資源預約和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(yī)是帶寬預約流量（如音(yīn)頻視頻流），一(yī)種是周期性的時間敏感流量。為(wèi)保證這些流量的服務質量，一(yī)方面需要在包含網絡接口适配器(qì)和交換機(jī)的端到(dào)端路(lù)徑上(shàng)進行資源預留，另一(yī)方面需要TSN網絡接口适配器(qì)對預約資源流量進行整形和過濾，避免超出預約的流量通(tōng)過UNI接口進入網絡，對其他正常流量産生(shēng)影響。因此，TSN網絡需要根據離線的資源預約和規劃結果，對交換機(jī)和網絡接口适配器(qì)上(shàng)的資源進行相(xiàng)應配置。 一(yī)、TSN網絡的配置管理概述    （1）面向預約帶寬流量的資源管理
     目前TSN網絡支持兩種類型流量的服務質量保證，分别為(wèi)預約帶寬的流量和周期調度的時間敏感流量。
     預約帶寬流量主要針對音(yīn)視頻應用數據的傳輸，需要在保證帶寬的同時，是的傳輸延時不超過最大限制，例如音(yīn)頻流量延時不超過10ms，視頻流量延時不超過100ms。TSN交換機(jī)在數據平面為(wèi)預約帶寬流量提供基于信用的整形器(qì)（Credit based shaper）機(jī)制，控制平面采用流資源預約協議SRP （802.1Qat）動态的預約網絡資源。      TSN工(gōng)作組為(wèi)TSN網絡的配置管理定義了SRP協議。802.1Qat定義的SRP協議類似互聯網中的RSVP，發送方首先定義流量的規範Tspec，包括最大分組尺寸和帶寬等信息，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(tōng)信系統難以滿足要求。2014年(nián)，國(guó)際電(diàn)工(gōng)委員(yuán)會(huì)頒布了IEC61375 2-5（以太列車骨幹網，ETB）和IEC61375 3-4（以太列車組成網，ECN），将以太網應用于高(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）面向時間敏感流量的資源管理
     時間敏感流量主要針對周期性産生(shēng)的關鍵控制信息，數據平面通(tōng)過循環隊列轉發CQF（802.1Qch）整形機(jī)制以及基于時間的門(mén)控邏輯（802.1Qbv）保證端到(dào)端信息傳遞的确定性延時。在控制平面采用基于集中控制器(qì)的流配置（802.1Qcc）方式對端到(dào)端交換路(lù)徑進行資源預約。      802.1Qcc是對SRP協議的擴展，除了可以支持更多(duō)數目的流資源預約外，還(hái)支持集中的網絡通(tōng)過集中的網絡控制器(qì)CNC（Central Network Controller）通(tōng)過集中計算(suàn)（交換路(lù)徑、資源需求和調度參數）和配置交換設備，以便支持周期性調度的時間敏感流量。    （3）針對特定場景的資源管理優化
     對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(xiàng)對固定，關鍵業(yè)務數據流特點（如關鍵攝像頭的視頻流信息，關鍵傳感器(qì)的周期性控制信息）相(xiàng)對固定，不會(huì)随著(zhe)時間的變化而發生(shēng)較大變化，對于這類網絡可以采用離線規劃的方式靜(jìng)态的分配網絡資源，可以大大簡化資源管理的複雜(zá)性。 二、TSN網絡資源管理軟件(jiàn)框架    （1）基于SDN的資源管理方式
     SDN技(jì)術(shù)的發展和成熟為(wèi)網絡細粒度管控提供了新的手段。轉發控制分離，集中管理和數據平面可編程是SDN的重要特點。TSN可以利用SDN思想實現有效的資源管理，主要有兩個(gè)優點。      一(yī)是802.1Qcc提出的集中計算(suàn)和配置的CNC控制器(qì)模型與SDN集中管理模型十分契合，因此可以利用SDN網絡提供的基礎設施進行資源管理，如使用SDN控制器(qì)提供的設備管理功能(néng)，利用标準的openflow通(tōng)道實現CNC與被管設備的通(tōng)信等。      二是在SDN管理框架下(xià)，資源管理軟件(jiàn)可方便的獲取TSN網絡的其他信息，例如當CNC以SDN北(běi)向接口應用形式實現時，可利用SDN控制器(qì)提供的REST API獲取TSN網絡的拓撲信息等。    （2）TSN資源管理軟件(jiàn)
     我們提出的TSN網絡資源管理軟件(jiàn)的架構如下(xià)圖所示。自(zì)上(shàng)至下(xià)包含配置需求管理，全局資源分配和設備資源配置三個(gè)層次。TSN資源管理軟件(jiàn)作為(wèi)SDN控制器(qì)上(shàng)的北(běi)向接口應用，與交換管理，安全管理和日志(zhì)管理等應用并列，同時利用SDN控制器(qì)的設備管理和南(nán)向接口協議與網絡中的設備（含網絡接口适配器(qì)和交換機(jī)）進行通(tōng)信。      配置需求管理主要保存設備資源狀态，應用預約狀态和網絡拓撲狀态信息。其中設備資源狀态信息可通(tōng)過設備資源描述信息獲取，應用預約狀态信息可通(tōng)過離線配置或者動态協議獲取（TSN實驗環境開(kāi)發暫不考慮類似SRP的動态預約協議），而TSN網絡拓撲信息可以離線配置，也可以通(tōng)過REST API從(cóng)SDN控制器(qì)獲取。      全局資源分配是資源管理軟件(jiàn)的核心，主要功能(néng)是将一(yī)條用戶預約的流映射到(dào)端到(dào)端交換路(lù)徑上(shàng)，并根據流的服務質量要求，為(wèi)其分配交換路(lù)徑上(shàng)每個(gè)設備上(shàng)的資源。映射算(suàn)法需要考慮的因素及約束條件(jiàn)很多(duō)，理論上(shàng)可證明為(wèi)NP完全問題。詳見(jiàn)下(xià)表。      需要注意的是，在集中的TSN網絡資源管理模型下(xià)，為(wèi)每條帶寬預約的流分配一(yī)個(gè)全局流ID對簡化實現複雜(zá)度十分重要。在數據平面，網絡接口适配器(qì)實現分組到(dào)全局流ID的映射和标記（例如将全局流ID攜帶在VLAN tag中），交換設備可将全局流ID作為(wèi)轉發的依據。在控制平面，直接使用流ID可以簡化流分類查表得複雜(zá)性，提升處理性能(néng)。 三、TSN設備的資源管理抽象       基于SDN的集中資源管理需要對TSN設備轉發平面的資源管理機(jī)制進行抽象。一(yī)方面可以向控制軟件(jiàn)屏蔽硬件(jiàn)實現的差異，另一(yī)方面可以直接使用SDN控制器(qì)的openflow等南(nán)向接口協議對設備進行配置。      由于TSN網絡接口适配器(qì)實現的服務質量保證機(jī)制與TSN交換機(jī)基本相(xiàng)同，因此網絡接口适配器(qì)與交換機(jī)使用相(xiàng)同的資源管理抽象，如下(xià)表所示。注意在表中沒有列出與服務質量保證相(xiàng)關的統計信息，在實現過程中可根據需要添加。      由于FAST交換模型可方便的在現有流水(shuǐ)線中插入新的模塊以支持TSN交換，因此集中的TSN資源管理軟件(jiàn)對網絡接口适配器(qì)和交換機(jī)的資源配置管理實現十分簡單，我們将在後續的文章中介紹。