TSN流量映射机制主要包含两个核心部分：流适配和队列映射。

流适配：首先，将传统的以太网流量适配为带有指定优先级的TSN流量。这一过程确保了传统应用和服务能够在TSN网络中获得必要的确定性传输特性。

队列映射：接下来，将这些带有优先级的TSN流量映射到交换机的相应优先级队列中。这样，TSN可以根据不同数据流的优先级进行有效的调度和处理，确保关键数据流的实时性和可靠性。

TSN流量适配原理

在TSN网络中，传输的以太网流量应携带符合IEEE 802.1Q标准的VLAN标签。根据不同类型流量对实时性的需求，VLAN标签中的优先级（PCP）字段将被设置为相应的值。如果终端发送的是未携带VLAN标签的普通以太网数据帧，如图1所示，TSN网络设备应对其进行适配，为其添加合理的VLAN标签，通过优先级字段为TSN确定性调度机制提供优先级队列映射基础。

图1 普通以太网数据帧格式

图2 携带VLAN tag的以太网帧格式

根据IEEE 802.1Q标准，携带VLAN标签的以太网帧格式如图2所示。根据VLAN标签（或称虚拟局域网标签）扩展传统以太网数据帧的功能属性，包含四个控制字段，共4个字节。VLAN 标签结构如下：

     (1) 标记协议标识符（TPID）：VLAN标记的前16位为TPID，固定值为0x8100，表示此数据帧已插入VLAN 标签。

     (2) 优先级值（PCP）：PCP字段一共由3个二进制位组成，数值范围从0到7，代表八种不同的优先级。在TSN网络中，不同类型的流量应映射相应的PCP值，PCP值越高，优先级越高。

     (3) 丢弃优先级值（DEI）：DEI字段是一个单比特字段，当设置为1时，允许交换机在网络拥塞时优先丢弃该帧，从而保护关键数据流的传输。

     (4) 虚拟局域网ID值（VID）：VID字段用于标识特定的虚拟局域网，取值范围为1到4094，其中0和4095是保留值。VID字段用于划分虚拟局域网并控制广播域。

工业以太网中传输数据流的类型可划分成8种类型，对应VLAN标签中PCP字段三比特位的8个优先级数值如表1所示（根据实际情况应做出调整）。

表1 工业自动化网络中常见流量类型及适配属性

在实际的交换机产品中，为数据帧适配不同优先级可采用以下两种方式：

    (1) 端口级别的适配：在交换机的特定端口上设置适配规则，使通过该端口的所有数据流都携带相同的VLAN标签和优先级。这种方法操作简便，但缺乏灵活性，无法根据数据流的具体类型进行更细粒度的优先级划分。

     (2) 交换机内部规则的适配：根据数据帧携带的不同属性字段，交换机按照设定的内部规则适配/修改指定的VLAN标签和优先级。解析数据帧中的以太网类型标识（即EtherType字段）实现适配操作为TSN交换机常采用的方式之一，通过识别出数据流的协议类型，并据此为其适配相应的VLAN标签和优先级。这种方式能够实现对不同类型数据流的精细化管理，但会增加交换机的处理负担，导致一定的时延。常见以太网类型标识及其对应的协议类型如表2所示。

表2 工业自动化网络以太网Type标识及协议类型

TSN队列映射原理

为避免不同实时性能要求的数据流之间的相互干扰，TSN交换机利用了IEEE 802.1Q标准中定义的8个优先级队列。每个队列用于缓存具有特定优先级的数据帧，从而确保高优先级的数据流能够优先处理，确保了关键数据流的实时性和可靠性。

图3 交换机TSN流映射队列过程

在实际的交换机产品中，队列映射模式通常分为以下两种：

(1) 优先级队列标准映射

该模式将数据帧的优先级（PCP）值与优先级队列进行一一对应。具体来说，PCP值为0到7的数据帧分别映射到队列Q0到Q7。这种方式简单直接，确保了每个优先级的数据帧都被分配到其对应的队列中进行处理。如图4所示：

图4 数据帧优先级队列标准映射方式

(2) 优先级队列自由映射

该模式允许用户根据自定义的规则将特定优先级的数据帧映射到指定的优先级队列。这种方式提供了更高的灵活性，可以根据具体的网络需求和应用要求进行配置。例如，可以将多个不同PCP值的数据帧映射到同一个高优先级队列，或者将某些特定类型的数据流映射到更高或更低的优先级队列，如图5所示：

图5 数据帧优先级队列自由映射方式

TSN的队列映射通过VLAN标签中的优先级（PCP）字段，按照指定规则，将具有不同延时要求的各种类型数据流映射到相应的优先级队列。这一机制确保了关键数据流能够获得所需的传输优先级，从而为TSN的确定性传输提供了坚实的基础。

总结

TSN将具有不同延时要求的数据流适配不同的优先级，映射到相应的优先级队列确保关键数据流的实时传输。这种机制灵活处理不同类型的数据流，有效提升网络的整体性能和可靠性，为TSN流量的确定性传输奠定了基础。TSN技术在工业自动化、汽车通信和音视频传输等多个领域展现了卓越的性能和可靠性，推动了这些领域的创新和发展。

随着TSN技术的不断进步，它将继续在各个行业中发挥重要作用，开启一个更加智能、高效的互联时代。

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