2020時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)產(chǎn)業(yè)報(bào)告

2020時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)產(chǎn)業(yè)報(bào)告目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、背景介紹1\o"CurrentDocument"（一）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)概述1\o"CurrentDocument"（二）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀4\o"CurrentDocument"技術(shù)現(xiàn)狀4\o"CurrentDocument"產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀6\o"CurrentDocument"（三）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢(shì)11\o"CurrentDocument"互聯(lián)互通11\o"CurrentDocument"全業(yè)務(wù)高質(zhì)量承載12\o"CurrentDocument"智慧運(yùn)維12\o"CurrentDocument"（四）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)力13\o"CurrentDocument"二、技術(shù)體系15\o"CurrentDocument"（一）標(biāo)準(zhǔn)體系15\o"CurrentDocument"（二）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)19\o"CurrentDocument"在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的位置19\o"CurrentDocument"時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)20\o"CurrentDocument"（三）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵特性22\o"CurrentDocument"時(shí)間同步22\o"CurrentDocument"流量調(diào)度22\o"CurrentDocument"網(wǎng)絡(luò)管理23\o"CurrentDocument"三、與其他新技術(shù)的融合創(chuàng)新26（一）TSN+OPCUA26\o"CurrentDocument"（二）TSN+邊緣計(jì)算29\o"CurrentDocument"（三）TSN+5G31\o"CurrentDocument"四、應(yīng)用場(chǎng)景35\o"CurrentDocument"（一）TSN在制造業(yè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用35\o"CurrentDocument"（二）TSN在車載以太網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用37\o"CurrentDocument"五、發(fā)展趨勢(shì)展望38\o"CurrentDocument"（一）供給側(cè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)38\o"CurrentDocument"（二）需求側(cè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)39\o"CurrentDocument"（三）商業(yè)模式分析4011一、背景介紹（一）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)概述工業(yè)網(wǎng)絡(luò)基于工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，20世紀(jì)90年代興起現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的通信接口解決了工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)部執(zhí)行器、傳感器以及變送器等設(shè)備的互聯(lián)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了各類工業(yè)數(shù)據(jù)信號(hào)的共總線傳輸。然而隨著工業(yè)應(yīng)用對(duì)于承載需求的進(jìn)一步提升，現(xiàn)場(chǎng)總線低速率，兼容性差、系統(tǒng)彼此間互聯(lián)互通互操作性差的問(wèn)題逐漸凸顯，具有更高傳輸效率、更大帶寬、更好兼容性的基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互通提供了基礎(chǔ)。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)遵從TCP/IP框架，具有接口簡(jiǎn)單、協(xié)議開(kāi)放、可靠性高、傳輸速率快、互通便捷等突出優(yōu)勢(shì)，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)逐步成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)，并基于以太網(wǎng)架構(gòu)建立完整的通信技術(shù)服務(wù)模型，構(gòu)建工業(yè)應(yīng)用層協(xié)議。工業(yè)總線和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷推進(jìn)各領(lǐng)域工業(yè)企業(yè)信息化建設(shè)進(jìn)程，但值得注意的是由于各領(lǐng)域僅關(guān)注解決自身生產(chǎn)問(wèn)題（如過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、車載網(wǎng)絡(luò)等），各類工業(yè)總線和工業(yè)以太網(wǎng)往往誕生于不同領(lǐng)域，并往往按照特定領(lǐng)域的適應(yīng)性來(lái)制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此就形成了以IEC61158為代表的工業(yè)總線系列標(biāo)準(zhǔn)和以IEC61784-2為代表的工業(yè)以太網(wǎng)系列標(biāo)準(zhǔn)。每一個(gè)工業(yè)以太協(xié)議背后基本都有一個(gè)工業(yè)集成商巨頭在主導(dǎo)著該協(xié)議的生態(tài)圈構(gòu)建，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與協(xié)議綁定，各公司基于各自協(xié)議對(duì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化升級(jí)，但彼此之間相對(duì)封閉，互不兼容。如表1所示：表1目前主流以太協(xié)議協(xié)議名稱運(yùn)作組織代表廠家EtherNet/IPODVA羅克韋爾自動(dòng)化公司(美國(guó))PROFINETPROFIBUS國(guó)際組織(PROFIBUSInternational,PI)西門(mén)子Modbus-TCPModbus-IDA施耐德EthernetPWOERLINKEthernetPOWERLINK標(biāo)準(zhǔn)組織(EthernetPOWERLINKStandardizationGroup,簡(jiǎn)稱EPSG)ABBEtherCATEtherCAT協(xié)會(huì)德國(guó)倍福(Beckhoff)公司CC-LINKCC-Link協(xié)會(huì)日本三菱隨著工業(yè)企業(yè)數(shù)字化、信息化、智能化進(jìn)程不斷升級(jí)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展為由工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)層次組成，前者主要負(fù)責(zé)工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)部以及系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，承載工業(yè)控制信號(hào)及系統(tǒng)相關(guān)的監(jiān)控、診斷、管理、操作等相關(guān)業(yè)務(wù)；后者主要支撐原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息應(yīng)用于業(yè)務(wù)系統(tǒng)或?qū)崿F(xiàn)控制反饋的數(shù)據(jù)互通。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的誕生是為了滿足產(chǎn)業(yè)界通過(guò)智能化、精細(xì)化管理提升生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營(yíng)成本的訴求，作為一個(gè)完整的通信信息系統(tǒng)，對(duì)于承載相關(guān)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的互操作性、兼容性以及傳輸質(zhì)量有更高要求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)需要具備在全生產(chǎn)系統(tǒng)，乃至全產(chǎn)業(yè)鏈范圍實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物全要素的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，以及設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)管理、銷售、辦公全環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)互通的能力。隨著工業(yè)企業(yè)數(shù)字化及信息化的進(jìn)一步深化升級(jí)，工業(yè)領(lǐng)域相關(guān)控制及信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型不斷增加、復(fù)雜性不斷提升，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)也呈現(xiàn)融合趨勢(shì)，具備支持多業(yè)務(wù)、多協(xié)議、多廠商設(shè)備和數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通、共網(wǎng)承載以及高質(zhì)量傳輸能力已經(jīng)成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必然的演進(jìn)方向。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用以太網(wǎng)物理接口承接工業(yè)內(nèi)有線連接，基于通用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層傳輸；作為底層的通用架構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)0T與IT網(wǎng)絡(luò)的融合提供了技術(shù)基礎(chǔ)，不僅并為打破以封閉協(xié)議為維度由某一廠商主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)模式提供可能，提高了工業(yè)設(shè)備的連接性和通用性，并且為包括大數(shù)據(jù)分析以及智能的、連接的系統(tǒng)和機(jī)器在內(nèi)的新的業(yè)務(wù)提供了更快的發(fā)展路徑，使得工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)變得更為開(kāi)放和富有活力。二）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀技術(shù)現(xiàn)狀時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)相應(yīng)基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)主要由lEEE^AVfl任舒晅lEEETSNS^域進(jìn)展lEEEfltlEC聯(lián)合成立石00肚即1±lEEE^AVfl任舒晅lEEETSNS^域進(jìn)展lEEEfltlEC聯(lián)合成立石00肚即1±于T站tmt彌的W憲IEEE新TEN任務(wù)爼成立irnerwortongTG與TSNTG合笄成為軒的T霽H：E筆紅?幵屬巧跑逛営商胃f網(wǎng)和肉傳網(wǎng)店述燭刖射瑋-201904-』啟勒三菠換蜩叭P閃2.1DGDreflO.1]/運(yùn)莒商3T^^m^Sii(PflO2.tQcjOraftl.O)*201^06：Vel1^^ri]Sfc?i^-(PB02.1CWdEDraft1.0)圖1時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵路標(biāo)2006年，IEEE802.1工作組成立AVB（AudioVideoBridging）音頻視頻橋接任務(wù)組，并在隨后的幾年里成功解決了音頻視頻網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步傳輸?shù)膯?wèn)題。有效地解決了數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)傳輸中的時(shí)序性、低延時(shí)和流量整形問(wèn)題。來(lái)自工業(yè)部門(mén)的一些參與者立刻看到了其保證帶寬和有界延遲的潛在能力。2012年，AVB任務(wù)組在其章程中擴(kuò)大了時(shí)間確定性以太網(wǎng)的應(yīng)用需求和適用范圍，覆蓋音頻視頻以外的更多領(lǐng)域：工業(yè)、汽車、制造、運(yùn)輸和過(guò)程控制，以及航空航天、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等，并成立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)性工作組，稱為IEEE802.1TSN。2015年，InterworkingTG與TSNTG合并成為新的TSN任務(wù)組。IEEE802.1TSN任務(wù)組關(guān)注具體技術(shù)及其算法。近年來(lái)，隨著時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域受到更為廣泛和高度的關(guān)注，IEEE也針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)在垂直行業(yè)的應(yīng)用開(kāi)展了研究和標(biāo)準(zhǔn)的研制，并有多個(gè)工作組同步開(kāi)展工作，包括已經(jīng)完成的802.1CM項(xiàng)目定義了TSN應(yīng)用于移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)；2017年由IEC和IEEE聯(lián)合立項(xiàng)了P60802工作組，目標(biāo)是定義TSN應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的方案類標(biāo)準(zhǔn)；2019年新立項(xiàng)的IEEE802.1DF工作組，目標(biāo)是定義TSN應(yīng)用于服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)的方案類標(biāo)準(zhǔn)；2019年新立項(xiàng)的IEEE802.1DG工作組，目標(biāo)是定義TSN應(yīng)用于車載網(wǎng)絡(luò)的方案類標(biāo)準(zhǔn)等。2017年起，IEC開(kāi)始投入時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，IECSC65C/MT9與IEEE802成立60802工作組,開(kāi)始制定《用于工業(yè)自動(dòng)化的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSNIA)行規(guī)》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2019年開(kāi)始，IECEE(IECSystemofConformityAssessmentSchemesforElectrotechnicalEquipmentandComponents)工作組致力于進(jìn)行時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)一致性測(cè)試服務(wù)(TSNConformanceTestService)，目前主要包括進(jìn)行一致性測(cè)試過(guò)程的定義(包括：與其他組織的連接和協(xié)作)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)室認(rèn)定結(jié)果的定義(例如：確認(rèn)測(cè)試在不同的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室使用不同的硬件/軟件生成相同并且可重復(fù)的結(jié)果)以及測(cè)試計(jì)劃的創(chuàng)建等工作。成立于1986年的Internet工程任務(wù)組(IETFInternetEngineeringTaskForce)，是推動(dòng)Internet標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定的最主要的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)組織。2015年IETF成立了確定性網(wǎng)絡(luò)(Detnet)工作組，與負(fù)責(zé)第2層操作的IEEE802.1時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）工作組合作，為第2層和第3層定義通用架構(gòu)，致力于在第2層橋接段和第3層路由段上建立確定性數(shù)據(jù)路徑。這些路徑可以提供延遲、丟包和數(shù)據(jù)包延遲變化（抖動(dòng)）以及高可靠性的界限?？梢哉J(rèn)為DetNet是廣義的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。目前IETFDetNet工作組已經(jīng)完成整體架構(gòu)、數(shù)據(jù)平面說(shuō)明、數(shù)據(jù)流信息模型以及YANG模型等交付成果。產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀近年來(lái)，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)作為新一代以太網(wǎng)技術(shù)，因其符合標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)架構(gòu)，具有精準(zhǔn)的流量調(diào)度能力，可以保證多種業(yè)務(wù)流量的共網(wǎng)高質(zhì)量傳輸，兼具技術(shù)及成本優(yōu)勢(shì)，得以在音視頻傳輸、工業(yè)、移動(dòng)承載、車載網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)領(lǐng)域成為網(wǎng)絡(luò)承載技術(shù)的重要演進(jìn)方向之一，從而得到產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基于IEEE802.1協(xié)議實(shí)現(xiàn)，推動(dòng)供應(yīng)商開(kāi)發(fā)遵從時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，可按需為需求側(cè)提供更為靈活、可靠的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)解決方案。這意味著產(chǎn)業(yè)界各類企業(yè)或機(jī)構(gòu)有機(jī)會(huì)參與到相關(guān)技術(shù)研究中，基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行技術(shù)實(shí)施，并提供更為廣泛的產(chǎn)品來(lái)支持時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)，從而建立起時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)生態(tài)。目前，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為包括芯片廠商、通信設(shè)備廠商、自動(dòng)化廠商、相關(guān)行業(yè)組織以及各類研究機(jī)構(gòu)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)組成環(huán)節(jié)關(guān)注的熱點(diǎn)。如圖2所示：自動(dòng)化廠商SIEMENS』ftMkwrtHMm&^S±；KUKA通信設(shè)苗廠商'自動(dòng)化廠商SIEMENS』ftMkwrtHMm&^S±；KUKA通信設(shè)苗廠商'MOXA飆'LlNih參CISCOHfcWK￡HH3COspirenlixiarv口kla芯片廠商N(yùn)MP婦喘5OBflWKCN行仙織F嚴(yán)創(chuàng)］ESH圖2時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀示意行業(yè)組織方面：除了工業(yè)以太網(wǎng)相關(guān)協(xié)會(huì)組織（如EtherCAT、CC_Link、Profinet等），都開(kāi)始致力于開(kāi)展描述現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)融合部署的模型的研究工作；產(chǎn)業(yè)內(nèi)眾多獨(dú)立第三方組織也開(kāi)始積極組織參與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試床建設(shè)、產(chǎn)品測(cè)試認(rèn)證以及方案孵化推廣等各項(xiàng)工作。a）AVNU組織為T(mén)SN網(wǎng)元提供時(shí)間精確性和低延遲特性提供認(rèn)證服務(wù)，以保證其合規(guī)性和互操作性要求。該項(xiàng)工作目前已經(jīng)完成了運(yùn)營(yíng)理念的論證，并已經(jīng)在2017年開(kāi)始了設(shè)備的相關(guān)認(rèn)證工作；b）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）整合了相關(guān)組織和技術(shù)資源，為組織成員提供測(cè)試平臺(tái)并致力推進(jìn)TSN標(biāo)準(zhǔn)在各垂直行業(yè)的應(yīng)用；c）LNI4.0也以每季度一次的頻度定期組織進(jìn)行TSN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的對(duì)接實(shí)驗(yàn)；d）為了推進(jìn)OPC-UA與TSN的發(fā)展，由B&R和TTTech公司于2016年組織以多家公司自發(fā)聯(lián)合形成了“塑造者”陣營(yíng)（ShaperGroup）。2018年，Rockwell自動(dòng)化加入該集團(tuán)，帶來(lái)了其在北美市場(chǎng)的影響力。Shapers積極推動(dòng)形成以O(shè)PCUA和TSN為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)“傳感器，執(zhí)行器，控制器和云之間的開(kāi)放，統(tǒng)一，基于標(biāo)準(zhǔn)的IIoT通信解決方案，滿足工業(yè)自動(dòng)化的所有要求”。自動(dòng)化廠商方面：2016-2017年，TSN應(yīng)用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的核心功能逐步完善。隨后，多家自動(dòng)化廠商宣布了對(duì)OPC-UA與TSN的支持，并加入相關(guān)國(guó)際組織，包括ABB、貝加萊、BoschRexroth、GE、NI等。自2017年下半年起，截止到2019年連續(xù)三屆的德國(guó)紐倫堡工業(yè)自動(dòng)化展覽會(huì)(SPSIPCDrive)和漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，相關(guān)廠商開(kāi)始就其產(chǎn)品在TSN技術(shù)上的進(jìn)展發(fā)表聲明，或直接演示測(cè)試床并發(fā)布TSN相關(guān)產(chǎn)品和解決方案。2017年以德國(guó)倍福為代表的EtherCAT組織發(fā)表了關(guān)于TSN技術(shù)的白皮書(shū)，2017年11月Beckhoff發(fā)布了其首款TSN橋接通訊模塊EK1000；2017年5月NI發(fā)布了多款集成TSN技術(shù)的控制器，如：CompactDAQ、CompactRIO等；2017年以西門(mén)子為代表的PI組織宣布將會(huì)在新的ProfiNet協(xié)議中使用TSN技術(shù)，2018年12月，西門(mén)子正式宣布支持OPC-UA和TSN這對(duì)組合，TSN與西門(mén)子的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議Profinet在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行集成，并發(fā)布了第一批TSN技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品，包括具有TSN功能的網(wǎng)絡(luò)組件、通信處理器、軟件和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。并計(jì)劃在2019年中發(fā)布該協(xié)議或相關(guān)產(chǎn)品。SERCOS則在SPSIPCDrive上展示了由TSN交換機(jī)橋接組成的Rexroth運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；e）以三菱為代表的CC-LinkIE在2019年漢諾威展上演示了CC-LinkIEoverTSN的方案，其中使用了支持TSN功能的CC-LinkIE的Controller和IO。f）羅克韋爾最新加入其中，計(jì)劃將工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議EtherNet/IP與TSN在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的第二層進(jìn)行集成。通信設(shè)備廠商方面：2017年起包括華為、思科、MOXA、新華三在內(nèi)的多家通信設(shè)備廠商已經(jīng)研發(fā)出或正在研發(fā)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)以及通訊模塊，相關(guān)進(jìn)展包括：a）華為在2018、2019年漢諾威展上展示了OPC-UATSN測(cè)試床，并在其中提供了TSN交換機(jī)。b）思科在2018、2019年漢諾威展上展示了TSN測(cè)試床以及支持TSN的IE4000系列交換機(jī)。c）Moxa在2018年的德國(guó)SPS中展示了TSN測(cè)試床，同年的IIC聯(lián)合測(cè)試床中展示MoxaTSN交換機(jī)。d）新華三在2019年4月“領(lǐng)航者峰會(huì)”發(fā)布了TSN交換機(jī)產(chǎn)品，計(jì)劃在2020年完成TSN交換機(jī)產(chǎn)品專業(yè)機(jī)構(gòu)評(píng)測(cè)并實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)。芯片廠商方面：作為產(chǎn)業(yè)上游的芯片廠商對(duì)于時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)芯片的研發(fā)進(jìn)展也不容小覷，支持時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的通信芯片不斷面世：a）BROADCOM已發(fā)布BCM53570、BCM53112、BCM53162等不同規(guī)格的用于交換機(jī)的TSN芯片，以及用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的BCM53154TSN芯片。b）MARVELL已發(fā)布88E6390X、88Q5050用于交換機(jī)的TSN芯片，其中后者主要對(duì)標(biāo)車載網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。c）NXP已發(fā)布SJA1105、SJA1105TELTSN芯片，主要用于車載網(wǎng)關(guān)、車載ECU。恩智浦的LS1021A時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN平臺(tái)、d）ADI正在研發(fā)的千兆TSN芯片也將于近期發(fā)布，目標(biāo)定位海量的TSN網(wǎng)橋轉(zhuǎn)換模塊市場(chǎng)。fido5000實(shí)時(shí)以太網(wǎng)多協(xié)議芯片、e）德州儀器（TI）推出的多協(xié)議千兆位時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)處理器系列產(chǎn)品f）此外，SoCe、Xilinx等公司也已公開(kāi)宣稱可以提供TSN相關(guān)的芯片IPcore。三）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢(shì)互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)具有開(kāi)放性好、互操作性好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但盡力而為的調(diào)度方式導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能往往能不能滿足工業(yè)業(yè)務(wù)的承載要求，存在確定性方面的問(wèn)題；而工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通常通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行專門(mén)定制化開(kāi)發(fā)來(lái)解決確定性問(wèn)題，但協(xié)議之間通常彼此封閉，且往往需要專用硬件的支持，造成了不同協(xié)議無(wú)法互通、只能專網(wǎng)專用、可擴(kuò)展性差、成本高等問(wèn)題，增加了網(wǎng)絡(luò)部署的復(fù)雜性。如圖3所示：Traditional(BestEffort)EthernetOpennessandinteroperabilityTraditional(BestEffort)EthernetOpennessandinteroperabilityDoesnotboundlatencyDoesnotguarariteebandwidthTunedforlatencyandcontrolCannot''sharethewire^?Cannotscale（limiitpdto10DMh/s|ProprietaryHW/SWincreasesco&tSessian,Presentation.Application(Layers5-7|TCP/UDP{Laver4?IP(Uyar3}SeESjariFPresenlaUon,AppHcation(Layera5-7)TCP/UDP{Laver4?IP(Uyar3}rCP/LIDPIP|L呻3)W亡{Ldyer2]卩hvEical九刖er1}NetworkInfrastructure(switchescabinsetc.]圖3傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)的比較時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)遵循標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議體系，天然具有更好的互聯(lián)互通優(yōu)勢(shì)，可以在提供確定性時(shí)延、帶寬保證等能力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的、開(kāi)放的二層轉(zhuǎn)發(fā)，提升了互操作性，同時(shí)降低了成本?？梢哉舷嗷ジ綦x的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)為原有的分層的工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)向融合的扁平化的架構(gòu)演進(jìn)提供了技術(shù)支撐。全業(yè)務(wù)高質(zhì)量承載工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，工業(yè)數(shù)據(jù)作為核心要素的流傳范圍不再局限于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，需要進(jìn)一步向工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)傳遞，此外工業(yè)數(shù)據(jù)的類型也呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)，逐步演變?yōu)榘ㄒ曨l數(shù)據(jù)、海量運(yùn)維數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制信號(hào)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)類型。需要網(wǎng)絡(luò)支持不同類型的業(yè)務(wù)流在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)混合承載。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)體系中提出了包括時(shí)間片調(diào)度、搶占、流監(jiān)控及過(guò)濾等一系列流量調(diào)度特性，支撐二層網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)面不同等級(jí)的業(yè)務(wù)流提供差異化承載服務(wù)，進(jìn)而使能各類工業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在工業(yè)設(shè)備到工業(yè)云之間的傳輸和流轉(zhuǎn)的能力。智慧運(yùn)維時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)的互操作架構(gòu)遵循SDN體系架構(gòu)，可以基于SDN架構(gòu)實(shí)現(xiàn)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的靈活配置、監(jiān)控、管理及按需調(diào)優(yōu)，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)智慧運(yùn)維的目標(biāo)。TSN系列標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)定義或正在新定義或改進(jìn)的控制面相關(guān)的協(xié)議，將會(huì)大大增強(qiáng)二層網(wǎng)絡(luò)的配置、動(dòng)態(tài)配置與管理的能力，為整個(gè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的靈活性配置提供了支撐。四）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)力在工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)角色主要可以分為三大類：工業(yè)廠商（operator）、設(shè)備制造商（vendor）、集成商（integrator）。工業(yè)廠商為了制造某個(gè)產(chǎn)品，需要建工廠、運(yùn)營(yíng)工廠，這個(gè)過(guò)程中需要從設(shè)備制造商那里采購(gòu)各種工業(yè)設(shè)備，再在集成商的幫助下完成生產(chǎn)線及經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)的搭建。這三類產(chǎn)業(yè)角色都有推動(dòng)TSN進(jìn)入工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行應(yīng)用的訴求。工業(yè)廠商作為需求側(cè)期望通過(guò)對(duì)工廠的網(wǎng)絡(luò)化升級(jí)改造，提升工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)效率，并兼顧成本因素。因此其對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的主要訴求主要三點(diǎn)：第一是要滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代智能生產(chǎn)、智能管理及智能運(yùn)營(yíng)等各類業(yè)務(wù)流量的高質(zhì)量共網(wǎng)傳輸需求，保證產(chǎn)線之間、產(chǎn)線與管理系統(tǒng)、管理系統(tǒng)與運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)的可靠流轉(zhuǎn)，為工業(yè)企業(yè)從數(shù)字化到信息化邁向智能化提供網(wǎng)絡(luò)保證。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)就是通過(guò)時(shí)間同步和精準(zhǔn)調(diào)度在滿足各類業(yè)務(wù)流量各自網(wǎng)絡(luò)KPI（帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)、丟包）要求前提下，實(shí)現(xiàn)共網(wǎng)共路傳輸。第二是要滿足開(kāi)放兼容的技術(shù)特點(diǎn)，之前的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議相對(duì)封閉，而工業(yè)企業(yè)在若干年的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)不同時(shí)期采購(gòu)的工業(yè)設(shè)備之間的通信協(xié)議無(wú)法兼容的問(wèn)題，無(wú)法滿足存量設(shè)備之間，新設(shè)備與存量設(shè)備之間的信息互通及功能協(xié)同的需求，而時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（TSN）依托標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)體系架構(gòu)，具備兼容和開(kāi)放的技術(shù)屬性。第三是降低工業(yè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)部署成本，隨著工業(yè)企業(yè)數(shù)字化、信息化、智能化的不斷升級(jí)，海量設(shè)備聯(lián)網(wǎng)成為基本要求，之前各家工業(yè)以太網(wǎng)生態(tài)圈相對(duì)封閉，導(dǎo)致部署成本昂貴。而時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)的出現(xiàn)將從技術(shù)上打破這種封閉，進(jìn)而引導(dǎo)市場(chǎng)在開(kāi)放的技術(shù)架構(gòu)上進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，逐步降低工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的部署及運(yùn)維成本。設(shè)備制造商作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)備的供應(yīng)側(cè)，重點(diǎn)關(guān)注通過(guò)新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的需求場(chǎng)景中的落地，保持技術(shù)的先進(jìn)性和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（TSN）是一種新的技術(shù)架構(gòu)，無(wú)論是在轉(zhuǎn)發(fā)層面還是在管理層面的技術(shù)都融合了最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)思想，具有可演進(jìn)、可拓展的體系架構(gòu)。工業(yè)集成商作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案提供方，重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)業(yè)技術(shù)生態(tài)的構(gòu)建以及基于解決方案對(duì)于先進(jìn)方案的融合應(yīng)用。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)特點(diǎn)決定了其與OPCUA、邊緣計(jì)算以及5G等先進(jìn)技術(shù)相互融合，彼此支撐將形成更為強(qiáng)大的方案體系，助力形成網(wǎng)絡(luò)對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的強(qiáng)力支撐作用。二、技術(shù)體系（一）標(biāo)準(zhǔn)體系時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)主要在時(shí)間同步、流量調(diào)度以及互操作三個(gè)方面對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)，包括利用gPTP技術(shù)提升時(shí)間同步機(jī)制的性能，利用時(shí)間分片、搶占、流過(guò)濾等技術(shù)擴(kuò)展流量調(diào)度手段，以及利用路徑控制、冗余備份以及YANG模型等技術(shù)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的互操作功能。目前標(biāo)準(zhǔn)的制定主要集中在基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)以及結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)細(xì)化和升級(jí)兩個(gè)方面：基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)：時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)為以太網(wǎng)協(xié)議的MAC層提供了一套通用的時(shí)間敏感機(jī)制，在確保以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊的時(shí)間確定性的同時(shí)，為不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互操作提供了可能。IEEE802.1TSN工作組目前已經(jīng)完成基礎(chǔ)共性協(xié)議的制定和發(fā)布，主要特性集中在時(shí)間同步、流量調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)管理以及安全可靠三大類，表2IEEE8021ABTSNTaskGap部分已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)列表特性標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)標(biāo)題狀態(tài)時(shí)間同步lEEEStd802.1AS-2011TimingandSynchronization時(shí)間敏感應(yīng)用的時(shí)間同步2017年6月12日發(fā)布流量調(diào)度lEEEStd802.1Qbu-2016FramePreemption.幀搶占2016年8月30日發(fā)布lEEEStd802.1Qbv-2015EnhancementsforScheduledTraffic.調(diào)度流量的增強(qiáng)功能2016年3月18日發(fā)布lEEEStd802.1Qca-2015PathControlandReservation2016年3月11

路徑控制和預(yù)留日發(fā)布lEEEStd802.1Qch-2017CyclicQueuingandForwarding周期隊(duì)列及轉(zhuǎn)發(fā)2017年6月28日發(fā)布lEEEStd802.1Qci-2017Per-StreamFilteringandPolicing.流量過(guò)濾及監(jiān)管2017年9月28日發(fā)布互操作及安全可靠lEEEStd802.1Qcc-2018StreamReservationProtocol(SRP)EnhancementsandPerformanceImprovements帶寬預(yù)留2017年10月31日發(fā)布lEEEStd802.1Qcp-2018YANGDataModel.數(shù)據(jù)模型2018年9月14日發(fā)布lEEEStd802.1CB-2017SeamlessRedundancy無(wú)縫冗余2017年9月28日發(fā)布lEEEStd802.1AB-2016:StationandMediaAccessControlConnectivityDiscovery(specifiestheLinkLayerDiscoveryProtocol(LLDP))路徑發(fā)現(xiàn)2016年3月11日發(fā)布IEEEStd802.1AX-2014:LinkAggregation鏈路聚合2014年12月24日發(fā)布技術(shù)升級(jí)：在基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)逐步成熟的情況下，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織都積極也開(kāi)始積極推進(jìn)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)在相關(guān)垂直領(lǐng)域的研究，并貼合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行技術(shù)細(xì)化及升級(jí)。目前IEEE802.1一方面聚焦時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景的研究項(xiàng)目在工業(yè)控制、車載以太網(wǎng)、移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域成立時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)研究小組，如下表所示表3IEEE8021TSNTaskGoup部分垂直行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)列表編號(hào)名稱IEEEStd802.1BA-2011:音視頻橋接系統(tǒng)AudioVideoBridging(AVB)SystemslEEEStd802.1CM-2018時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)Time-SensitiveNetworkingforFronthaulIEC/IEEE60802工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)概述AutomationTSNProfileforIndustrial

P802.1DF服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)P802.1DF服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)TSNProfileforServiceProviderNetworksP802.1DG車載時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)TSNProfileforAutomotiveIn-VehicleEthernetCommunications并標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行增補(bǔ)或者修訂,目前在研的項(xiàng)目包括：表4IEEE802.1正在進(jìn)行的研究項(xiàng)目P802.1AS-RevTimingandSynchronizationforTime-SensitiveApplications修訂(Revision)P802.1AX-RevLinkAggregationRevision修訂(Revision)P802.1QcjAutomaticAttachmenttoProviderBackboneBridging(PBB)services完善?？?amendmentIEEE802.1Q)P802.1QcrBridgesandBridgedNetworksAmendment:AsynchronousTrafficShaping完善?？?amendmentIEEE802.1Q)P802.1QcwYANGDataModelsforScheduledTraffic,FramePreemption,andPer-StreamFilteringandPolicing完善?？?amendmentIEEE802.1Q)P802.1QcxYANGDataModelforConnectivityFaultManagement完善?？?amendmentIEEE802.1Q)P802.1QczCongestionIsolation完善?？?amendmentIEEE802.1Q)P802.1QddResourceAllocationProtocol完善兀口(amendmentIEEE802.1Q)P802.1QdjConfigurationEnhancementsforTSN完善?？?amendmentIEEE802.1Q)P802.1ABcuLLDPYANGDataModel完善兀口(amendmentIEEE802.1AB)P802.1AbdhSupportforMultiframeProtocolDataUnits完善?？?amendmentIEEE802.1AB)P802.1CSLink-localRegistrationProtocol新增P802.1CQMulticastandLocalAddressAssignment新增P802.1DCQualityofServiceProvisionbyNetworkSystems新增同時(shí)，][ETF的Detnet工作組與IEEE802.1時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)任務(wù)組開(kāi)展合作，將時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)特性向網(wǎng)絡(luò)層擴(kuò)展，

為第2層和第3層定義通用的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。相比IEEE802.1

TSN任務(wù)組關(guān)注具體技術(shù)及其算法，IETF更關(guān)注DetNet的整體架構(gòu)、數(shù)據(jù)平面規(guī)范、數(shù)據(jù)流量信息模型、YANG模型。Detnet工作組已經(jīng)發(fā)布和在研的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目如下表：表5IETF已經(jīng)發(fā)布的DetNet相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)標(biāo)題狀態(tài)RFC8557DeterministicNetworkingProblemStatement2019年5月發(fā)布RFC8578DeterministicNetworkingUseCases2019年5月發(fā)布RFC8655DeterministicNetworkingArchitecture2019年10月發(fā)布draft-ietf-detnet-bounded-latency-01DetNetBoundedLatency草案draft-ietf-detnet-data-plane-framework-03DetNetFlowInformationModel草案draft-ietf-detnet-ip-04DetNetDataPlane:IP草案draft-ietf-detnet-mpls-04DetNetDataPlane:MPLS草案draft-ietf-detnet-ip-over-mpls-04DetNetDataPlane:IPoverMPLS草案draft-ietf-detnet-mpls-over-udp-ip-04DetNetDataPlane:MPLSoverUDP/IP草案draft-ietf-detnet-ip-over-tsn-01DetNetDataPlane:IPoverIEEE802.1TimeSensitiveNetworking(TSN)草案draft-ietf-detnet-mpls-over-tsn-01DetNetDataPlane:MPLSoverIEEE802.1TimeSensitiveNetworking(TSN)草案draft-ietf-detnet-tsn-vpn-over-mpls-01DetNetDataPlane:IEEE802.1TimeSensitiveNetworkingoverMPLS草案draft-ietf-detnet-security-06DeterministicNetworking(DetNet)SecurityConsiderations草案draft-ietf-detnet-yang-04DeterministicNetworking(DetNet)ConfigurationYANGModel草案二）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的位置□:Kiri■口hrIT應(yīng)皓Cpnfrwlcr□:Kiri■口hrIT應(yīng)皓CpnfrwlcrDT網(wǎng)堵矽一卜ifiabat閃寸T汕器Cvrrfrw^ci圖4時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中位置示意當(dāng)前，工業(yè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是分層實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的設(shè)備互聯(lián)和數(shù)據(jù)互通需求滿足度不高。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)需要同時(shí)具備實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)中各業(yè)務(wù)單元的互通和打通從現(xiàn)場(chǎng)控制到云端的數(shù)據(jù)通路的能力。如果將傳統(tǒng)意義上的二層TSN網(wǎng)絡(luò)和三層Detnet網(wǎng)絡(luò)看作是廣義的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)，那么其在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用范圍，主要可以包括圖中所示的7個(gè)位置：將TSN網(wǎng)絡(luò)部署于控制器到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間，實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的高質(zhì)量確定性時(shí)延傳輸；將TSN網(wǎng)絡(luò)部署于控制器之間，實(shí)現(xiàn)協(xié)同信號(hào)的高精度同步傳輸；將TSN網(wǎng)絡(luò)部署于控制器與監(jiān)控設(shè)備（SCADA）或者HMI之間，實(shí)現(xiàn)維護(hù)數(shù)據(jù)的高質(zhì)量傳輸；將TSN網(wǎng)絡(luò)部署于IT網(wǎng)絡(luò)與0T網(wǎng)絡(luò)之間，助力實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)向信息系統(tǒng)的上傳以及控制管理信息向生產(chǎn)設(shè)備的下發(fā)；將TSN網(wǎng)絡(luò)部署于移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)，為射頻單元（RRU）與基帶處理單元（BBU）之間的確定性傳輸提供網(wǎng)絡(luò)支撐，將Detnet網(wǎng)絡(luò)部署于IT網(wǎng)絡(luò)與云平臺(tái)之間，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部IT網(wǎng)絡(luò)與私有云平臺(tái)業(yè)務(wù)的確定性時(shí)延承載；將Detnet網(wǎng)絡(luò)部署于企業(yè)外網(wǎng)中，在企業(yè)分支之間，企業(yè)與數(shù)據(jù)中心，工業(yè)企業(yè)與上下游企業(yè)之間建立全業(yè)務(wù)共網(wǎng)承載的管道，實(shí)現(xiàn)按業(yè)務(wù)要求調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源。可以看出，將時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)可以做為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的核心，連接存量的傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)線、接入采集海量工業(yè)數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)、支撐高精度、遠(yuǎn)程控制的信號(hào)承載，實(shí)現(xiàn)各類型工業(yè)業(yè)務(wù)的共網(wǎng)絡(luò)承載，并按需保證傳輸質(zhì)量。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，業(yè)務(wù)流量模型相比傳統(tǒng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的流量更為復(fù)雜，即從單一的產(chǎn)線內(nèi)部的控制流量，轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)線內(nèi)部、產(chǎn)線之間、控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)之間的多種業(yè)務(wù)流量類型并存，滿足向智能化演進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的功能架構(gòu)呼之欲出。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的功能架構(gòu)應(yīng)該遵循SDN技術(shù)思路，并遵照當(dāng)前的協(xié)議要求（IEEEstd802.1Qcc）,包含控制管理單元（CNC、CUC）,傳輸單元（網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)），應(yīng)用單元（工業(yè)端設(shè)備、基站等）三種功能單元。圖5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)管理單元中CUC負(fù)責(zé)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求的翻譯及網(wǎng)絡(luò)信息和設(shè)備配置的域間協(xié)同，CNC在同一個(gè)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控管理、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、流量監(jiān)控及調(diào)優(yōu)，業(yè)務(wù)建模及調(diào)度模型下發(fā)等功能。傳輸單元除了支持時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)相關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)特性，還支持相關(guān)在線測(cè)量協(xié)議，實(shí)時(shí)將相關(guān)狀態(tài)上送給管理單元，以便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的全網(wǎng)監(jiān)控，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求和狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整相關(guān)配置。應(yīng)用單元?jiǎng)t需要具備接入時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的能力，支持在線測(cè)量及運(yùn)行維護(hù)相關(guān)協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)調(diào)優(yōu)。（三）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵特性1.時(shí)間同步時(shí)間同步特性是時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)特性，不僅因?yàn)槠涫潜姸喙I(yè)應(yīng)用的自然需求，還因?yàn)闀r(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的流量調(diào)度特性需要依賴貫穿整個(gè)以太網(wǎng)的時(shí)間同步來(lái)保證性能；時(shí)間同步的誤差可能帶來(lái)流量調(diào)度效果劣化甚至失效。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)推薦采用IEEE802.1as定義的gPTP機(jī)制實(shí)現(xiàn)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步，相比EEE1588v2定義的PTP協(xié)議，gPTP具有更快度的啟動(dòng)能力，可以在幾秒鐘內(nèi)鎖定并進(jìn)行精準(zhǔn)時(shí)間，同時(shí)由于實(shí)現(xiàn)了同步機(jī)制的簡(jiǎn)化和優(yōu)化，并可以利用含有低成本晶振的網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)。gPTP系統(tǒng)使用邏輯同步（頻率對(duì)齊）技術(shù)，而非其他PTP系統(tǒng)中的物理同步技術(shù)，同時(shí)結(jié)合通道和設(shè)備延遲的實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間對(duì)齊（同步）。2.流量調(diào)度時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)在做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，針對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)應(yīng)用隊(duì)列調(diào)度進(jìn)行承載質(zhì)量差異化保證，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下需要對(duì)各類工業(yè)應(yīng)用涉及的業(yè)務(wù)流特性進(jìn)行定義建模，作為制定調(diào)度機(jī)制與優(yōu)先級(jí)的依據(jù)。目前，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的流量類型眾多，并沒(méi)有統(tǒng)一的分類方法。圖6為一種分類方法的示例：T”TypiicillporicdSynchron-izedtonetworkD-atadrliiierygnarantpoToleran匚eto[nterference"SMEDMuULIg」u-QLTypicilaipplcationdata<tineCriticalityIsochronOLisPsriodit<2ffl5YesDeadirt0NoneHxed:3D-100B/tssHighneriQCkidiomsNDLatenoflatency1-4FramesFixed:53-1?QQ0yie$UghEvantiSpondicn.a.NoLatencyn.a_YesVariable:100-150#Bytes啣hNetworkCcmrolPeriodic5<1T5-15NqBandwidthYesTfeV^riaole：50*5006/teshighConfig￡lDiagnosticsSpondKn.a.NaBandwidth血?Vanule:$00-1505bytesMtdiiuniBestEffortSporadicn.a.NdNonen.a.istriable:90-LSOOBytesLOWVideoPtricidicFrurneHaleNoLjt已呵n.i_VttMt：lMC-lSMBfteS3Audo/Voic*P^-iddicSamplingMsLMm邙n.a_tangle：iooo-isna/t?s0訓(xùn)圖6工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中的典型流量以同步實(shí)時(shí)流(Isochronousreal-timetraffic)為例,此類流量常用于運(yùn)動(dòng)控制(Motioncontrol),對(duì)時(shí)延的要求最高。其特點(diǎn)包括：周期性發(fā)包，一般其周期小于2ms；每周期內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度相對(duì)穩(wěn)定,一般不超過(guò)100Bytes；端到端傳輸具有deadline要求,即數(shù)據(jù)需要在一個(gè)特定的絕對(duì)時(shí)間之前抵達(dá)對(duì)端總體上,時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的流量調(diào)度可分為兩大類方案：一是基于時(shí)隙化調(diào)度的方案,一是基于QoS的調(diào)度方案。前者需要全網(wǎng)進(jìn)行時(shí)間同步。TSN的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)可以為時(shí)間敏感的業(yè)務(wù)流的傳輸提供有界時(shí)延,亦即時(shí)延上界。網(wǎng)絡(luò)管理IEEE802.1Qcc中定義的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的配置模型分為全集中式配置模型、混合式配置模型以及全分布式配置模型三種：全集中式配置模型使用集中式網(wǎng)絡(luò)配置控制器(CNC,CentralizedNetworkConfigurationcontroller)與集中式用戶配置控制器(CUC，CentralizedUserConfigurationcontroller)。混合式配置模型使用集中式網(wǎng)絡(luò)配置控制器(CNC,CentralizedNetworkConfigurationcontroller）與分布式用戶配置控制器（CUC，CentralizedUserConfigurationcontroller）。全分布式配置模型使用分布式網(wǎng)絡(luò)配置控制器(CNC，CentralizedNetworkConfigurationcontroller)與分布式用戶配置控制器(CUC，CentralizedUserConfigurationcontroller)?？紤]在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下的部署架構(gòu)需要融合SDN體系結(jié)構(gòu)，建議選擇采用CNC集中控制模型，如圖7所示：*冃戶網(wǎng)洛援匚用戶奩置——**冃戶網(wǎng)洛援匚用戶奩置——*散據(jù)面業(yè)務(wù)廬CNC*BridgeBridgeTalker*Listener圖8TSN集中式配置模型圖中Talker、Listener分別是數(shù)據(jù)流的發(fā)送方和接收方，即工業(yè)設(shè)備或者應(yīng)用系統(tǒng)；Bridge可以是不同形態(tài)的二層橋接設(shè)備，如工業(yè)交換機(jī)、具有二層交換網(wǎng)口的工業(yè)設(shè)備；集中式網(wǎng)絡(luò)配置控制器(CNC)與集中式用戶配置控制器(CUC)可作為軟件功能模塊融合部署于專用服務(wù)器上，也可以采用嵌入式系統(tǒng)部署于時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)其他設(shè)備上。集中式配置模型的控制面工作流程如下：新增數(shù)據(jù)流時(shí)，CUC代表Talker、Listener將用戶需求信息告知CNC，即圖7中黑色實(shí)線（代表用戶網(wǎng)絡(luò)接口）；CNC根據(jù)獲得的信息，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，并將得到的網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)下分別下發(fā)給網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)的各個(gè)Bridge，即圖7中紅色實(shí)線（代表網(wǎng)絡(luò)配置》Bridge根據(jù)收到的配置信息，即P可在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀時(shí)使用相應(yīng)的策略。圖7中的灰色虛線代表CUC收集用戶信息、接收用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的資源申請(qǐng)，并對(duì)用戶進(jìn)行配置的過(guò)程，一般認(rèn)為該過(guò)程不屬于TSN技術(shù)的范疇。集中式配置模型和混合式配置模型的主要差異在于用戶網(wǎng)絡(luò)接口不同，以及該接口的用戶側(cè)是CUC還是Talker/Listener。三、與其他新技術(shù)的融合創(chuàng)新（一）TSN+OPCUA目前業(yè)內(nèi)有呼聲希望自動(dòng)化模型向“自主型金字塔”模型演進(jìn)，如圖圖9TSN集中式配置模型其描述的工業(yè)自動(dòng)化將是一個(gè)無(wú)縫連接的完整系統(tǒng)，并具有如下趨勢(shì)：1）小型、靜態(tài)和獨(dú)立的控制環(huán)路發(fā)展為大型、動(dòng)態(tài)和開(kāi)放的控制環(huán)路通訊，即“信息物理系統(tǒng)”（CPS），實(shí)現(xiàn)軟件和實(shí)體組件深度融合。2）曾經(jīng)閉環(huán)于單一自動(dòng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)將可以在同一基礎(chǔ)平臺(tái)上互相通訊，從而產(chǎn)生新的雙向數(shù)據(jù)通訊流，實(shí)現(xiàn)智能溝通。3）所有商業(yè)資產(chǎn)，包括設(shè)備、材料和工作人員，均在

統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施中智能互聯(lián)，在“正確的時(shí)間點(diǎn)”，通過(guò)端到端的“自主”通訊、合作、反應(yīng)、匹配和優(yōu)化，滿足客戶的多樣化需求?？梢钥闯?，未來(lái)工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)將基于標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)和可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，并致力于融合信息和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不斷滿足升級(jí)高可用性和實(shí)時(shí)通訊的需求，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)成本和收益最佳平衡的基礎(chǔ)上，支持新產(chǎn)品和創(chuàng)新解決方案的研發(fā)。更確切地說(shuō)，未來(lái)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施要具備確定性通訊能力，保證性能和服務(wù)質(zhì)量與導(dǎo)致當(dāng)前自動(dòng)化孤島現(xiàn)象的專有協(xié)議水平相當(dāng)，甚至優(yōu)于專有協(xié)議。令人欣喜的是，標(biāo)準(zhǔn)組織和獨(dú)立供應(yīng)商均已認(rèn)識(shí)到工業(yè)4.0的潛在益處，正攜手為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)全新的統(tǒng)一基礎(chǔ)一一TSN+OPCUA。網(wǎng)絡(luò)層物理層TCP/IP大備為專有g(shù)jl1jl■.?■.■?■.?.&&■*■■??&a物理屈優(yōu)￡以皮網(wǎng)僅網(wǎng)絡(luò)層物理層TCP/IP大備為專有g(shù)jl1jl■.?■.■?■.?.&&■*■■??&a物理屈優(yōu)￡以皮網(wǎng)僅100Mtps數(shù)據(jù)鏈踣層應(yīng)用層VcdbcsFROrihElPscrtXMP叩匚RL1NKE^heiCAT圖10TSN+OPCUA協(xié)議層對(duì)應(yīng)示意TSN+OPCUA組合提供了一個(gè)實(shí)時(shí)、高確定性并真正獨(dú)立于設(shè)備廠商的通信網(wǎng)絡(luò)，前者基于以太網(wǎng)提供了一套數(shù)據(jù)鏈路層層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，解決的是網(wǎng)絡(luò)通訊中數(shù)據(jù)傳輸及獲取的可靠性和確定性的問(wèn)題；后者則提供一套通用的數(shù)據(jù)解析機(jī)制，解決系統(tǒng)互操作的復(fù)雜性問(wèn)題。在工廠數(shù)據(jù)采集、傳輸與生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，都會(huì)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器狀態(tài)、生產(chǎn)能耗、質(zhì)量相關(guān)、生產(chǎn)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集，TSN+OPCUA在整體上使得在工廠的各個(gè)環(huán)節(jié)的橫向與縱向數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了透明交互，并且配置效率更高，程序與應(yīng)用模塊化更強(qiáng)。（二）TSN+邊緣計(jì)算在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，工業(yè)視覺(jué)、遠(yuǎn)程控制、機(jī)器協(xié)同等工業(yè)應(yīng)用，需要將建模以及模型訓(xùn)練的高速海量計(jì)算過(guò)程保留在云端，將模型匹配、數(shù)據(jù)預(yù)處理，策略生成等過(guò)程放在邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，借助“云邊端”協(xié)同，同時(shí)兼顧業(yè)務(wù)體驗(yàn)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的邊緣計(jì)算通常部署工業(yè)設(shè)備或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足工業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求，即通過(guò)基礎(chǔ)的連接、數(shù)據(jù)的傳輸存儲(chǔ)、分析與優(yōu)化，從而進(jìn)行制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的規(guī)劃以及策略性問(wèn)題的全局處理，達(dá)到提高生產(chǎn)制程的效率、降低運(yùn)營(yíng)成本、提升產(chǎn)品品質(zhì)的目的。邊緣計(jì)算所處的網(wǎng)絡(luò)位置決定了其所聯(lián)接物理對(duì)象和應(yīng)用場(chǎng)景都具有多樣性的特點(diǎn)，需要邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)具備豐富的異構(gòu)接入和靈活聯(lián)接的能力，需要充分借助包括時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的各類網(wǎng)絡(luò)先進(jìn)技術(shù)和研究成果，解決實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)傳輸和多業(yè)務(wù)共網(wǎng)傳輸?shù)膯?wèn)題?？梢酝ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備融合邊緣計(jì)算能力（如在網(wǎng)絡(luò)中部署具備TSN能力的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)設(shè)備或者部署具備邊緣計(jì)算能力的TSN設(shè)備），時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以為工業(yè)設(shè)備、傳感器到邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)、云端的連接構(gòu)建確定性、大帶寬的標(biāo)準(zhǔn)化算力網(wǎng)絡(luò)，為實(shí)現(xiàn)源協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同、智能協(xié)同、應(yīng)用管理協(xié)同、業(yè)務(wù)管理協(xié)同、服務(wù)協(xié)同提供網(wǎng)絡(luò)支撐，大大提升邊

緣計(jì)算業(yè)務(wù)性能并增加邊緣計(jì)算架構(gòu)部署的靈活性。HH~n疋X機(jī)雖人緣計(jì)算業(yè)務(wù)性能并增加邊緣計(jì)算架構(gòu)部署的靈活性。HH~n疋X機(jī)雖人傳礙主產(chǎn)韓邊靈計(jì)直節(jié)點(diǎn):L屋L"I時(shí)呵卿乘茶■J!壓力表霆厘測(cè)気圖11時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)支撐邊緣計(jì)算實(shí)時(shí)傳輸另一方面，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的智能運(yùn)維在一定程度上需要助力邊緣計(jì)算，企業(yè)在規(guī)模部署時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)后，往往需要網(wǎng)絡(luò)控制器具備實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)計(jì)算分析、網(wǎng)絡(luò)及流量模型建立和策略生成等能力，以保證相關(guān)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，故障恢復(fù)的實(shí)時(shí)性，又會(huì)促使部署邊緣計(jì)算以滿足智能化的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理的需要，通過(guò)在時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)部署方案中融合邊緣計(jì)算能力（如在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)部署具備邊緣計(jì)算能力的服務(wù)器或控制器），可以提升時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)CNC設(shè)備的能力性能。T|HME3T|HME3|■:1-屯塩云圖12邊緣計(jì)算支撐時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)智慧運(yùn)維可見(jiàn)，在以智能化為目標(biāo)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算作為基礎(chǔ)資源，邊緣計(jì)算和TSN的相互結(jié)合，在本質(zhì)上是相互依賴、相輔相承的，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算作為兩大基礎(chǔ)能力必將彼此支撐，相得益彰。（三）TSN+5G5G商用正處于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐漸興起的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，5G的大帶寬，千億級(jí)別設(shè)備的接入能力，以及工業(yè)級(jí)可靠性和實(shí)時(shí)性都可以成為支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)順利實(shí)施的技術(shù)關(guān)鍵。無(wú)論是在智能工廠內(nèi)部的海量設(shè)備連接、定位，還是基于機(jī)器視覺(jué)的故障診斷，再到高精度的云化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，甚至是工程機(jī)械的遠(yuǎn)程控制，5G無(wú)疑都將成為支撐上述應(yīng)用場(chǎng)景最為關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是5G的典型應(yīng)用。圖9是3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織關(guān)于5G技術(shù)演進(jìn)及其應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)展的路線圖。目前商用的5G系統(tǒng)基于Rel-15版本，主要采用非獨(dú)立組網(wǎng)技術(shù)，而未來(lái)蛛el-16版本主要針對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、5G私有網(wǎng)絡(luò)以及車聯(lián)網(wǎng)C-V2X等擴(kuò)展的生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用，主要采用5GNR獨(dú)立組網(wǎng)技術(shù)。圖133GPP組織內(nèi)5G演進(jìn)路線與生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)展在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，uRLLc是5G最為關(guān)鍵的需求之一。按照3GPPR1622.261《Servicerequirementsforthe5Gsyste》m中描述，進(jìn)一步增強(qiáng)5G系統(tǒng)以支持工業(yè)場(chǎng)景下時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的要求，并預(yù)測(cè)在此場(chǎng)景下最嚴(yán)格的工業(yè)應(yīng)用可能需要網(wǎng)絡(luò)具備1毫秒時(shí)延，1微妙抖動(dòng)和99.9999的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量。而時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的技術(shù)機(jī)制正是決定了其可以提供高可靠確定有界低時(shí)延的傳送服務(wù)，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)與5G網(wǎng)絡(luò)融合部署將為構(gòu)建靈活、高效、柔性、可靠及安全的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。目前，如何在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)與TSN技術(shù)的融合部署是目前產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一。已經(jīng)有眾多研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展TSN與5G融合部署相關(guān)的研究工作，如高通公司研究組提出了面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的利用5G實(shí)現(xiàn)具備TSN特性橋接功能的思想和原型系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)與有線TSN網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。英特爾公司研究組闡述了將TSN技術(shù)能力應(yīng)用至無(wú)線網(wǎng)絡(luò)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，以及如何擴(kuò)展現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括WiFi與5G的可靠性與低時(shí)延能力的相關(guān)技術(shù)，并討論了無(wú)線TSN與有線TSN網(wǎng)絡(luò)融合面臨的挑戰(zhàn)。德國(guó)應(yīng)用科學(xué)大學(xué)聯(lián)合諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了融合5G與工業(yè)以太網(wǎng)的方案并對(duì)相應(yīng)的融合應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了分析，對(duì)融合網(wǎng)絡(luò)的配置管理技術(shù)進(jìn)行了討論。從業(yè)界的研究?jī)?nèi)容可以看出，目前時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)與5G融合部署的研究可分為5G網(wǎng)絡(luò)與TSN技術(shù)無(wú)縫拼接以及5G網(wǎng)絡(luò)與TSN深度集成兩個(gè)方向。一方面可以利用5G將工業(yè)設(shè)備以無(wú)線方式接入到有線網(wǎng)絡(luò)5G本身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)可以為T(mén)SN網(wǎng)絡(luò)提供不受電纜限制的、可靠的設(shè)備接入。TSN網(wǎng)塔5G承載網(wǎng)5G的設(shè)備接入。TSN網(wǎng)塔5G承載網(wǎng)5G核心網(wǎng):1話冋椿AAUDU/CU圖145G與TSN無(wú)縫拼接示意另一個(gè)方面，則要將TSN相關(guān)技術(shù)原理深度集成進(jìn)5G,致力于保證數(shù)據(jù)在5G網(wǎng)絡(luò)的端到端確定上限時(shí)延傳輸。目前3GPP已經(jīng)開(kāi)展與TSN相對(duì)應(yīng)的時(shí)間同步、流量調(diào)度等相關(guān)特性與5G空口、前傳網(wǎng)絡(luò)在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層映射的相關(guān)研究。目標(biāo)是通過(guò)對(duì)以太網(wǎng)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集成，進(jìn)一步增強(qiáng)5G的可靠性，實(shí)現(xiàn)更為靈活的上行鏈路流量調(diào)度和更為快速的高精度時(shí)間同步。T5NR^5巧承裁網(wǎng)5GT5NR^5巧承裁網(wǎng)5G核心網(wǎng)Detnet二追一站回傳EKVCU圖155G與TSN深度集成示意從當(dāng)前的研究進(jìn)展及成果分析可以看出TSN與5G融合具有如下技術(shù)挑戰(zhàn)需要應(yīng)對(duì)：第一，TSN與5G融合的時(shí)間同步機(jī)制存在挑戰(zhàn)，有線TSN與無(wú)線5G實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步是面向工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的關(guān)鍵能力需求之一。有線TSN采用gPTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，如何在5G網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)無(wú)線gPTP機(jī)制并與有線TSN實(shí)現(xiàn)聯(lián)合部署與協(xié)調(diào)同步是關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)之一。第二，TSN與5G融合的協(xié)同流量調(diào)度機(jī)制存在挑戰(zhàn)，5G技術(shù)面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，需要提供確定性低時(shí)延流調(diào)度能力，如有線TSN的802.1Qbv標(biāo)準(zhǔn)提供的流調(diào)度能力。如何在5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)類似于802.1Qbv的流調(diào)度能力，并與有線TSN技術(shù)實(shí)現(xiàn)流調(diào)度的協(xié)同機(jī)制成為關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)之一。第三，TSN與5G融合的高可靠橋接技術(shù)存在挑戰(zhàn)，5G技術(shù)是連接有線TSN網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)以太網(wǎng)或工業(yè)總線的候選技術(shù)之一。如何使5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)類似于TSN交換機(jī)的高可靠橋接功能是實(shí)現(xiàn)TSN與5G融合的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)之一。因此，TSN與5G融合不可能一蹴而就，將會(huì)隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破以及應(yīng)用場(chǎng)景的需求變化而不斷向前演進(jìn)，為未來(lái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的逐步部署奠定技術(shù)基礎(chǔ)。四、應(yīng)用場(chǎng)景（一）TSN在制造業(yè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用隨著制造業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)數(shù)字化、信息化、智能化進(jìn)程不斷深化升級(jí)。需要網(wǎng)絡(luò)同時(shí)具備良好的互通性、實(shí)時(shí)性、互操作性和可靠性，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)成為制造業(yè)工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)的主要技術(shù)選擇就順理成章了。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)初步主要滿足工廠OT網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)互通以及OT網(wǎng)絡(luò)和IT網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)需求。在0T內(nèi)部，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的位置，可以分為工廠級(jí)、車間級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)應(yīng)用。下圖為T(mén)SN在制造工業(yè)場(chǎng)景中典型網(wǎng)絡(luò)部署舉例，云平:邊界匯聚層OTFireWall工"工廠躱現(xiàn)疑飯RoboticHMI人枇界面接口云平:邊界匯聚層OTFireWall工"工廠躱現(xiàn)疑飯RoboticHMI人枇界面接口CP一—T酣工業(yè)交換機(jī)SCADA瞬采集與監(jiān)控控制卩胡-專-?卩^Jca?ra圖16TSN制造工業(yè)場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DTSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)能夠保持控制類、實(shí)時(shí)運(yùn)維類等時(shí)間敏感數(shù)據(jù)的優(yōu)先傳輸，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性和確定性。同時(shí)其大帶寬高精度調(diào)度又可以保證各類業(yè)務(wù)流量共網(wǎng)混合傳輸，可以更好地將工廠內(nèi)部現(xiàn)場(chǎng)存量工業(yè)以太網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)及新型工業(yè)應(yīng)用連接起來(lái)，根據(jù)業(yè)務(wù)需要實(shí)現(xiàn)各種流量模型下的高質(zhì)量承載和互聯(lián)互通。同時(shí)TSN基于SDN的管理架構(gòu)將極大提升工廠網(wǎng)絡(luò)的智能化靈活組網(wǎng)的能力，以滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的多業(yè)務(wù)海量數(shù)據(jù)共網(wǎng)傳輸?shù)囊?。（二）TSN在車載以太網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)中多種總線技術(shù)共存，典型的如CAN、LIN、FlexRay等，“專線專用”是一大特點(diǎn)。雖然當(dāng)前的部分車載網(wǎng)各中以點(diǎn)到點(diǎn)連接的以太網(wǎng)是為主，并非交換式以太網(wǎng)，其在車載網(wǎng)絡(luò)中所扮演的角色，與其它總線技術(shù)類似。由于各種總線技術(shù)各有特色，可復(fù)用性差，故當(dāng)前汽車業(yè)界絕大多數(shù)廠商需要在一輛車上使用5-14種總線技術(shù)。繁多的總線類型大大增加了線纜的總長(zhǎng)度與總重量，也增加了布線的難度和人工成本。圖16所示為車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)方向的一種可能的示意，從傳統(tǒng)的各類總線相互隔離的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，到目前部分功能集中到域控制器，各類系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)與域控制器實(shí)現(xiàn)互通，再到未來(lái)的以太網(wǎng)一網(wǎng)到底，各類系統(tǒng)靈活互通，可以看到，以太網(wǎng)絡(luò)將成為車載網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)。在未來(lái)的架構(gòu)中，高帶寬的以太骨干鏈路可以支持軟件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)定義，進(jìn)行集中式的處理，同時(shí)大大降低了對(duì)總線類型數(shù)量上的需求，提升網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。n*I二°-c:IIraditi-oriBlGrehrt^ctureIndcivQlcpnnontn*I二°-c:IIraditi-oriBlGrehrt^ctureIndcivQlcpnnont：Domainarchit&ct'ur?Tomorrow:Centralizeda