莫益军，杨子涵，刘辉宇，何天流

（华中科技大学计算机科学与技术学院，湖北 武汉 430074）

1 引言

随着工业4.0、远程驾驶和远程手术等应用数量的不断增长，对网络超低时延和微小抖动要求越来越高[1]。其中工业物联网要求端到端时延为微秒级到毫秒级，抖动为微秒级；触觉互联网（远程手术）要求端到端时延为3～10 ms，抖动不超过2 ms；辅助驾驶要求端到端时延为100～250 μs，抖动为几微秒。远程驾驶不仅需要低时延抖动，还需要更高传输速率[2]。为满足上述应用对网络的要求，时间敏感网络（time sensitive network，TSN）和确定性网络（deterministic network，DetNet）分别对以太网的链路层和网络层进行优化，提升其对时间敏感流传输的支撑能力。

为保障确定性业务需求，TSN主要从时间同步、资源预留、流量控制和排队转发等方面对以太网L2层进行优化，DetNet则从动态网络配置、资源编排、路径规划、路由转发和多径转发等方面对以太网L3层进行优化。考虑到业务流排队转发是L2层TSN和L3层DetNet共同关注的焦点，且DetNet中，即便做了路径规划和资源预留，也会因突发流量和过载流量竞争而产生不可预知的时延和抖动，本文后续的工作将围绕流量整形和队列排队转发展开。IEEE 802.1tsn标准中提出的流量整形调度包括IEEE 802.1Q中提出的基于信用的流量整形[3]（credit based shaper，CBS）、IEEE 802.1Qbv中提出的时间感知整形[4]（time aware shaper，TAS）、IEEE 802.1Qcr中提出的异步流整形[5]（asynchronous traffic shaper，ATS）和IEEE 802.1Qbu中提取的帧内抢占整形（framepreemption shaper，FPS）等，IEEE 802.1Qch中设计的队列和转发机制包括CQF[6]、CQF-3、增强型循环排队转发（paternoster）、循环特定排队转发（cyclic special queuing and forwarding，CSQF）和可扩展确定性排队转发（scalable deterministic forwarding，SDF）。

分析流量整形和排队转发方案可知，CBS根据两类队列中的排队帧数和传输帧数调整端口速率，导致平均队列时延较高；……