資源預約和(hé)分配是網絡保證服務質量的前提。TSN網絡中有兩種類型的服務質量保證，一是帶寬預約流量（如音(yīn)頻視(shì)頻流），一種是周期性的時(shí)間敏感流量。爲保證這(zhè)些(xiē)流量的服務質量，一方面需要在包含網絡接口适配器和(hé)交換機的端到(dào)端路徑上(shàng)進行資源預留，另一方面需要TSN網絡接口适配器對(duì)預約資源流量進行整形和(hé)過濾，避免超出預約的流量通過UNI接口進入網絡，對(duì)其他(tā)正常流量産生影響。因此，TSN網絡需要根據離線的資源預約和(hé)規劃結果，對(duì)交換機和(hé)網絡接口适配器上(shàng)的資源進行相應配置。 一、TSN網絡的配置管理(lǐ)概述    （1）面向預約帶寬流量的資源管理(lǐ)
     目前TSN網絡支持兩種類型流量的服務質量保證，分别爲預約帶寬的流量和(hé)周期調度的時(shí)間敏感流量。
     預約帶寬流量主要針對(duì)音(yīn)視(shì)頻應用(yòng)數據的傳輸，需要在保證帶寬的同時(shí)，是的傳輸延時(shí)不超過最大(dà)限制，例如音(yīn)頻流量延時(shí)不超過10ms，視(shì)頻流量延時(shí)不超過100ms。TSN交換機在數據平面爲預約帶寬流量提供基于信用(yòng)的整形器（Credit based shaper）機制，控制平面采用(yòng)流資源預約協議(yì)SRP （802.1Qat）動态的預約網絡資源。      TSN工(gōng)作(zuò)組爲TSN網絡的配置管理(lǐ)定義了(le)SRP協議(yì)。802.1Qat定義的SRP協議(yì)類似互聯網中的RSVP，發送方首先定義流量的規範Tspec，包括最大(dà)分組尺寸和(hé)帶寬等信息，然後從(cóng)發送方開(kāi)始向接收方發送預約資源的消息（包含流ID，流規範Tspec，分組MAC地址，VLAN ID和(hé)優先級等信息），在沿途的交換設備上(shàng)預約信息。      由于傳統基于總線的列車通信系統難以滿足要求。2014年，國際電工(gōng)委員會(huì)頒布了(le)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(yòng)于高(gāo)速列車。将列車網絡骨幹帶寬從(cóng)1.5M左右提升到(dào)100M，以求滿足列車網絡高(gāo)帶寬交換需求。    （2）面向時(shí)間敏感流量的資源管理(lǐ)
     時(shí)間敏感流量主要針對(duì)周期性産生的關鍵控制信息，數據平面通過循環隊列轉發CQF（802.1Qch）整形機制以及基于時(shí)間的門(mén)控邏輯（802.1Qbv）保證端到(dào)端信息傳遞的确定性延時(shí)。在控制平面采用(yòng)基于集中控制器的流配置（802.1Qcc）方式對(duì)端到(dào)端交換路徑進行資源預約。      802.1Qcc是對(duì)SRP協議(yì)的擴展，除了(le)可以支持更多數目的流資源預約外(wài)，還支持集中的網絡通過集中的網絡控制器CNC（Central Network Controller）通過集中計(jì)算(suàn)（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時(shí)間敏感流量。    （3）針對(duì)特定場景的資源管理(lǐ)優化
     對(duì)于特定的規模有限的封閉平台網絡，如列車骨幹網絡，車載網絡等，網絡節點相對(duì)固定，關鍵業務數據流特點（如關鍵攝像頭的視(shì)頻流信息，關鍵傳感器的周期性控制信息）相對(duì)固定，不會(huì)随着時(shí)間的變化而發生較大(dà)變化，對(duì)于這(zhè)類網絡可以采用(yòng)離線規劃的方式靜态的分配網絡資源，可以大(dà)大(dà)簡化資源管理(lǐ)的複雜(zá)性。 二、TSN網絡資源管理(lǐ)軟件框架    （1）基于SDN的資源管理(lǐ)方式
     SDN技術的發展和(hé)成熟爲網絡細粒度管控提供了(le)新的手段。轉發控制分離，集中管理(lǐ)和(hé)數據平面可編程是SDN的重要特點。TSN可以利用(yòng)SDN思想實現(xiàn)有效的資源管理(lǐ)，主要有兩個優點。      一是802.1Qcc提出的集中計(jì)算(suàn)和(hé)配置的CNC控制器模型與SDN集中管理(lǐ)模型十分契合，因此可以利用(yòng)SDN網絡提供的基礎設施進行資源管理(lǐ)，如使用(yòng)SDN控制器提供的設備管理(lǐ)功能(néng)，利用(yòng)标準的openflow通道(dào)實現(xiàn)CNC與被管設備的通信等。      二是在SDN管理(lǐ)框架下(xià)，資源管理(lǐ)軟件可方便的獲取TSN網絡的其他(tā)信息，例如當CNC以SDN北向接口應用(yòng)形式實現(xiàn)時(shí)，可利用(yòng)SDN控制器提供的REST API獲取TSN網絡的拓撲信息等。    （2）TSN資源管理(lǐ)軟件
     我們提出的TSN網絡資源管理(lǐ)軟件的架構如下(xià)圖所示。自(zì)上(shàng)至下(xià)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(zuò)爲SDN控制器上(shàng)的北向接口應用(yòng)，與交換管理(lǐ)，安全管理(lǐ)和(hé)日志管理(lǐ)等應用(yòng)并列，同時(shí)利用(yòng)SDN控制器的設備管理(lǐ)和(hé)南向接口協議(yì)與網絡中的設備（含網絡接口适配器和(hé)交換機）進行通信。      配置需求管理(lǐ)主要保存設備資源狀态，應用(yòng)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通過設備資源描述信息獲取，應用(yòng)預約狀态信息可通過離線配置或者動态協議(yì)獲取（TSN實驗環境開(kāi)發暫不考慮類似SRP的動态預約協議(yì)），而TSN網絡拓撲信息可以離線配置，也(yě)可以通過REST API從(cóng)SDN控制器獲取。      全局資源分配是資源管理(lǐ)軟件的核心，主要功能(néng)是将一條用(yòng)戶預約的流映射到(dào)端到(dào)端交換路徑上(shàng)，并根據流的服務質量要求，爲其分配交換路徑上(shàng)每個設備上(shàng)的資源。映射算(suàn)法需要考慮的因素及約束條件很(hěn)多，理(lǐ)論上(shàng)可證明(míng)爲NP完全問題。詳見下(xià)表。      需要注意的是，在集中的TSN網絡資源管理(lǐ)模型下(xià)，爲每條帶寬預約的流分配一個全局流ID對(duì)簡化實現(xiàn)複雜(zá)度十分重要。在數據平面，網絡接口适配器實現(xiàn)分組到(dào)全局流ID的映射和(hé)标記（例如将全局流ID攜帶在VLAN tag中），交換設備可将全局流ID作(zuò)爲轉發的依據。在控制平面，直接使用(yòng)流ID可以簡化流分類查表得複雜(zá)性，提升處理(lǐ)性能(néng)。 三、TSN設備的資源管理(lǐ)抽象       基于SDN的集中資源管理(lǐ)需要對(duì)TSN設備轉發平面的資源管理(lǐ)機制進行抽象。一方面可以向控制軟件屏蔽硬件實現(xiàn)的差異，另一方面可以直接使用(yòng)SDN控制器的openflow等南向接口協議(yì)對(duì)設備進行配置。      由于TSN網絡接口适配器實現(xiàn)的服務質量保證機制與TSN交換機基本相同，因此網絡接口适配器與交換機使用(yòng)相同的資源管理(lǐ)抽象，如下(xià)表所示。注意在表中沒有列出與服務質量保證相關的統計(jì)信息，在實現(xiàn)過程中可根據需要添加。      由于FAST交換模型可方便的在現(xiàn)有流水(shuǐ)線中插入新的模塊以支持TSN交換，因此集中的TSN資源管理(lǐ)軟件對(duì)網絡接口适配器和(hé)交換機的資源配置管理(lǐ)實現(xiàn)十分簡單，我們将在後續的文(wén)章中介紹。