中文引用格式： 石环环，冯睦睦. TSN交换机PSFP方法设计[J]. 电子技术应用，2024，50(11)：74-79.
英文引用格式： Shi Huanhuan，Feng Mumu. Design on PSFP method for TSN switch[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(11)：74-79.
引言
TSN[1]协议族根据实现的功能分为时钟同步、流量整形、网络配置等方面的标准。时钟同步[2]为TSN 中的所有设备提供了共同的时间参考模型，是最基本的标准。流量整形使用各种整形器对不同应用场景进行流量控制，是保证时间敏感的基础，包括时间感知整形器、基于信用的整形器、周期性排队与转发调度技术和帧抢占[3]等。网络配置方面，TSN提供了全分布模型、集中式网络/分布式用户模型和完全集中模型三种用户/网络配置模型，为后续规范提供了体系结构。与CAN、EtherCAT、PROFINET等相对闭塞的总线不同[4]，TSN有效地解决了数据在以太网传输中的时序性、低延时和流量整形问题[5]，同时100%兼容传统以太网，为标准以太网增加了确定性和可靠性[6]。目前TSN在工业、车载、能源、电力等方面得到了广泛应用[7-8]。
随着对Internet的依赖性不断增加，拒绝服务攻击(Denial of Service，DoS)越来越多，其危害性也不断加剧。人们研究了各种防护手段，如防火墙、协议蜜罐、漏洞挖掘等主动防御技术[9]，对异常数据建立模型进行处理的被动防御技术[10]、链路或节点加密等协议安全改进方式[11]，以及冗余故障恢复等方式来应对广播风暴攻击、媒体访问控制(Media Access Control，MAC)攻击、MAC欺骗、分布式拒绝服务(Distributed Denial of Service，DDoS)攻击等行为[12]。
在近几年国内外的以太网研究中也针对信息安全问题展开了很多分析，Ergenc等[13]讨论了IEEE 802.1 TSN协议中30多种潜在的安全问题，Carnevale等[14]提出在汽车应用中的一种用于密钥推导和加密的硬件加速器体系结构，该方法需要特殊的硬件支持。Choi等[15]实现了基于软件定义网络(Software Defined Network，SDN)的MAC安全扩展的车载安全通信方法，Rahman等[16]提供了一种融合规范和机器学习的系统来进行异常检测。可以看到，信息安全越来越被重视，但TSN本身安全相关协议的重要性很少被提及。802.1Qci流过滤和监管" target="_blank">逐流过滤和监管协议通过对所属的特定数据帧进行计数、过滤、传输和测量，可防止非法报文的入侵，是TSN的一种主动防御的安全保障协议。
在此基础上，本文研究了一种PSFP的设计方法，为TSN交换机构建了一种安全体系结构，与前述系统相比，该方法既适用于特殊的TSN硬件，也适用于现场可编程门列（Field Programmable Gate Array，FPGA）软件实现的TSN，并且与传统的其他服务质量（Quality of Service，QoS）技术不同，PSFP工作于交换机的入端口，能更有效地防止无效数据帧在交换机内部的传输。
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作者信息：
石环环，冯睦睦
（中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡 214035）
