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TSN流量映射機(jī)制主要包含兩個核心部分：流適配和隊列映射。

流適配：首先，將傳統(tǒng)的以太網(wǎng)流量適配為帶有指定優(yōu)先級的TSN流量。這一過程確保了傳統(tǒng)應(yīng)用和服務(wù)能夠在TSN網(wǎng)絡(luò)中獲得必要的確定性傳輸特性。

隊列映射：接下來，將這些帶有優(yōu)先級的TSN流量映射到交換機(jī)的相應(yīng)優(yōu)先級隊列中。這樣，TSN可以根據(jù)不同數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級進(jìn)行有效的調(diào)度和處理，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)流的實時性和可靠性。

TSN流量適配原理

在TSN網(wǎng)絡(luò)中，傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)流量應(yīng)攜帶符合IEEE 802.1Q標(biāo)準(zhǔn)的VLAN標(biāo)簽。根據(jù)不同類型流量對實時性的需求，VLAN標(biāo)簽中的優(yōu)先級（PCP）字段將被設(shè)置為相應(yīng)的值。如果終端發(fā)送的是未攜帶VLAN標(biāo)簽的普通以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，如圖1所示，TSN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)對其進(jìn)行適配，為其添加合理的VLAN標(biāo)簽，通過優(yōu)先級字段為TSN確定性調(diào)度機(jī)制提供優(yōu)先級隊列映射基礎(chǔ)。

圖1 普通以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式

圖2 攜帶VLAN tag的以太網(wǎng)幀格式

根據(jù)IEEE 802.1Q標(biāo)準(zhǔn)，攜帶VLAN標(biāo)簽的以太網(wǎng)幀格式如圖2所示。根據(jù)VLAN標(biāo)簽（或稱虛擬局域網(wǎng)標(biāo)簽）擴(kuò)展傳統(tǒng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的功能屬性，包含四個控制字段，共4個字節(jié)。VLAN 標(biāo)簽結(jié)構(gòu)如下：

     (1) 標(biāo)記協(xié)議標(biāo)識符（TPID）：VLAN標(biāo)記的前16位為TPID，固定值為0x8100，表示此數(shù)據(jù)幀已插入VLAN 標(biāo)簽。

     (2) 優(yōu)先級值（PCP）：PCP字段一共由3個二進(jìn)制位組成，數(shù)值范圍從0到7，代表八種不同的優(yōu)先級。在TSN網(wǎng)絡(luò)中，不同類型的流量應(yīng)映射相應(yīng)的PCP值，PCP值越高，優(yōu)先級越高。

     (3) 丟棄優(yōu)先級值（DEI）：DEI字段是一個單比特字段，當(dāng)設(shè)置為1時，允許交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)擁塞時優(yōu)先丟棄該幀，從而保護(hù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)流的傳輸。

     (4) 虛擬局域網(wǎng)ID值（VID）：VID字段用于標(biāo)識特定的虛擬局域網(wǎng)，取值范圍為1到4094，其中0和4095是保留值。VID字段用于劃分虛擬局域網(wǎng)并控制廣播域。

工業(yè)以太網(wǎng)中傳輸數(shù)據(jù)流的類型可劃分成8種類型，對應(yīng)VLAN標(biāo)簽中PCP字段三比特位的8個優(yōu)先級數(shù)值如表1所示（根據(jù)實際情況應(yīng)做出調(diào)整）。

表1 工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)中常見流量類型及適配屬性

在實際的交換機(jī)產(chǎn)品中，為數(shù)據(jù)幀適配不同優(yōu)先級可采用以下兩種方式：

    (1) 端口級別的適配：在交換機(jī)的特定端口上設(shè)置適配規(guī)則，使通過該端口的所有數(shù)據(jù)流都攜帶相同的VLAN標(biāo)簽和優(yōu)先級。這種方法操作簡便，但缺乏靈活性，無法根據(jù)數(shù)據(jù)流的具體類型進(jìn)行更細(xì)粒度的優(yōu)先級劃分。

     (2) 交換機(jī)內(nèi)部規(guī)則的適配：根據(jù)數(shù)據(jù)幀攜帶的不同屬性字段，交換機(jī)按照設(shè)定的內(nèi)部規(guī)則適配/修改指定的VLAN標(biāo)簽和優(yōu)先級。解析數(shù)據(jù)幀中的以太網(wǎng)類型標(biāo)識（即EtherType字段）實現(xiàn)適配操作為TSN交換機(jī)常采用的方式之一，通過識別出數(shù)據(jù)流的協(xié)議類型，并據(jù)此為其適配相應(yīng)的VLAN標(biāo)簽和優(yōu)先級。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)對不同類型數(shù)據(jù)流的精細(xì)化管理，但會增加交換機(jī)的處理負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致一定的時延。常見以太網(wǎng)類型標(biāo)識及其對應(yīng)的協(xié)議類型如表2所示。

表2 工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)Type標(biāo)識及協(xié)議類型

TSN隊列映射原理

為避免不同實時性能要求的數(shù)據(jù)流之間的相互干擾，TSN交換機(jī)利用了IEEE 802.1Q標(biāo)準(zhǔn)中定義的8個優(yōu)先級隊列。每個隊列用于緩存具有特定優(yōu)先級的數(shù)據(jù)幀，從而確保高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流能夠優(yōu)先處理，確保了關(guān)鍵數(shù)據(jù)流的實時性和可靠性。

圖3 交換機(jī)TSN流映射隊列過程

在實際的交換機(jī)產(chǎn)品中，隊列映射模式通常分為以下兩種：

(1) 優(yōu)先級隊列標(biāo)準(zhǔn)映射

該模式將數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先級（PCP）值與優(yōu)先級隊列進(jìn)行一一對應(yīng)。具體來說，PCP值為0到7的數(shù)據(jù)幀分別映射到隊列Q0到Q7。這種方式簡單直接，確保了每個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)幀都被分配到其對應(yīng)的隊列中進(jìn)行處理。如圖4所示：

圖4 數(shù)據(jù)幀優(yōu)先級隊列標(biāo)準(zhǔn)映射方式

(2) 優(yōu)先級隊列自由映射

該模式允許用戶根據(jù)自定義的規(guī)則將特定優(yōu)先級的數(shù)據(jù)幀映射到指定的優(yōu)先級隊列。這種方式提供了更高的靈活性，可以根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)需求和應(yīng)用要求進(jìn)行配置。例如，可以將多個不同PCP值的數(shù)據(jù)幀映射到同一個高優(yōu)先級隊列，或者將某些特定類型的數(shù)據(jù)流映射到更高或更低的優(yōu)先級隊列，如圖5所示：

圖5 數(shù)據(jù)幀優(yōu)先級隊列自由映射方式

TSN的隊列映射通過VLAN標(biāo)簽中的優(yōu)先級（PCP）字段，按照指定規(guī)則，將具有不同延時要求的各種類型數(shù)據(jù)流映射到相應(yīng)的優(yōu)先級隊列。這一機(jī)制確保了關(guān)鍵數(shù)據(jù)流能夠獲得所需的傳輸優(yōu)先級，從而為TSN的確定性傳輸提供了堅實的基礎(chǔ)。

總結(jié)

TSN將具有不同延時要求的數(shù)據(jù)流適配不同的優(yōu)先級，映射到相應(yīng)的優(yōu)先級隊列確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)流的實時傳輸。這種機(jī)制靈活處理不同類型的數(shù)據(jù)流，有效提升網(wǎng)絡(luò)的整體性能和可靠性，為TSN流量的確定性傳輸?shù)於嘶A(chǔ)。TSN技術(shù)在工業(yè)自動化、汽車通信和音視頻傳輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域展現(xiàn)了卓越的性能和可靠性，推動了這些領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。

隨著TSN技術(shù)的不斷進(jìn)步，它將繼續(xù)在各個行業(yè)中發(fā)揮重要作用，開啟一個更加智能、高效的互聯(lián)時代。

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