時間敏感網絡技術及發展趨勢

時間敏感網絡技術及發展趨勢 介紹了時間敏感網絡技術的發展背景、標準化研究現狀、基本原理、關鍵技術體系和新發展趨勢。介紹了網絡協議基礎、局域網、以太網及當前主流工業網絡技術基礎，並在此基礎上重點闡述和分析了時間敏感網絡的標準進程及協議體系，從時間同步、調度整形、可靠性保障機制、網絡管理與配置機制角度深入闡述了時間敏感網絡技術的關鍵基礎協議及其主要機制流程，並結合工業無線化需求，介紹了時間敏感網絡與5G系統的協同傳輸關鍵技術和應用場景，旨在為讀者提供有關時間敏感網絡技術的系統性參考資料。

本書是面向工業互聯網、信息通信及電腦領域的科技工具書，適合高校通信與信息、電腦專業本科生及研究生閱讀，也適合相關從業人員閱讀。

孙雷

北京科技大学副教授，硕士生导师，工学博士，中国青年科技工作者协会电子与信息专业委员会委员、中国通信企业协会无线接入专业委员专 家，主要研究方向为5G与工业网络协同、时间敏感网络关键机制、5G与时间敏感网络协同传输关键技术、感知通信控制一体化融合网络关键技术研究。曾任职于中国联通研究院，在网络技术方面具有丰富的产学融合经验。发表SCI/EI论文20余篇，授权专利20余项，主持/承担多项国家重大专项、国家重点研发计划等项目，曾获得过北京是科学技术二等奖1项，曾出版《无线网络架构与演进趋势》、《量子保密通信网络及应用》等专/编著，具有较高的理论水平和丰富的网络技术研究和应用经验。

王健全

北京科技大学教授，博士生导师，国家万人计划创新领军人才，工学博士，主要研究方向为感知通信控制一体化融合网络关键技术研究、工业互联网、工业网络协同。国家重点研发计划项目科学 家，主持/承担过多项国家重大专项项目，发表SCI/EI论文50余篇，授权专利30余项，曾获中国通信学会一等奖、二等奖4次，以第 一完成人获北京市科学技术二等奖1次，出版专著8部，具备较高的理论水平和丰富的网络技术研究和应用经验。

朱瑾瑜

中国信息通信研究院技术与标准研究所高 级工程师，主要研究方向为时间敏感网络、工业互联网。长期专注于时间敏感网络技术的研究、设备测试与应用组网，曾主持/参与了多项国际标准和行业标准的制定，作为技术骨干参与了多项国家及省部级项目，在时间敏感网络、工业互联网方面有丰富的标准化和行业应用经验。

马彰超

北京科技大学副教授，工学博士，中国青年科技工作者协会会员兼电子与信息专业委员会委员，担任国际电信联盟标准化部门 “面向网络的量子信息技术” 焦点组-量子保密通信网络工作组（ITU-T FG-QIT4N WG2）主席，中国通信标准化协会ST7量子信息处理工作组副组长。主要研究领域新一代工业控制网络、量子保密通信、时间同步技术。出版专著《量子保密通信网络及应用》、发表SCI/EI/核心论文20余篇，授权专利20余项，主导编制10余项国际/国家/行业标准，大会主题报告20余次，获2018年北京市科学技术进步二等奖。

第 一章 網絡協議基礎

1.1　網絡協議分層模型

1.1.1　開放系統互連參考那個

1.1.2　實體與服務的定義

1.1.3　局域網參考模型

1.2　以太網技術

1.2.1　概述

1.2.2　以太網幀結構

1.3　虛擬橋接局域網概述

1.3.1　VLAN數據幀結構

1.3.2　VLAN技術機制

第二章　時間敏感網絡概述

2.1　工業網絡技術基礎

　2.1.1 工業現場總線

　2.1.2 工業以太網

2.2　時間敏感網絡發展背景

　2.2.1 時間敏感輓留過協議發展歷程

　2.2.2 時間敏感網絡標準體系

　2.2.3 時間敏感網絡產業現狀

2.3　時間敏感網絡基礎知識

　2.3.1 時間敏感網絡協議層次

　2.3.2 時間敏感網絡數據幀格式

　2.3.3 時間敏感網絡技術特徵

第三章　時間敏感網絡時間同步技術

　3.1 TSN時間同步概述

　3.2 時間同步技術基礎

　3.2.1 時間同步基本概念

　3.2.2 網絡時間協議

　3.2.3 精準時間協議

　3.3 IEEE 802.1AAS協議機制

　3.3.1 IEEE 802.1AS基本概念

　3.3.2 gPTP時間同步工作原理

　3.3.3 gPTP中的最佳主時鐘選擇方法

　3.3.4 gPTP的改進與增強

　3.3.5 gPTP與PTP的差異性分析

　3.3.6 IEEE 802.1AS-Rev協議簡介

第四章　時間敏感網絡調度整形機制

4.1　流控制相關基本概念

4.1.1　流量監管

4.1.2　流量整形

4.1.3　調度策略

4.1.4　TSN網橋設備數據處理流程

4.2　基於信用的整形機制

4.2.1　機制概述

4.2.2　時間敏感流的轉發和排隊

4.2.3　CBS機制流程

4.2.4　小結

4.3　時間感知整形機制

4.3.1　機制概述

4.3.2　TAS整形器架構

4.3.3　TAS中門控相關參數說明

4.3.4　TAS中的時間保護帶

4.3.5　小結

4.4　循環排隊轉發機制

4.4.1　機制概述

4.4.2　CQF整形器架構

4.4.3　基於CQF的端到端時延分析

4.4.4　CQF整形器參數設置

4.4.5　小結

4.5　異步流量整形機制

4.5.1　機制概述

4.5.2　ATS架構及數據處理流程

4.5.3　ATS調度器

4.5.4　小結

4.6　幀搶占機制

4.6.1　機制概述

4.6.2　支持幀搶占的MAC模型

4.6.3　支持幀搶占的數據分組格式

4.6.4　基於幀搶占的數據傳輸流程

4.6.5　小結

第五章　時間敏感網絡可靠性保障機制

5.1　數據流過濾與監管機制

5.1.1　機制概述

5.1.2　PSFP整體架構

5.1.3　流過濾機制

5.1.4　流門控機制

5.1.5　流計量機制

5.2　路徑控制與預留機制

5.2.1　機制概述

5.2.2　生成樹協議簡介

5.2.3　PCR中的顯示樹構建

5.2.4　資源預留機制

5.2.5　冗餘保護機制

5.3、幀復制與刪除機制

5.3.1　機制概述

5.3.2　支持幀復制刪除的功能組件

5.3.3　幀復制刪除功能的應用示例　23

第六章　時間敏感網絡管理與配置機制

6.1、流預留協議

6.1.1　協議概述

6.1.2　多屬性註冊協議及其應用協議

6.1.3　多流屬性註冊協議

6.1.4　端到端資源預留過程

6.2、時間敏感網絡配置框架與模型

6.2.1　協議概述

6.2.2　完全分佈式配置模型

6.2.3　網絡集中/用戶分佈式配置模型

6.2.4　完全集中式配置模型

6.2.5　用戶/網絡配置信息

6.3、時間敏感網絡數據配置模型

6.3.1　協議概述

6.3.2　YANG模型與NETCONF協議

6.3.3　IEEE 802.1Q中的YANG模型

第七章　時間敏感網絡與5G協同技術

7.1、5G與TSN協同架構

7.1.1　5G TSN網橋架構

7.1.2　5G TSN網橋關鍵網元功能

7.2、基於5G-TSN協同架構的數據傳輸流程

7.2.1　5G空口對跨網傳輸的影響分析

7.2.2　5G TSN網橋管理

7.2.3　5G與TSN的QoS映射

7.3、5G-TSN協同傳輸機制分析

7.3.1　5G-TSN協同傳輸面臨的挑戰

7.3.2　5G-TSN跨網時間同步機制

7.3.3　支持TSN業務的5G增強機制

7.4　5G-TSN應用場景展