資源預約和(hé)分配是網絡保證服務質量的(de)前提。TSN網絡中有(yǒu)兩種類型的(de)服務質量保證，一(yī)是帶寬預約流量（如(rú)音頻視(shì)頻流），一(yī)種是周期性的(de)時間敏感流量。為(wèi)保證這些流量的(de)服務質量，一(yī)方面需要在包含網絡接口适配器和(hé)交換機(jī)的(de)端到端路徑上進行(xíng)資源預留，另一(yī)方面需要TSN網絡接口适配器對預約資源流量進行(xíng)整形和(hé)過濾，避免超出預約的(de)流量通過UNI接口進入網絡，對其他正常流量産生影響。因此，TSN網絡需要根據離(lí)線的(de)資源預約和(hé)規劃結果，對交換機(jī)和(hé)網絡接口适配器上的(de)資源進行(xíng)相應配置。 一(yī)、TSN網絡的(de)配置管理(lǐ)概述    （1）面向預約帶寬流量的(de)資源管理(lǐ)
     目前TSN網絡支持兩種類型流量的(de)服務質量保證，分别為(wèi)預約帶寬的(de)流量和(hé)周期調度的(de)時間敏感流量。
     預約帶寬流量主要針對音視(shì)頻應用數據的(de)傳輸，需要在保證帶寬的(de)同時，是的(de)傳輸延時不超過最大限制，例如(rú)音頻流量延時不超過10ms，視(shì)頻流量延時不超過100ms。TSN交換機(jī)在數據平面為(wèi)預約帶寬流量提供基于信用的(de)整形器（Credit based shaper）機(jī)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工作組為(wèi)TSN網絡的(de)配置管理(lǐ)定義了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，包括最大分組尺寸和(hé)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)址，VLAN ID和(hé)優先級等信息），在沿途的(de)交換設備上預約信息。      由于傳統基于總線的(de)列車通信系統難以滿足要求。2014年(nián)，國(guó)際電工委員會頒布了IEC61375 2-5（以太列車骨幹網，ETB）和(hé)IEC61375 3-4（以太列車組成網，ECN），将以太網應用于高(gāo)速列車。将列車網絡骨幹帶寬從1.5M左右提升到100M，以求滿足列車網絡高(gāo)帶寬交換需求。    （2）面向時間敏感流量的(de)資源管理(lǐ)
     時間敏感流量主要針對周期性産生的(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(jī)制以及基于時間的(de)門控邏輯（802.1Qbv）保證端到端信息傳遞的(de)确定性延時。在控制平面采用基于集中控制器的(de)流配置（802.1Qcc）方式對端到端交換路徑進行(xíng)資源預約。      802.1Qcc是對SRP協議的(de)擴展，除了可(kě)以支持更多數目的(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)調度參數）和(hé)配置交換設備，以便支持周期性調度的(de)時間敏感流量。    （3）針對特定場景的(de)資源管理(lǐ)優化
     對于特定的(de)規模有(yǒu)限的(de)封閉平台網絡，如(rú)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(rú)關鍵攝像頭的(de)視(shì)頻流信息，關鍵傳感器的(de)周期性控制信息）相對固定，不會随着時間的(de)變化而發生較大變化，對于這類網絡可(kě)以采用離(lí)線規劃的(de)方式靜态的(de)分配網絡資源，可(kě)以大大簡化資源管理(lǐ)的(de)複雜性。 二、TSN網絡資源管理(lǐ)軟件框架    （1）基于SDN的(de)資源管理(lǐ)方式
     SDN技術的(de)發展和(hé)成熟為(wèi)網絡細粒度管控提供了新的(de)手段。轉發控制分離(lí)，集中管理(lǐ)和(hé)數據平面可(kě)編程是SDN的(de)重要特點。TSN可(kě)以利用SDN思想實現有(yǒu)效的(de)資源管理(lǐ)，主要有(yǒu)兩個優點。      一(yī)是802.1Qcc提出的(de)集中計算和(hé)配置的(de)CNC控制器模型與SDN集中管理(lǐ)模型十分契合，因此可(kě)以利用SDN網絡提供的(de)基礎設施進行(xíng)資源管理(lǐ)，如(rú)使用SDN控制器提供的(de)設備管理(lǐ)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。      二是在SDN管理(lǐ)框架下，資源管理(lǐ)軟件可(kě)方便的(de)獲取TSN網絡的(de)其他信息，例如(rú)當CNC以SDN北(běi)向接口應用形式實現時，可(kě)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(lǐ)軟件
     我們提出的(de)TSN網絡資源管理(lǐ)軟件的(de)架構如(rú)下圖所示。自(zì)上至下包含配置需求管理(lǐ)，全局資源分配和(hé)設備資源配置三個層次。TSN資源管理(lǐ)軟件作為(wèi)SDN控制器上的(de)北(běi)向接口應用，與交換管理(lǐ)，安全管理(lǐ)和(hé)日志管理(lǐ)等應用并列，同時利用SDN控制器的(de)設備管理(lǐ)和(hé)南向接口協議與網絡中的(de)設備（含網絡接口适配器和(hé)交換機(jī)）進行(xíng)通信。      配置需求管理(lǐ)主要保存設備資源狀态，應用預約狀态和(hé)網絡拓撲狀态信息。其中設備資源狀态信息可(kě)通過設備資源描述信息獲取，應用預約狀态信息可(kě)通過離(lí)線配置或者動态協議獲取（TSN實驗環境開發暫不考慮類似SRP的(de)動态預約協議），而TSN網絡拓撲信息可(kě)以離(lí)線配置，也可(kě)以通過REST API從SDN控制器獲取。      全局資源分配是資源管理(lǐ)軟件的(de)核心，主要功能是将一(yī)條用戶預約的(de)流映射到端到端交換路徑上，并根據流的(de)服務質量要求，為(wèi)其分配交換路徑上每個設備上的(de)資源。映射算法需要考慮的(de)因素及約束條件很多，理(lǐ)論上可(kě)證明為(wèi)NP完全問題。詳見下表。      需要注意的(de)是，在集中的(de)TSN網絡資源管理(lǐ)模型下，為(wèi)每條帶寬預約的(de)流分配一(yī)個全局流ID對簡化實現複雜度十分重要。在數據平面，網絡接口适配器實現分組到全局流ID的(de)映射和(hé)标記（例如(rú)将全局流ID攜帶在VLAN tag中），交換設備可(kě)将全局流ID作為(wèi)轉發的(de)依據。在控制平面，直接使用流ID可(kě)以簡化流分類查表得複雜性，提升處理(lǐ)性能。 三、TSN設備的(de)資源管理(lǐ)抽象       基于SDN的(de)集中資源管理(lǐ)需要對TSN設備轉發平面的(de)資源管理(lǐ)機(jī)制進行(xíng)抽象。一(yī)方面可(kě)以向控制軟件屏蔽硬件實現的(de)差異，另一(yī)方面可(kě)以直接使用SDN控制器的(de)openflow等南向接口協議對設備進行(xíng)配置。      由于TSN網絡接口适配器實現的(de)服務質量保證機(jī)制與TSN交換機(jī)基本相同，因此網絡接口适配器與交換機(jī)使用相同的(de)資源管理(lǐ)抽象，如(rú)下表所示。注意在表中沒有(yǒu)列出與服務質量保證相關的(de)統計信息，在實現過程中可(kě)根據需要添加。      由于FAST交換模型可(kě)方便的(de)在現有(yǒu)流水線中插入新的(de)模塊以支持TSN交換，因此集中的(de)TSN資源管理(lǐ)軟件對網絡接口适配器和(hé)交換機(jī)的(de)資源配置管理(lǐ)實現十分簡單，我們将在後續的(de)文章(zhāng)中介紹。