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     SDN基本特點(diǎn)是轉(zhuǎn)發(fā)控制分離和可編程的集中控制。由于列車網(wǎng)絡(luò)相對(duì)封閉，規(guī)模有限，因此十分適合SDN技術(shù)的應(yīng)用。由于列車網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)連接、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和冗余控制方面具有特殊要求，因此無法將現(xiàn)有SDN解決方案（交換機(jī)、控制器、協(xié)議等）直接應(yīng)用于ETB的組網(wǎng)，必須針對(duì)ETB的特點(diǎn)提出新的處理機(jī)制和協(xié)議。本文將基于SDN的ETB網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)稱為SD-ETB。 一、SD-ETB網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則    （1）ETB和SDN的主要差異
      SDN機(jī)制無法直接用于ETB組網(wǎng)，主要原因是兩種網(wǎng)絡(luò)在拓?fù)湟蕾?、控制方式和交換設(shè)備模型方面具有較大差異，如下表所示。    （2）SD-ETB設(shè)計(jì)原則
     由于ETB和標(biāo)準(zhǔn)SDN網(wǎng)絡(luò)具有較大差異，因此SD-ETB的設(shè)計(jì)必須考慮ETB組網(wǎng)的基本特點(diǎn)，滿足列車網(wǎng)絡(luò)對(duì)動(dòng)態(tài)重構(gòu)、冗余控制等特殊要求。我們認(rèn)為SD-ETB的的設(shè)計(jì)原則包括以下幾點(diǎn)。      一是兼容ETB物理層規(guī)范。ETB物理層規(guī)范除了定義以太網(wǎng)鏈路的物理層規(guī)范外（全雙工100M以太網(wǎng)），還包括車廂之間的物理連接形式。如果每個(gè)ETBN采用SDN交換的方式實(shí)現(xiàn)，那么ETB定義的車廂間走線形式無法支持每個(gè)交換設(shè)備通過專用的控制接口與SDN控制器連接，因此標(biāo)準(zhǔn)的SDN基于LLDP協(xié)議的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)機(jī)制無法工作，必須提出新的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)機(jī)制。      二是采用動(dòng)態(tài)的IP地址分配形式。ETB規(guī)范的特點(diǎn)就是支持具有不同來源的車輛（consist）能夠根據(jù)需求編組形成新的列車，因此每個(gè)車輛中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址不能預(yù)先配置，以防止IP地址沖突。因此ETB在初運(yùn)行時(shí)為每個(gè)ETBN和車輛子網(wǎng)（CN）統(tǒng)一分配ID，由這些ID來構(gòu)成運(yùn)行時(shí)的IP地址。標(biāo)準(zhǔn)SDN網(wǎng)絡(luò)在建立南向接口通道（如openflow通道）時(shí)首先要求每個(gè)交換機(jī)都有自己的IP地址，而這個(gè)假設(shè)在ETB中無法成立。由于SDN網(wǎng)絡(luò)中最大限度減小分布式協(xié)議的使用，因此標(biāo)準(zhǔn)ETB網(wǎng)絡(luò)中基于TTDP協(xié)議的全分布式ID分配和IP地址生成機(jī)制需要被SD-ETB中新的集中控制的IP地址分配機(jī)制取代。      三是SD-ETB部署對(duì)端系統(tǒng)和應(yīng)用保持透明。列車網(wǎng)絡(luò)上具有大量的網(wǎng)絡(luò)端節(jié)點(diǎn)，這些端節(jié)點(diǎn)或直接接在ETB子網(wǎng)上，或接在通過ETB子網(wǎng)互聯(lián)的各CN子網(wǎng)上。這些端節(jié)點(diǎn)上部署各種狀態(tài)檢測(cè)、車輛運(yùn)行控制和多媒體應(yīng)用。用SD-ETB取代現(xiàn)有ETB只能定位在列車網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)，必須對(duì)端節(jié)點(diǎn)及其應(yīng)用透明，因此SD-ETB在IP地址編碼規(guī)則，ARP地址解析、組播通信，傳輸層協(xié)議等方面必須保持與ETB一致。      四是SD-ETB具有增強(qiáng)的冗余控制能力。面向環(huán)形拓?fù)?，支持拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)及環(huán)網(wǎng)工作狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。當(dāng)鏈路和交換節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障后，能夠?qū)崿F(xiàn)ms級(jí)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑倒換，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的不中斷傳輸。特別是SDN控制器應(yīng)具備冗余功能，避免SDN集中控制帶來的單點(diǎn)故障。      五是簡(jiǎn)化的交換設(shè)備（ETBN）實(shí)現(xiàn)。SDN將交換設(shè)備的可控制功能（智能）提取到控制器上實(shí)現(xiàn)，每個(gè)ETBN只需支持南向接口協(xié)議（如openflow）的配置。因此SD-ETB網(wǎng)絡(luò)中的ETBN實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有ETBN實(shí)現(xiàn)有兩點(diǎn)區(qū)別。一是建立明確的Match-action轉(zhuǎn)發(fā)層抽象，為控制器的編程提供基礎(chǔ)；二是只支持簡(jiǎn)單的無狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議， 二、SD-ETB網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)原理    （1）SD-ETB的組成
     SD-ETB主要由N個(gè)環(huán)形連接的軟件定義ETBN節(jié)點(diǎn)（SD-ETBN）以及兩個(gè)以上的SD-ETB控制器組成，如圖1所示。每個(gè)車輛中包含1個(gè)或多個(gè)SD-ETBN，每個(gè)ETBN可能連接1個(gè)或多個(gè)車輛網(wǎng)絡(luò)（CN）。ETB網(wǎng)絡(luò)變成SD-ETB對(duì)CN透明。      多個(gè)SD-ETB網(wǎng)絡(luò)控制器通過協(xié)商產(chǎn)生一個(gè)主SD-ETB控制器，其余作為從SD-ETB控制器。主SD-ETB控制器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，IP地址分配，轉(zhuǎn)發(fā)表下載和ETB環(huán)檢測(cè)等功能。每個(gè)SD-ETBN設(shè)備支持openflow1.3協(xié)議，支持SD-ETB控制器對(duì)其進(jìn)行流表的配置。    （2）SD-ETB的核心機(jī)制
     SD-ETB解決方案的主要機(jī)制包含4項(xiàng)關(guān)鍵的處理機(jī)制，即環(huán)網(wǎng)控制器選舉RCE（RingController Election）、環(huán)網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)RTD（Ring Topology Discovery），環(huán)網(wǎng)狀態(tài)遙測(cè)RST（Ring StatusTelemetry）以及環(huán)網(wǎng)彈性轉(zhuǎn)發(fā)RRF（Ring Resilient Forwarding），如下表所示。      我們將基于開源的Floodlight控制器和openbox-S4平臺(tái)實(shí)現(xiàn)SD-ETB的基本功能，并通過擴(kuò)展openbox-S4中的FAST流水線將TSN功能集成到環(huán)形ETB中。