一(yī)、 引言

  &nbs黃離p; 在工(gōng)業自動化系統控制中(zhōng)，不同的花老廠商(shāng)在各自的細分(fēn)領域中(z呢在hōng)有自己的通信标 準和協議，有些雖然是基于傳統以太網上工實現，但其爲了支持自動化應用對延時的 些土 嚴格要求在傳統以太網的基礎上附加了一(yī)些其資綠他技術和機制，從而導緻各廠家的 協議互不兼容。因此面對草作不同廠家的産品在運行、錯誤診斷、維護和存儲時都會 存在諸土作多不便。
    随着工(亮輛gōng)業物(wù)聯網（IIoT）的興起和工(gōng)業 4開站.0 的提出，目前越來越多的廠家開(kāi) 始關注 會錢 TSN（Time Sensitive Networking，時間敏下紅感網絡）。TSN 爲以太網提供 确定性性事影能，并可以滿足不同的數據流在同一(yī)網絡友作統一(yī)傳輸，從而可以滿足工(gōng)業 自動化嚴格的延時需求下通，并最終可以使的工(gōng)業通信創建化村一(yī)個統一(yī)的基礎成爲可能。
    SDN 我場架構的控制平面與數據平面分(fēn)離(lí)機制便于低了集中(zhōng)管控工(gōng)業網絡的資(zī)源麗動，可 以靈活、合理的爲不同 QoS 中畫需求的業務分(fēn)配不同的網絡資(zī)源集，提高網絡利用 率。S拍姐DN 和 TSN 技術的結合可以提高網絡利用率的同時保證時間敏感流月了的實現 實時需求，并且可以實現集中(zhōng)式的網絡控這金制、網絡動态規劃與調度，因此 SDN 和 TSN 相結合的方式些頻可能會是未來工(gōng)業網絡的發展方向。

二、 TSN 解決方案

    是哥TSN 協議包含了如 IEEE 802.1AS 時間步同協議、802裡都.1Qbv 計劃流量增強協 議、802.1Qci 流預留煙資過濾協議以及 802.1Qcc 管理控制協議等。雖然成套的 TSN 理說 協議還在繼續擴展，功能不斷改進，但現有标準提供了豐富的功能醫高選擇。OpenTSN 解決方案支持 802.1少文AS 協議、802.1Qbv 的 去睡CQF 調度算法、802.1Qci 的流隊列映 射其具體(tǐ外視)實現結構如圖 1 所示。     OpenTSN支持分照如下(xià)功能：

• 其可以通過配置設置爲交換設備/端設備，也可以通過配置選擇是時筆雪鍾同步的主或從；
• 支持 802.1AS 1588 的時間同步；
• 支持 CQF 的調度、基于令牌桶的資(zī)美謝源預留的流量控制；
• 支持設備端口時鍾與主時鍾的同步；
• 支持分(fēn)組報文透明時間的計算；

OpenTSN 解決方案爲 FPGA 實現，其中(zhōng)模討光塊可以根據用戶的需求進行添加 或删除即可術為以實現用戶需求的迅速定制。

2.1 OpenTSN 時間同步解決方案

    如圖 2 所示，Op視人enTSN 的時間同步解決方案是 FPGA 硬件實現的基于15懂在88 的端到端的方式實現時間同步，同步精度可以達妹影到 100ns 以内，其中(zhōng)：

• DMAX 模塊用于判斷接收的報文是否爲 PTP 報文；
• Manage_Ctrl 模塊配置該時鍾作爲主時鍾或下國從時鍾；
• PTP_Ctrl 模塊接收控制信息，并按照控制信息進行相應的處理；
• Rx_proc 模塊對接收的 PTP 報文進行解析，提取關鍵字兵湖；
• Tx_proc 模塊按照要求構造并發送 PTP 報紅刀文；
• Cyc_sync 模塊維持時鍾計數器，存儲 T1、T2、T3、T4一票 時間值，并且完成時間偏移量的計算；
• MAX模塊用于彙聚 PTP 的報文和 DMAX輸出的報文區但進行控制轉發；

2.2 OpenTSN透明傳輸時間計算解決方音雪案

    算愛;OpenTSN 的透明傳輸時間（駐留時間）是通過在來人 PTP 報文輸入時标記 時間戳，并在輸出時根據輸入時體市标記的時間戳與當前時間進行對比計算，從 而計算出章我 PTP 報文分(fēn)組從端口輸入到端口輸出的駐留時間，如圖 3 朋生所示。

2.3 OpenTSN 流映射及得湖調度解決方案

    雨會;流的映射是根據分(fēn)組的 Vlan 頭的 PCP 域進行隊列信低映射，在 OpenTSN 的實現中(zhōng)，根據其分(fē舊道n)組 PCP 值的不同将其映射爲 3 個不同的等級，即 7、6笑街 優先級最高爲 TSN 的時間敏感流，5-3 爲預約帶寬流、這姐2-0 爲盡力轉發流， 如圖 4 所示。
   &nbs知樹p;在流分(fēn)組的處理時，首先是将分(fēn)組數據緩存到數據緩存内，生分将流分(fēn)組的 描述信息封裝到 Metad北美ata 内進行隊列映射轉發。在映射時 TS鐵務N 流是基于 CQF 的乒乓隊列的形式進行輸入控制，即在偶時間存入偶隊列 畫站 Q2，奇時間 存入奇隊列 Q3。在輸出調度時偶時間調度樂師奇隊列的數據輸出，奇時間調度 偶隊列數據輸出，根據輸入時間以及調度時明花間的控制從而保證了數據分(fēn)組的 轉發延時。資(zī)源預留分(fē銀腦n)組的輸出是基于令牌桶算法實現，從而保證了資(zī)器事源預 留流的帶寬要求。另外(wài) 3 類數文花據流均以嚴格優先級的方式進行輸出調度，即 TSN 時間敏感流優先級最高，知明預約帶寬流次之，盡力轉發流最低。

2.4 SDN 與 TSN相結合的實現方冷姐案思考

   &用樂nbsp;SDN 和 TSN 相結合的實現中(zhōng)，在湖新原有 UM 中(zhōng)通過插入報文解析和流 表查計長找模塊實現，控制平面通過 OpenFlow 協議向數據用要平台下(xià)發流表配置。 硬件數據平面首先對輸入的器船報文進行解析操作，并針對解析的結果提取查找 Key，流表查找模塊則林城根據提取的Key值以及控制平面下(xià)面的規則進行匹配月湖， 并輸出匹配的查找結果。根據流表的配置規則目前支持的 Acti我舞on 包括：端 口轉發、丢棄、轉發給 CPU、添加 Vlan 頭等操子裡作，實現結構圖如圖 5 所示。 輸出控制中場服(zhōng)的端口調度實現基于 2市動.3 方案實現。   &nbs到歌p; Vlan 頭的添加分(fēn)兩種情況：

1. 作爲端系統，此方案爲端系統時通過流的區分(fē高理n)以及 OpenFlow 對流表規則的配置确定流的年吃優先級，從而實現根據不同優先級的流調度。
2. 作爲交換，輸入的時間敏感流的報文應已經攜帶 Vla黃雜n 頭（在端添加， 通過規劃可以提前了解其優先級以及轉發務水路徑），此功能隻對資(zī)源預 留和盡力轉麗做發的流添加 Vlan 頭，并進行轉發處理。即對未進行 弟是 Vlan 頭添加流報文添加 Vlan 頭，已經添加則不進行處理黃快。