SDN基本特点是转发控制分离和可编程的集中控制。由于列车网络相对封闭，规模有限，因此十分适合SDN技术的应用。由于列车网络在网络连接、拓扑结构和冗余控制方面具有特殊要求，因此无法将现有SDN解决方案（交换机、控制器、协议等）直接应用于ETB的组网，必须针对ETB的特点提出新的处理机制和协议。本文将基于SDN的ETB网络简称为SD-ETB。 一、SD-ETB网络设计原则    （1）ETB和SDN的主要差异
      SDN机制无法直接用于ETB组网，主要原因是两种网络在拓扑依赖、控制方式和交换设备模型方面具有较大差异，如下表所示。    （2）SD-ETB设计原则
     由于ETB和标准SDN网络具有较大差异，因此SD-ETB的设计必须考虑ETB组网的基本特点，满足列车网络对动态重构、冗余控制等特殊要求。我们认为SD-ETB的的设计原则包括以下几点。      一是兼容ETB物理层规范。ETB物理层规范除了定义以太网链路的物理层规范外（全双工100M以太网），还包括车厢之间的物理连接形式。如果每个ETBN采用SDN交换的方式实现，那么ETB定义的车厢间走线形式无法支持每个交换设备通过专用的控制接口与SDN控制器连接，因此标准的SDN基于LLDP协议的拓扑发现机制无法工作，必须提出新的拓扑发现机制。      二是采用动态的IP地址分配形式。ETB规范的特点就是支持具有不同来源的车辆（consist）能够根据需求编组形成新的列车，因此每个车辆中网络设备的IP地址不能预先配置，以防止IP地址冲突。因此ETB在初运行时为每个ETBN和车辆子网（CN）统一分配ID，由这些ID来构成运行时的IP地址。标准SDN网络在建立南向接口通道（如openflow通道）时首先要求每个交换机都有自己的IP地址，而这个假设在ETB中无法成立。由于SDN网络中最大限度减小分布式协议的使用，因此标准ETB网络中基于TTDP协议的全分布式ID分配和IP地址生成机制需要被SD-ETB中新的集中控制的IP地址分配机制取代。      三是SD-ETB部署对端系统和应用保持透明。列车网络上具有大量的网络端节点，这些端节点或直接接在ETB子网上，或接在通过ETB子网互联的各CN子网上。这些端节点上部署各种状态检测、车辆运行控制和多媒体应用。用SD-ETB取代现有ETB只能定位在列车网络基础设施升级，必须对端节点及其应用透明，因此SD-ETB在IP地址编码规则，ARP地址解析、组播通信，传输层协议等方面必须保持与ETB一致。      四是SD-ETB具有增强的冗余控制能力。面向环形拓扑，支持拓扑发现及环网工作状态的自动监测。当链路和交换节点发生故障后，能够实现ms级的转发路径倒换，保证关键业务的不中断传输。特别是SDN控制器应具备冗余功能，避免SDN集中控制带来的单点故障。      五是简化的交换设备（ETBN）实现。SDN将交换设备的可控制功能（智能）提取到控制器上实现，每个ETBN只需支持南向接口协议（如openflow）的配置。因此SD-ETB网络中的ETBN实现与现有ETBN实现有两点区别。一是建立明确的Match-action转发层抽象，为控制器的编程提供基础；二是只支持简单的无状态的网络协议， 二、SD-ETB网络的实现原理    （1）SD-ETB的组成
     SD-ETB主要由N个环形连接的软件定义ETBN节点（SD-ETBN）以及两个以上的SD-ETB控制器组成，如图1所示。每个车辆中包含1个或多个SD-ETBN，每个ETBN可能连接1个或多个车辆网络（CN）。ETB网络变成SD-ETB对CN透明。      多个SD-ETB网络控制器通过协商产生一个主SD-ETB控制器，其余作为从SD-ETB控制器。主SD-ETB控制器负责网络拓扑发现，IP地址分配，转发表下载和ETB环检测等功能。每个SD-ETBN设备支持openflow1.3协议，支持SD-ETB控制器对其进行流表的配置。    （2）SD-ETB的核心机制
     SD-ETB解决方案的主要机制包含4项关键的处理机制，即环网控制器选举RCE（RingController Election）、环网拓扑发现RTD（Ring Topology Discovery），环网状态遥测RST（Ring StatusTelemetry）以及环网弹性转发RRF（Ring Resilient Forwarding），如下表所示。      我们将基于开源的Floodlight控制器和openbox-S4平台实现SD-ETB的基本功能，并通过扩展openbox-S4中的FAST流水线将TSN功能集成到环形ETB中。