TSN基本概念
TSN（Time Sensitive Network，時間敏感網(wǎng)絡）是由IEEE 802.1 TSN任務組制定的一系列IEEE 802以太網(wǎng)子標準集，該任務組成立于2012年，由IEEE 802.1 AVB（audio video bridging，音視頻橋接）任務組改名而成。AVB工作組致力于解決音頻視頻數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)介質上傳輸時的時延較高、抖動較大、傳輸不確定等問題。TSN通過無縫冗余等機制擴展了AVB技術的性能，為網(wǎng)絡提供有界低時延、低抖動和極低數(shù)據(jù)丟失率的能力，使得以太網(wǎng)能適用于可靠性和時延要求嚴苛的時間敏感型應用場景。
圖1：以太網(wǎng)的發(fā)展歷程
TSN的主要特性包括時間同步、確定性傳輸、網(wǎng)絡的動態(tài)配置、兼容性和安全等。
?。?）時間同步：全局時間同步是大多數(shù) TSN 標準的基礎，用于保證數(shù)據(jù)幀在各個設備中傳輸時隙的正確匹配，滿足通信流的端到端確定性時延和無排隊傳輸要求。TSN利用IEEE 802.1AS在各個時間感知系統(tǒng)之間傳遞同步消息，提供精確的時間同步。
?。?）確定性傳輸：在數(shù)據(jù)傳輸方面，對于TSN而言，重要的不是“最快的傳輸”和“平均傳輸時延”，而是在最壞情況下的數(shù)據(jù)傳輸時延。TSN通過對數(shù)據(jù)流量的整形、無縫冗余傳輸、過濾和基于優(yōu)先級調度等，實現(xiàn)對關鍵數(shù)據(jù)的高可靠、低時延、零分組丟失的確定性傳輸。
?。?）網(wǎng)絡的動態(tài)配置：大多數(shù)網(wǎng)絡的配置需要在網(wǎng)絡停止運行期間進行，這對于工業(yè)控制等應用來說幾乎是不可能的。TSN通過IEEE 802.1Qcc引入集中網(wǎng)絡控制器（centralized network configuration，CNC）和集中用戶控制器（centralized user configuration，CUC）來實現(xiàn)網(wǎng)絡的動態(tài)配置，在網(wǎng)絡運行時靈活地配置新的設備和數(shù)據(jù)流。
?。?）兼容性：TSN以傳統(tǒng)以太網(wǎng)為基礎，支持關鍵流量和盡力而為（best-effort，BE）的流量共享同一網(wǎng)絡基礎設施，同時保證關鍵流量的傳輸不受干擾。同時TSN是開放的以太網(wǎng)標準而非專用協(xié)議，來自不同供應商的支持TSN的設備都可以相互兼容，為用戶提供了極大的便利。
?。?）安全：TSN利用IEEE 802.1Qci對輸入交換機的數(shù)據(jù)進行篩選和管控，對不符合規(guī)范的數(shù)據(jù)幀進行阻攔，能及時隔斷外來入侵數(shù)據(jù)，實時保護網(wǎng)絡的安全，也能與其他安全協(xié)議協(xié)同使用，進一步提升網(wǎng)絡的安全性能。
隨著TSN技術在各個應用領域受到更為廣泛和高度的關注，吸引了各類通信標準及行業(yè)機構針對TSN相關技術在垂直行業(yè)的部署應用展開研究。除了電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE），對時間敏感網(wǎng)絡相關的技術研究和標準的制定已經(jīng)擴展到多個標準組織，包括：IEC、IETF、通用公共無線接口聯(lián)盟（CPRI）、中國通信標準化協(xié)會（CCSA）等，參與TSN研究和技術推廣的研究機構和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也已經(jīng)包括：中國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）、美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC），德國的LNI4.0、AVNU、OPC基金會、OpenStack基金會等等。主要的研究領域及相關進展如圖2所示。
圖2：時間敏感網(wǎng)絡研究現(xiàn)狀示意圖
在5G網(wǎng)絡方面，3GPP R16將5G端到端時延目標定為1ms或更低，就現(xiàn)有5G超可靠和低延遲通信（uRLLC）標準而言，主要用于實現(xiàn)無線終端與基站之間的傳輸，其技術思路與時間敏感網(wǎng)絡并不相同。在3GPP R16 23.501中，已經(jīng)開始將TSN技術納入5G標準，用于滿足5G承載網(wǎng)的高可靠、確定性需求，與uRLLC形成確定性傳輸?shù)募夹g接力。相比5G uRLLC技術主要關注在可靠性和時延方面的業(yè)務保證，TSN技術則將在時延抖動以及時間同步方面對5G網(wǎng)絡進行進一步增強。3GPP R17提出TSN增強架構，即實現(xiàn)5G核心網(wǎng)架構增強，控制面設計支持TSN相關控制面功能；實現(xiàn)5G核心網(wǎng)確定性傳輸調度機制，而不依賴于外部TSN網(wǎng)絡；通過UPF增強實現(xiàn)終端間的確定性傳輸；實現(xiàn)可靠性保障增強；實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議對接；支持多時鐘源技術。
TSN關鍵技術
TSN協(xié)議族位于開放式系統(tǒng)互連（OSI）模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。它可以采用IEEE 802.3的以太網(wǎng)或IEEE 802.3cg《IEEE標準 補篇5：單對平衡導線上10Mb/s運行和相關電力輸送的物理層規(guī)范和管理參數(shù)》的標準網(wǎng)絡來實現(xiàn)物理層。
圖3：TSN 在 OSI 模型中的位置
TSN標準主要包括應用行規(guī)、配置標準和基礎技術三類標準，通過這些標準的組合，時間敏感網(wǎng)絡可以完成對網(wǎng)絡的調度管理，并提供優(yōu)良的調度結果。
圖4：TSN標準分類
TSN標準按功能分為時間同步、可靠性、時延、資源管理4類，如下圖所示。其中較為核心的功能協(xié)議有IEEE 802.1AS、802.1Qcc、802.1Qbv、IEEE 802.1Qbu/802.3Qbr、802.1Qci等。
圖5：TSN標準協(xié)議族功能分類
以工業(yè)為核心的特性包括：時間同步、流量調度、幀搶占、逐流過濾和監(jiān)管、幀復制和幀消除、流預留等。
（1）時間同步
TSN標準中由IEEE 802.1AS提供全局精準時間同步。IEEE 802.1AS標準是IEEE std 1588精準時間協(xié)議（precision time protocol，PTP）的特定配置文件，定義了廣義精準時間協(xié)議（generalized PTP，gPTP），并擁有更簡潔易操作的選項和功能。IEEE 802.1AS通過在gPTP域的時間感知系統(tǒng)之間傳遞相關時間事件消息來完成網(wǎng)絡設備間的同步。
gPTP與PTP的同步機制類似，利用最佳主時鐘算法（best master clock algorithm，BCMA）在網(wǎng)絡中選擇主時鐘并建立同步時鐘樹，然后利用對等路徑時延測量機制計算主從時鐘端口間的時間誤差來進行同步。近期修訂的IEEE 802.1 AS rev改進了gPTP，為主時鐘故障提供了更快的反應時間，極大提升了系統(tǒng)可用性和容錯性。IEEE 802.1 AS rev在網(wǎng)絡中提供冗余主時鐘和多個時鐘同步路徑，當前主時鐘出現(xiàn)故障時，設備可快速切換至冗余主時鐘，冗余主時鐘與網(wǎng)絡節(jié)點間的冗余同步路徑還能在網(wǎng)絡鏈路甚至網(wǎng)橋丟失時依然提供同步時基，實時保證網(wǎng)絡的正常運行。
圖6：IEEE 802.1 AS 架構
?。?）流量調度
IEEE 802.1Qbv則提供了基于服務等級的流量調度，能夠避免不同等級流量間的相互干擾，為時間關鍵的流量提供確定的端到端時延。IEEE 802.1Qbv 中定義了時間感知整形器（time-aware shaper，TAS），利用時間周期的概念來調度數(shù)據(jù)流。時間感知整形器如下圖所示，進入TSN交換機的數(shù)據(jù)流根據(jù)其幀頭中的信息會被重新賦予優(yōu)先級并送至輸出端口的指定隊列，每個隊列都有一個控制傳輸?shù)臅r間感知門/傳輸門。當門的狀態(tài)為開（open）時，傳輸選擇算法會在相應的時間窗口根據(jù)優(yōu)先級選擇數(shù)據(jù)流進行傳輸；當門的狀態(tài)為關（close）或者當前時間窗口的剩余時間不足以傳輸整個幀，則不允許傳輸。時間感知門的狀態(tài)由基于IEEE 802.1AS的門控列表（gate control list，GCL）指定，門控列表周期性地調度每個隊列的流量，并控制每個隊列傳輸時間窗口的長度。
圖7：時間流量整形器
為了避免已傳輸?shù)姆顷P鍵流量干擾即將傳輸?shù)年P鍵流量，通常會在非關鍵流量的時間窗口后加入保護帶，保護帶的長度為非關鍵流量中的最大幀的傳輸時間。在關鍵流量開始傳輸時，上一個周期傳輸?shù)姆顷P鍵數(shù)據(jù)幀（干擾幀）還沒發(fā)送完并占用后續(xù)時隙，導致關鍵流量不能在其傳輸窗口完成全部的數(shù)據(jù)傳輸。加入保護帶后，在保護帶時間段內(nèi)不允許非關鍵幀的傳輸，從而保證了關鍵幀的及時傳輸。
（3）幀搶占
IEEE 802.1Qbu和IEEE 802.3br協(xié)同制定標準化的搶占機制。IEEE 802.1Qbv雖然能保護關鍵流量免受其他網(wǎng)絡流量的干擾，但不一定帶來最佳的帶寬利用率和最小的通信時延。在支持IEEE 802.1Qbu幀搶占的鏈路上，允許中斷非關鍵的標準以太網(wǎng)幀或者巨型幀的傳輸（如下圖中的（1）和（2）所示），并優(yōu)先傳輸時間關鍵幀，然后在不丟棄先前傳輸?shù)姆顷P鍵幀片段的情況下恢復傳輸中斷的數(shù)據(jù)，一個非關鍵的數(shù)據(jù)幀可以被多次搶占。在應用保護帶機制時，幀搶占能有效減小保護帶的最大長度（如下圖中（3）和（4）所示），縮短信道空閑時間。幀搶占機制在保證關鍵型數(shù)據(jù)確定性低時延的同時，也提供了更細粒度的服務質量，提高了帶寬利用率。
圖8：幀搶占
?。?）逐流過濾和監(jiān)管
IEEE 802.1Qci定義的逐流過濾和監(jiān)管（per-stream filtering and policing，PSFP）基于規(guī)則匹配過濾和監(jiān)控每個輸入設備的流，防止端點或網(wǎng)橋上的軟件錯誤，抵御惡意設備和攻擊（如DOS等）。PSFP根據(jù)每個數(shù)據(jù)幀所攜帶的流識別號和優(yōu)先級信息來匹配流過濾器，由流過濾器執(zhí)行逐流過濾和監(jiān)管操作；流門用于協(xié)調所有的流，確定流的服務等級并有序確定地處理流。流計量用于執(zhí)行流的預定義帶寬配置文件，規(guī)定最大信息速率和突發(fā)流量大小等。PSFP處理的步驟如下圖所示。
圖9：逐流過濾和監(jiān)管原理
?。?）幀復制和幀消除
IEEE 802.1CB中定義的幀復制和消除（frame replication and elimination for reliability，F(xiàn)RER）實現(xiàn)了與高可用性無縫冗余（high-availability seamless redundancy，HSR）和并行冗余協(xié)議（parallel redundancy protocol，PRP）類似的無縫冗余機制，目的是增加給定數(shù)據(jù)分組的交付概率，防止擁塞丟失并降低由于設備故障導致數(shù)據(jù)分組丟失的概率。幀復制和消除過程如下圖所示，F(xiàn)RER在發(fā)送端將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀復制多個副本并生成序列號，然后在不相交的冗余網(wǎng)絡路徑A-B-C和D-E-F上傳送，在目的地或者目的地附近（如B、E）依據(jù)數(shù)據(jù)幀的序列號檢查并丟棄重復的副本，以實現(xiàn)無縫冗余傳輸。
圖10：幀復制和消除過程
FRER機制適用于任何網(wǎng)絡拓撲，為降低分組丟失概率，IEEE 802.1CB 可以使用許多條在IEEE 802.1Qca路徑控制和預留協(xié)議中定義的冗余路徑，也可與IEEE 802.1Qcc等協(xié)議結合，實現(xiàn)網(wǎng)絡的無縫冗余和快速恢復。
（6）流預留
IEEE 802.1Qcc提供了對IEEE 802.1Qat流預留協(xié)議（stream reservation protocol，SRP）的增強和全局管理與控制網(wǎng)絡的工具，支持靜態(tài)或動態(tài)網(wǎng)絡配置，通過減少預留消息的大小和頻率改善原有的SRP，僅通過鏈路狀態(tài)或預留變化來觸發(fā)更新。
IEEE 802.1Qcc提供了TSN應用程序與網(wǎng)絡組件之間的用戶網(wǎng)絡接口（user network interface，UNI）。完全集中式的網(wǎng)絡管理模型如下圖所示，網(wǎng)絡開始運行之前，集中用戶配置（CUC）會向網(wǎng)絡集中控制器（CNC）發(fā)起檢索網(wǎng)絡物理拓撲請求，CNC遍歷網(wǎng)絡拓撲后將結果返回至CUC。CUC接收網(wǎng)絡拓撲后開始收集網(wǎng)絡資源需求，如哪些終端設備之間要進行通信、TSN流的周期、大小和時延界限等，并發(fā)送至CNC。CNC根據(jù)網(wǎng)絡物理拓撲和網(wǎng)絡需求計算每個TSN幀的調度表并發(fā)送至每個網(wǎng)橋，同時CUC將調度表分發(fā)至每個終端設備并要求終端設備依據(jù)調度表進行數(shù)據(jù)傳輸。至此，CUC和CNC分別通過代理的方式完成了網(wǎng)絡的配置。當有新的設備加入網(wǎng)絡或有新的TSN流產(chǎn)生時，依然可以用此方式在網(wǎng)絡運行時重新配置。
圖11：完全集中式的網(wǎng)絡管理模型
5G和TSN融合的部署需求
5G+TSN是未來實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)無線化和柔性制造的重要基礎。TSN在做數(shù)據(jù)轉發(fā)時，可以針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不同優(yōu)先級的業(yè)務數(shù)據(jù)進行隊列調度，從而實現(xiàn)質量差異化保證。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景下，TSN可以針對各類工業(yè)應用涉及的業(yè)務流特性進行建模和定義，并在此基礎上，提供不同的優(yōu)先級與調度機制。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務流量類型非常多，例如視頻、音頻、同步實時控制流、事件、配置&診斷等，表1是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務流的典型分類示例。
從表1中可以看出，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中不同的業(yè)務流有不同的服務級別協(xié)議（SLA）需求。按照周期性劃分，業(yè)務流可以分為周期和非周期兩種。同步實時流對時延的要求最高，時延主要用于運動控制，其特點是：周期性發(fā)包，其周期一般小于2ms；每周期內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)長度相對穩(wěn)定，一般不超過100B；端到端傳輸具有時限要求，即數(shù)據(jù)需要在一個特定的絕對時間之前抵達對端。事件、配置&診斷、Best Effort類無時延特定要求；音頻和視頻類主要是依賴于幀率和采樣率；周期循環(huán)和網(wǎng)絡控制類對時延有要求，但相比同步實時類要低。
表1：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務流分類示例
在以工業(yè)為代表的垂直行業(yè)業(yè)務中，安全可靠確定性地傳輸數(shù)據(jù)是通信技術的關鍵要求之一。面對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及車聯(lián)網(wǎng)等應用對5G網(wǎng)絡的極致高可靠低時延業(yè)務體驗、效率及性能要求，對5G網(wǎng)絡架構設計及技術選型提出了幾點需求：
需求一：端到端極致確定性業(yè)務體驗
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景下的應用系統(tǒng)中，典型的閉環(huán)控制過程周期可能低至毫秒級別，同時對可靠性也有極高的要求，對于業(yè)務的傳輸都有十分嚴格的確定性要求。需要整個5G網(wǎng)絡系統(tǒng)中包括NR RAN核心網(wǎng)在內(nèi)的各個環(huán)節(jié)進行性能的優(yōu)化以及系統(tǒng)整體處理效率的提升，才可能實現(xiàn)端到端的極致高可靠低時延。時間敏感網(wǎng)絡技術在現(xiàn)有的以太網(wǎng)QoS功能基礎上增加了包括時間片調度、搶占、流監(jiān)控及過濾等一系列流量調度特性，根據(jù)業(yè)務流量的特點配合使用相關特性，可以確保流量的高質量確定性傳輸。將時間敏感網(wǎng)絡技術原理與5G網(wǎng)絡的傳輸過程進行融合，可以更為有效地保證5G網(wǎng)絡的端到端高可靠低時延傳輸要求。
需求二：異構系統(tǒng)的精密協(xié)作
5G網(wǎng)絡系統(tǒng)將以業(yè)務為中心全方位構建信息生態(tài)系統(tǒng)，使能各類連接設備之間的全面連接和精密協(xié)作，以智能工廠為例，生產(chǎn)設備、移動機器人、AGV小車等智能系統(tǒng)內(nèi)部存在異構的網(wǎng)絡連接，并且系統(tǒng)又可能通過不同的方式接入到5G網(wǎng)絡中來，需要實現(xiàn)這些設備系統(tǒng)之間的密切協(xié)同及無碰撞作業(yè)，就需要業(yè)務系統(tǒng)彼此之間能夠做到互聯(lián)互通。
TSN+OPC UA的組合被認為解決異構系統(tǒng)互聯(lián)互通問題的最佳組合，可以同時達成網(wǎng)絡的互聯(lián)和數(shù)據(jù)層面的互通。TSN技術基于標準以太網(wǎng)協(xié)議標準解決數(shù)據(jù)報文在數(shù)據(jù)鏈路層中確定性傳輸問題；OPC UA則提供一套通用的數(shù)據(jù)解析機制，應用于業(yè)務系統(tǒng)端設備，解決數(shù)據(jù)交換及系統(tǒng)互操作的復雜性問題。
需求三：全業(yè)務承載差異化的傳輸質量保證
5G網(wǎng)絡全面使能垂直行業(yè)新業(yè)務模式，仍舊以智能工廠為例，工業(yè)增強現(xiàn)實可以通過音視頻實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境遠程感知，實現(xiàn)在線的生產(chǎn)監(jiān)控及指導；遠程控制可以用于實現(xiàn)遠程人機交互及控制，在惡劣的環(huán)境下用機器人代替人員參與，實現(xiàn)安全生產(chǎn)；此外還有大量設備維護、原材料及產(chǎn)品數(shù)據(jù)需要通過傳感器、RFID、智能終端等方式上傳云端。上述業(yè)務涉及的音視頻、控制信號、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸則采用不同的傳輸機制和質量要求。5G應用切片技術來實現(xiàn)不同業(yè)務之間的差異化業(yè)務保證，然而目前的分片僅可以在空口及核心網(wǎng)實現(xiàn)，對于承載網(wǎng)部分則沒有特定的技術方案。時間敏感網(wǎng)絡基于SDN架構實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的集中管理和按需調度，配合精確時間同步、流量調度等核心特性，可為不同類型的業(yè)務流量提供智能化、差異化承載服務。將時間敏感網(wǎng)絡技術與5G承載網(wǎng)融合部署，或許可以為5G端到端分片提供一種解決思路。
5G和TSN融合的技術挑戰(zhàn)
TSN是時延敏感網(wǎng)絡，而5G網(wǎng)絡本身是一個Best Effort網(wǎng)絡；因此融合的難點和關鍵點為如何在不確定性的5G網(wǎng)絡上實現(xiàn)確定性網(wǎng)絡。如何將無線5G技術與有線TSN技術實現(xiàn)無縫融合是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重要且關鍵的技術難題之一，如時間同步機制、協(xié)同流量調度機制、高可靠橋接技術等。5G和TSN融合面臨如下的技術挑戰(zhàn)：
（1）5G網(wǎng)絡低時延、低抖動的實現(xiàn)。5G TSN包括終端、無線、傳輸和核心網(wǎng)，其中無線側是實現(xiàn)端到端確定性的關鍵，無線傳輸容易受到環(huán)境影響，時延難以保障。
?。?）5G與TSN融合網(wǎng)絡的時間同步。當前TSN與5G網(wǎng)絡有各自的時鐘同步機制，實現(xiàn)時間同步是面向工業(yè)應用場景的關鍵能力需求之一。工業(yè)以太網(wǎng)的TSN采用廣義精準時鐘協(xié)議（gPTP）（IEEE802.1AS）實現(xiàn)時間同步。如何協(xié)同實現(xiàn)5G網(wǎng)絡與工業(yè)控制系統(tǒng)的時鐘同步是需要考慮的問題。
?。?）5G TSN終端到終端的直接通信。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，存在場內(nèi)設備之間的直接通信，如移動機器人之間、AGV小車之間的協(xié)同工作。如何保障終端到終端之間的確定性通信也是需要考慮的問題。
?。?）5G TSN的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)部署環(huán)境。TSN的產(chǎn)業(yè)鏈比較長，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中實現(xiàn)TSN，會涉及工業(yè)設備、工業(yè)以太網(wǎng)、控制系統(tǒng)等的升級改造。另外，TSN技術也在發(fā)展和完善中，規(guī)模商用還需要一定的時間。
5G和TSN融合方案
從 3GPP R16相關標準中可以看出，端到端確定性傳輸是 5G 網(wǎng)絡能夠在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等對網(wǎng)絡傳輸有極致要求的垂直領域落地的關鍵。結合目前產(chǎn)業(yè)界需求及相關研究成果分析，TSN與5G的融合部署大體可以分為拼接式融合、5G承載網(wǎng)融合及深度融合三個階段。
?。?）拼接式融合
5G網(wǎng)絡與TSN網(wǎng)絡的互通，即將原有已經(jīng)具備時間敏感網(wǎng)絡特性的業(yè)務系統(tǒng)（如工業(yè)控制網(wǎng)絡、車載網(wǎng)絡等）與5G系統(tǒng)進行網(wǎng)絡拼接，流量調度協(xié)同，通過分段實現(xiàn)業(yè)務傳輸?shù)拇_定性來提升端到端業(yè)務傳送質量。
在此類方案中，整個業(yè)務系統(tǒng)被看成一個UE，時間敏感網(wǎng)絡中的流量分類要與5G網(wǎng)絡系統(tǒng)的業(yè)務類型建立映射關系，同時需要保留TSN對于流量配置的相關標記，在經(jīng)過5G網(wǎng)絡系統(tǒng)的遠程傳輸后剝離5G封裝，進入到協(xié)同業(yè)務系統(tǒng)中后，仍然按照TSN流量調度類型進行確定性傳輸。本方案的關鍵點在于TSN網(wǎng)絡與5G網(wǎng)絡邊緣處應部署對應網(wǎng)關，按照部署位置可以分為部署于TSN網(wǎng)絡與蜂窩無線網(wǎng)絡間的UE側網(wǎng)關以及部署于TSN與5G核心網(wǎng)之間的核心網(wǎng)側網(wǎng)關兩種類型。TSN與5G融合部署網(wǎng)關應在業(yè)務系統(tǒng)網(wǎng)絡側的接口需要具備時間敏感網(wǎng)絡的相關特性功能，兼具將業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)及包含TSN特性的以太包頭封裝進5G傳輸包頭中，在封裝過程中還要將相關的業(yè)務流量標識映射到5G網(wǎng)絡傳輸結構中，對于UE側網(wǎng)關還需要支持有線網(wǎng)絡向無線蜂窩網(wǎng)絡轉換能力。
圖12：TSN與5G網(wǎng)絡系統(tǒng)拼接部署示意圖
?。?）承載網(wǎng)融合
5G網(wǎng)絡系統(tǒng)除了提出新的空口NR標準及新的核心網(wǎng)架構以外，對于承載網(wǎng)絡的重構也是一項重要研究方向。5G網(wǎng)絡系統(tǒng)中承載網(wǎng)絡通常采用有線網(wǎng)絡進行流量承載，在DU和CU合設的情況下，通?？梢苑譃榍皞骱突貍鲀刹糠?，如下圖所示。
圖13：TSN與5G承載網(wǎng)絡融合部署示意圖
自3G開始移動回傳網(wǎng)絡通常采用包轉發(fā)技術進行基站到核心網(wǎng)之間的流量承載，典型的方案以IPRAN及PTN為代表，借助MPLS標簽轉發(fā)技術實現(xiàn)業(yè)務流量的轉發(fā)、調度及保護倒換，基本承載技術相對穩(wěn)定成熟。5G時代的回傳網(wǎng)絡一方面結合SDN及NFV技術將驅動回傳網(wǎng)絡的智能化演進；一方面也天然具備支持利用確定性網(wǎng)絡技術（MPLS Over TSN）實現(xiàn)回傳網(wǎng)絡的低時延、低抖動業(yè)務傳輸。
TSN與5G承載網(wǎng)的融合，不僅存在利用TSN技術驅動承載網(wǎng)實現(xiàn)確定性傳輸?shù)男枨?，也具備從回傳到前傳再到中傳部署TSN技術的基本技術前提。TSN與5G承載融合部署的實現(xiàn)，將確定性傳輸方案從業(yè)務系統(tǒng)TSN網(wǎng)絡與5G URLLC的拼接模式向5G網(wǎng)絡系統(tǒng)內(nèi)部承載網(wǎng)融合方向演進。
?。?）深度融合
在TSN與5G深度融合階段中，整個5G網(wǎng)絡系統(tǒng)邏輯上將升級為具備時間敏感網(wǎng)絡特性的橋接系統(tǒng)，承載業(yè)務系統(tǒng)流量的遠程確定性傳送。3GPP R16 23.501中已經(jīng)明確提出相關技術思路，如下圖所示。
圖14：TSN與5G深度融合部署示意圖
5G整個網(wǎng)絡包括終端、無線、承載和核心網(wǎng)，在TSN中作為一個邏輯網(wǎng)橋。TSN與5G網(wǎng)絡之間通過TSN轉換器功能進行用戶面和控制面的轉換和互通。5G TSN轉換器包括設備側TSN轉換器（DS-TT）和網(wǎng)絡側TSN轉換器（NW-TT），其中DS-TT位于終端側，NW-TT位于網(wǎng)絡側。5G網(wǎng)絡對TSN是透明性的，通過DS-TT和NW-TT提供TSN入口和出口端口。
在深度融合的架構下，5G網(wǎng)絡相對于業(yè)務系統(tǒng)被視為黑盒的TSN交換機，支持TSN集中式架構和時間同步機制，并通過定義新的QoS模型（流方向、周期、突發(fā)到達時間）來實現(xiàn)精準的流量調度，實現(xiàn)5GS中UE到UPF之間的確定性多種業(yè)務流量的共網(wǎng)高質量傳輸。
總結
TSN與5G分別是未來有線與無線工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術。TSN與5G融合是構建未來靈活、高效、柔性、可靠及安全的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎。TSN有線通信網(wǎng)絡技術與5G無線通信網(wǎng)絡技術互為補充，無縫融合，將為未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展奠定堅實技術基礎。5G和TSN融合部署，一方面，切片技術、精準授時、流量調度和內(nèi)生確定性等為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供低時延、低抖動的確定性通信，助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的無線化和柔性制造；另一方面，5G TSN當前的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展還不夠成熟，并涉及終端、無線、核心網(wǎng)，甚至傳輸?shù)母脑臁?/p>
