以TSN与5G融合技术塑造工业物联网的未来

时间敏感网络（TSN）是由IEEE 802.1工作组的时效性网络任务组所制定的一系列标准。TSN在很多方面都作为管理业务流程及分析的信息技术（IT）网络和管理实际工厂设备的运营技术（OT）网络之间的重要沟通桥梁。TSN系列标准旨在为网络连接提供准确的时间同步和时间关键数据及时性的保证，因此对从传感器接收数据的控制系统、计算机视觉应用程序等来说是非常理想的选择。

5G可以实现工业控制系统和数据流量的低延迟和超可靠确定性，而无线连接则带来灵活性，它们共同为工业制造带来系统连接性。TSN与5G融合技术（TSN-over-5G）通过5G支持时效性网络服务，从而使得传感器、执行器等工业设备可以与PLC等工业控制器进行无线的、确定性的通信。这符合智能工业的要求，还可降低成本，催生新的商业模式，并简化工厂运营流程。TSN-over-5G的关键技术有：基于5G系统的TSN同步、基于5G系统的TSN以太网运行、5G超可靠低延迟（URLLC）传输技术（尤其针对低延迟循环数据流）、5G点对点服务质量（QoS）管理及智能调度程序算法。

对英特尔而言，确保生态系统成功向智能工业转型，并在此过程中整合5G技术，是我们存在的终极意义的一部分。我们正与3GPP等标准团体合作，制定了3GPP Release-16标准，以支持TSN-over-5G技术，并与博世等生态系统合作采用5G、Wi-Fi 6等新一代无线技术建立了基于早期标准的概念验证（PoC）项目。随着3GPP Release-16标准即将在夏季正式发布，我们与全球IIoT领导者博世采用英特尔5G原型解决方案建立了TSN-over-5G早期概念验证项目。这一概念验证包括了用户设备（UE）、无线电接入网（RAN）及核心，并展示了上述的四大关键技术。这一项目可直接与博世的TSN兼容可编程逻辑控制器（PLC）终端配合，验证技术可行性，并展示关键的IIoT用例。

在这一项目中，英特尔与博世成功展示了TSN IIoT的典型用例，该用例目前通过工厂的有线基础设施进行支持，第一和第二PLC采用开放平台通信（OPC）统一架构（UA）协议开放标准进行5G通信，主要实现移动角度控制和高速旋转轮速度同步。具体来说，PoC项目展示了基于5G系统的TSN同步，其定时误差远低于1微秒，时间关键动作控制指令的单向延迟最多只有4毫秒。英特尔的3.7 GHz 5G原型系统还可同时进行4K超高清视频流直播。

这一项目是首批展示5G NR pre-Rel-16 TSN-over-5G功能的项目之一，包括在5G系统下的基于802.1AS的同步和基于802.1Qbv的关键数据包的时间感知送达。这一合作项目的另一项成果是，支持URLLC 和E2E QoS的5G高级调度程序可以满足确定性时间关键数据包送达的要求。此外，项目还实现了微秒级时间同步、毫秒级最差延迟和“5个9”的可靠性。该项目通过5G无线连接性为重新配置、可拓展型、可移动性提供了完全的灵活性。

英特尔与博世的概念验证项目的成功启示在于，TSN-over-5G不仅是可采用的技术，对于希望通过整合新一代无线解决方案达到简化运营、时间关键数据传输、更灵活的工厂实际运营配置以及降低资本性支出等目的的制造业企业来说，它可能成为一种强大的解决方案。项目支持5G NR Rel-16功能，即URLLC和TSN在混合数据流环境下的早期实践。这一测试平台可作为未来5G和TSN性能及博世等领导者推出的其它智能工业解决方案测试的基础。例如，扩展案例可以是边缘计算资源和动态工作荷载分配等，以进行更多的技术验证。

随着5G服务不断迭代，制造业未来将享受到更高级的解决方案，整个行业的生产力将上升到新的水平。为了确保制造业企业获得成功，英特尔和博世等全球生态系统领导者将继续努力，研发推动IIoT和5G未来整合的更多解决方案。

PoC设置架构示意图，图中展示的是基于英特尔5G原型系统的TSN-over-5G技术