ICS 35.240.50 CCS L 67 YD 中华人民共和国通信行业标准 工业互联网时间敏感网络与实时操作系 统融合技术要求 Industrial Internet- Technical requirements for integration of time sensitive networking and real time operating system （报批稿） XXXX-XX-XX 发布 XXXX-XX-XX实施 发布 中华人民共和国工业和信息化部 目 次 目 次 前 言 1范围. 2规范性引用文件 3术语和定义 4缩略语.. 5整体架构 5.1概述.. 5.2系统架构 5.3分层模型 5.4通信流程 6功能要求 6.1RTOS-TSN协议栈要求 6 6.2任务优先级要求 6.3数据传输要求 6.4控制程序要求.. 6.5任务调度要求... 6.6时钟映射要求... 6.7业务对接映射技术要求 6.8网卡资源感知、分配和流量调度策略 7接口要求 10 7.1总体要求， .10 7.2参数要求， .10 7.3数据收发要求， 8性能要求 8.1任务切换时间要求 11 8.2队列切换时间要求. 11 8.3时钟映射精度... 11 9安全要求 .12 附录A（资料性）优先级映射算法 .13 附录B（资料性）时钟映射算法 ..15 参考文献 前言 本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国通信标准化协会提出并归口。 本文件起草单位：紫金山实验室、中国信息通信研究院、北京邮电大学、深圳市三旺通信股份有限 公司、北京紫光展锐通信技术有限公司、上海交通大学、中国移动通信集团有限公司、中国联合网络通 信集团有限公司、新华三技术有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所、江苏省未来网络创新研究院、 西安云维智联科技有限公司、北京智芯微电子科技有限公司、北京东土科技股份有限公司。 本文件主要起草人：朱海龙、严园园、张恒升、张华宇、李庆、彭开来、刘辉、赵荣淳、何斌、王 剑楠、朱瑾瑜、徐龙、阳桂林、贾焱鑫、张伟强、王错、陈彩莲、许齐敏、张景龙、黄震宁、孙芳、穆 晓君、滕勇、李栋、魏亮、刘勇、程远等。 III 工业互联网时间敏感网络与实时操作系统融合技术要求 1范围 本文件规定了工业互联网领域中时间敏感网络与实时操作系统融合端系统的实现方法，包括整体架 构、功能要求、接口要求、性能要求和安全要求等。 本文件适用于指导符合时间敏感网络和实时操作系统融合端系统的设计、研发及生产。 规范性引用文件 2 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 20272-2019 信息安全技术操作系统安全技术要求 YD/T 4134-2022 工业互联网时间敏感网络需求及场景 YD/T4671-2024 工业互联网时间敏感网络集中网络配置技术要求 IEEE 802.1AS-2020 IEEE局域网和城域网标准--桥接局域网时间敏感应用的时 间和同步(IEEEStandardforLocalandmetropolitanarea networks--Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications in Bridged Local Area Networks) IEEE 802.1Qav-2009 IEEE局域网和城域网标准--虚拟桥接局域网修订：时间敏感 流的转发和排队增强(IEEEStandardforLocaland metropolitan area networks-- Virtual Bridged Local Area NetworksAmendment12:Forwardingand d Queuing Enhancements for Time-Sensitive Streams) IEEE802.1Qbv-2015 EEE局域网和城域网标准--虚拟桥接局域网修订：调度流量 的增强(IEEE Standard for Local and metropolitan area networks -- Bridges and Bridged Networks - Amendment 25: EnhancementsforScheduledTraffic) IEEE802.1Qch-2017 EEE局域网和城域网标准--虚拟桥接局域网修订：循环队列 转发(IEEE Standard for Local and metropolitan area networks--Bridges and Bridged Networks--Amendment 29: CyclicQueuing and Forwarding) IEEE802.1Qci-2017 IEEE局域网和城域网标准--虚拟桥接局域网修订：流过滤和 处理 (IEEE Standard for Local and metropolitan area networks--Bridges and Bridged Networks--Amendment 28: Per-Stream Filtering and Policing) 3术语和定义 1 下列术语和定义适用于本文件。 3. 1 时间敏感网络time-sensitive networking 通过数据传输最大时间来划分的一种实时性网络，是在传统以太网基础上，使用精确的时间同步， 通过保障带宽来限制传输延迟，提供高级别服务质量以支持各种工业应用。 [来源：YD/T4134-2022,3.1] 3. 2 时间同步time synchronization 在一个系统内，各个子系统的时钟所指示的时间点在任意时刻都是一致的，时间的变化、更新也是 一致的。 [来源：YD/T4134-2022,3.4] 3. 3 可靠性 reliability 系统在一定时间内和一定条件下无故障执行预定功能的能力。一个具有高可靠性的系统，其系统行 为应是可控制、可预测的。 [来源：YD/T4134-2022,3.5] 3. 4 实时操作系统realtimeoperatingsystem 在预期时间限制内完成特定功能，调度一切可利用的资源完成实时任务，并控制所有实时任务协调 致运行的操作系统，它能够提供及时响应，并具备高可靠性， 3.5 端系统endsystem 由硬件设备、驱动程序、操作系统、软件中间件、应用程序等组成的系统，通过网络设备接入网络 支持信息的产生、接收和分析处理。 3. 6 实时操作系统-时间敏感网络融合系统rtos-tsnintegrationsystem 是指同时支持实时操作系统和时间敏感网络的系统，能够对任务进行实时调度、控制实时任务协调 致，且数据通信满足时间敏感网络规定的实时要求。 3. 7 实时操作系统-时间敏感网络融合端系统rtos-tsnendsystem 满足RTOS-TSN融合系统特征的端系统。 3. 8 实时操作系统-时间敏感网络协议栈rtos-tsnprotocolstack 实时操作系统-时间敏感网络融合端系统中用于实现数据通信的网络协议套件。 4 缩略语 下列缩略语适用于本文件。 2 API 应用编程接口 applicationprogramming interface BE 尽力而为 best effort DSCP 差分服务代码点 differentiated services code point FIFO 先进先出 first in first out GCL 门控列表 gate control list OSI 开放系统互联参考模型 open system interconnection referencemodel PTP 精确时钟协议 precision time protocol RTOS 实时操作系统 real time operating system TCP/IP 传输控制协议/互联协议 transmissioncontrolprotocol/internetprotocol TSN 时间敏感网络 time-sensitive networking WCET 最差情况运行时间 worst case execution time 5整体架构 5.1概述 时间敏感网络（TSN）和实时操作系统（RTOS）融合是指具有实时特性的操作系统同时支持TSN 技术，通过操作系统对任务的实时调度和协议栈增强，保障数据通信需求， 本文件针对支持RTOS和TSN技术的端系统和网关系统，以下统称为RTOS-TSN端系统。 本文件规定RTOS中的实时任务如何接入TSN网络，以及如何在它们之间传输数据。主要包含 RTOS-TSN协议栈技术要求、RTOS任务的参数要求和任务调用RTOS-TSN协议栈发送和接收数据要求。 任务的实时调度已经可以通过实时操作系统（RTOS）来支撑，网络传输可以通过TSN规范来完成， 本文件通过将任务的实时调度需求和TSN传输进行精准对接，从而提升系统的实时性能。 5.2系统架构 RTOS的系统架构如图1所示。 RTOS的网络系统应支持TSN技术特性，以满足实时网络传输需求。RTOS的网络系统宜通过模块集 成的方式实现对TSN技术特性的支持，也可通过修改原有网络系统以实现对TSN技术特性的支持。