随着工业互联网等场景的出现和发展,越来越多的应用要求端到端传输的低时延和低时延抖动,即时延确定性。基于尽力而为服务的标准以太网对这种时延确定性需求力不能及,因此时间敏感网络（Time-Sensitive Networking,TSN）应运而生。TSN由一系列涵盖时间同步机制、分组的调度和转发机制以及网络的管理和配置等方面的标准组成,旨在通过对标准以太网做有限的修改来保障确定性业务的时延确定性,同时兼顾非确定业务的服务质量。目前,TSN正处于快速发展阶段,本文主要针对其分组的调度和转发机制进行了深入的研究,成果如下:1.针对同步时间调度中确定性业务的转发异常现象,首次提出实时监测系统TSN-Guard。通过对转发异常起因和特点的分析,本文设计了TSN-Guard中的异常发现和收集机制,其能满足低时延、低开销和全覆盖的性能要求。实验结果表明TSN-Guard能取得优异的综合性能。例如,带宽开销仅为基于事件驱动方案的11%,平均响应时间仅为固定周期方案的49%。2.针对IEEE 802.1Qbv标准的保护带利用率过低问题,提出了一类基于分组长度的调度算法,即IPAS、GPAS和m-GPAS。本文利用马尔可夫链等数学模型,对算法在保护带利用率等方面的性能进行了理论分析。实验结果验证了理论分析的正确性,并指出在实际网络中采用4-GPAS可取得良好的综合性能。3.提出了硬件可编程调度器的框架并设计了相应的PIPO原型。该可编程框架不仅可以灵活表达目前TSN标准中规定的调度算法,还能支持多种用户定制的调度算法。基于FPGA的实验结果表明,PIPO原型在取得高速分组调度的同时,能够节省大量的片上硬件资源,并具有良好的可拓展性。当调度规模为2048个队列时,PIPO原型的吞吐率可达70 Mpps,是目前最先进的PIEO原型的1.64倍,但只需消耗PIEO原型14.7%的查找表（LUT）和40.5%的BRAM资源。4.提出了附加位图的名字前缀缓存方案PBC。将应用层的OPC UA与链路层的TSN相结合已成为业界共识,但二者之间的纽带——TCP/IP协议栈并不能很好地支持OPC UA的发布/订阅模式,因而以名字寻址的内容中心网络可以作为一种解决方案。与传统的名字前缀缓存机制截然不同,PBC利用位图结构来解决缓存隐藏和一致性问题。理论分析和实验结果表明,PBC的缓存命中率大幅超过其它缓存算法（差距高达16%）,能有效提高查找和更新速度。