ICS35.100 CCS L 79
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T42561—2023
信息技术 系统间远程通信和信息交换实时以太网适配时间敏感网络技术要求
Information technologyTelecommunications and information exchange
between systemsTechnical requirementsforreal-timeethernet
adaptationto time sensitivenetworking
2023-12-01实施
2023-05-23发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T42561—2023
目 次
前言范围
II
1 2 规范性引用文件 3
术语和定义缩略语
7
5 概述
网络适配顿映射要求 6.1 网络适配数据流类型 6.2 网络适配顿结构 6.3 实时以太网适配数据流 6.4 实时以太网顿映射网络适配功能要求 7.1 时钟同步 7.2 参考时间 7.3 链路速度 7.4 入口速率限制 7.5 时间感知 7.6 顿抢占网络适配桥接要求 8.1 优先级队列 8.2 传输选择算法 8.3 门控调度机制 8.4 保护带 8.5 转发技术 8.6 网络资源保护
6
.
...
Co GB/T 42561—2023
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 可第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
请注意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。 本文件由全国信息技术标准化技术委员会（SAC/TC28)提出并归口。 本文件起草单位：重庆邮电大学、中国电子技术标准化研究院、重庆邮电大学工业互联网研究院、深
圳赛西信息技术有限公司、江苏赛西科技发展有限公司、北京东土科技股份有限公司、北京赛西科技发展有限责任公司、国网湖北省电力有限公司电力科学研究院、上海格麟倍科技发展有限公司、北京固源网络科技有限公司、工因特（重庆)科技有限公司、北京智芯微电子科技有限公司、安徽电信规划设计有限责任公司、深圳市汇芯通信技术有限公司、研祥智能科技股份有限公司。
本文件主要起草人：王浩、郭雄、王婷、黄旭炜、杨宏、卓兰、薛百华、黄学达、刘洋、魏、黄庆卿、 王平、程远、王晋、罗长亮、张焱、石文强、周思源、廖鉴宇、刘琼、陈超、刘勇、许明伟
I GB/T42561—2023
信息技术系统间远程通信和信息交换实时以太网适配时间敏感网络技术要求
1范围
本文件规定了实时以太网适配时间敏感网络的网络适配顿映射要求、网络适配功能要求和网络适配桥接要求
本文件适用于需要确定性时延而又异构互联的时间敏感网络工业应用：用于指导实时以太网接入
时间敏感网络的适配顿设计、优先级映射和时间同步等。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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/T15629.3信息技术系统间的远程通信和信息交换 局域网和城域网特定要求 第3 部分：带碰撞检测的载波侦听多址访问（CSMA/CD)的访问方法和物理层规范
GB/T42404信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网 桥接局域网中时间敏感应用的定时和同步
ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2020 信息技术系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 特定要求第1Q部分：桥接和桥接网络（Telecommunicationsandexchangebetweeninformationtech- nology systemsRequirements for local and metropolitan area networksPart 1Q:Bridges and bridged networks)
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
桥接briding 在局域网数据链路层工作，通过网桥链接两个或多个相似或者相同的局域网，并实现数据交换的
过程。
注：包括MAC或VLAN等功能组件。
3.2
时钟源 clocksource 在时间敏感网络域中提供标准时间的时钟设备。
3.3
实时以太网 real-time ethernet 符合GB/T15629.3的实时通信网络。 注：如PROFINET、SERCOS、EPA、EtherCAT等
3.4
时间敏感网络 time sensitive networking 基于IEEE802.1TSN任务组制定的一整套数据链路层协议构建的支持时间同步和确定性调度等
机制的以太网。
1 GB/T42561—2023
3.5
时间同步 timesynchronization 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。
4缩略语
下列缩略语适用于本文件。 DEI可丢弃标识（dropeligibleindicator） EPA工厂自动化以太网（ethernetforplantautomation） EPL高速工业以太网（ethernetpowerlink） EtherCAT以太网控制自动化技术（ethernetforcontrolautomationtechnology） EMAC快速式媒体访问控制（expressmediaaccesscontrol) ID序列号（identity） MAC媒体访问控制（mediaaccesscontrol) PCP优先级数值（prioritycodepoint） PMAC抢占式媒体访问控制（preemptiblemediaaccesscontrol） SERCOS串行实时通信协议（serialrealtimecommunicationspecification） TCnet时间关键控制网络（time-criticalcontrolnetwork） TPID 标签协议标识符（tagprotocolidentifier） TSN时间敏感网络（timesensitivenetwork） VLAN 虚拟局域网（virtuallocalareanetwork） VID虚拟局域网标识符（VLANidentifier）
5概述
实时以太网设备通过适配设备与支持时间敏感传输机制的桥接设备连接。时间敏感网络域能对网
络进行划分，划分区域可以交叉重叠，单个设备可以属于多个域。未适配的实时以太网设备不属于时间敏感网络域定义范畴。时间敏感网络域仅限于数据链路层：由网络管理引擎进行维护。
适配网络采用时间敏感网络顿进行传输，适配顺在GB/T15629.3规定的以太网顺结构中添加4字
节的标签，适配设备在发送/接收桥接设备数据顿时添加/删除符合ISO/1EC/1EEE8802-1Q：2020的标签。
实时以太网适配时间敏感网络是将不同协议的实时以太网连接到时间敏感网络中，实时以太网域中的组件（包括网段、系统、控制器、现场设备等）在时间敏感网络中具备低时延、低抖动和高可靠特性，适配架构见图1，实时以太网域中的输入输出设备、控制器和无线终端设备为实时以太网相关设备。时间敏感网络域在桥接设备接口上提供若干逻辑通信信道，用于连接适配设备建立通信服务。
2 GB/T42561—2023
桥接设务
TSN终端设备
TSN终端设备
桥接设备
桥接设备
适配设备 适配设备
适配设备
时问敏感网络域
(a 无线终端设备
挖制器
输入/输山设备
实时以太网域
图1 适配架构
适配设备结构见图2，适配设备具备两个或两个以上端口，对发送或接收的数据顿具有添加或删除
标签功能，并具备应用配置管理、队列管理端口和人流过滤的功能。数据顿经过人流过滤后进人优先级队列，每个网络端口可同时配置PMAC和EMAC，EMAC适配顿可抢占PMAC适配顿。
适配设备
应用配置管理
队列管理端口
入流过滤
优先级队列
优先级队列
PMAC: EMAC
PMAC
EMAC
...
物理层
物理层
适配端口1
适配端口2
图2 适配设备结构 GB/T42561—2023
6 网络适配顺映射要求
6.1 网络适配数据流类型
适配设备支持八种适配数据流类型，适配数据流类型见表1。
表1 适配数据流类型
序号 数据流类型
说明
周期/非周期
指尽最大的可能性来发送报文，但对时延、丢包率和带宽等性能不提供任何保证的数据流类型指端点之间的音频或视频数据流的传输，对时延、丢包率和带宽要求很低的数据流类型负责将传输的内容由源地址传输到目的地址，不对数据内容做任何改变，对丢包率有要求，但对时延、带宽要求较低的数据流类型用于传输配置和诊断数据，对带宽、丢包率和时延有一定要求的数据流类型当输入或输出变量发生更改时，将生成警告/事件消息，对时延、丢包率有一定要求的数据流类型包括设备之间的循环/周期通信，对时延、丢包率要求较高的数据流类型用于将每个设备中的应用程序都同步到一个共同的时间，对时延、丢包率要求高的数据流类型包含网络控制消息，消息量小，但有关键的交付要求；对带宽和丢包率要求高的数据流类型
尽力而为流
非周期
1
音频/视频
周期
2
本地透传
非周期
3
配置/诊断
非周期
4
警告/事件
非周期
5
周期
周期
6
关键应用（同步）
周期
7
非周期
网络控制
8
6.2 网络适配顿结构
适配顿在以太网中添加ISO/IEC/IEEE8802-1Q：2020中规定的4字节标签，标签位于以太网顿
的源MAC地址和协议类型之间，应符合以下要求：
a) MAC目的地址长度为6个字节，与VID共同确定唯一的流路径； b） TPID长度为2个字节，其值是0x8100； c) PCP长度为3位，其值为07的整数，表示实时以太网顿映射后数据类型的优先级，适配设备
根据该值进行队列选择； d) DEI长度为1位，其值为0或1，表示顿在拥塞的情况下是否允许丢弃的标识； e) VID长度为12位，指明VLAN的ID值； f) 协议类型字段长度为2字节，表示使用的实时以太网协议类型。不同协议类型字段对应的实
时以太网协议类型见表2； g) 顿的其余部分应按原有实时以太网协议定义。
4 GB/T42561—2023
表2 实时以太网协议类型
实时以太网协议
协议类型字段 0x88BC 0x88AB
EPA EPL 802.1Q PROFINET SERCOS EtherCAT TCnet 未定义
0x8100 0x8892 0x88CD 0x88A4 0x888B 预留
6.3 实时以太网适配数据流
实时以太网适配数据流符合以下要求。 a) 为发送者到接收者的单向数据流。两个实时以太网设备双向通信时，适配设备应分别设置两
个适配数据流。 b) 在时间敏感网络调度周期中可重复发送
添加的标签应符合ISO/IEC/IEEE8802-1Q：2020，并具有实时以太网协议的数据负载，实时以太网适配数据使用特定PCP表示数据流中实时以太网顿类型，并定义其传输方式，使用
c)
VID和目的MAC地址来标识数据流路径
次双向实时以太网通信涉及的两个适配数据流适配过程见图3，图3中数据流从控制器到现场
设备再到控制器，适配设备支持数据流VID与PCP的重新映射。
现场设备
+
发送者
接收者
适配设备
TSN交换机
适配设备
发送者
1接收者
操作处理控制器
图3 双向适配数据流适配过程
5