資源預約和(hé / huò)分配是(shì)網絡保證服務質量的(de)前提。TSN網絡中有兩種類型的(de)服務質量保證，一是(shì)帶寬預約流量（如音頻視頻流），一種是(shì)周期性的(de)時(shí)間敏感流量。爲(wéi / wèi)保證這(zhè)些流量的(de)服務質量，一方面需要(yào / yāo)在(zài)包含網絡接口适配器和(hé / huò)交換機的(de)端到(dào)端路徑上(shàng)進行資源預留，另一方面需要(yào / yāo)TSN網絡接口适配器對預約資源流量進行整形和(hé / huò)過濾，避免超出(chū)預約的(de)流量通過UNI接口進入網絡，對其他(tā)正常流量産生影響。因此，TSN網絡需要(yào / yāo)根據離線的(de)資源預約和(hé / huò)規劃結果，對交換機和(hé / huò)網絡接口适配器上(shàng)的(de)資源進行相應配置。 一、TSN網絡的(de)配置管理概述    （1）面向預約帶寬流量的(de)資源管理
     目前TSN網絡支持兩種類型流量的(de)服務質量保證，分别爲(wéi / wèi)預約帶寬的(de)流量和(hé / huò)周期調度的(de)時(shí)間敏感流量。
     預約帶寬流量主要(yào / yāo)針對音視頻應用數據的(de)傳輸，需要(yào / yāo)在(zài)保證帶寬的(de)同時(shí)，是(shì)的(de)傳輸延時(shí)不(bù)超過最大(dà)限制，例如音頻流量延時(shí)不(bù)超過10ms，視頻流量延時(shí)不(bù)超過100ms。TSN交換機在(zài)數據平面爲(wéi / wèi)預約帶寬流量提供基于(yú)信用的(de)整形器（Credit based shaper）機制，控制平面采用流資源預約協議SRP （802.1Qat）動态的(de)預約網絡資源。      TSN工作組爲(wéi / wèi)TSN網絡的(de)配置管理定義了(le／liǎo)SRP協議。802.1Qat定義的(de)SRP協議類似互聯網中的(de)RSVP，發送方首先定義流量的(de)規範Tspec，包括最大(dà)分組尺寸和(hé / huò)帶寬等信息，然後從發送方開始向接收方發送預約資源的(de)消息（包含流ID，流規範Tspec，分組MAC地(dì / de)址，VLAN ID和(hé / huò)優先級等信息），在(zài)沿途的(de)交換設備上(shàng)預約信息。      由于(yú)傳統基于(yú)總線的(de)列車通信系統難以(yǐ)滿足要(yào / yāo)求。2014年，國(guó)際電工委員會頒布了(le／liǎo)IEC61375 2-5（以(yǐ)太列車骨幹網，ETB）和(hé / huò)IEC61375 3-4（以(yǐ)太列車組成網，ECN），将以(yǐ)太網應用于(yú)高速列車。将列車網絡骨幹帶寬從1.5M左右提升到(dào)100M，以(yǐ)求滿足列車網絡高帶寬交換需求。    （2）面向時(shí)間敏感流量的(de)資源管理
     時(shí)間敏感流量主要(yào / yāo)針對周期性産生的(de)關鍵控制信息，數據平面通過循環隊列轉發CQF（802.1Qch）整形機制以(yǐ)及基于(yú)時(shí)間的(de)門控邏輯（802.1Qbv）保證端到(dào)端信息傳遞的(de)确定性延時(shí)。在(zài)控制平面采用基于(yú)集中控制器的(de)流配置（802.1Qcc）方式對端到(dào)端交換路徑進行資源預約。      802.1Qcc是(shì)對SRP協議的(de)擴展，除了(le／liǎo)可以(yǐ)支持更多數目的(de)流資源預約外，還支持集中的(de)網絡通過集中的(de)網絡控制器CNC（Central Network Controller）通過集中計算（交換路徑、資源需求和(hé / huò)調度參數）和(hé / huò)配置交換設備，以(yǐ)便支持周期性調度的(de)時(shí)間敏感流量。    （3）針對特定場景的(de)資源管理優化
     對于(yú)特定的(de)規模有限的(de)封閉平台網絡，如列車骨幹網絡，車載網絡等，網絡節點相對固定，關鍵業務數據流特點（如關鍵攝像頭的(de)視頻流信息，關鍵傳感器的(de)周期性控制信息）相對固定，不(bù)會随着時(shí)間的(de)變化而(ér)發生較大(dà)變化，對于(yú)這(zhè)類網絡可以(yǐ)采用離線規劃的(de)方式靜态的(de)分配網絡資源，可以(yǐ)大(dà)大(dà)簡化資源管理的(de)複雜性。 二、TSN網絡資源管理軟件框架    （1）基于(yú)SDN的(de)資源管理方式
     SDN技術的(de)發展和(hé / huò)成熟爲(wéi / wèi)網絡細粒度管控提供了(le／liǎo)新的(de)手段。轉發控制分離，集中管理和(hé / huò)數據平面可編程是(shì)SDN的(de)重要(yào / yāo)特點。TSN可以(yǐ)利用SDN思想實現有效的(de)資源管理，主要(yào / yāo)有兩個(gè)優點。      一是(shì)802.1Qcc提出(chū)的(de)集中計算和(hé / huò)配置的(de)CNC控制器模型與SDN集中管理模型十分契合，因此可以(yǐ)利用SDN網絡提供的(de)基礎設施進行資源管理，如使用SDN控制器提供的(de)設備管理功能，利用标準的(de)openflow通道(dào)實現CNC與被管設備的(de)通信等。      二是(shì)在(zài)SDN管理框架下，資源管理軟件可方便的(de)獲取TSN網絡的(de)其他(tā)信息，例如當CNC以(yǐ)SDN北向接口應用形式實現時(shí)，可利用SDN控制器提供的(de)REST API獲取TSN網絡的(de)拓撲信息等。    （2）TSN資源管理軟件
     我們提出(chū)的(de)TSN網絡資源管理軟件的(de)架構如下圖所示。自上(shàng)至下包含配置需求管理，全局資源分配和(hé / huò)設備資源配置三個(gè)層次。TSN資源管理軟件作爲(wéi / wèi)SDN控制器上(shàng)的(de)北向接口應用，與交換管理，安全管理和(hé / huò)日志管理等應用并列，同時(shí)利用SDN控制器的(de)設備管理和(hé / huò)南向接口協議與網絡中的(de)設備（含網絡接口适配器和(hé / huò)交換機）進行通信。      配置需求管理主要(yào / yāo)保存設備資源狀态，應用預約狀态和(hé / huò)網絡拓撲狀态信息。其中設備資源狀态信息可通過設備資源描述信息獲取，應用預約狀态信息可通過離線配置或者動态協議獲取（TSN實驗環境開發暫不(bù)考慮類似SRP的(de)動态預約協議），而(ér)TSN網絡拓撲信息可以(yǐ)離線配置，也(yě)可以(yǐ)通過REST API從SDN控制器獲取。      全局資源分配是(shì)資源管理軟件的(de)核心，主要(yào / yāo)功能是(shì)将一條用戶預約的(de)流映射到(dào)端到(dào)端交換路徑上(shàng)，并根據流的(de)服務質量要(yào / yāo)求，爲(wéi / wèi)其分配交換路徑上(shàng)每個(gè)設備上(shàng)的(de)資源。映射算法需要(yào / yāo)考慮的(de)因素及約束條件很多，理論上(shàng)可證明爲(wéi / wèi)NP完全問題。詳見下表。      需要(yào / yāo)注意的(de)是(shì)，在(zài)集中的(de)TSN網絡資源管理模型下，爲(wéi / wèi)每條帶寬預約的(de)流分配一個(gè)全局流ID對簡化實現複雜度十分重要(yào / yāo)。在(zài)數據平面，網絡接口适配器實現分組到(dào)全局流ID的(de)映射和(hé / huò)标記（例如将全局流ID攜帶在(zài)VLAN tag中），交換設備可将全局流ID作爲(wéi / wèi)轉發的(de)依據。在(zài)控制平面，直接使用流ID可以(yǐ)簡化流分類查表得複雜性，提升處理性能。 三、TSN設備的(de)資源管理抽象       基于(yú)SDN的(de)集中資源管理需要(yào / yāo)對TSN設備轉發平面的(de)資源管理機制進行抽象。一方面可以(yǐ)向控制軟件屏蔽硬件實現的(de)差異，另一方面可以(yǐ)直接使用SDN控制器的(de)openflow等南向接口協議對設備進行配置。      由于(yú)TSN網絡接口适配器實現的(de)服務質量保證機制與TSN交換機基本相同，因此網絡接口适配器與交換機使用相同的(de)資源管理抽象，如下表所示。注意在(zài)表中沒有列出(chū)與服務質量保證相關的(de)統計信息，在(zài)實現過程中可根據需要(yào / yāo)添加。      由于(yú)FAST交換模型可方便的(de)在(zài)現有流水線中插入新的(de)模塊以(yǐ)支持TSN交換，因此集中的(de)TSN資源管理軟件對網絡接口适配器和(hé / huò)交換機的(de)資源配置管理實現十分簡單，我們将在(zài)後續的(de)文章中介紹。