资源预约和分(fēn)配是网络保证服務(wù)质量的前提。TSN网络中有(yǒu)两种类型的服務(wù)质量保证，一是带宽预约流量（如音频视频流），一种是周期性的时间敏感流量。為(wèi)保证这些流量的服務(wù)质量，一方面需要在包含网络接口适配器和交换机的端到端路径上进行资源预留，另一方面需要TSN网络接口适配器对预约资源流量进行整形和过滤，避免超出预约的流量通过UNI接口进入网络，对其他(tā)正常流量产生影响。因此，TSN网络需要根据离線(xiàn)的资源预约和规划结果，对交换机和网络接口适配器上的资源进行相应配置。 一、TSN网络的配置管理(lǐ)概述    （1）面向预约带宽流量的资源管理(lǐ)
     目前TSN网络支持两种类型流量的服務(wù)质量保证，分(fēn)别為(wèi)预约带宽的流量和周期调度的时间敏感流量。
     预约带宽流量主要针对音视频应用(yòng)数据的传输，需要在保证带宽的同时，是的传输延时不超过最大限制，例如音频流量延时不超过10ms，视频流量延时不超过100ms。TSN交换机在数据平面為(wèi)预约带宽流量提供基于信用(yòng)的整形器（Credit based shaper）机制，控制平面采用(yòng)流资源预约协议SRP （802.1Qat）动态的预约网络资源。      TSN工作组為(wèi)TSN网络的配置管理(lǐ)定义了SRP协议。802.1Qat定义的SRP协议类似互联网中的RSVP，发送方首先定义流量的规范Tspec，包括最大分(fēn)组尺寸和带宽等信息，然后从发送方开始向接收方发送预约资源的消息（包含流ID，流规范Tspec，分(fēn)组MAC地址，VLAN ID和优先级等信息），在沿途的交换设备上预约信息。      由于传统基于总線(xiàn)的列車(chē)通信系统难以满足要求。2014年，國(guó)际電(diàn)工委员会颁布了IEC61375 2-5（以太列車(chē)骨干网，ETB）和IEC61375 3-4（以太列車(chē)组成网，ECN），将以太网应用(yòng)于高速列車(chē)。将列車(chē)网络骨干带宽从1.5M左右提升到100M，以求满足列車(chē)网络高带宽交换需求。    （2）面向时间敏感流量的资源管理(lǐ)
     时间敏感流量主要针对周期性产生的关键控制信息，数据平面通过循环队列转发CQF（802.1Qch）整形机制以及基于时间的门控逻辑（802.1Qbv）保证端到端信息传递的确定性延时。在控制平面采用(yòng)基于集中控制器的流配置（802.1Qcc）方式对端到端交换路径进行资源预约。      802.1Qcc是对SRP协议的扩展，除了可(kě)以支持更多(duō)数目的流资源预约外，还支持集中的网络通过集中的网络控制器CNC（Central Network Controller）通过集中计算（交换路径、资源需求和调度参数）和配置交换设备，以便支持周期性调度的时间敏感流量。    （3）针对特定场景的资源管理(lǐ)优化
     对于特定的规模有(yǒu)限的封闭平台网络，如列車(chē)骨干网络，車(chē)载网络等，网络节点相对固定，关键业務(wù)数据流特点（如关键摄像头的视频流信息，关键传感器的周期性控制信息）相对固定，不会随着时间的变化而发生较大变化，对于这类网络可(kě)以采用(yòng)离線(xiàn)规划的方式静态的分(fēn)配网络资源，可(kě)以大大简化资源管理(lǐ)的复杂性。 二、TSN网络资源管理(lǐ)软件框架    （1）基于SDN的资源管理(lǐ)方式
     SDN技术的发展和成熟為(wèi)网络细粒度管控提供了新(xīn)的手段。转发控制分(fēn)离，集中管理(lǐ)和数据平面可(kě)编程是SDN的重要特点。TSN可(kě)以利用(yòng)SDN思想实现有(yǒu)效的资源管理(lǐ)，主要有(yǒu)两个优点。      一是802.1Qcc提出的集中计算和配置的CNC控制器模型与SDN集中管理(lǐ)模型十分(fēn)契合，因此可(kě)以利用(yòng)SDN网络提供的基础设施进行资源管理(lǐ)，如使用(yòng)SDN控制器提供的设备管理(lǐ)功能(néng)，利用(yòng)标准的openflow通道实现CNC与被管设备的通信等。      二是在SDN管理(lǐ)框架下，资源管理(lǐ)软件可(kě)方便的获取TSN网络的其他(tā)信息，例如当CNC以SDN北向接口应用(yòng)形式实现时，可(kě)利用(yòng)SDN控制器提供的REST API获取TSN网络的拓扑信息等。    （2）TSN资源管理(lǐ)软件
     我们提出的TSN网络资源管理(lǐ)软件的架构如下图所示。自上至下包含配置需求管理(lǐ)，全局资源分(fēn)配和设备资源配置三个层次。TSN资源管理(lǐ)软件作為(wèi)SDN控制器上的北向接口应用(yòng)，与交换管理(lǐ)，安全管理(lǐ)和日志(zhì)管理(lǐ)等应用(yòng)并列，同时利用(yòng)SDN控制器的设备管理(lǐ)和南向接口协议与网络中的设备（含网络接口适配器和交换机）进行通信。      配置需求管理(lǐ)主要保存设备资源状态，应用(yòng)预约状态和网络拓扑状态信息。其中设备资源状态信息可(kě)通过设备资源描述信息获取，应用(yòng)预约状态信息可(kě)通过离線(xiàn)配置或者动态协议获取（TSN实验环境开发暂不考虑类似SRP的动态预约协议），而TSN网络拓扑信息可(kě)以离線(xiàn)配置，也可(kě)以通过REST API从SDN控制器获取。      全局资源分(fēn)配是资源管理(lǐ)软件的核心，主要功能(néng)是将一条用(yòng)户预约的流映射到端到端交换路径上，并根据流的服務(wù)质量要求，為(wèi)其分(fēn)配交换路径上每个设备上的资源。映射算法需要考虑的因素及约束条件很(hěn)多(duō)，理(lǐ)论上可(kě)证明為(wèi)NP完全问题。详见下表。      需要注意的是，在集中的TSN网络资源管理(lǐ)模型下，為(wèi)每条带宽预约的流分(fēn)配一个全局流ID对简化实现复杂度十分(fēn)重要。在数据平面，网络接口适配器实现分(fēn)组到全局流ID的映射和标记（例如将全局流ID携带在VLAN tag中），交换设备可(kě)将全局流ID作為(wèi)转发的依据。在控制平面，直接使用(yòng)流ID可(kě)以简化流分(fēn)类查表得复杂性，提升处理(lǐ)性能(néng)。 三、TSN设备的资源管理(lǐ)抽象       基于SDN的集中资源管理(lǐ)需要对TSN设备转发平面的资源管理(lǐ)机制进行抽象。一方面可(kě)以向控制软件屏蔽硬件实现的差异，另一方面可(kě)以直接使用(yòng)SDN控制器的openflow等南向接口协议对设备进行配置。      由于TSN网络接口适配器实现的服務(wù)质量保证机制与TSN交换机基本相同，因此网络接口适配器与交换机使用(yòng)相同的资源管理(lǐ)抽象，如下表所示。注意在表中没有(yǒu)列出与服務(wù)质量保证相关的统计信息，在实现过程中可(kě)根据需要添加。      由于FAST交换模型可(kě)方便的在现有(yǒu)流水線(xiàn)中插入新(xīn)的模块以支持TSN交换，因此集中的TSN资源管理(lǐ)软件对网络接口适配器和交换机的资源配置管理(lǐ)实现十分(fēn)简单，我们将在后续的文(wén)章中介绍。