近年來(lái)，在(zài)工業互聯網和(hé / huò)高端裝備制造領域，以(yǐ)太網代替傳統控制總線已成爲(wéi / wèi)一個(gè)重要(yào / yāo)發展趨勢。特别是(shì)随着802.1 TSN（時(shí)間敏感網絡）标準逐漸完善，如何有效利用TSN網絡爲(wéi / wèi)應用提供确定性和(hé / huò)高可靠的(de)數據交換也(yě)逐漸成爲(wéi / wèi)學術界研究的(de)新熱點。 一、OpenTSN研制的(de)背景和(hé / huò)目标      當前TSN關鍵技術研究受限于(yú)實驗環境搭建。主要(yào / yāo)原因是(shì)辦公環境和(hé / huò)實驗室現有的(de)以(yǐ)太網不(bù)支持TSN規範，而(ér)市場上(shàng)采購的(de)TSN交換設備也(yě)難以(yǐ)像SDN交換機一樣爲(wéi / wèi)研究提供開放的(de)編程接口。因此TSN關鍵技術研究隻能通過軟件仿真方法進行，學術界和(hé / huò)工業界都迫切需要(yào / yāo)一個(gè)真實的(de)、開放的(de)、開源的(de)TSN實驗環境，爲(wéi / wèi)TSN的(de)确定性交換、可靠性保證、離線規劃調度和(hé / huò)應用編程方法等機制的(de)研究提供支撐。      OpenTSN是(shì)國(guó)防科技大(dà)學計算機學院FAST團隊基于(yú)FAST架構設計的(de)TSN集成驗證環境，主要(yào / yāo)設計目标包括：      （1）基于(yú)FPGA實現支持802.1AS 、802.1Qbv，802.1Qch，802.1Qci等TSN核心功能的(de)交換機原型；      （2）基于(yú)FPGA實現支持802.1AS 、802.1Qbv，802.1Qci等功能的(de)TSN接口适配器，同時(shí)爲(wéi / wèi)時(shí)間敏感應用提供編程接口；      （3）基于(yú)上(shàng)述FPGA交換機和(hé / huò)适配器原型，搭建TSN實驗網絡；      （4）實現TSN網絡CNC控制器原型，支持對TSN網絡的(de)離線規劃和(hé / huò)配置；      （5）實現支持802.1AS 、802.1Qci和(hé / huò)802.1Qbv的(de)TSN測試儀原型，支持TSN數據流、BestEffort背景流的(de)發送、接收和(hé / huò)性能統計；      （6）實現TSN網絡遠程遙測功能，可微觀觀測TSN網絡時(shí)間同步狀态，交換機内部隊列狀态等，爲(wéi / wèi)TSN核心實現機制評估提供關鍵數據；      （7）實現TSN網絡與IP網絡的(de)網關功能；      上(shàng)述工作中，FPGA平台基于(yú)成熟的(de)Openbox-S4平台。平台無關的(de)軟硬件代碼全部開源，同時(shí)希望國(guó)内相關單位一起參與開發。 二、OpenTSN環境組成      OpenTSN環境的(de)組成如圖1所示。主要(yào / yāo)由9個(gè)Openbox-S4平台，4台Linux主機和(hé / huò)1個(gè)網絡攝像頭組成。      其中6個(gè)Openbox-S4配置成4端口TSN交換機，并組成一個(gè)環形TSN網絡。另外3個(gè)Openbox-S4分别實現TSN測試儀、流量分析器和(hé / huò)TSN網關功能。4個(gè)Linux終端分别運行TSN網絡的(de)CNC軟件，Insight軟件（TSN網絡内部狀态觀測分析），TSN測試儀控制軟件和(hé / huò)攝像頭視頻顯示軟件。      TSN測試儀參與TSN網絡的(de)時(shí)間同步，同時(shí)模拟三個(gè)TSN接口适配器，由測試儀控制器上(shàng)的(de)軟件模拟産生TSN流量的(de)應用。TSN測試儀同時(shí)接收TSN流量，對TSN流量交換的(de)延時(shí)進行分析。      每個(gè)交換機的(de)3号口爲(wéi / wèi)TAP口，會将進出(chū)的(de)流量打上(shàng)時(shí)間戳送流量分析器。流量分析器對流量進行過濾處理後，送給TSN-Insight進行統計分析。每個(gè)TSN交換機内嵌Beacon機制，固定時(shí)間（如每1ms）将交換機内部的(de)各種狀态（同步，隊列，計數器等）發送給Insihgt軟件進行分析和(hé / huò)顯示。      基于(yú)課題組在(zài)FAST基礎架構（FAST流水線，FAST軟件驅動、FAST編程庫），Openbox-S4平台（基于(yú)Zynq FPGA平台的(de)FPGA OS），FAST-ANT測試儀（用戶可編程的(de)網絡測試儀），1588/PTP時(shí)間同步，CQF轉發模型和(hé / huò)TSN-Insight等方面的(de)前期積累，目前OpenTSN環境的(de)主要(yào / yāo)功能已經可以(yǐ)運行，實驗環境如圖2所示。      關于(yú)FAST開源項目體系結構，Openbox-S4平台，OpenTSN交換機實現原理和(hé / huò)FAST-ANT測試儀等信息，可以(yǐ)關注“FAST開源社區”公衆号通過曆史文章中獲取。      OpenTSN代碼已經由碼雲（gitee）進行托管。OpenTSN代碼的(de)組織與共享方式、初步的(de)運行測試結果等信息将在(zài)後續文章中介紹。