工业互联网产业联盟-基于TSN的端到端网络演算技术研究（2022年）-46页_13mb

基于TSN的端到端网络演算技术研究

引言

TSN（时间敏感网络）采用同步和异步调度机制（如TAS、SP、CBS、ATS），通过资源预留实现流量的确定性保障。网络演算作为分析网络性能的重要数学方法，为TSN配置提供理论支持。

核心技术内容

1. 网络演算技术分类

• 确定性网络演算（DNC）

  • 使用到达曲线和服务曲线计算100%端到端时延上界。
  • 差异化算法：TFA、SFA、PMOOA、TMA（精度最高但复杂度高）及优化类算法（如线性规划）。
  • 适用于AFDX等关键网络，技术成熟度高。

• 随机网络演算（SNC）

  • 引入概率理论，计算指定概率下的时延上界。
  • 分析高可靠业务需求（如URLLC），进一步提升网络效率。

2. TSN调度机制与网络演算的关系

• SP调度：通过带宽预留计算端到端等待时延。
• CBS整形：利用令牌桶控制突发流量，基于信用机制评估端到端时延。
• ATS调度：逐跳重整形，支持非实时业务混合使用。

3. 应用场景拓展

• AFDX网络：采用网络演算验证数据传输时延，支持适航认证的核心要求。
• 工业网络：集中式配置模型，网络控制器集成演算算法，实时优化配置参数。
• 中间件支持：通过中间件将用户意图转换为网络可识别的流量需求，实现TSN端到端保障。

4. 服务与流量建模

• 到达曲线：聚合流采用更精确的四参数建模（突发、峰值、平均速率）。
• 服务曲线：结合设备处理能力，修正理论模型与实际工程差异。
• 计算方式：根据流量和网络拓扑输入数据，在控制器运行网络演算算法生成配置。

5. 方案对比

• QoS（异步调度）：高效率但时延较大，适合统计复用场景。
• 调度（同步机制）：高确定性保障，适用于周期性工业网络。
• Slicing（硬隔离）：低资源利用率，保障公平但需带宽隔离。

实施与部署

网络演算可通过TSN控制器实现，将演算算法部署到设备上，实现流量整形、门控等关键操作。适用于部署面积覆盖100+端系统，支持全局网络资源的分配与时延保障。

总结

网络演算作为交流网络确定性性能的核心理论，与TSN技术结合在工业、航空等领域形成了标准化方案，支持厘米级可靠通信，对确定性网络演算、易用性和效率的平衡进行不断优化，适配多场景需求。