时间敏感网络系统配置接口研究

作     者：尚晓敏 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡怡红

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：时间敏感网络(TSN) 系统配置 IEEE 802.1 Qcc 北向接口 南向接口 

摘      要：随着信息技术(Information Technology,IT)与运营技术(Operation Technology,OT)之间的持续融合,统一网络架构的重要性已经逐渐凸显。尤其是工业互联网、智慧制造、大数据等的发展,更是使得这两者之间的融合需要进一步发展。但在通信方面,IT和OT对于其需求是不同的,所以两者的融合比较困难,互联网和信息行业中的数据需要更多的带宽,而实时性与确定性则是工业行业的关键问题,这些数据一般不能通过同一网络进行传送。因此,产业融合中必不可少的一个关键就是统一解决方案。目前,时间敏感网络(Time Sensitive Network,TSN)就是国内外产业界共同推动的一项通信技术。IEEE针对时间敏感网络(TSN)定义了一组标准,提供了支持确定性和实时通信的机制,在当前网络部署中实现网络配置是关键目标之一。这种情况下的要素包括网络中通信流的配置和终端设备的配置。IEEE 802.1 Qcc标准提出了不同的配置模型来实现TSN配置。到目前为止,TSN及其配置主要针对基于以太网的工业网络,这项工作侧重于完全集中式模型,IEEE802.1 Qcc提供了方案模型,关于其实现的具体规范,可从用户请求选择用户/网络接口(UNI)协议、为部署配置接口选择协议等方面展开,本文主要对时间敏感网络系统配置从接口角度开展研究,具体内容如下:(1)结合需求分析,提出了一种TSN系统配置接口方案,该方案基于完全集中式模型,包含管理平面、控制平面、数据平面,以及北向接口、南向接口。基于完全集中式模型,可支持集中式用户配置(CUC)实体,以发现端站、检索端站功能及用户需求,并在端站中配置TSN相关特性。(2)基于时间敏感网络系统配置接口方案,完成了方案中的组件模块设计实现。北向接口 REST API通过Web GUI界面可实现具体场景参数的配置,转换后通过组件CUC下发至CNC。南向接口基于NETCONF/YANG通过CNC对TSN交换机下发流表和配置,通过南向接口可以实现对交换机的具体协议配置。结合IEEE 802.1 Qbv、IEEE 802.1 Qbu协议,能够实现门控序列配置及不同优先级流量的帧抢占。(3)根据时间敏感网络系统配置接口及方案,搭建测试环境,结合具体业务场景进行接口的性能分析,包括接口模块重要协议验证、数据传输性能分析等。本文基于搭载OpenIL 1.9版本系统的NXPTSN板卡,搭建测试平台,结合IEEE 802.1 AS和IEEE 802.1 Qbv等相关协议提出测试用例,能正确试别报文及数据可靠的传输,检测时间感知整形器的端口功能以及时隙参数,通过对接口功能、性能的测试,证明提出的接口方案在时间敏感网络系统配置中的有效性。