&nbs友他p; 時間敏感網絡是近年來迅速發展的新技術，可以有效解北鐘決智能制造，交通，電(diàn)力，移動通信和數字媒體(tǐ)等領和白域對确定性數據交換的需求。基于軟硬件協同的FAST架構可以方便的實現TSN兵黑交換設備和網絡接口适配器原型。然而不同的領域對TSN交換的需求差異很大(dà)聽刀，對TSN技術的驗證和實驗必須針對特定環境進行。我(wǒ)(wǒ的跳)們選擇以太網列車(chē)骨幹（ETB）的交換門睡需求作爲場景，基于openbox-S4和樹(shù)莓派節點建立睡討FAST-TSN-ETB實驗環境，對基于FAST的TSN交換技術進行謝照驗證。 一(yī)、列車(chē)以太網交換的特點     &nb愛地sp; 我(wǒ)(wǒ)們選擇列車(chē)以太網骨幹作爲FAST-科間TSN原型實驗環境主要有兩方面原因。一(yī)是列車(chē)網絡妹樂的環形拓撲相對簡單，而且有統一(yī)的規範定義（北謝IEC 61375-2-5），相比其他領域，網絡的參考資(zī)料相對又唱充足；二是TSN被業界認爲是列車(chē)以太網未來的重要發展趨勢之一(y務睡ī)，基于列車(chē)以太網場景構建TSN的實驗環境具有一藍海(yī)定的應用價值。    （1）列車(chē)以太網（E兵匠TB）簡介
     個作基于高速鐵路對列車(chē)網絡系統要求的不斷提高，特别是現代列車(chē)歌兵裝配有越來越多的智能子系統以實現更高的性能，安全性，更低的能耗和高舒适度的需友訊求。這些改變給列車(chē)制造商(shāng)，運營商(shāng)和系月報統集成商(shāng)帶來了諸多挑戰。     &nbs務又p;目前列車(chē)中(zhōng)網絡交換的需愛舞求主要包括：（1）列車(chē)運行管理核心部件，如媽們牽引、制動、照明、電(diàn)池、供熱通風與空氣調節器拿、水箱、車(chē)門、監控、事件記錄等設備的數據交換；（2）軸承溫度、速林行度測量、和橫向震動等傳感器信息的收集；（3）旅客使用的通信網絡。此外(wà秒銀i)，列車(chē)網絡還有對地通信的需求，如圖1所示。    現車;  由于傳統基于總線的列車(chē)通信系統難以滿足們間要求。2014年，國際電(diàn)工(gōng)委員(yu坐通án)會頒布了IEC61375 2-5（以太列車(chē)骨幹網，城在ETB）和IEC61375 3-4（以太列車(chē)組成網，ECN）文筆，将以太網應用于高速列車(chē)。将列車(chē)網絡骨幹帶寬從1.5M時姐左右提升到100M，以求滿足列車(chē的紅)網絡高帶寬交換需求。    &窗熱nbsp; 考慮減小(xiǎo)電(diàn)纜布線複雜(西金zá)性、縮短列車(chē)網絡初始化（拓撲發現、地址分(fēn)配學道等）時間以及提供故障冗餘等因素，列車(chē間事)以太網骨幹在每個車(chē)廂部署一(yī)個網關節點（又(可男yòu)稱ETBN節點），這些節點首尾相連形成環這弟形拓撲，如圖2所示。      費西;根據IEC61375-2-5标準，ETBN使用802.3我些以太網MAC， 802.1Q VLAN以及802.1AB LLDP 協事黑議，由于ETB爲環形拓撲，因此ETBN設備在列車(chē)車文初運行時不使用802.1D生(shēng)成樹(shù)技術，老媽而采用列車(chē)拓撲發現協議（TTDP）。 跳樹    （2）TSN在列車(時對chē)以太網中(zhōng)的應用前景
  &nbs長如p;  由于列車(chē)運行控制那玩中(zhōng)存在周期性關鍵數據傳輸（如來自軸承溫度和速度測量傳感器數據），劇有帶寬預約流量（CCTV的視頻(pín)流量）以及其他best effort流信中量。而在ETB規範中(zhōng)，流量控制、入口速率控制和出口整形等窗做技術僅作爲可選項，因此難以滿足關鍵流量的服務質木報量保證需求。      T城地SN在列車(chē)中(zhōng)的應用的主要優點包括兩方面：市答一(yī)是能夠在一(yī)套網絡中(zhōng)傳輸不同的流量秒請，節約設備部署和管理維護複雜(zá)性。二是能夠有兵紙效隔離(lí)列車(chē)運行關鍵的關鍵數據和用戶數據，不必擔心用戶的數著頻據會影響到列車(chē)制動裝置的控制。     &師有nbsp;因此，近年來一(yī)些工(gōng)業界專子雜家認爲[3]，标準的基于TSN的以太網應用會簡化鐵路軌道交通短科網絡的複雜(zá)性以及資(zī)本投入（CAPEX）和一對運營成本（OPEX），TSN将會是未來列車(chē)網絡重要的發務這展方向。 二、面向列車(chē)以太網的實驗環區紙境：FAST-TSN-ETB    （1）實驗環境組成
     我輛術(wǒ)(wǒ)們搭建的列車(chē)以太網低討實驗環境如圖4所示，主要由8個openbox-S4闆卡以及部分(fēn)樹(s司銀hù)莓派節點組成。其中(zhōng)A、B、C和D四個節點形成環形拓撲這近，每個節點實現支持TSN交換的額ETBN節點功能，舊人仿真包含4個車(chē)廂的列車(chē)以太網骨幹。     &n看通bsp;Openbox-S4是我(wǒ)(wǒ)們基于高到xilinx Zynq FPGA設計的可編程闆卡，是目前基于FAST架構進行路要議由交換開(kāi)發的成熟的平台，支持4個千兆以太網接口靜暗，也是我(wǒ)(wǒ)們TSN交換和接口适配技和器原型的實驗平台。     讀和; 節點E，F和H仿真3個接入ETB網絡的計算機。内部ARM處光習理器實現計算功能，FPGA實現TSN網絡接入工理控制器功能，每個節點具有獨立的IP地址，控制接口具有惟一(y拿來ī)的MAC地址。    &是藍nbsp; 樹(shù)莓派I1、I2和I3仿真列車(拍來chē)中(zhōng)的傳感器和執行器功能，沒有獨立的IP地址，通過網關影關G接入ETB網絡。    （2）節點的功能和笑作實驗的流量
     白雪;TSN網絡控制器在節點E上實現。節點E上運行flood又作light控制器，TSN網絡集中(zhōng)管理頻刀功能将作爲控制器北(běi)向接口應用開(kāi)發。 站體     &拿歌nbsp;列車(chē)管理控制系統在節點F上實現森少。I1-I3與節點F的通信流量爲ETB中(車章zhōng)的關鍵流量，節點H代表乘客的是話計算機，向ETB網絡中(zhōng)發送背城通景流量。 三、基于FAST-TSN-ETB的實驗内容 地務     &nb線機sp;我(wǒ)(wǒ)們實驗的目的主要有三樂市個，一(yī)是通過搭建ETB環境，進一(木章yī)步加深對列車(chē)以太網拓撲特點和運行規律的認識；二是對我(wǒ)大黃(wǒ)們基于FAST架構實現的TSN交身他換能力的驗證；三是探索針對ETB特定場景的TSN實現玩水技術的定制設計和實現技術。
     些銀;我(wǒ)(wǒ)們拟進行的實驗内容如下上可(xià)表所示。 在後續文章中(zhōng)我(wǒ)(wǒ)們會進市雪一(yī)步介紹FAST-TSN-ETB實驗環境的配置，工(gōng作姐)作流程和初步實驗結果等。 參考文獻
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