GB∕T 42586-2023 信息技术 系统间远程通信和信息交换 时间敏感网络配置（正式版）

信息技术系统间远程通信和信息交换时间敏感网络配置国家标准化管理委员会I前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14缩略语 25TSN配置概述 36TSN配置管理模型 46.1完全分布式配置模型 46.2完全集中式配置模型 46.3混合式配置模型 57用户/网络接口(UNI) 68用户/网络配置信息的建模 79用户/网络配置信息 79.1通则 79.2协议集成 79.3发送端组 79.4接收端组 89.5状态组 810CNC配置与计算功能 810.1CNC功能 810.2拓扑发现模块(TDM) 10.3路径计算模块(PCM) 10.4网络配置模块(NCM) 10.5网络更新模块(NUM) 11流传输 12TSN配置的YANG模型 附录A(资料性)TSN配置实例 A.1系统组成 A.2系统配置过程 A.3TSN工业控制系统运行 附录B(资料性)工业自动化应用配置管理 B.1配置管理 B.2工业自动化中的TSN应用指南 参考文献 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国信息技术标准化技术委员会(SAC/TC28)提出并归口。本文件起草单位：重庆邮电大学、中国电子技术标准化研究院、深圳赛西信息技术有限公司、重庆邮电大学工业互联网研究院、江苏赛西科技发展有限公司、北京东土科技股份有限公司、北京赛西科技发展有限责任公司、上海格麟倍科技发展有限公司、北京固源网络科技有限公司、国网湖北省电力有限公司电力科学研究院、工因特(重庆)科技有限公司、北京智芯微电子科技有限公司、深圳市汇芯通信技术有限公司、安徽电信规划设计有限责任公司。本文件主要起草人：魏旻、杨宏、黄学达、王婷、卓兰、郭雄、黄旭炜、王浩、黄庆卿、刘洋、孙旭、1信息技术系统间远程通信和信息交换时间敏感网络配置1范围本文件规定了时间敏感网络的配置管理要求，包括配置管理模型、用户与网络接口、用户与网络配置信息的建模、用户与网络配置信息、集中式网络配置器的配置与计算、流传输要求及数据建模语言。本文件适用于时间敏感网络的设计、应用、部署及相关产品研发。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T15629.3信息技术系统间的远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求第3部分：带碰撞检测的载波侦听多址访问(CSMA/CD)的访问方法和物理层规范ISO/IEC/IEEE8802-A:2015局域网和城域网概述和体系结构(LocalandMetropolitanAreaNetworks—OverviewandArchitecture)ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020局域网和城域网桥和桥接网络(RequirementsforLocalandMetropolitanAreaNetworks—Part1Q:BridgesandBridgedNetworks)ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020/AMD31:2021局域网和城域网桥和桥接网络修正31:流预约协议(SRP)增强和性能改进[RequirementsforLocalandMetropolitanAreaNetworks—Part1Q:BridgesandBridgedNetworks-StreamReservationProtocol(SRP)EnhancementsandPerformanceImprovements]3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。基于IEEE802.1TSN任务组制定的一整套数据链路层协议规范构建的支持时间同步、确定性调度等机制、提供可靠的、低延迟及确定性数据传输能力的以太网。支持GB/T15629.3协议的设备向另一台支持GB/T15629.3协议的设备发送以太网消息时，发送消息的设备支持GB/T15629.3消息的设备。协议的设备向另一台支持GB/T15629.3协议的设备发送以太网消息时，接收2工作于数据链路层，支持物理地址过滤、转发数据包、TSN协议的网络交换设备。TSN边缘交换机TSNedgeswitch与终端站相邻连接的TSN网桥。需要以有限的延迟传递的数据帧流。一组支持TSN协议，且处于相同应用配置管理方案和传输任务下的工作站的集合。这些工作站支持时间敏感流在内的多种流量类型，通过传输选择算法、可靠性传输、时间同步等TSN机制满足传输需求。一种数据建模语言，用于对配置数据、状态数据、远程过程调用和网络管理协议通知进行建模。集中式网络配置器centralizednetworkconfiguration应用程序(用户)配置时间敏感网络资源的集中式组件。用于发现终端站数量、检索终端站功能和用户需求，并配置终端站时间敏感网络参数的集中式组件。收集用户对TSN的需求，根据用户需求计算、配置、更新信息，并将上述信息配置到发送端、TSN网桥及接收端的过程称为TSN配置。时间触发流time-triggeredtraffic具有非常严格的周期和确定性时延约束的时间敏感流。4缩略语下列缩略语适用于本文件。CNC集中式网络配置器(CentralizedNetworkConfiguration)CUC集中式用户配置器(CentralizedUserConfiguration)DEI可丢弃标识(DropEligibleIndicator)JSONJavaScript对象表示法(JavaScriptObjectNotation)LLDP链路层发现协议(LinkLayerDiscoveryProtocol)MAC媒体访问控制(MediaAccessControl)3MIB管理信息库(ManagementInformationBase)MRP多注册协议(MultipleRegistrationProtocol)NCM网络配置模块(NetworkConfigurationModule)NETCONF网络配置协议(NetworkConfigurationProtocol)NUM网络更新模块(NetworkUpdateModule)PCM路径计算模块(PathComputeModule)PCP优先级标签(PriorityCodePoint)SNMP简单网络管理协议(SimpleNetworkManagementProtocol)SRP流预留协议(StreamReservationProtocol)TCI标签控制信息(TagControlInformation)TDM拓扑发现模块(TopologyDiscoverModule)TLVTLV编码(Type-Length-Value)TPID标签协议标识符(TagProtocolIdentifier)TSN时间敏感网络(TimeSensitiveNetworking)UNI用户/网络接口(User/NetworkInterface)VID虚拟局域网标识符(VLANIdentifier)XML可扩展置标语言(ExtensibleMarkupLanguage)5TSN配置概述TSN旨在为以太网协议建立通用的时间敏感机制，以确保网络数据传输的时间确定性。TSN一般应具备以下全部功能：——网桥和终端之间的时间同步；——减少因网络设备故障而造成的帧丢失；——减少或消除出口端口拥塞导致的帧丢失；——有界延迟。TSN设备接入TSN中时，用户对TSN进行有效配置，TSN才能按需应用。TSN配置应提供以下全部功能：——收集用户对TSN的需求；——根据用户需求计算、配置、更新信息，包括路径和门控等；——将上述信息配置到发送端、TSN网桥及接收端。在TSN中，发送端和接收端将它们的服务需求传递到网络，标志着配置过程开始。为了在网络中实现特定的TSN功能，用户在网桥中沿着每个发送端到其接收端的路径配置TSN功能，以完成对网络的配置管理。用户/网络配置信息包括数据类型、协议集成、发送端、接收端和状态。用户对TSN进行配置和信息建模，相关的用户/网络配置信息由CUC、发送端/接收端进行传递并管理。TSN可通过三种配置模型进行组网和配置，包括完全分布式模型、完全集中式模型和混合式模型：——完全分布式模型，用户/网络配置信息通过UNI从发送端逐跳传输到接收端，这种方式的配置信息局限于本地交换机，不能获得全局的配置信息；——完全集中式模型，用户/网络配置由CNC负责配置，在CUC和CNC之间进行通信，用于发现终端用户、检索用户的需求以配置TSN的功能。在完全集中式模式下，由CNC负责配置和计算相关网络资源调度方案，并通过CNC完成对发送端、TSN网桥及接收端的配置；—混合式模型，所有的用户需求在用户/网络配置信息和CNC实体(管理客户端)之间进行交互，配置信息直接指向CNC实体。时间敏感流的所有网桥配置由CNC使用远程网络管理协4议来完成。TSN配置模型见第6章，配置中涉及的用户/网络接口UNI见第7章，用户/网络配置信息的建模见第8章，用户/网络配置信息见第9章，CNC配置与计算见第10章，时间敏感流传输见第11章，TSN配置的YANG模型见第12章。6TSN配置管理模型6.1完全分布式配置模型在完全分布式配置模型中，终端站应直接通过TSN用户/网络协议传达用户需求，网络是以完全分布式的方式配置的，没有CNC实体。分布式网络配置应使用一种协议来执行，该协议沿着时间敏感流的活动拓扑传播TSN用户/网络配置信息。完全分布式配置模型的图形表示如图1所示。接收端标引符号说明：终端站；TSN交换机；传输配置信息的协议。TSN网桥发送端图1完全分布式配置模型使用完全分布式配置模型的TSN网桥可基于信用的整形算法及其配置，SRP可用作UNI,使用SRP应符合ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020、ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020/AMD31:202146.1.3.1的规定。用户/网络配置信息在整个TSN网桥中传递。完全分布式模型具体的配置过程如图2所示。开始开始终端站将用户/网络配置信息通过UNI传输到下一眺1SN边缘交换机TSV网桥将用户/网络配置信息逐跳传输并在传输过程中完成对网桥设备的配省终端站收到用户/网络配置信息并完成配置结束图2完全分布式模型配置流程6.2完全集中式配置模型当终端站需要进行大量的用户配置时，宜采用完全集中式配置模型。完全集中式配置模型使CUC能够发现终端站、检索终端站功能和用户要求，并在终端站中配置TSN功能。本文件没有规定CUC与终端站通信的协议，该协议由具体用户来确定，不在本文件范围之内。图3提供了完全集中式配置模型的图形表示。5集中式用户配置器集小式网络配置器接收端TSN网桥发送端标引符号说明：终端站；TSN交换机；—UNI协议；+一远程网络管理协议；---用户配置协议。图3完全集中式配置模型在完全集中式配置模型中，SRP可用作UNI,SRP的MRP外部控制功能可用于与CNC组件交换配置信息。SRP使用TLV技术交换配置信息。其中，使用SRP应符合ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020、ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020/AMD31:202146.1.3.3的规定。完全集中式模型具体的配置过程CNC通过PCM和NCM计算TSN的传输路径和资源调度信息CNC的计算结果是否满足TSN连接需求是同时将TSN流配置信息通过UNI接口发送到Cl!CCNC通过用户配置协议将TSN流配置信息发送到终端站并完成配置终端站使用用户配置协议向CUC发送TSN连接毒求传送给CN(:CTC将不满足TSN连接需求的结果反馈给用户否图4完全集中式模型配置流程完全集中式配置模型实例见附录A和附录B。6.3混合式配置模型混合式配置模型适用于计算较为复杂的TSN用例，终端站直接通过UNI传达其发送端/接收端需求。在混合式配置模型中，配置信息指向CNC实体。TSN网桥的所有配置应由该CNC使用远程网络管理协议完成。图5为混合式配置模型的图形表示。6TSNTSN网桥标引符号说明，终端站；-UNI协议；-远程网络管理协议；—一传输配置信息的协议。图5混合式配置模型在混合式配置模型中，SRP可用作UNI,使用SRP应符合ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020,ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020/AMD31:2021中46.1.3.2的规定。混合式模型具体的配置过程如图6所示。终端站将用户/网络配置信息迪过终端站将用户/网络配置信息迪过INJ传输到下一跳ISN边缘网桥边缘网桥将用户/网络配置信息通过传输配置协议传输到CNC否CNC的计算结果是否满足TSN连接需求终端站收到用广/网络配置信息并完成配置结束CNC执行PCM和NCM计算1SN的传输路径和调度信息反馈给用户开始图6混合式模型配置流程7用户/网络接口(UNI)UNI是用户与网络之间交换配置信息的接口。接口的用户侧代表“发送端”和“接收端”。接口的网络侧表示将流的帧从每个发送端传递到其接收端的TSN网桥。使用用户/网络接口时应符合ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020/AMD31:2021中46.1.1的规定。78用户/网络配置信息的建模用户可使用多种协议(如：信令协议、远程网络管理协议)通过UNI交换配置信息。这些协议可将配置信息转换为文本或二进制字段。为了将TSN配置灵活地集成到各种协议中，在对用户/网络配置信息进行建模的时候，应满足ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020/AMD31:2021中46.1.2的规定。9用户/网络配置信息9.1通则用户/网络配置信息宜在第6章规定的三种TSN模型的配置中使用。TSN用户/网络配置信息与在本文件中，元素指的是用于TSN配置的某一项信息，每个元素的数据类型应符合ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020/AMD31:2021中46.2.1的规定；组是按层次结构组织的，一个组可包含在另一个组中，一个低级别组可包含在多个较高级别组中。9.2协议集成TSN用户/网络配置信息由三个高级别的组构成：——发送端：用户到网络的元素中，某一个流的发送者；——接收端：用户到网络的元素中，某一个流的接收者；——状态：从网络到用户的元素，用于指定发送数据流的网络配置状态。TSN配置协议使用独立的流标识符作为每个流配置的唯一标识符，它与流的数据帧编码没有联系。TSN配置可视为请求/响应交换：——请求：终端站或CUC传输协议消息，该消息包含一个发送端或接收端；——响应：TSN网桥或CNC传输包含状态信息的协议消息。对于完全分布式模型，当每个流有多个接收端时，应合并接收端和状态。对于完全集中式模型，CUC应将多个发送端和接收端合并为一个从CUC到CNC的单一传输，然后在CNC中一起计算。在CNC计算完成后，CNC应将包含多个状态的信息传递至CUC。9.3发送端组发送端组是多个发送端的集合。发送端组应指定以下内容：——发送端传输起始时间和传输方式；——网络对发送端的相关要求；——发送端接口的TSN功能。在完全分布式配置模型和混合式配置模型中，发送端组来自于发送端的终端节点。在完全集中式模型中，发送端组来自于CUC。发送端组应包含以下组：——流的标识符：用于将用户的流与TSN资源相关联；——流配置标识：用于确定流资源配置的成功/失败，与流的数据无关；——终端接口：应提供一个或多个接口标识符，用于标识终端站中充当发送端/接收端的物理接口；——数据框架规范：用于将指定发送端流数据的帧标识为时间敏感流，以用于所需的TSN配置；——传输规范：应指定发送端如何传输流的帧；——用户到网络的需求：应指定流的用户要求，例如延迟和冗余；8——接口能力：应指定终端接口中所有接口的网络功能。以上每组的元素及数据类型的指定以及加入和离开操作应符合ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020/AMD31:2021中46.2.3的规定。9.4接收端组接收端组是多个接收端的集合。接收端组用于指定以下内容：——网络对接收端的要求；——接收端接口的TSN功能。接收端组应包含以下组：——流的标识符；——终端接口；——用户到网络的需求；——接口能力。对于加入和离开操作应符合ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020/AMD31:2021中46.2.4的规定。9.5状态组状态组是多个状态组成的集合。状态组应向每个用户(发送端或接收端)提供从网络到每个用户的流配置状态。在完全分布式配置模型和混合式配置模型中，状态组应被传送到流的发送端组和接收端组。在完全集中式配置模型中，状态组应被传送到CUC。状态组应包含以下组：——流的标识符：用于将用户的流与TSN资源相关联；——状态信息：用于指定有关流在网络中的配置状态的信息；——累积延迟：用于指定流的单个帧沿其当前路径可能遇到的最坏情况下的延迟；——接口配置：用于指定发送端/接收端中的接口配置，此配置可帮助网络满足流的要求；——故障接口：用于在网络配置发生故障时，提供故障终端站或网桥中的物理接口。以上每组的元素及数据类型的指定以及加入和离开操作应符合ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020/AMD31:2021中46.2.5的规定。10CNC配置与计算功能混合式配置模型和完全集中式配置模型中应采用CNC进行网络配置与计算。在混合式配置模型中，CNC可通过使用远程网络管理协议配置所有TSN网桥。CNC可获取网络物理拓扑结构以及每个TSN网桥的功能，这使得CNC能够集中进行复杂的计算。发送端和接收端应将信息传递给TSN边缘交换机，CNC与TSN边缘交换机可直接进行通信，并获取TSN边缘交换机中发送端和接收端的信息。此模式下发送端和接收端的信息并不直接传递到网络中，终端站应通过UNI传递其发送端/接收端需求到TSN边缘交换机。CNC可将TSN边缘交换机配置为代理服务器，直接在TSN边缘交换机和CNC之间传输集中计算所需要的发送端/接收端信息，而不是将信息传播到网络内部。在CNC配置所有网桥的过程中，CNC宜利用统一数据建模，如YANG,为远程网络管理协议建模配置数据和状态数据，以实现YANG模型为TSN用户/网络配置信息的配置和状态数据建模功能。远程网络管理协议应使用XML或JSON等特定编码，统一数据建模应为特定功能的管理数据指定组织和规则，使得TSN网桥可正确地理解数据并实现特定的网桥功能。在完全集中式配置模型中，CNC应充当管理客户端，每个TSN网桥可充当管理服务器。CNC应9使用远程网络管理协议来发现每个网桥中的物理拓扑、检索网桥功能并配置TSN功能，发送端和接收端不需要参与此远程网络管理。当发送端要向接收端发送TSN流时，发送端宜使用用户配置协议向CUC发送TSN连接需求，CUC通过UNI将TSN连接需求传送给CNC,CNC根据TSN连接需求计算TSN的传输调度信息，计算完成后，CNC利用YANG模型配置TSN网桥，同时将TSN流配置信息通过UNI接口发送到CUC,CUC通过用户配置协议将TSN流配置信息发送到终端站并完成配置。CUC与终端站通信的协议由用户来具体确定，不在本文件范围之内。CNC计算的存在是为了解决TSN用例在计算上复杂性。例如，对于预定流量，CNC实体需要计算每个端口的门控列表。在TSN用例中，CNC计算门控列表的必要信息可由发送端和接收端进行传递，这些信息应包含一些流的特征，例如流发送的间隙、流的传输大小以及特定的优先级序列等。CNC应利用以下的方法计算调度表，生成调度表后，下发到网络拓扑所描述的TSN网桥中，其方法包含在以下类型中：a)基于信用的整形；b)帧抢占；c)时间感知整形；d)异步流整形；e)循环排队和转发；f)路径计算。CNC计算功能应包含以下模块：——拓扑发现模块(TDM)(见10.2);——路径计算模块(PCM)(见10.3);——网络配置模块(NCM)(见10.4);——网络更新模块(NUM)(见10.5)。CNC的四个模块之间的关系如图7所示，其中TDM应通过LLDP协议进行链路发现，并根据收集的链路信息来识别网络结构，生成网络拓扑，并将拓扑信息存储到拓扑数据库。PCM应通过访问拓扑数据库来获取网络的拓扑信息，并通过路径选择算法来计算网络拓扑中路径和延迟情况，将计算结果传给CNC。NCM应计算并配置TSN域中的设备数据，并将计算的配置信息存储到网络配置数据库。NUM在收到TDM的拓扑更改通知后，NUM应通知PCM和NCM重新计算流传输路径和资源调度应分别通过访问路径数据库和网络配置数据库获取更新后的传输路径信息和资源调度信息，并更新配置TSN域中所有设备的配置数据。CNCCNCVL.M路径网络配置更新PCM路径计算结果PCM路径结果'TDM拓扑改变TDM折扑改变拓扑信息TDM拓扑改变PCMTDM图7CNC中模块之间的关系10.2拓扑发现模块(TDM)TSN中的虚拟拓扑可根据应用程序(例如机器控制)或流量类型(周期性流量)来实现网络中不同流的隔离和数据的转发。此外，多个级联的网络管理引擎应彼此协商，保证TSN中跨TSN域边界的多控制器场景要求。通常，以下原因会导致TSN中发生拓扑更改：——网络开机；——其他设备连接到网络中；——更换现有设备；——断开设备；——网络容量(数据速率，延迟)改变。在TSN中，设备可通过LLDP识别邻域设备的身份和功能。每个设备可通过SNMP/MIB访问其邻域中管理的对象，可通过以下示例说明，如图8所示。由于网络配置和检测的互操作性原因，TDM应集成YANG模型，用于计算配置模型建模参数。在TSN中，网络拓扑发生更改之后，TDM应将拓扑更改的通知发送给CNC,CNC可发现拓扑更改后的设备情况，例如其他设备连接到网络中、断开设备等，CNC可通过TDM实时获取TSN中的网络拓扑。CNC对网络拓扑变化的快速响应可降低设备加入TSN前的预配置工作量，将配置工作集中于网络拓扑更改之后。PCM定义了TSN域中的路径计算方法。在定义流ID之后，应为其分配TSN-MAC并计算流路径。PCM由用户根据需求进行激活或关闭。PCM可提供以下服务：——PCM路径计算； TDM拓扑改变通过使用PCM路径计算服务，可向PCM通知有关路径数据库(PathDB)内的路径信息更改；通过使用TDM拓扑改变服务，可向PCM通报拓扑数据库中网络拓扑的更改，该服务可提供拓扑配置中已更改设备的MAC地址。图9描述了PCM的接口和交互。激活关闭PcM路各计算输出读拓扑数据库路径数据库图9PCM的接口和交互针对TSN多路径传输的应用场景，TDM发现TSN拓扑后，终端站应通过用户配置协议将时间敏感流的周期、大小、时延和抖动等TSN连接需求发送给CUC,CUC可将该连接需求通过UNI发送到CNC;CNC收到路径选择的需求时，首先由CNC执行PCM,PCM先读取拓扑数据库中的所有有效路径，然后可利用最短路径算法选出K条最短路径作为备选路径；PCM可将K条备选路径利用路径的跳数、延迟、剩余带宽等信息对每一条路径进行量化，并通过路径关键度机制来选择出m(m≤K)条优选路径；PCM可将m条优选路径作为路径选择阶段的输入，路径选择算法根据TSN流量类型的特征，并基于链路传输的代价和信息素更新的方式为发送端到接收端的时间触发流找到一条最优的传输路径，同时为非时间触发流找到合适的传输路径，并检查是否满足应用程序要求。针对TSN拓扑变化后的应用场景，CNC应将通过UNI获取的路径选择需求以及TDM拓扑改变作为PCM计算路径的输入，PCM可执行路径选择算法通过用户需求的延迟、路径的带宽容量、路径的传输跳数，从可传输的N条路径中为每条用户需求的数据流匹配传输路径。本文件采用的方法应满足以下条件：在周期内帧发送偏移量为0处，TSN设备开始发送。根据PCM可用的流量类型，应使用不同的TSN配置模型和PCM计算形式。PCM为每个流计算一条路径，该路径应双向使用，并将其映射到时间敏感流。如果拓扑发生变化，路径将被更新和存储。NCM负责配置TSN域中的数据，并将配置数据添加到配置数据库。NCM由用户根据需求进行激活或关闭。在网络配置中，NCM应为时间敏感流配置门控调度规则，通过门控列表的配置来隔离不同时间敏感流的传输。门控列表的周期配置是灵活的，针对不同应用场景，可配置不同长度的门控周期。NCM可提供NCM网络配置服务。通过使用NCM网络配置服务，可更改和配置网络拓扑数据，相关配置数据会存储到网络配置数据库中。NCM应根据PCM计算出的数据流传输路径，配置该路径上TSN网桥的门控列表。NCM将计算结果配置到TSN网桥。在网络拓扑发生改变后，PCM应重新计算每条数据流的传输路径，NCM应根据PCM重新计算的传输路径去计算数据流的调度周期，然后NCM应根据计算所得的调度周期划分数据流的传输时隙，保证其调度传输在足够长的时隙中完成。NCM宜保证在网络拓扑更改的情况下，TSN中的设备和网络配置及时更新。TSN网桥TSN网桥图10描述了NCM的接口和交互。激活激活PCM传输路径VCM网络配置输出TDM拓扑改变路径数据库折扑数据库关闭读网络配置数据库图10NCM的接口和交互当TSN中的业务或者设备变化引起的网络拓扑更改后，NUM负责网络配置的更新，并将更新配置数据在网络配置数据库中保存。NUM由用户根据需求进行激活或关闭。NUM应将拓扑更改后重新计算的配置更新到TSN网桥。通常，以下原因会导致网络更新模块的配置数据更改：——其他设备连接到网络中；——断开设备。当TSN网桥添加到网络或网桥断开连接时，TDM应将拓扑更改的通知发送给NUM,NUM在收到拓扑更改通知后，应发送NUM网络配置更新通知到PCM和NCM。NUM通知PCM重新进行用户输入数据流的路径计算，并通知NCM根据路径上传输的数据流计算出拓扑更改后数据流传输的门控列表配置。NUM应更新拓扑更改后的网络配置数据并更新到TSN网桥，拓扑更改后的网络配置数据可通过NUM存储到网络配置数据库。图11描述了NUM的接口和交互。路径数据库关闭N[JM图11NUM的接口和交互由发送端将数据流传输给一个或多个接收端，发送端和接收端都是终端站。为了将TSN特性应用于普通传输流，网络应能够区分一个流与另一个流，并将时间敏感流与非时间敏感流区分开。因此，时间敏感流的每个帧应在其报头中包含唯一标识时间敏感流的字段。TSN应用配置的目标是允许发送端和接收端对数据使用其现有的传输层和应用层协议，而不是要求特定于TSN的帧格式。TSN通过使用已建立的帧格式，如传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)和ISO/IEC/IEEE8802-A:2015中的字段来识别每个流，这些字段如MAC地址和VLAN标识。图12为采用ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020的VLAN标识符来标识时间敏感流的帧格式。7Byte1Byte6Byte6Byte前导码SFD目的MAC地址源MAC地址802.1Q标签以太网类型/长度负载CRC校验图12基于ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020的TSN帧格式ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020标签包含2ByteTPID和2ByteTCI。其中TPID字段为0x8100时，表示以太网帧支持ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020虚拟局域网标签。TCI字段包括三部分：3bitPCP,表示帧优先级，从0到7一共八级；1bitDEI,表示网络发生拥塞时是否丢弃数据帧；12bitVID,表示数据帧对应的VLAN标识。YANG模型作为数据建模语言，用于为远程网络管理协议建模配置数据和状态数据。远程网络管理协议使用XML或JSON等特定编码。对于特定功能，YANG模型为功能的管理数据指定组织和规则，并且YANG模型到特定编码的映射，使客户端和服务器都能正确理解数据。YANG模型可用于为TSN用户/网络配置信息的配置和状态数据建模。在使用YANG模型为TSN用户/网络配置信息的配置和状杰数据建模时，应符合ISO/IEC/IEEE8802-1O:2020/AMD31:2021中46.3的规定。(资料性)TSN配置实例扰流量模块组成，干扰流量主要来自于摄像头和显示器。CUCCUC圃终端站IP网络besteffort流量； Profinet工业控制流量；用户配置协议；终端站(P[C);TSN适配模块；伺服驱动器；电机；摄像头；显示器。图A.1TSN工业控制系统A.2系统配置过程该系统参照本文件6.2中描述的“完全集中式配置模型”搭建，其中由终端站PLC作为“完全集中式配置模型”中的发送端，由伺服驱动器和电机组成另一端的终端站作为“完全集中式配置模型”中的接收端，TSN网桥和TSN适配模块构成“完全集中式配置模型”中的TSN网桥，由CNC充当管理客户使用远程管理来发现每个网桥中的物理拓扑、检索网桥功能并配置TSN功能，发送端和接收端不需要参与此远程网络管理协议。系统按照第8章将用户/网络配置信息进行建模，转化为二进制。系统按照第9章规定的用户/网络配置信息通过UNI在CNC与CUC之间进行信息传输，用户可使用多种协议来通过UNI交换配置信息(例如，信令协议、远程网络管理协议)。系统使用第10章的CNC配置与计算流程来计算调度网络资源，所有的用户需求都是在CNC和CUC之间交换的，CUC和终端站之间使用一个协议来检索终端站功能和需求，并配置终端站。系统使用第11章进行TSN流量的传输，将TSN适配模块与TSN网桥以及TSN网桥之间传输的时间敏感流与摄像头和显示器等传输的非时间敏感流(干扰流量)区分开来。系统使用第12章中规定的YANG模型配置TSN网桥，为TSN用户/网络配置信息的配置和状态数据建模。A.3TSN工业控制系统运行TSN工业控制系统共包含工业互联网的三种流量，分别是支持Profinet协议的工业控制流量、IP网络best-effort的干扰流量和TSN流量。该系统的预期效果分为三个阶段：a)在没有外部流量干扰的基于Profinet协议的工业控制系统中，三台电机呈现同步转动状态；b)在加入best-effort的IP网络流量(干扰流量)后，控制信号因受到干扰流量的影响不能按时到达伺服控制器导致同步控制受到影响，出现了三台电机转动不同步的现象；c)利用TSN网络将工业控制流量和IP网络流量融合后，工业控制流量和IP网络流量都能正常工作，三台电机又恢复同步转动。该系统具备数据流调度的功能，实现以灵活的方式保证了工业控制系统中数据流的确定性传输。系统中的干扰流模块主要是由摄像头和显示器构成，交换机使用的是TSN网桥，PLC同时向三台伺服驱动器发送连续的启动信号，当启动信号到达伺服电机后，控制电机顺时针转动一定角度。当下一个启动信号到达伺服电机后，控制电机顺时针转动同样的角度，依此类推一步一步地控制电机转动。如果某一时刻，因网络故障启动信号未能按时到达某一伺服电机，该电机将停止转动，直到下一个启动信号正常到达。本系统具体的配置过程如下所示：a)按照图A.1TSN工业控制系统模型进行实物搭建；b)系统上电后，在未开启TSN工业控制系统的TSN功能时，三台电机保持同步转动状态；c)此时加入摄像头和显示器的干扰流，系统中三台电机出现转动不同步的状态；d)启动TSN系统后，CUC首先发现终端站，检索发送端(PLC)和接收端(伺服驱动器和电机)功能和PLC传输要求，见本文件6.2的完全集中式配置模型所述；e)PLC使用用户配置协议向CUC发送用户/网络配置信息，CUC使用UNI将用户/网络配置信息传送到CNC,见本文件第7章的用户/网络接口(UNI)和第8章用户/网络配置信息的建模所述；f)CNC收到用户/网络配置信息后，再根据该配置信息计算TSN的传输调度信息，见本文件6.2的完全集中式配置模型所述；g)计算完成后，CNC使用YANG模型将计算结果下发到TSN网桥，见第12章的TSN网络配置的YANG模型所述，使用UNI接口将计算结果发送到CUC,然后CUC将该结果下发配置到终端站；h)此时工业控制系统的TSN功能已配置完成，阻隔了干扰流对工业控制系统中控制流量的影响，三台电机又恢复了同步转动的状态。通过TSN网桥的配置管理界面可看到CNC可发现TSN网络拓扑，能够建立时间敏感流并完成配对流的传输计算成功后，在配置管理界面上观察到CNC根据用户/网络配置信息成功计算出调度表，并成功下发调度表到TSN网桥中。(资料性)工业自动化应用配置管理B.1配置管理B.1.1工程管理要求为了了解网络配置、部署和管理的要求，需要涵盖工业用例的工程模型。工业自动化管理实体(IA-ME)的概念是本文件6.2中描述的“完全集中式配置模型”,并且适用于工业自动化用例。此模型中使用了本文件中描述的CUC和CNC实体。此外，工业自动化管理实体(IA-ME)还引入了几个新实体。a)最佳管理实体——最佳管理实体负责管理活动的IA-ME。如果检测到多个IA-ME,则选择一个。此过程应可复制，以确保避免IA-ME之间不必要的切换。具有取消选择IA-ME的设备的处理方式类似于没有IA-ME的设备。b)同步树实体(STE)——STE会建立并维护同步树。例如，对于工作时钟和全球时间。c)QueryStreamServ(QSS)—-QSS是网络管理引擎服务器，负责如下工作：——QueryPath请求的处理；——将QueryPath请求转发到其CUC;——路径的建立；——提供CUC的反馈。这些实体共同构成了IA-ME。IA-ME负责使用远程管理进行基于策略的网络配置，同时还可使用拓扑发现模块执行拓扑发现。如果一个TSN域中有多个IA-ME,则使用最佳管理实体与其他IA-ME进行协商。CUC和CNC的角色仍然按照本文件中定义的功能执行。B.1.2工程管理要求B.1.2.1工程工具工程工具是用于与终端站通信的用户应用程序。通常在集中式控制器中有一个通信主设备，通信主设备负责建立那些连接以及确定感兴趣的I/O数据并提供所需的更新速率。控制器从工程工具获取此信息。给定的TSN域中可能有多个控制器。该服务还确定关联的终端站是存在/可用的。CUC使用工程工具中的拓扑，路径信息和流量来计算每个发送端/接收端对的工作路径。然后，CUC通过QSS为每个终端站提供流标识(VLAN,DMAC等)。B.1.2.2工程网络对于具有固定拓扑和固定路径的集中式方法，工程工具可向IA-ME提供流量需求，路径信息和拓扑信息。然后，IA-ME执行满足指定流量要求所需的计算，并通过远程管理提供计算结果。此示例的工作流程包括以下步骤。a)拓扑是脱机设计的，并在运行时由拓扑发现模块检查。b)离线工程工具确定每个终端站的功能并计算路径和资源。此步骤包括TSN功能，还包括许多其他与网络技术无关的功能。例如，如果终端站是传感器，则工程工具了解传感器应用于物理世界的能力。c)工程工具通过供应商特定的界面将此信息提供给CUC。虽然CUC与工程工具之间的通信是特定于供应商的，但CUC需要获取以下信息：——EndStationInterfaces:端口数和每个端口的MAC地址；——InterfaceCapabilities:每个1517端口的ISO/IEC/IEEE8802-A功能；——TrafficSpecification.MaxFrameSize和MaxFramesPerlnterval:终端站数据的大小。CUC使用的特定于供应商的协议不在本文件范围之内。d)CUC使用步骤b)和c)中的信息响应通过QSS来自查询流客户端的请求。e)CUC通过UNI将每个发送端/接收端对的流量规范发送给CNC。B.1.2.3动态拓扑对于具有动态拓扑和动态路径的集中式方法，工程工具将流量需求和路径信息提供给IA-ME。拓扑发现引擎向IA-ME提供拓扑信息。然后，IA-ME执行满足指定流量要求所需的计算，并通过远程管理提供计算结果。此示例的工作流程包括以下步