SDN基本特点是转发控制分(fēn)离和可(kě)编程的集中控制。由于列車(chē)网络相对封闭，规模有(yǒu)限，因此十分(fēn)适合SDN技术的应用(yòng)。由于列車(chē)网络在网络连接、拓扑结构和冗余控制方面具有(yǒu)特殊要求，因此无法将现有(yǒu)SDN解决方案（交换机、控制器、协议等）直接应用(yòng)于ETB的组网，必须针对ETB的特点提出新(xīn)的处理(lǐ)机制和协议。本文(wén)将基于SDN的ETB网络简称為(wèi)SD-ETB。 一、SD-ETB网络设计原则    （1）ETB和SDN的主要差异
      SDN机制无法直接用(yòng)于ETB组网，主要原因是两种网络在拓扑依赖、控制方式和交换设备模型方面具有(yǒu)较大差异，如下表所示。    （2）SD-ETB设计原则
     由于ETB和标准SDN网络具有(yǒu)较大差异，因此SD-ETB的设计必须考虑ETB组网的基本特点，满足列車(chē)网络对动态重构、冗余控制等特殊要求。我们认為(wèi)SD-ETB的的设计原则包括以下几点。      一是兼容ETB物(wù)理(lǐ)层规范。ETB物(wù)理(lǐ)层规范除了定义以太网链路的物(wù)理(lǐ)层规范外（全双工100M以太网），还包括車(chē)厢之间的物(wù)理(lǐ)连接形式。如果每个ETBN采用(yòng)SDN交换的方式实现，那么ETB定义的車(chē)厢间走線(xiàn)形式无法支持每个交换设备通过专用(yòng)的控制接口与SDN控制器连接，因此标准的SDN基于LLDP协议的拓扑发现机制无法工作，必须提出新(xīn)的拓扑发现机制。      二是采用(yòng)动态的IP地址分(fēn)配形式。ETB规范的特点就是支持具有(yǒu)不同来源的車(chē)辆（consist）能(néng)够根据需求编组形成新(xīn)的列車(chē)，因此每个車(chē)辆中网络设备的IP地址不能(néng)预先配置，以防止IP地址冲突。因此ETB在初运行时為(wèi)每个ETBN和車(chē)辆子网（CN）统一分(fēn)配ID，由这些ID来构成运行时的IP地址。标准SDN网络在建立南向接口通道（如openflow通道）时首先要求每个交换机都有(yǒu)自己的IP地址，而这个假设在ETB中无法成立。由于SDN网络中最大限度减小(xiǎo)分(fēn)布式协议的使用(yòng)，因此标准ETB网络中基于TTDP协议的全分(fēn)布式ID分(fēn)配和IP地址生成机制需要被SD-ETB中新(xīn)的集中控制的IP地址分(fēn)配机制取代。      三是SD-ETB部署对端系统和应用(yòng)保持透明。列車(chē)网络上具有(yǒu)大量的网络端节点，这些端节点或直接接在ETB子网上，或接在通过ETB子网互联的各CN子网上。这些端节点上部署各种状态检测、車(chē)辆运行控制和多(duō)媒體(tǐ)应用(yòng)。用(yòng)SD-ETB取代现有(yǒu)ETB只能(néng)定位在列車(chē)网络基础设施升级，必须对端节点及其应用(yòng)透明，因此SD-ETB在IP地址编码规则，ARP地址解析、组播通信，传输层协议等方面必须保持与ETB一致。      四是SD-ETB具有(yǒu)增强的冗余控制能(néng)力。面向环形拓扑，支持拓扑发现及环网工作状态的自动监测。当链路和交换节点发生故障后，能(néng)够实现ms级的转发路径倒换，保证关键业務(wù)的不中断传输。特别是SDN控制器应具备冗余功能(néng)，避免SDN集中控制带来的单点故障。      五是简化的交换设备（ETBN）实现。SDN将交换设备的可(kě)控制功能(néng)（智能(néng)）提取到控制器上实现，每个ETBN只需支持南向接口协议（如openflow）的配置。因此SD-ETB网络中的ETBN实现与现有(yǒu)ETBN实现有(yǒu)两点區(qū)别。一是建立明确的Match-action转发层抽象，為(wèi)控制器的编程提供基础；二是只支持简单的无状态的网络协议， 二、SD-ETB网络的实现原理(lǐ)    （1）SD-ETB的组成
     SD-ETB主要由N个环形连接的软件定义ETBN节点（SD-ETBN）以及两个以上的SD-ETB控制器组成，如图1所示。每个車(chē)辆中包含1个或多(duō)个SD-ETBN，每个ETBN可(kě)能(néng)连接1个或多(duō)个車(chē)辆网络（CN）。ETB网络变成SD-ETB对CN透明。      多(duō)个SD-ETB网络控制器通过协商(shāng)产生一个主SD-ETB控制器，其余作為(wèi)从SD-ETB控制器。主SD-ETB控制器负责网络拓扑发现，IP地址分(fēn)配，转发表下载和ETB环检测等功能(néng)。每个SD-ETBN设备支持openflow1.3协议，支持SD-ETB控制器对其进行流表的配置。    （2）SD-ETB的核心机制
     SD-ETB解决方案的主要机制包含4项关键的处理(lǐ)机制，即环网控制器选举RCE（RingController Election）、环网拓扑发现RTD（Ring Topology Discovery），环网状态遥测RST（Ring StatusTelemetry）以及环网弹性转发RRF（Ring Resilient Forwarding），如下表所示。      我们将基于开源的Floodlight控制器和openbox-S4平台实现SD-ETB的基本功能(néng)，并通过扩展openbox-S4中的FAST流水線(xiàn)将TSN功能(néng)集成到环形ETB中。