FlexTSN一种灵活的TSN交换实现模型.docx

时间敏感网络(TSN，Time-Sensitive Networking)是一种增强型的以太网技术，旨在为关键流量提供确定性的转发服务，确保在混合优先级业务流量环境中的一体化传输。TSN的关键特性包括高精度时间同步、流管理和流控制，以及网络的高可靠性。它在工业物联网(IIoT)中扮演着重要角色，因为它可以整合不同工业协议，消除技术壁垒，实现统一的网络架构。 目前，IEEE 802.1 TSN工作组已经制定了多个标准来规范TSN的设计和实施，如802.1AS（时间同步）、802.1Qcc（网桥状态报告和配置）、802.1Qav、802.1Qbv和802.1Qbu（流控制）。尽管如此，快速构建TSN原型系统和验证关键技术仍然面临挑战，因为缺乏通用的交换实现模型。 为此，文章提出了“FlexTSN”这一灵活的TSN交换实现模型。FlexTSN采用模块化和功能松耦合的设计，将TSN交换节点分解为通用处理模块和时间感知模块，以支持交换机的快速重构。此外，它通过扩展精确时钟同步协议PTP（Precision Time Protocol）提供轻量级但高可靠性的网络管理机制，用于精细化的状态收集和配置。 在FlexTSN模型基础上，研究者在可编程FPGA（Field-Programmable Gate Array）平台上实现了一个支持简化循环队列转发模型（CQF，Cyclical Queuing and Forwarding）的TSN原型系统。实验表明，FlexTSN能有效实现敏捷的原型系统组网，并快速验证TSN关键技术，降低了资源开销，同时保证了服务质量。 FlexTSN的出现解决了TSN技术快速开发和验证的难题，为研究人员提供了更灵活的环境，推动了TSN技术在工业自动化、智能交通、航空航天等领域的实际应用。它的模块化设计和对时间同步、资源管理的支持，使得TSN原型系统构建更为便捷，有助于TSN标准的进一步发展和完善。