近年來(lái)，在工(gōng)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爲一個重要發展趨勢。特别是随着802.1 TSN（時(shí)間敏感網絡）标準逐漸完善，如何有效利用(yòng)TSN網絡爲應用(yòng)提供确定性和(hé)高(gāo)可靠的數據交換也(yě)逐漸成爲學術界研究的新熱點。 一、OpenTSN研制的背景和(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(xiàn)有的以太網不支持TSN規範，而市場上(shàng)采購的TSN交換設備也(yě)難以像SDN交換機一樣爲研究提供開(kāi)放(fàng)的編程接口。因此TSN關鍵技術研究隻能(néng)通過軟件仿真方法進行，學術界和(hé)工(gōng)業界都迫切需要一個真實的、開(kāi)放(fàng)的、開(kāi)源的TSN實驗環境，爲TSN的确定性交換、可靠性保證、離線規劃調度和(hé)應用(yòng)編程方法等機制的研究提供支撐。      OpenTSN是國防科技大(dà)學計(jì)算(suàn)機學院FAST團隊基于FAST架構設計(jì)的TSN集成驗證環境，主要設計(jì)目标包括：      （1）基于FPGA實現(xiàn)支持802.1AS 、802.1Qbv，802.1Qch，802.1Qci等TSN核心功能(néng)的交換機原型；      （2）基于FPGA實現(xiàn)支持802.1AS 、802.1Qbv，802.1Qci等功能(néng)的TSN接口适配器，同時(shí)爲時(shí)間敏感應用(yòng)提供編程接口；      （3）基于上(shàng)述FPGA交換機和(hé)适配器原型，搭建TSN實驗網絡；      （4）實現(xiàn)TSN網絡CNC控制器原型，支持對(duì)TSN網絡的離線規劃和(hé)配置；      （5）實現(xiàn)支持802.1AS 、802.1Qci和(hé)802.1Qbv的TSN測試儀原型，支持TSN數據流、BestEffort背景流的發送、接收和(hé)性能(néng)統計(jì)；      （6）實現(xiàn)TSN網絡遠程遙測功能(néng)，可微觀觀測TSN網絡時(shí)間同步狀态，交換機内部隊列狀态等，爲TSN核心實現(xiàn)機制評估提供關鍵數據；      （7）實現(xiàn)TSN網絡與IP網絡的網關功能(néng)；      上(shàng)述工(gōng)作(zuò)中，FPGA平台基于成熟的Openbox-S4平台。平台無關的軟硬件代碼全部開(kāi)源，同時(shí)希望國内相關單位一起參與開(kāi)發。 二、OpenTSN環境組成      OpenTSN環境的組成如圖1所示。主要由9個Openbox-S4平台，4台Linux主機和(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，并組成一個環形TSN網絡。另外(wài)3個Openbox-S4分别實現(xiàn)TSN測試儀、流量分析器和(hé)TSN網關功能(néng)。4個Linux終端分别運行TSN網絡的CNC軟件，Insight軟件（TSN網絡内部狀态觀測分析），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網絡的時(shí)間同步，同時(shí)模拟三個TSN接口适配器，由測試儀控制器上(shàng)的軟件模拟産生TSN流量的應用(yòng)。TSN測試儀同時(shí)接收TSN流量，對(duì)TSN流量交換的延時(shí)進行分析。      每個交換機的3号口爲TAP口，會(huì)将進出的流量打上(shàng)時(shí)間戳送流量分析器。流量分析器對(duì)流量進行過濾處理(lǐ)後，送給TSN-Insight進行統計(jì)分析。每個TSN交換機内嵌Beacon機制，固定時(shí)間（如每1ms）将交換機内部的各種狀态（同步，隊列，計(jì)數器等）發送給Insihgt軟件進行分析和(hé)顯示。      基于課題組在FAST基礎架構（FAST流水(shuǐ)線，FAST軟件驅動、FAST編程庫），Openbox-S4平台（基于Zynq FPGA平台的FPGA OS），FAST-ANT測試儀（用(yòng)戶可編程的網絡測試儀），1588/PTP時(shí)間同步，CQF轉發模型和(hé)TSN-Insight等方面的前期積累，目前OpenTSN環境的主要功能(néng)已經可以運行，實驗環境如圖2所示。      關于FAST開(kāi)源項目體系結構，Openbox-S4平台，OpenTSN交換機實現(xiàn)原理(lǐ)和(hé)FAST-ANT測試儀等信息，可以關注“FAST開(kāi)源社區(qū)”公衆号通過曆史文(wén)章中獲取。      OpenTSN代碼已經由碼雲（gitee）進行托管。OpenTSN代碼的組織與共享方式、初步的運行測試結果等信息将在後續文(wén)章中介紹。