国内外TSN网络控制系统标准态势如何？

如果你对该问题感兴趣的话，推荐你看看《TSN网络控制系统白皮书（2022年）》这篇报告，下面是部分摘录的内容，具体请以原报告为准。

一、TSN 网络控制系统标准态势

1. 国外标准动态

TSN 标准簇目前包含时间同步，有界延迟，可靠性和资源管理四个 大方向共约 30 项标准。TSN 数据转发协议标准基本制定完成，当前正 在制定 TSN 控制面标准，SDN 控制器架构被认为是时间敏感网络控制 面的理想选择。当前 TSN 网络控制系统遵循的标准主要是网络管理方 向，使用的标准包括 IEEE 802.1Qcc、802.1CS、Qcx、Qat，Qcp 等。

IEEE 802.1Qcc 描述了三种用户/网络配置模型，这些模型为后续规 范提供了体系结构。每个模型规范都显示了网络中不同实体之间的用户 /网络配置信息的逻辑流。 IEEE 802.1CS-2020 规定了链路本地注册协议（LRP）的协议、过程 和托管对象，用于将注册数据库从点对点链路的一端复制到另一端，并 将更改复制到该数据库的某些部分。 IEEE 802.1Qcx-2020 规定了 YANG 数据模型支持对两端口 MAC 中继、客户 VLAN 网桥和提供商网桥的连接故障管理 (CFM) 进行配置、 状态报告和监控。 IEEE 802.1Qat-2010 规定了现有高层机制可用的协议、过程和管理 对象，允许为通过桥接局域网的特定业务流保留网络资源。 IEEE 802.1Qcp-2018 修正案提供了一个 YANG 数据模型，以支持桥 接功能子集的配置和操作状态信息。

P802.1ASdn 修正案指定了一个基于统一建模语言 (UML) 的图形来 解释托管对象和相关的YANG数据模型，该模型允许对基本标准的所有 管理对象进行配置和状态报告。 P802.1Qcw 修正案规定了基于统一建模语言 (UML) 的信息模型和 YANG 数据模型，这些模型允许桥接器的配置和状态报告，具有用于规 划流量、帧抢占以及每流过滤和监管的 YANG 数据模型。它进一步定 义了信息和数据模型与本标准规定的其他管理能力模型之间的关系。 IEEE P802.1DC 标准规定了 IEEE Std 802.1Q 中规定的服务质量 (QoS) 特性的程序和管理对象，例如在非网桥的网络系统中按流过滤和 监管、排队、传输选择、流控制和抢占。

IEEE P802.1DF 标准定义了 IEEE Std 802.1Q 和 IEEE Std 802.1CB 的 配置文件，为非前传共享服务提供商网络提供TSN服务质量特性。该标 准还提供用例，并为网络运营商提供有关如何为这些用例配置网络的信 息指导。该标准为配置 QoS 功能提供了指导，以提供可靠的带宽和有限 的延迟，具有更严格 QoS 要求的下一代传输网络将受益于 TSN QoS 功 能。 在面向行业应用方向，结合行业特征制定了应用的规范。IEEE P802.1DG 规定了基于 IEEE 802.1 时间敏感网络标准和 IEEE 802.1 安全标准的安全、高度可靠、确定性延迟的汽车车载桥接 IEEE 802.3 以太网 的配置文件。该标准为确定性 IEEE 802.3 以太网的设计者和实施者提供 了配置文件，这些网络支持整个车载应用范围，包括那些需要安全性、 高可用性和可靠性、可维护性和有限延迟的应用。

IEEE P802.1DP/SAE AS6675 是 IEEE 802 和 SAE Avionics Networks AS-1 A2 的联合项目，用于定义航空航天的 TSN 配置文件。这项联合工 作将提供一个联合开发的标准，它既是 SAE 标准，也是 IEEE 标准。该 标准规定了航空航天机载桥接 IEEE 802.3 以太网网络的 IEEE 802.1 时间 敏感网络和IEEE 802.1安全标准的配置文件。该标准规定了确定性IEEE 802.3 以太网网络的设计者、实施者、集成商和认证机构的配置文件， 这些网络支持广泛的航空航天应用，包括那些需要安全性、高可用性和 可靠性、可维护性和有限延迟的应用。

2. 国内标准动态

2020 年 11 月，中国电子技术标准化研究院组织业内相关单位编写 了《时间敏感网络白皮书》，重点围绕时间敏感网络技术的发展背景、 关键技术与新兴技术融合、标准化进展、产业应用等方面展开论述，给 出了技术和应用趋势展望。旨在为相关研究机构、高校、芯片设备厂商、 解决方案提供商、测试厂商等提供参考。

2020 年 8 月 30 日，在 2020 工业互联网大会“工业互联网网络”主题 论坛上，《时间敏感网络（TSN）产业白皮书》正式发布。中国信息通 信研究院技术与标准研究所工程师朱瑾瑜在大会上对 2021 年 9 月 28 日， “2021 工业互联网网络创新大会”在中国国际信息通信展览会期间举办， 会上发布了“时间敏感网络（TSN）产业链名录计划”（以下简称名录计 划）第一批评测通过的产品名单，并为企业代表颁发了证书。

2020 年 10 月，工业互联网产业联盟正式启动了名录计划。2021 年 5 月，首批 TSN 交换机、TSN 网关产品评测正式启动，共收到 15 家企 业共 21 款产品的报名，首批 9 款产品评测通过。白皮书进行了详尽解 读。 2020 年 12 月，根据《国家标准化管理委员会关于下达 2020 年第三 批推荐性国家标准计划的通知》（国标委发[2020]48 号）的安排，有两 项时间敏感网络（TSN）国家标准项目正式立项，分别为：《信息技术 系统间远程通信和信息交换 时间敏感网络应用配置管理》和《信息技 术 系统间远程通信和信息交换 时间敏感网络与用于过程控制的对象连 接与嵌入统一架构融合 信息模型映射》。

当前，国内 TSN 控制系统标准仍然以遵守 IEEE 标准协议为主，主 要采纳 IEEE 802.1Qcc 完全集中式架构作为控制器架构设计。针对遵从 IEEE 802.1AS，IEEE 802.1Qbv，IEEE 802.1Qci，IEEE 802.1Qch 等标准 的 TSN 交换机、TSN 网关产品进行纳管。在实际具体应用中的标准还 存在空白。

二、TSN 网络控制系统关键技术原理

1. TSN 网络控制系统参考架构

TSN 网络控制系统建议采用集中式配置模型，TSN 控制器负责全网 策略控制，配置管理，同时实现协同防护。提供统一的策略引擎，网络 内实施统一的访问策略，实现基于管理员，设备类型、接入时间、接入 地点、接入方式多维度的认证和授权。提供全生命流程的访问人员管理， 设备状态管理和网络资源管理。其功能模块主要包括:CUC 集中式用户 配置模块、CNC集中式网络配置模块、调度规划引擎模块、安全及可靠 性模块以及相关扩展功能模块。

2. CUC(集中式用户配置)

CUC 集中式用户管理部分实现对用户配置数据的收集及 TSN 特性 的配置。CUC 支持通过多种方式实现用户需求的感知及配置。

2.1 OPC UA 服务

OPC UA 是当前工业领域应用广泛的网络通信协议，可以实现不同 设备的互通和互操作，在工业应用领域，时间敏感网络控制系统通过 OPC UA 协议实现对端设备的感知及配置。时间敏感网络控制系统实现 OPC UA server 功能，实现同端设备之间的互通和互操作，网络控制系 统 OPC UA server 端获取端设备数据解析后，通过 CNC 北向 API 接口下 发到 CNC 模块，从而实现端设备数据的配置导入。

2.2 MQTT 服务

消息队列遥测传输协议，是一种基于“轻量级”代理的发布/订阅模 式的消息传输协议，能够提供有序、可靠的双向网络连接。MQTT 目前 在工业互联网领域，智能家居、医疗医护、智慧城市等领域已广泛使用。

2.2 MQTT 服务

消息队列遥测传输协议，是一种基于“轻量级”代理的发布/订阅模 式的消息传输协议，能够提供有序、可靠的双向网络连接。MQTT 目前 在工业互联网领域，智能家居、医疗医护、智慧城市等领域已广泛使用。

用户通过客户端浏览器输入 URL 网址访问 Web 服务器，Web 服务 器接收到Web页面请求后，将时间敏感网络控制器页面传送给客户端浏 览器，用户可通过控制器配置页面实现时间敏感网络系统的拓扑创建、流量导入等操作，客户端浏览器通过 API 接口将用户配置信息发送给 Web 服务器，Web 服务器再将用户配置信息发送给控制器，控制器将用 户配置信息构造成相应的配置文档通过 NETCONF 等机制完成相关配置 下发到交换机上，最终实现用户定制的时间敏感网络。

3. CNC(集中式网络配置)

TSN 流的所有网桥配置都是由 CNC 使用远程网络管理协议来完成。 CNC 对网络的物理拓扑和每个网桥的能力有一个完整的视图。这使得 CNC 可以集中复杂的计算。CNC 可以存在于端站或桥上。 3.1 北向接口 CNC北向接口实现 CUC业务感知到 CNC网络调度的传输，北向 接 口是时间敏感网络控制器 CNC 上层业务应用开放的接口，其目标是能 够和 CUC 进行消息通信，使得业务应用能够便利地调用底层网络资源 和能力。

北向接口 API 因需要密切联系业务的应用需求，同时具有多样化的 特征，目前已经成为时间敏感网络领域竞争的焦点，业界不同的参与者 分别从不同的角度提出北向接口方案，实现了不同的北向 API 接口导致 当前北向接口标准很难达成共识，但是可以预测后续的 CNC 北向接口 将会朝着标准化和开源两个方向同时发展。基于接口标准化角度拟采用 RESTCONF 协议实现北向接口。

RESTCONF 协议使用 HTTP方法来分辨对特定资源的CRUD操作， 包括 OPTIONS、HEAD、GET、POST、PUT、PATCH、DELETE 等。 在时间敏感网络控制系统北向接口开发的过程中，主要涉及拓扑规划、 时钟同步、流量转发三大类型业务，同时包括了对网络资源的集中管理 控制。

3.2 南向接口

时间敏感网络控制器对网络设备的配置、管理和控制，离不开南向 接口的重要作用。只有通过南向接口与网络设备进行更好的通信，才能 更好的发挥控制器的控制管理作用。

由于 SNMP 协议已经被广泛地应用于工业自动化控制产品中，在工 厂的现代化管理中发挥着重要的作用，SNMP 协议是一整套的符合国际 标准的网络设备管理规范，凡是遵循 SNMP 协议的设备，均可以通过网 管软件来管理。只需要在网管工作站上安装一套 SNMP 网络管理软件， 通过局域网就可以很方便地管理网络上的工业以太网交换机、路由器、 服务器等，从而提高网络管理的效率，简化网络管理员的工作。为了兼 容已有的工业网络设备，CNC 需支持 SNMP 的南向接口协议，支持通 过 SNMP 协议实现转发设备南向配置管理。

SNMP 协议接口在生态成熟度上较为成熟，但各厂商大多才有私有 MIB 节点实现网络配置，从异构设备统一纳管的角度来说具有较大的缺 陷。从南向接口标准化的角度出发，CNC 网络配置模块需支持 NETCONF 协议配置。

NETCONF 协议定义了一个简单的机制，通过它可以管理网络设备， 可以检索配置数据信息，并且可以上传和操作新的配置数据。该协议允 许设备公开一个完整的，正式的应用程序编程接口（API）。应用程序 可以使用这个直接的 API 来发送和接收完整的和部分的配置数据集。 YANG 模型被用作 NETCONF 上的数据建模语言可用于配置各种交换机 功能。采用 NETCONF 协议+标准 YANG 模型实现 TSN 交换设备的配置 及管理功能。