) PTP 報文；
• Manage_Ctrl 模塊配置該時(shí)鐘弟謝(zhōng)作為(wèi)主時(shí)鐘(zh如門ōng)或從時(shí)鐘(zhōng)；
• PTP_Ctrl 模塊接收控制信息，并按照控制信息進行相答慢應的處理；
• Rx_proc 模塊對接收的 PTP 報文進行解析討你，提取關鍵字；
• Tx_proc 模塊按照要求構造并發送 PTP 報文；
• Cyc_sync 模塊維持時(shí)鐘(zhōng新媽)計數器(qì)，存儲 T1、T2、T3、T4 時(shí)間值，并湖分且完成時(shí)間偏移量的計算；
• MAX模塊用于彙聚 PTP 的報文和 DMAX輸出的報文進行控制轉發；

2.2 OpenTSN透明傳輸時友書(shí)間計算解決方案

    紅放OpenTSN 的透明傳輸時(shí)間（駐留時(shí)間）是通(tōn煙坐g)過在 PTP 報文輸入時(shí)标記 時(sh明房í)間戳，并在輸出時(shí)根據輸入時(shí)标記的時(shí)間明房戳與當前時(shí)間進行對比計算，從 而計算出 PTP 志煙報文分組從端口輸入到端口輸出的駐留時(shí)間，如(rú)圖 3 視如 所示。

2.3 OpenTSN 流映射及調少西度解決方案

   聽老; 流的映射是根據分組的 Vlan 頭的 熱妹PCP 域進行隊列映射，在 OpenTSN 的實現中民分，根據其分組 PCP 值的不(bù)同将其映射為(wèi) 3 什也個不(bù)同的等級，即 7、6 優先級最高為(wèi) 光算TSN 的時(shí)間敏感流，5-3 為(wèi)如制預約帶寬流、2-0 為(wèi)盡力轉發流， 如(rú)圖 4 所示。
   &n關金bsp;在流分組的處理時(shí)，首先書街是将分組數據緩存到數據緩存内，将流分組的讀件 描述信息封裝到 Metadata 内進行隊列放機映射轉發。在映射時(shí) TSN 流是基于 CQF 的乒船了乓隊列的形式進行輸入控制，即在偶時(shí)間存入偶隊列 習物 Q2，奇時(shí)間 存入奇隊列 Q3。在輸出遠討調度時(shí)偶時(shí)間調度奇隊列的數據輸出，奇時(shí)間調度 慢是 偶隊列數據輸出，根據輸入時(shí)間以及調報為度時(shí)間的控制從而保證了數據分組的 轉發延時(shí)。河城資(zī)源預留分組的輸出是基于令牌桶算法實現，從而保證了資明員(zī)源預 留流的帶寬要求。另外 3 類數據流均做金以嚴格優先級的方式進行輸出調度，即 TSN 時(shí)土我間敏感流優先級最高，預約帶寬流次之，盡力轉發流最低(dī)。 日計

2.4 SDN 與 TSN相結合的實現低體方案思考

   &nb不唱sp;SDN 和 TSN 相結合的實現中，在原有 UM 中通(t我務ōng)過插入報文解析和流 表查找模塊實現，海師控制平面通(tōng)過 OpenFlow 協議向數據師有平台下發流表配置。 硬件數據平面首先對輸入的報文進行解析操作電司，并針對解析的結果提取查找 Key，流表查找模塊則根據鐘窗提取的Key值以及控制平面下面的規則進行匹配， 并輸出匹配的查找結果。根據流知場表的配置規則目前支持的 Action 包括：端 口轉發、丢棄、轉發給 國計CPU、添加 Vlan 頭等操作，實現結構圖如(rú)圖 5 所議日示。 輸出控制中的端口調度實現基于 2.3 方討友案實現。     動務Vlan 頭的添加分兩種情況：

1. 作為(wèi)端系統，此方案為(wèi)端系電國統時(shí)通(tōng)過流的區分以及 OpenFl影門ow 對流表規則的配置确定流的優先級，從而實現根據不(bù)同聽制優先級的流調度。
2. 作為(wèi)交換，輸入的時(shí)間敏感為間流的報文應已經攜帶 Vlan 頭（在端添加， 短聽 通(tōng)過規劃可以提前了解其優先級以及轉發路徑），此功能隻對資(z我一ī)源預 留和盡力轉發的流添加 Vlan 頭，并進相微行轉發處理。即對未進行 Vlan 頭添加流報文添加 Vlan 頭，用多已經添加則不(bù)進行處理。