开源框架TSNsched：基于SMT求解器的时间敏感网络调度自动化解决方案

为解决时间敏感网络(TSN)配置中NP完全调度难题导致的效率低下与人工错误问题，研究人员开发了开源框架TSNsched。该工具通过SMT（可满足性模理论）求解器将调度问题转化为逻辑理论，实现自动化生成、验证（基于OMNeT++/INET模拟器）及部署（YANG/NETCONF协议）三大功能，支持超周期与微周期双策略，为工业物联网等领域提供标准化配置方案。

　　

在现代工业自动化、智能交通等高精度协同领域，时间敏感网络(Time-Sensitive Networking, TSN)已成为保障关键数据传输确定性的核心技术。然而，其核心调度机制——基于时间感知整形器(Time-Aware Shaper, TAS)的TDMA（时分多址）方案，面临NP完全难题：随着网络规模扩大，人工配置不仅效率低下，还易引发连锁错误。例如，工业机器人协同作业时，毫秒级延迟偏差可能导致机械臂碰撞；自动驾驶场景中，紧急制动指令若因调度冲突延迟，后果不堪设想。这种"交通警察式"的调度困境，亟需自动化工具破局。

针对这一挑战，研究人员开发了开源框架TSNsched。该研究基于IEEE 802.1Qcc标准集中式架构，通过三项创新实现突破：首先，将复杂的调度问题转化为SMT（可满足性模理论）可解的逻辑命题，支持超周期（Hypercycle）与微周期（Microcycle）双生成策略；其次，集成NeSTiNg模拟器（基于OMNeT++/INET框架），可验证TSN与非时间敏感流混合场景的调度有效性；最后，开发YANG模型转换插件，通过NETCONF协议实现设备自动配置。

主要技术方法
研究采用多学科交叉技术：1）运用SMT求解器（如Z3）处理NP完全调度问题；2）基于OMNeT++平台定制网络仿真模型，验证延迟/抖动指标；3）通过YANG数据建模语言生成设备配置文件。实验数据来源于工业自动化典型拓扑结构，包含多跳交换场景下的流队列调度测试。

研究结果

• 自动化调度生成：超周期策略在小型网络（<10节点）中节省30%带宽，但微周期策略更适合大规模部署。
• 仿真验证：模拟显示关键流延迟标准差<1μs，非时间敏感流带宽占用率误差<2%。
• 配置部署：YANG插件成功将调度表转换为华为/思科等厂商兼容的NETCONF指令集。

结论与意义
TSNsched首次实现从理论（SMT求解）到实践（设备配置）的全流程覆盖，其开源特性填补了工业级TSN工具链空白。尤为重要的是，框架支持IEEE 802.1Qbv标准下的异构流量共存验证，为智能工厂"OT/IT融合"提供关键技术支撑。未来工作将扩展5G-TSN联合调度能力，进一步推动确定性网络在6G时代的应用落地。