随着以智能制造为主导的第四次工业革命的到来,智能工厂迅速发展,工厂中智能设备的数量与日俱增。工业互联网要求网络提供有界低时延抖动、高可靠、泛在通信连接满足生产控制等工业通信需求。工业以太网虽然能满足实时通信需求,但存在协议众多、标准不兼容、速率受限等问题。时间敏感网络（Time-Sensitive Networking,TSN）基于以太网通过功能增强提供有界低时延抖动、高可靠通信服务。TSN的关键技术包括时间同步、流量控制、可靠性保障以及资源管控四个方面。流量整形是一种主动调整流量输出速率的措施,是TSN流量控制的关键技术之一。其中的循环排队与转发（Cyclic Queuing and Forwarding,CQF）机制及其异步拓展Paternoster机制作为流量整形的主要技术,相较于其他TSN流量整形技术,有低抖动、确定性端到端时延、实现成本低等优势。但是CQF和Paternoster机制分别存在资源利用率不高,丢包率较高的问题,因此不适用于混合流量共存的智能工厂网络。为了提高流量整形资源利用率,降低时间敏感流量（时敏流量）端到端时延和丢包率,论文研究扩展CQF与Paternoster机制,具体研究内容如下:为了解决CQF带宽利用率低和全局可调度性差的问题,提出了一种基于CQF的时隙感知循环排队与转发机制（Time Slot-Aware Cyclic Queuing and Forwarding,TSA-CQF）。TSA-CQF是通过将低优先级流量插入CQF奇偶队列中剩余可用时隙中进行传输提高带宽利用率。TSA-CQF机制在CQF队列的出队门控处进行流量整形,将非时敏流量插入时敏流量队列中进行传输。然后进行全局流量规划,通过模拟退火算法的思想求解多条件约束目标优化问题,得到调度策略,完成全局流量的调度,提高TSA-CQF的可调度流数量,进一步提高资源率利用率,降低时敏流量端到端最坏时延。仿真结果表明,与标准的CQF机制相比,在不同网络负载下时敏流量的平均端到端最坏时延降低了37.45%,平均带宽利用率提高了11.29%。为了解决异步流量整形中丢包率高的问题,提出了一种基于Paternoster的自适应流量整形机制（Adaptive Shaper-Paternoster,AS-Paternoster）。AS-Paternoster包括自适应流量调节和流量周期循环出队两个部分。自适应流量调节是自适应流量调节器通过对先入先出（First In First Out,FIFO）流量进行优先级分类,在不同的网络负载下,选择不同的入队策略,将流量传输到Paternoster队列。流量周期循环出队指的是进入Paternoster队列的数据,通过Prior、Current、Next、Last四个队列的周期循环,以固定的周期进行数据传输,保证时敏流量的确定性交付,降低异步状态下时间敏感网络的丢包率。仿真结果表明,与标准的Paternoster机制相比,在不同网络负载下时敏流量的平均端到端最坏时延降低了10.22%,时敏流的平均丢包率降低了13.28%。综上所述,论文从TSN流量整形出发,以智能工厂网络为背景,首先提出了TSA-CQF机制,有效提高了时间敏感网络的带宽利用率,降低了时敏流的端到端最坏时延。然后提出了AS-Paternoster机制,有效降低了异步状态下时间敏感网络的丢包率,实现了时敏流量的确定可靠交付。为时间敏感网络在未来智能工厂中的应用奠定理论与技术基础。