一、引言      軟件定義時(shí)間敏感網絡系統是(shì)在(zài)軟件定義網絡框架下融入了(le／liǎo)時(shí)間敏感網絡技術的(de)綜合性網絡系統。該系統既具備軟件定義網絡的(de)組網靈活性、協議無關轉發的(de)高适應性、轉發控制分離的(de)高效性與可控性，同時(shí)又有低延時(shí)、低抖動的(de)時(shí)間敏感特性。該系統通過軟件流表與隊列映射的(de)靈活定義，極大(dà)放寬了(le／liǎo)全網流規劃調度的(de)難度，增強了(le／liǎo)TSN網絡的(de)适用範圍和(hé / huò)行業兼容能力。      時(shí)間敏感是(shì)業務的(de)屬性，故在(zài)業務流交互過程中分組所經曆的(de)所有處理環節都要(yào / yāo)滿足時(shí)間敏感特性才能夠真正保證業務的(de)時(shí)間要(yào / yāo)求。TSN一定是(shì)一個(gè)完整的(de)時(shí)間敏感網絡系統。      衡阳小九是(shì)OpenTSN項目的(de)忠實支持者、貢獻者與推動者，OpenTSN 1.0開源版本（github與gitee均有下載）受到(dào)廣大(dà)TSN研究者的(de)熱捧。在(zài)該版本基礎上(shàng)，衡阳小九網絡與沈陽自動化所結合應用行業特性要(yào / yāo)求做了(le／liǎo)大(dà)量的(de)修改與改進，共同研發了(le／liǎo)一套較爲(wéi / wèi)完整的(de)軟件定義時(shí)間敏感網絡系統。 二、網絡系統組成      軟件定義時(shí)間敏感網絡系統主要(yào / yāo)包括：端節點、交換機和(hé / huò)控制器。其中端節點可分爲(wéi / wèi)實時(shí)端節點和(hé / huò)普通節點。時(shí)間敏感流路徑上(shàng)所有交換機都支持TSN規範要(yào / yāo)求。控制器使用SDN控制器Floodlight，部署在(zài)普通電腦上(shàng)。端節點和(hé / huò)交換機都使用OpenBox-S4設備，該設備核心芯片是(shì)Zynq-7020，由雙核CPU+FGPA異構組成，采用FAST架構搭建網絡IO系統。通過軟件靈活配置可運行爲(wéi / wèi)端節點或交換機。       該系統的(de)TSN功能全部由FPGA邏輯實現，包括時(shí)鍾同步和(hé / huò)Qbv調度。其中PTP分組同步數據根據硬件流表控制轉發，确保同步分組雙向路徑對稱。所有分組數據均可在(zài)不(bù)同節點根據硬件流表映射不(bù)同優先級隊列和(hé / huò)輸出(chū)端口，既可有效降低規劃沖突，又能方便路徑規劃。所有分組數據均根據硬件相應流表轉發，既可由軟件動态配置，也(yě)可從本地(dì / de)存儲空間加載規劃配置好的(de)所有流表。全FPGA實現功能與靜态流表加載非常适合在(zài)車載等相對固定的(de)環境使用，搭建CPU後則适合大(dà)規模網絡環境和(hé / huò)動态變化的(de)網絡環境下使用。不(bù)僅适應BE流的(de)動态變化，TSN流也(yě)可以(yǐ)通過流表方式動态規劃和(hé / huò)配置。       1.端節點      實時(shí)節點：實時(shí)節點CPU運行硬實時(shí)操作系統，包含PL側的(de)實時(shí)驅動、實時(shí)網絡協議棧和(hé / huò)實時(shí)應用，如rtping和(hé / huò)rtudp等。FPGA加載支持TSN功能的(de)硬件邏輯，支持與網絡中時(shí)間主節點同步，支持流表映射和(hé / huò)規劃調度設置。      普通節點：普通節點運行普通操作系統，包含PL側普通驅動，使用系統标準協議棧功能，支持标準的(de)SOCKET應用，如ping和(hé / huò)iperf等。FPGA邏輯加載FAST标準5級流水線功能邏輯。      2.交換機      交換機運行普通操作系統，包含PL側普通驅動，使用系統标準協議棧功能，支持标準的(de)SOCKET應用。安裝運行OVS虛拟交換機，移植開發OVS流表硬件卸載功能、南向OpenFlow協議擴展支持功能，主要(yào / yāo)包括對TSN相關參數的(de)配置，如硬件流表配置、門控列表等。      3.控制器       安裝運行于(yú)普通電腦上(shàng)，需要(yào / yāo)移植開發對TSN相關屬性配置的(de)北向APP、北向REST API、控制器支撐模塊、OpenFlow協議擴展模塊等。如TSN同步使能、調度使能、TSN門控列表配置、協議無關流表配置等。      4.系統演示環境      演示系統包含1個(gè)時(shí)鍾主節點（交換）、8個(gè)時(shí)鍾從節點（交換）、2個(gè)時(shí)鍾從節點（實時(shí)端）、1個(gè)數據采集監控節點和(hé / huò)2個(gè)BE流普通節點。交換網絡連接爲(wéi / wèi)田字格，端節點數據流可通過軟件定義流表的(de)方式做不(bù)同的(de)路徑切換。 三、組網測試驗證 1.SDN控制器拓撲 2.SDN流表（端口輸出(chū)與TSN隊列映射） 3.接口狀态與計數 4.實時(shí)門控與BUFF統計 5.實時(shí)同步狀态 6.拓撲重組網 8.Qbv門控調度配置（靈活） 9.實時(shí)端系統實時(shí)ping 10.修改調度門控 11.新門控實時(shí)ping對比 12.路徑重規劃後實時(shí)ping對比（紅色A路徑，黃色B路徑） 13.實時(shí)UDP通信測試 14.協議無關轉發（OT節點不(bù)移植協議） 四、結語      軟件定義時(shí)間敏感網絡系統是(shì)一個(gè)綜合性網絡系統，業務數據流經的(de)每個(gè)層級和(hé / huò)環節（應用、協議棧、驅動、系統調度、網卡、交換機等）都要(yào / yāo)求具備實時(shí)性，缺一不(bù)可。在(zài)不(bù)同的(de)應用場景下或流特性要(yào / yāo)求不(bù)同的(de)情況下，系統的(de)解決方案不(bù)完全相同。比如端系統不(bù)一定要(yào / yāo)采用帶系統的(de)環境，可以(yǐ)裸CPU運行，也(yě)可以(yǐ)使用PLC或純FPGA邏輯等方式。具體要(yào / yāo)看業務的(de)運行環境和(hé / huò)時(shí)間敏感需求，完全可以(yǐ)根據用戶要(yào / yāo)求實現各類定制需求。
      上(shàng)述驗證場景隻是(shì)提供一了(le／liǎo)整套可能的(de)使用方法，中間許多細節也(yě)并不(bù)完善，時(shí)間精度的(de)控制及全網規劃調度也(yě)還需要(yào / yāo)進一步改進和(hé / huò)優化。
      歡迎大(dà)家多多交流溝通，多提寶貴意見，共同促進TSN網絡技術的(de)普及發展。