CN214627023U - 一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其用于连接以太网中的控制器、发送端与接收端，实现网络报文的确定性通信/转发，该交换设备包括预定数量个网口、一主控模块、一电源模块、一存储模块、若干物理层芯片以及若干网络变压器，网络报文从其中一个网口输入该交换设备后经由主控模块识别控制，根据控制器下发的调度表与流表配合全局/区域时间同步，判断网络报文转发的时域与输出接口。

Description

一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备

技术领域

本实用新型涉及一种交换设备，尤其涉及一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备。

背景技术

随着中国制造2025的临近以及两个十五年规划的提出，进一步发展实体产业并实现产业的优化升级迫在眉睫。二十一世纪信息技术的爆发式发展，也为传统工业带来了新的机遇和挑战。而工业4.0的产业数字化转型是以云计算与边缘计算等多种技术能够协同工作的基础的，这就对工业通信领域提出了更高的要求。

以太网相比其他现场总线因较高的带宽和较强的灵活性，在工业生产过程控制场合得到了越来越广泛的应用，但由于以太网的洪泛转发机制导致易拥塞及网络延时大等问题，工业实时控制中必需建设专网，通过网关再与管理信息的以太网链接，会容易形成瓶颈阻碍控制和管理信息的深度融合，降低工业生产过程快捷响应能力。

在此背景下，为了改进以太网的时延和拥塞现象，一系列基于时间同步的高实时性网络概念如时间触发网络TTE和时间敏感网络TSN等被提出。这些网络都是通过如IEEE1588、AS6802等时间同步协议，对整个网络的时间进行全局同步，依据同步的全局时间进行分时调度发送，从而确保关键信息传输的确定性，减少丢包率，提高网络报文实时性。另一方面，这些具有高确定的网络一般都是根据实际应用场景高度定制化的静态网络，使用环境改变时需要重新配置，操作复杂，成本较大且灵活性低。

除针对网络确定性的实时性网络外，在商业以太网的应用中有一种针对网络灵活性的软件定义以太网SDN技术。传统数据交换设备一般由控制面、数据面及管理面组成，而管理面与控制面总是具有较高的耦合性，SDN就是为了将控制面从原先架构中分离出来，形成了应用层、控制层及转发(数据)层三层架构。这样做的好处是可以简化交换设备使其成为受远程软件控制的转发装置，使得网络配置和故障响应都变得更加容易。

基于开发可定义确定性通信的以太网需求，提升网络灵活性、实时性/可确定性以及兼容性，为此需要提出一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备。

实用新型内容

本实用新型提供一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，该交换设备的主控模块根据控制器下发的调度表与流表配合全局/区域时间同步，判断网络报文转发的时域与输出接口，实现以太网中网络报文的转发时段可定义以及确定性。

本实用新型提供一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其用于连接以太网中的控制器、发送端与接收端，实现网络报文的确定性通信/转发，该交换设备包括预定数量个网口、一主控模块、一电源模块、一存储模块、若干物理层芯片以及若干网络变压器，网络报文从其中一个网口输入该交换设备后经由主控模块识别控制，根据控制器下发的调度表与流表配合全局/区域时间同步，判断网络报文转发的时域与输出接口，其中，所述调度表规定不同类型网络报文对应流表的触发时间以及维持时间，所述流表规定网络报文转发的输出接口；所述主控模块用于协议封装与解析、全局/区域时钟校准、网络报文缓存、网络报文转发与调度、流表定时添加与删除；所述存储模块包括SD卡、FLASH、SRAM或DDR，用于存储系统bootloader、文件系统以及临时数据；所述物理层芯片用于物理链路的创建、维持或拆除；所述网络变压器用于网络设备的电气隔离、噪声抑制。

优选的，所述主控模块基于时钟校准模块进行全局/区域时钟校准进而进行全局/区域时间同步，该时钟校准模块为主控模块提供时钟同步和网络报文时间戳，其精度到达纳秒级别。

优选的，所述时钟校准模块包括一全局时间寄存器、一周期时间寄存器、一时间校正寄存器、一时间步长寄存器、二时间戳寄存器、一周期寄存器及若干触发时间寄存器，其中，所述全局时间寄存器为系统时间来源，是全局时钟校准模块的输出结果，其中存储的数值可以被所述主控模块修改；所述周期时间寄存器相对于全集时间寄存器累计且不清零的计时方式，周期性即是对结果清零，清零周期为所述周期寄存器中储存的值，该值可以被所述主控模块通过通信协议读取和修改；所述时间校正寄存器，是根据由同步协议计算得到的同步时间误差通过校正算法得出校正控制量的寄存器，更新该寄存器值可以对本地系统时间计时速率进行校正，该寄存器值也可以被所述主控模块通过通信协议读取和修改；所述时间步长寄存器也会对时间计时速率产生影响但其值与输入的系统时钟相关，一般在初始化确定后不再更改，如实在是有需要，该寄存器值也可以被所述主控模块通过通信协议读取和修改；所述时间戳寄存器会在所述交换设备进行以太网通讯的收/发操作时，将所述全局时间寄存器中当前的值存储起来，发生收操作和发操作的时间由所述两个时间戳寄存器分开存储，两个时间戳寄存器的值均可由所述主控模块通过通信协议读取；所述触发时间寄存器为所述定时器触发的依据，当周期时间寄存器值等于任意触发时间寄存器的值时，将产生对应的触发信号，所有所述触发时间寄存器的值均可以被所述主控模块通过通信协议读取和修改。

优选的，所述网络报文时间戳包括硬件时间戳和软件时间戳，所述网络报文时间戳根据其在OSI网络模型中捕获的位置不同而分为硬件时间戳和软件时间戳，在物理层或物理层与链路层之间捕获则为硬件时间戳，否则为软件时间戳，而时间戳捕获的位置越靠近底层，通信链路的时间抖动越小，同步精度越高。

优选的，其还包括若展模块，所述扩展模块包括烧录接口或调试接口。

优选的，所述消息类型包括实时消息以及非实时消息，所述主控模块运行有OpenvSwitch虚拟交换机。

优选的，所述Open vSwtich对交换设备的网卡划分，其中一个网口作为控制器接口，其他网口添加至由Open vSwtich创建的网络网桥中，区别于普通网桥的MAC/端口映射表，Open vSwitch通过流表对转发规则进行管理。流表相对于MAC/端口映射表的优势在于其不仅可以依据链路层MAC地址将网络报文转发至对应端口，还可以划分vLAN，通过vLANID及优先级进行转发，而且不仅局限于链路层，还可以在网络层和传输层根据消息的源IP地址、目标IP地址、IP协议类型、IP服务类型、TCP/UDP源端口及TCP/UDP目标端口进行转发。当网络同步协议高于第二层链路层，需要涉及网络层与传输层时，网桥管理的网络接口将划分到同一vLAN中，并需要为网桥配置IP地址，确保同步消息帧能被所述交换设备的主控模块接收与处理，使交换设备也位于同一全局时间同步域中，而控制端口连接的控制器可选择性参与全局时间同步。

优选的，所述主控模块运行有Linux或OpenWRT操作系统，基于操作系统能够安装时间同步协议、Open vSwitch、OpenFlow等相关应用或协议，提高可定义性和兼容性。

优选的，所述主控模块运行有网络时间同步协议，其通过不断地获取该设备自身所转发的网络报文时间戳以及在兼容可定义确定性通信以太网的网中对应的同步设备其自身接受与发送的网络报文时间戳来修正本地时钟，以达到和对应的同步设备确定性通信的目的。

优选的，所述网络报文分为实时控制消息(Real-time Message,RM)以及常规消息(Normal Message,NM)，对于实时控制消息，由发送端根据全局/区域时间同步周期性触发，经由所述交换设备中定时触发的高优先级静态流表进行转发，并在预测的时间周期内被接收端接收；对于常规消息，则有发送端根据事件随机触发，经由所述交换设备中的低优先级动态流表进行转发，在高优先级静态流表的时间周期外被接收端接收。NM消息转发则由Open vSwitch中由SDN控制器控制的低优先级动态流表进行转发，当与高优先级的静态流表冲突时，优先保障高优先级的静态流表的转发。成功转发后接收端将在非RM接收时间窗接收NM消息，否则NM消息将被丢弃，以保障RM消息的成功接收。

优选的，所述控制器为SDN控制器，该SDN控制器可以对实时控制消息进行整体规划与调度，并生成相应的调度表，所述SDN控制器将根据所述调度表向对应的Open vSwitch虚拟交换机发送指定的流表项，以满足调度表需求。

优选的，该交换设备能够同时兼容一般二层交换设备的功能，通过SDN控制器记录端口/MAC映射表，并形成相应的流表项下发至所述交换设备中，所述交换设备则通过该流表项实现一般二层交换设备的功能。

本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，网络报文从其中一个网口输入该交换设备后经由主控模块识别控制，根据控制器下发的调度表与流表配合全局/区域时间同步，判断网络报文转发的时域与输出接口，同时主控模块通过通信协议的封装、解析与运行，并基于全局时钟校准实现该交换设备可根据调度表与流表在相应时域定时转发不同类型网络报文至指定接收端，实现以太网中网络报文的转发时段可定义以及确定性，该交换设备提高以太网中网络报文的灵活性、确定性，同时扩展以太网的兼容性。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备硬件结构示意图；

图2是本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备主控模块的软件结构图；

图3是本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备网桥属性图；

图4是本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备网络结构示意图；

图5是本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备PTP同步域划分示意图；

图6是本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备SDN控制器调度规划网络报文示意图；

图7是本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备的时间触发流表示意图；

图8是本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备程序流程如图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型所提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备作进一步说明，需要指出的是，下面仅以一种最优化的技术方案对本实用新型的技术方案以及设计原理进行详细阐述。

实用新型提供一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，该交换设备的主控模块根据控制器下发的调度表与流表配合全局/区域时间同步，判断网络报文转发的时域与输出接口，实现以太网中网络报文的转发时段可定义以及确定性。

参阅图1，本实用新型提供一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其用于连接以太网中的控制器、发送端与接收端，实现网络报文的确定性通信/转发，该交换设备包括预定数量个网口、一主控模块、一电源模块、一存储模块、若干物理层芯片以及若干网络变压器，网络报文从其中一个网口输入该交换设备后经由主控模块识别控制，根据控制器下发的调度表与流表配合全局/区域时间同步，判断网络报文转发的时域与输出接口，其中，所述调度表规定流表的触发时间以及维持时间，所述流表规定网络报文转发的输出接口；所述主控模块用于协议封装与解析、全局/区域时钟校准、网络报文缓存、网络报文转发与调度、流表定时添加与删除，在本实施中，该主控模块的芯片具体型号为XC7Z020-2CLG484I；所述存储模块包括SD卡、FLASH、SRAM或DDR，用于存储系统bootloader、文件系统以及临时数据；所述物理层芯片用于物理链路的创建、维持或拆除，该物理层芯片选用千兆的KSZ9031RN物理层芯片；所述网络变压器用于网络设备的电气隔离、噪声抑制，在本实施例中，采用常规RJ45接口HR911130C，电源模块为DCDC变换电路，将输入的12V电压降压，通过调节电阻大小，为其他各个模块提供3.3V、5V、1.8V及1.2V电压，可优选的是，该交换设备还包含串行通信模块以及数字/模拟IO接口。

在本实施中，所述主控模块基于时钟校准模块进行全局/区域时钟校准进而进行全局/区域时间同步，该时钟校准模块为主控模块提供时钟同步和网络报文时间戳，其精度到达纳秒级别，所述时钟校准模块包括一全局时间寄存器、一周期时间寄存器、一时间校正寄存器、一时间步长寄存器、二时间戳寄存器、一周期寄存器及若干触发时间寄存器，其中，所述全局时间寄存器为系统时间来源，是全局时钟校准模块的输出结果，其中存储的数值可以被所述主控模块修改；所述周期时间寄存器相对于全集时间寄存器累计且不清零的计时方式，周期性即是对结果清零，清零周期为所述周期寄存器中储存的值，该值可以被所述主控模块通过通信协议读取和修改；所述时间校正寄存器，是根据由同步协议计算得到的同步时间误差通过校正算法得出校正控制量的寄存器，更新该寄存器值可以对本地系统时间计时速率进行校正，该寄存器值也可以被所述主控模块通过通信协议读取和修改；所述时间步长寄存器也会对时间计时速率产生影响但其值与输入的系统时钟相关，一般在初始化确定后不再更改，如实在是有需要，该寄存器值也可以被所述主控模块通过通信协议读取和修改；所述时间戳寄存器会在所述交换设备进行以太网通讯的收/发操作时，将所述全局时间寄存器中当前的值存储起来，发生收操作和发操作的时间由所述两个时间戳寄存器分开存储，两个时间戳寄存器的值均可由所述主控模块通过通信协议读取；所述触发时间寄存器为所述定时器触发的依据，当周期时间寄存器值等于任意触发时间寄存器的值时，将产生对应的触发信号，所有所述触发时间寄存器的值均可以被所述主控模块通过通信协议读取和修改。

在本实施例中，所述网络报文时间戳包括硬件时间戳和软件时间戳，所述网络报文时间戳根据其在OSI网络模型中捕获的位置不同而分为硬件时间戳和软件时间戳，在物理层或物理层与链路层之间捕获则为硬件时间戳，否则为软件时间戳，而时间戳捕获的位置越靠近底层，通信链路的时间抖动越小，同步精度越高。

在本实施例中，所述主控模块运行有Linux或OpenWRT操作系统，基于操作系统能够安装时间同步协议、Open vSwitch、OpenFlow等相关应用或协议，提高可定义性和兼容性；所述消息类型包括实时消息以及非实时消息，所述主控模块运行有Open vSwitch虚拟交换机。

在本实施例中，所述Open vSwtich对交换设备的网卡划分，其中一个网口作为控制器接口，其他网口添加至由Open vSwtich创建的网络网桥中，区别于普通网桥的MAC/端口映射表，Open vSwitch通过流表对转发规则进行管理。流表相对于MAC/端口映射表的优势在于其不仅可以依据链路层MAC地址将网络报文转发至对应端口，还可以划分vLAN，通过vLAN ID及优先级进行转发，而且不仅局限于链路层，还可以在网络层和传输层根据消息的源IP地址、目标IP地址、IP协议类型、IP服务类型、TCP/UDP源端口及TCP/UDP目标端口进行转发。当网络同步协议高于第二层链路层，需要涉及网络层与传输层时，网桥管理的网络接口将划分到同一vLAN中，并需要为网桥配置IP地址，确保同步消息帧能被所述交换设备的主控模块接收与处理，使交换设备也位于同一全局时间同步域中，而控制端口连接的控制器可选择性参与全局时间同步。

所述主控模块运行有网络时间同步协议，其通过不断地获取该设备自身所转发的网络报文时间戳以及在兼容可定义确定性通信以太网的网中对应的同步设备其自身接受与发送的网络报文时间戳来修正本地时钟，以达到和对应的同步设备确定性通信的目的，另外，通过定义不同时域发送不同类型的网络报文，既达到动态规划的目的又保证消息的确定性。

在本实时例中，所述网络报文分为实时控制消息(Real-time Message,RM)以及常规消息(Normal Message,NM)，对于实时控制消息，由发送端根据全局/区域时间同步周期性触发，经由所述交换设备中定时触发的高优先级静态流表进行转发，并在预测的时间周期内被接收端接收；对于常规消息，则有发送端根据事件随机触发，经由所述交换设备中的低优先级动态流表进行转发，在高优先级静态流表的时间周期外被接收端接收。NM消息转发则由Open vSwitch中由SDN控制器控制的低优先级动态流表进行转发，当与高优先级的静态流表冲突时，优先保障高优先级的静态流表的转发。成功转发后接收端将在非RM接收时间窗接收NM消息，否则NM消息将被丢弃，以保障RM消息的成功接收。

在本实施例中，所述控制器为SDN控制器，该SDN控制器可以对实时控制消息进行整体规划与调度，并生成相应的调度表，所述SDN控制器将根据所述调度表向对应的OpenvSwitch虚拟交换机发送指定的流表项，以满足调度表需求。

本使用新型提供的交换设备能够同时兼容一般二层交换设备的功能，通过SDN控制器记录端口/MAC映射表，并形成相应的流表项下发至所述交换设备中，所述交换设备则通过该流表项实现一般二层交换设备的功能。

接下来，结合图2-8进一步介绍该交换设备实现过程：

参阅图2，本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备主控模块的软件结构如图所示。图中所示FPGA选用了同时携带逻辑(PL)端与处理系统(PS)端的Xilinx Zynq系列。PL端添加了若干以太网IP核，每个以太网IP核都将与独立的物理层芯片连接，另一方面也将作为总线AXI从设备，通过AXI总线映射与PS端的ARM核进行通信。所述交换设备中PS端将运行定制的Linux系统，该系统内将安装Open vSwitch、OpenFlow、PTPd等软件。PL端的几个网络设备将被配置到同一Open vSwich网桥下，并根据Open vSwitch中的流表进行转发，另外，所述Open vSwitch网桥也将被分配IP地址，以接收该网段内的UDP组播消息，用于PTP时间同步。在非时间触发时刻，以太网消息将依据Open vSwitch中保存的流表进行转发，而对于实时控制消息这类具有时间确定性要求的消息转发，将由时间触发脚本进行流表切换操作，当到本地时间达设定的时间触发时刻时，将对流表进行替换，结束后恢复原流表，保证此期间内实时控制消息的高效转发。此外，PS端中还携带了区别于PL端的以太网模块，该以太网接口不被划入Open vSwitch的网桥下管理，具有独立IP地址，用于连接SDN控制器——RYU，因此交换节点中的Open vSwitch还可以通过SDN控制器进行手动控制。

参阅图3，本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备网桥属性如图所示，交换设备实现交换功能需要将用于交换的网口绑定到同一Open vSwitch网桥下管理。本具体实施例采用的平台共5个网口，其中eth0为PS端网口，eth1～eth4为PL端网口。新建ovs网桥br0后，将PL端的eth1～eth4网口添加到新创建的网桥下。此时ovs中没有流表，默认采用普通交换设备的MAC/端口映射表的方式进行转发，即这四个网口已具有普通二层交换设备的交换功能。剩下的PS端网口并不添加到该网桥中，而是作为连接SDN控制器的独立网口，防止ovs网桥失效时丢失与SDN控制器的连接，导致交换设备无法管理。

参阅图4，本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备网络结构如图所示，为使SDN控制器能够通过PS端独立网口对ovs网桥进行管理，网桥br0需要被分配IP地址，图4中br0的IP地址被设为了192.168.1.1，并通过NAT与IP地址为192.168.0.14的网口eth0进行连接，令ovs网桥与SDN控制器能够跨网段通信，此外，ovs网桥的IP还可作为连接至该交换节点设备的网关使用，使交换设备也能够接收PTP组播消息，进入该网段的时间同步域中。

参阅图5，本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备PTP同步域划分如图所示。包括在普通网络的普通交换机以及本实用新型提供的交换设备1，终端设备2。PTP协议已对同步域字段进行了规定，可通过配置文件指定设备的同步域。不同的同步域之间，由于两者所同步的时钟不同，因此不能直接发送RM类消息，但仍可传输NM类消息，RM消息在跨同步域时，将在另一同步域被作为NM消息进行传输，因此要求同步域划分时优先考虑RM消息的传输路径与涉及的设备，其次根据就近原则，同一同步域中的同步从机到同步主机形成的星型网络结构(或树形网络结构)应尽量平衡，保证同步精度的一致性。而对于其他不支持PTP同步的设备以及不支持SDN控制的交换设备，也可以进行兼容，但不能被划入同步域中，即无法传输RM类消息，但仍可以传输NM类消息。

参阅图6，本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备SDN控制器调度规划网络报文如图所示。在SDN控制器上运行RYU流表转发策略程序，并开放6633端口供Open vSwtich交换机连接。所述SDN控制器的控制策略除了满足由NM消息转发所需的动态流表下发以外，需要获取整张网络的相关信息并对RM消息进行调度。SDN控制器可以通过OpenFlow协议获取当前网络拓扑、链路流量、物理带宽等网络信息，但无法直接获取如支持PTP的设备、PTP同步域、非SDN交换机等信息。因此对于PTP相关同步类的信息获取，需要在RYU控制器中添加额外TCP服务器与指定端口，便于PTP设备连接。PTP设备连接到TCP服务器后，需要向RYU控制器发送自身设备类别、所在同步域、RM消息具体周期/长度/目的地址等信息。而RYU控制器将根据这些信息通过基于粒子群的静态调度算法对RM消息的调度进行求解，针对每一个同步域生成一张调度表，并根据该调度表向Open vSwitch下发需要时间触发的高优先级静态流表。网络中每新加入一个设备，将在一段时间内等待该设备连接TCP服务器，若超过等待时间，则认为该设备不支持PTP及RM消息，若收到来自该设备发送的相关信息，则重新进行一次调度规划，并下发静态流表。

参阅图7，本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备的时间触发流表如图所示。ovs交换机将根据全局时间以及来自SDN控制器的调度表信息，触发对应流表的添加与删除。

参阅图8，本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备程序流程如图所示。交换设备的嵌入式Linux系统中将运行PTPd应用，对于PTP同步主机来说，每一个同步周期会组播一次同步帧，而同步从机每一个同步延迟请求周期会向同步主机发送一个延迟请求帧。另外PTP同步主机在接收到延迟请求帧时需要进行应答，而PTP同步从机在接收到同步帧时将依据PTP同步原理进行计算，得到与同步主机的时间偏差后通过校正算法计算出时间修正量，修正本地时钟计时速率并等待下一个同步周期。当周期寄存器中的时间到达预设某个时间点时，产生触发信号，时间触发模块根据时间点判断当前转发的RM消息对应的流表，然后备份并删除当前流表，添加该实时控制消息的转发流表，待该消息转发结束后，恢复原流表，等待下一时刻的触发。SDN控制器下发的流表由eth0接收后，经过NAT转发，最终发送至ovs网桥，ovs网桥接收到后将该流表项添加至原有的流表中，然后根据新流表对来自网桥下的网络报文进行转发，从而实现流表的远程灵活定义。

本实用新型提供的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，实现以太网中网络报文的转发时段可定义以及确定性，该交换设备提高以太网中网络报文的灵活性、确定性，同时扩展以太网的兼容性。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其用于连接以太网中的控制器、发送端与接收端，实现网络报文的普通通信/转发，其特征在于，该交换设备还实现网络报文的确定性通信/转发，该交换设备包括预定数量个网口、一主控模块、一电源模块、一存储模块、若干物理层芯片以及若干网络变压器，网络报文从其中一个网口输入该交换设备后经由主控模块识别控制，根据控制器下发的调度表与流表配合全局/区域时间同步，区分网络报文为普通或确定性通信/转发类型，判断网络报文转发的时域与输出接口，其中，

所述调度表规定不同类型的网络报文对应流表的触发时间以及维持时间，所述流表规定网络报文转发的输出接口；

所述主控模块用于协议封装与解析、全局/区域时钟校准、网络报文缓存、网络报文转发与调度、流表定时添加与删除；

所述存储模块包括SD卡、FLASH、SRAM或DDR，用于存储系统bootloader、文件系统以及临时数据；

所述物理层芯片用于物理链路的创建、维持或拆除；

所述网络变压器用于网络设备的电气隔离、噪声抑制。

2.根据权利要求1所述的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其特征在于，所述主控模块基于时钟校准模块进行全局/区域时钟校准进而进行全局/区域时间同步，该时钟校准模块为主控模块提供时钟同步和网络报文时间戳。

3.根据权利要求2所述的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其特征在于，所述时钟校准模块包括一全局时间寄存器、一周期时间寄存器、一时间校正寄存器、一时间步长寄存器、二时间戳寄存器、一周期寄存器及若干触发时间寄存器。

4.根据权利要求2所述的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其特征在于，所述网络报文时间戳包括硬件时间戳和软件时间戳。

5.根据权利要求1所述的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其特征在于，其还包括扩展模块，所述扩展模块包括烧录接口或调试接口。

6.根据权利要求1所述的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其特征在于，所述主控模块运行有Open vSwitch虚拟交换机。

7.根据权利要求6所述的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其特征在于，所述Open vSwtich对交换设备的网卡划分，其中一个网口作为控制器接口，其他网口添加至由Open vSwtich创建的网络网桥中。

8.根据权利要求1所述的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其特征在于，所述主控模块运行有Linux或OpenWRT操作系统。

9.根据权利要求1所述的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其特征在于，所述主控模块运行有网络时间同步协议。

10.根据权利要求1所述的一种兼容可定义确定性通信以太网的交换设备，其特征在于，所述网络报文类型为实时控制消息以及常规消息，对于实时控制消息，由发送端根据全局/区域时间同步周期性触发，经由所述交换设备中定时触发的高优先级静态流表进行转发，并在预测的时间周期内被接收端接收；对于常规消息，则有发送端根据事件随机触发，经由所述交换设备中的低优先级动态流表进行转发，在高优先级静态流表的时间周期外被接收端接收。

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