近年(nián)來，在工業互聯網和(hé)高(gāo)端裝備制造領域，以太網代替傳統控制總線已成為(wèi)一(yī)個重要發展趨勢。特别是随着802.1 TSN（時間敏感網絡）标準逐漸完善，如(rú)何有(yǒu)效利用TSN網絡為(wèi)應用提供确定性和(hé)高(gāo)可(kě)靠的(de)數據交換也逐漸成為(wèi)學(xué)術界研究的(de)新熱點。 一(yī)、OpenTSN研制的(de)背景和(hé)目标      當前TSN關鍵技術研究受限于實驗環境搭建。主要原因是辦公環境和(hé)實驗室現有(yǒu)的(de)以太網不支持TSN規範，而市(shì)場上采購的(de)TSN交換設備也難以像SDN交換機(jī)一(yī)樣為(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(xíng)，學(xué)術界和(hé)工業界都迫切需要一(yī)個真實的(de)、開放的(de)、開源的(de)TSN實驗環境，為(wèi)TSN的(de)确定性交換、可(kě)靠性保證、離(lí)線規劃調度和(hé)應用編程方法等機(jī)制的(de)研究提供支撐。      OpenTSN是國(guó)防科(kē)技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院FAST團隊基于FAST架構設計的(de)TSN集成驗證環境，主要設計目标包括：      （1）基于FPGA實現支持802.1AS 、802.1Qbv，802.1Qch，802.1Qci等TSN核心功能的(de)交換機(jī)原型；      （2）基于FPGA實現支持802.1AS 、802.1Qbv，802.1Qci等功能的(de)TSN接口适配器，同時為(wèi)時間敏感應用提供編程接口；      （3）基于上述FPGA交換機(jī)和(hé)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(lí)線規劃和(hé)配置；      （5）實現支持802.1AS 、802.1Qci和(hé)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)性能統計；      （6）實現TSN網絡遠程遙測功能，可(kě)微觀觀測TSN網絡時間同步狀态，交換機(jī)內(nèi)部隊列狀态等，為(wèi)TSN核心實現機(jī)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；      上述工作中，FPGA平台基于成熟的(de)Openbox-S4平台。平台無關的(de)軟硬件代碼全部開源，同時希望國(guó)內(nèi)相關單位一(yī)起參與開發。 二、OpenTSN環境組成      OpenTSN環境的(de)組成如(rú)圖1所示。主要由9個Openbox-S4平台，4台Linux主機(jī)和(hé)1個網絡攝像頭組成。      其中6個Openbox-S4配置成4端口TSN交換機(jī)，并組成一(yī)個環形TSN網絡。另外3個Openbox-S4分别實現TSN測試儀、流量分析器和(hé)TSN網關功能。4個Linux終端分别運行(xíng)TSN網絡的(de)CNC軟件，Insight軟件（TSN網絡內(nèi)部狀态觀測分析），TSN測試儀控制軟件和(hé)攝像頭視(shì)頻顯示軟件。      TSN測試儀參與TSN網絡的(de)時間同步，同時模拟三個TSN接口适配器，由測試儀控制器上的(de)軟件模拟産生TSN流量的(de)應用。TSN測試儀同時接收TSN流量，對TSN流量交換的(de)延時進行(xíng)分析。      每個交換機(jī)的(de)3号口為(wèi)TAP口，會将進出的(de)流量打上時間戳送流量分析器。流量分析器對流量進行(xíng)過濾處理(lǐ)後，送給TSN-Insight進行(xíng)統計分析。每個TSN交換機(jī)內(nèi)嵌Beacon機(jī)制，固定時間（如(rú)每1ms）将交換機(jī)內(nèi)部的(de)各種狀态（同步，隊列，計數器等）發送給Insihgt軟件進行(xíng)分析和(hé)顯示。      基于課題組在FAST基礎架構（FAST流水線，FAST軟件驅動、FAST編程庫），Openbox-S4平台（基于Zynq FPGA平台的(de)FPGA OS），FAST-ANT測試儀（用戶可(kě)編程的(de)網絡測試儀），1588/PTP時間同步，CQF轉發模型和(hé)TSN-Insight等方面的(de)前期積累，目前OpenTSN環境的(de)主要功能已經可(kě)以運行(xíng)，實驗環境如(rú)圖2所示。      關于FAST開源項目體系結構，Openbox-S4平台，OpenTSN交換機(jī)實現原理(lǐ)和(hé)FAST-ANT測試儀等信息，可(kě)以關注“FAST開源社區”公衆号通過曆史文章(zhāng)中獲取。      OpenTSN代碼已經由碼雲（gitee）進行(xíng)托管。OpenTSN代碼的(de)組織與共享方式、初步的(de)運行(xíng)測試結果等信息将在後續文章(zhāng)中介紹。