資(zī)源預約和分(fēn)配是網絡保證服務質量的前提。TSN網絡中(zhōng)有兩種類型的服務質量保證，一(yī)是帶寬預約流量（如音頻(pín)視頻(pín)流），一(yī)種是周期性的時間敏感流量。爲保證這些流量的服務質量，一(yī)方面需要在包含網絡接口适配器和交換機的端到端路徑上進行資(zī)源預留，另一(yī)方面需要TSN網絡接口适配器對預約資(zī)源流量進行整形和過濾，避免超出預約的流量通過UNI接口進入網絡，對其他正常流量産生(shēng)影響。因此，TSN網絡需要根據離(lí)線的資(zī)源預約和規劃結果，對交換機和網絡接口适配器上的資(zī)源進行相應配置。 一(yī)、TSN網絡的配置管理概述    （1）面向預約帶寬流量的資(zī)源管理
     目前TSN網絡支持兩種類型流量的服務質量保證，分(fēn)别爲預約帶寬的流量和周期調度的時間敏感流量。
     預約帶寬流量主要針對音視頻(pín)應用數據的傳輸，需要在保證帶寬的同時，是的傳輸延時不超過最大(dà)限制，例如音頻(pín)流量延時不超過10ms，視頻(pín)流量延時不超過100ms。TSN交換機在數據平面爲預約帶寬流量提供基于信用的整形器（Credit based shaper）機制，控制平面采用流資(zī)源預約協議SRP （802.1Qat）動态的預約網絡資(zī)源。      TSN工(gōng)作組爲TSN網絡的配置管理定義了SRP協議。802.1Qat定義的SRP協議類似互聯網中(zhōng)的RSVP，發送方首先定義流量的規範Tspec，包括最大(dà)分(fēn)組尺寸和帶寬等信息，然後從發送方開(kāi)始向接收方發送預約資(zī)源的消息（包含流ID，流規範Tspec，分(fēn)組MAC地址，VLAN ID和優先級等信息），在沿途的交換設備上預約信息。      由于傳統基于總線的列車(chē)通信系統難以滿足要求。2014年，國際電(diàn)工(gōng)委員(yuán)會頒布了IEC61375 2-5（以太列車(chē)骨幹網，ETB）和IEC61375 3-4（以太列車(chē)組成網，ECN），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左右提升到100M，以求滿足列車(chē)網絡高帶寬交換需求。    （2）面向時間敏感流量的資(zī)源管理
     時間敏感流量主要針對周期性産生(shēng)的關鍵控制信息，數據平面通過循環隊列轉發CQF（802.1Qch）整形機制以及基于時間的門控邏輯（802.1Qbv）保證端到端信息傳遞的确定性延時。在控制平面采用基于集中(zhōng)控制器的流配置（802.1Qcc）方式對端到端交換路徑進行資(zī)源預約。      802.1Qcc是對SRP協議的擴展，除了可以支持更多數目的流資(zī)源預約外(wài)，還支持集中(zhōng)的網絡通過集中(zhōng)的網絡控制器CNC（Central Network Controller）通過集中(zhōng)計算（交換路徑、資(zī)源需求和調度參數）和配置交換設備，以便支持周期性調度的時間敏感流量。    （3）針對特定場景的資(zī)源管理優化
     對于特定的規模有限的封閉平台網絡，如列車(chē)骨幹網絡，車(chē)載網絡等，網絡節點相對固定，關鍵業務數據流特點（如關鍵攝像頭的視頻(pín)流信息，關鍵傳感器的周期性控制信息）相對固定，不會随着時間的變化而發生(shēng)較大(dà)變化，對于這類網絡可以采用離(lí)線規劃的方式靜态的分(fēn)配網絡資(zī)源，可以大(dà)大(dà)簡化資(zī)源管理的複雜(zá)性。 二、TSN網絡資(zī)源管理軟件框架    （1）基于SDN的資(zī)源管理方式
     SDN技術的發展和成熟爲網絡細粒度管控提供了新的手段。轉發控制分(fēn)離(lí)，集中(zhōng)管理和數據平面可編程是SDN的重要特點。TSN可以利用SDN思想實現有效的資(zī)源管理，主要有兩個優點。      一(yī)是802.1Qcc提出的集中(zhōng)計算和配置的CNC控制器模型與SDN集中(zhōng)管理模型十分(fēn)契合，因此可以利用SDN網絡提供的基礎設施進行資(zī)源管理，如使用SDN控制器提供的設備管理功能，利用标準的openflow通道實現CNC與被管設備的通信等。      二是在SDN管理框架下(xià)，資(zī)源管理軟件可方便的獲取TSN網絡的其他信息，例如當CNC以SDN北(běi)向接口應用形式實現時，可利用SDN控制器提供的REST API獲取TSN網絡的拓撲信息等。    （2）TSN資(zī)源管理軟件
     我(wǒ)(wǒ)們提出的TSN網絡資(zī)源管理軟件的架構如下(xià)圖所示。自上至下(xià)包含配置需求管理，全局資(zī)源分(fēn)配和設備資(zī)源配置三個層次。TSN資(zī)源管理軟件作爲SDN控制器上的北(běi)向接口應用，與交換管理，安全管理和日志(zhì)管理等應用并列，同時利用SDN控制器的設備管理和南(nán)向接口協議與網絡中(zhōng)的設備（含網絡接口适配器和交換機）進行通信。      配置需求管理主要保存設備資(zī)源狀态，應用預約狀态和網絡拓撲狀态信息。其中(zhōng)設備資(zī)源狀态信息可通過設備資(zī)源描述信息獲取，應用預約狀态信息可通過離(lí)線配置或者動态協議獲取（TSN實驗環境開(kāi)發暫不考慮類似SRP的動态預約協議），而TSN網絡拓撲信息可以離(lí)線配置，也可以通過REST API從SDN控制器獲取。      全局資(zī)源分(fēn)配是資(zī)源管理軟件的核心，主要功能是将一(yī)條用戶預約的流映射到端到端交換路徑上，并根據流的服務質量要求，爲其分(fēn)配交換路徑上每個設備上的資(zī)源。映射算法需要考慮的因素及約束條件很多，理論上可證明爲NP完全問題。詳見下(xià)表。      需要注意的是，在集中(zhōng)的TSN網絡資(zī)源管理模型下(xià)，爲每條帶寬預約的流分(fēn)配一(yī)個全局流ID對簡化實現複雜(zá)度十分(fēn)重要。在數據平面，網絡接口适配器實現分(fēn)組到全局流ID的映射和标記（例如将全局流ID攜帶在VLAN tag中(zhōng)），交換設備可将全局流ID作爲轉發的依據。在控制平面，直接使用流ID可以簡化流分(fēn)類查表得複雜(zá)性，提升處理性能。 三、TSN設備的資(zī)源管理抽象       基于SDN的集中(zhōng)資(zī)源管理需要對TSN設備轉發平面的資(zī)源管理機制進行抽象。一(yī)方面可以向控制軟件屏蔽硬件實現的差異，另一(yī)方面可以直接使用SDN控制器的openflow等南(nán)向接口協議對設備進行配置。      由于TSN網絡接口适配器實現的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資(zī)源管理抽象，如下(xià)表所示。注意在表中(zhōng)沒有列出與服務質量保證相關的統計信息，在實現過程中(zhōng)可根據需要添加。      由于FAST交換模型可方便的在現有流水線中(zhōng)插入新的模塊以支持TSN交換，因此集中(zhōng)的TSN資(zī)源管理軟件對網絡接口适配器和交換機的資(zī)源配置管理實現十分(fēn)簡單，我(wǒ)(wǒ)們将在後續的文章中(zhōng)介紹。