一(yī)、 引言

    本方案的(de)核心優勢是在以太列車網絡中融入TSN的(de)技術，能有(yǒu)效解決現有(yǒu)以太列車網絡存在的(de)支持數據類型粒度過粗、無法精确保證關鍵性數據延時和(hé)抖動要求、組網複雜難以維護等問題，并且基于IEEE标準實現，具有(yǒu)良好的(de)通用性，是一(yī)種符合列車高(gāo)速化、智能化發展趨勢的(de)列車網絡融合網絡方案。

二、 技術架構和(hé)功能

     本方案為(wèi)基于TSN的(de)以太列車網絡的(de)實現方案，TSN是為(wèi)了解決傳統網絡中無法實現實時、确定以及可(kě)靠的(de)數據傳輸在IEEE802.1标準框架下提出的(de)一(yī)套協議标準。TSN通過802.1AS的(de)時間同步協議實現設備各節點的(de)時間同步功能，提供了網絡級的(de)精确參考時鍾；通過幀複制與消除、幀檢測與報錯機(jī)制保證的(de)數據傳輸可(kě)靠性；通過幀搶占以及預約數據流、周期性隊列與轉發等整形機(jī)制保證精确的(de)傳輸延時；通過資源管理(lǐ)方式以及控制實現資源管理(lǐ)。     TSN與ETB、ECN結合主要是通過将TSN的(de)時間同步、802.1Qch的(de)周期性調度算法以及令牌桶的(de)算法與當前以太列車ETB、ECN技術相融合，通過集中控制方式在列車初運行(xíng)完成後對列車網絡中的(de)各ETBN以及ECN交換節點進行(xíng)集中管理(lǐ)控制以及統一(yī)的(de)資源規劃管理(lǐ)，以實現對列車通信網絡中各業務流的(de)精确控制以及确定轉發的(de)功能。     本方案的(de)實現的(de)架構如(rú)圖1所示，實現分為(wèi)兩部分，一(yī)部分為(wèi)軟件實現的(de)控制部分，一(yī)部分為(wèi)硬件控制轉發部分。其中軟件部分主要用于實現列車網絡中全局資源管理(lǐ)、離(lí)線資源規劃、設備狀态管理(lǐ)以及轉發控制管理(lǐ)等功能；硬件部分用于完成數據的(de)接收與發送控制、數據類型解析、TSN的(de)輸出調度控制等功能。

三、 解決方案

    本方案主要支持的(de)功能如(rú)下：

• 1) 支持E2E 1588v2的(de)時間同步算法，同步精度可(kě)以達到100ns。
• 2) 支持802.1Qch的(de)CQF（Cyclic Queuing and Forwarding）循環隊列與轉發算法，可(kě)對周期性數據流進行(xíng)精确的(de)延時控制。
• 3) 支持基于令牌桶的(de)預留帶寬算法，可(kě)以實現預留帶寬數據流的(de)帶寬保證。
• 4) 支持本地(dì)TSN節點對本地(dì)狀态通過Beacon消息進行(xíng)周期上報，用于獲得節點的(de)狀态信息。
• 5) 支持TSN節點數據流鏡像備份，獲得經過節點的(de)所有(yǒu)數據的(de)備份鏡像。

    在本方案中為(wèi)了實現各ETBN以太ECN交換節點間的(de)數據延時可(kě)以基于TSN技術進行(xíng)精确控制，因此需要實現時間同步協議。在本方案中時間同步協議基于端到端（E2E）的(de) 1588v2的(de)時間同步算法實現。本方案中1588時間同步PTP報文基于MAC層實現控制轉發，因此就限制了其同步域的(de)範圍隻能是在當前子(zǐ)網轉發，無法實現跨子(zǐ)網的(de)轉發控制。為(wèi)了解決此問題本方案在實現時通過在ETBN節點添加報文解析邏輯以及轉發控制邏輯來實現，即在解析時識别區分1588的(de)PTP報文，在轉發時通過輸出控制進行(xíng)轉發控制，在轉發時并不替換源MAC地(dì)址，實現結構如(rú)圖2所示。     圖2所示，在以太列車網絡中，ETB的(de)骨幹網絡為(wèi)一(yī)個獨立的(de)子(zǐ)網，各ECN網絡也為(wèi)一(yī)個獨立的(de)子(zǐ)網。通過報文解析模塊以及輸出調度模塊的(de)控制，可(kě)以使的(de)ETB子(zǐ)網與ECN子(zǐ)網1以及ECN子(zǐ)網2成為(wèi)一(yī)個虛拟的(de)時間同步的(de)邏輯子(zǐ)網，并實現不同子(zǐ)網間的(de)時間同步功能。     在各ETBN以及ECN交換節點同步的(de)基礎上，本方案針對列車網絡應用數據的(de)特點以及分類将列車網絡中的(de)過程數據、監控數據、消息數據、流數據以及盡力轉發數據映射為(wèi)TSN的(de)時間敏感流、資源預留流以及盡力轉發流特征，映射表如(rú)表1所示。在實現時，我們根據其流的(de)特征以及其每條流的(de)轉發周期數、延時要求、帶寬要求的(de)不同分别對TSN的(de)特征流進行(xíng)不同的(de)參數配置，從而實現數據流的(de)細粒度控制。     本方案通過根據以上數據流的(de)特征以及數據流的(de)特點将其分為(wèi)周期性固定延時轉發流、帶寬保障流以及盡力轉發流。根據其流的(de)特點，本方案通過TSN的(de)循環隊列轉發CQF算法實現周期性确定延時的(de)時間敏感流輸出調度，通過基于令牌桶的(de)帶寬預留算法實現對保障帶寬流的(de)控制轉發，并在以上轉發算法的(de)基于通過嚴格優先級的(de)調度策略實現時間敏感流、預約帶寬流以及盡力轉發流的(de)混流轉發。具體實現結構如(rú)圖3所示。     方案中，根據周期性數據特點将其劃分為(wèi)多種周期性轉發控制流，其通過CQF的(de)乒乓處理(lǐ)機(jī)制，即奇數時間槽到達的(de)數據存入奇數報文的(de)隊列中，偶數時間表槽達到的(de)數據存入偶數報文的(de)隊列中。輸出時奇數時間槽輸出偶數隊列的(de)內(nèi)容，偶數時間槽輸出奇數隊列的(de)內(nèi)容，通過控制時間槽的(de)大小從而實現對報文的(de)輸入輸出的(de)時間進行(xíng)精确控制。從而實現精确的(de)延時控制。對于帶寬預留的(de)數據流，根據列車網絡流的(de)特點通過控制其不同流預約帶寬的(de)不同，控制對應隊列的(de)令牌桶令牌的(de)下發粒度從而控制其預留帶寬大小。     另外，為(wèi)了控制相同類型的(de)時間敏感流之間的(de)幹擾，在開始階段就需要對列車網絡中各種流的(de)特征分析并對其轉發的(de)時間進行(xíng)規劃，從而保證相同類型時間敏感流流在轉發時彼此不會幹擾。