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5G與TSN為何能夠融合？我們前一篇連載中已有了一些了解。

連載回顧

--5G和TSN為何能夠整合？取決于這些特點與基礎(chǔ)【連載3】

--TSN與5G技術(shù)有效整合，將為工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用提供無限可能【連載2】

--TSN與5G將擦出怎樣的火花？【連載1】

從前述的相關(guān)文章中我們知道，5G URLLC功能提供了與TSN功能的良好匹配，因此，在實際應(yīng)用中，我們可以將這兩項關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行整合和集成，以提供端到端的確定性連接。

例如在工業(yè)自動化領(lǐng)域，我們可以在輸入/輸出（I / O）設(shè)備之間以及設(shè)備與云端的邊緣控制器之間傳送數(shù)據(jù)和指令。 這種整合和集成不僅僅包括對必要的基本橋接功能的支持，還包括5G對TSN附加組件的支持。

咱們用圖來解釋：

通過上圖，我們可以看出，由5G構(gòu)成的那部分網(wǎng)絡(luò)，在整個網(wǎng)絡(luò)中是作為一組TSN橋的形式出現(xiàn)的——如圖所示，一個用戶面功能（UPF）一個虛擬橋，在這個 5G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部包括TSN轉(zhuǎn)換程序（TT）的功能，這一功能使5G在用戶面和控制面都能夠適用于TSN。而對于整個網(wǎng)絡(luò)而言，其他TSN橋接網(wǎng)絡(luò)也可以將這個5G網(wǎng)絡(luò)也看作一個TSN橋接網(wǎng)絡(luò)，其內(nèi)部過程是被隱藏的。

5G通過TT功能提供TSN橋接網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出端口操作，例如，TT功能支持保持和轉(zhuǎn)發(fā)功能以消除抖動。上圖使用了帶有兩個PDU會話的兩個用戶設(shè)備（UE）示例來說明這一功能，這兩個PDU會話支持兩個相關(guān)的TSN流以實現(xiàn)冗余。但是在實際使用中，可能只使用了一個具備雙連接功能的物理設(shè)備，該設(shè)備在5G RAN中連接了兩個PDU會話。圖中的示例說明了5G連接終端和橋接網(wǎng)絡(luò)的情況；同樣的，5G系統(tǒng)也可以連接橋接網(wǎng)絡(luò)。

5G系統(tǒng)支持控制和管理工業(yè)網(wǎng)絡(luò)所需的LLDP功能，例如拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和5G虛擬網(wǎng)橋等功能。同時，5G系統(tǒng)還需要適應(yīng)橋接網(wǎng)絡(luò)中使用的環(huán)路防止方法，該方法可以完全由SDN控制，而無需LLDP以外的任何分布式協(xié)議。

5G支持時間敏感網(wǎng)絡(luò)

通過在TSN和5G域上應(yīng)用FRER，可以提供端到端的超可靠性，這要求兩個域上FRER端點之間的路徑不相交，如上圖所示。

在以上示例中，我們可以看到，5G 用戶設(shè)備（UE）配置為建立兩個PDU會話，這兩個會話在5G網(wǎng)絡(luò)用戶面上是冗余的。3GPP的機(jī)制涉及到對CN和RAN節(jié)點（UPF和5G基站（gNB））的選擇，以使兩個PDU會話的用戶面路徑不相交。RAN可以使用雙連接特性來提供不相交的用戶面路徑，在這種情況下，單個UE可以通過兩個RAN節(jié)點在空中接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

對于配備多個UE的設(shè)備，也可以使用其他冗余（包括UE冗余），F(xiàn)RER端點在5G系統(tǒng)之外，這意味著5G系統(tǒng)不需要自己指定FRER功能。而且，邏輯結(jié)構(gòu)并不限制實施方案，包括使用同一個物理設(shè)備作為終端站和UE。

對于TSN來說，只有當(dāng)資源管理為沿整個路徑的每個躍點分配網(wǎng)絡(luò)資源時，才能滿足TSN流的要求。與TSN配置（802.1Qcc）相一致，這也是通過5G系統(tǒng)和集中式網(wǎng)絡(luò)配置（CNC）之間的交互來實現(xiàn)的（請參見上圖）。5G系統(tǒng)和集中式網(wǎng)絡(luò)配置之間的接口允許后者學(xué)習(xí)5G虛擬網(wǎng)橋的特性，并允許5G系統(tǒng)根據(jù)從集中式網(wǎng)絡(luò)配置接收的信息建立具有特定參數(shù)的連接。

有限的延遲時間需要來自5G系統(tǒng)的延遲時間一定是確定的，就像TSN和5G域上的QoS校正一樣。需要注意的是，5G系統(tǒng)可以在組件之間提供直接的無線躍點，否則這些躍點則需要通過傳統(tǒng)工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)中的多個躍點進(jìn)行連接。無論如何，對于5G來說最重要的因素是需要提供確定性的延遲時間，只有這樣，集中式網(wǎng)絡(luò)配置（CNC）可以發(fā)現(xiàn)和利用5G系統(tǒng)所支持的TSN功能。

在5G虛擬網(wǎng)橋充當(dāng)TSN網(wǎng)橋時，5GS會根據(jù)流量整形（802.1Qbv）模擬時控分組傳送。對于5G控制面而言，5G系統(tǒng)應(yīng)用功能（AF）中的TT從CNC接收TSN流量類別的傳輸時間信息。在5G用戶面中，UE的TT和UPF的TT可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)基于時間的分組傳輸。TT內(nèi)部細(xì)節(jié)還需要3GPP來規(guī)定。例如，每個流量類別的播控（去抖動）緩沖區(qū)可以是一種解決方案。AF和策略控制功能（PCF）則將不同的TSN流量類別映射到不同的5G QoS標(biāo)識符（5QI），作為兩個域之間QoS校正的一部分，并根據(jù)其QoS要求對不同的5QI進(jìn)行處理。

時間同步

時間同步是所有移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵組成部分（上圖中藍(lán)色的5G系統(tǒng)時鐘所示）。在5G-TSN混合的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中提供時間同步是完全全新的方法，在大多數(shù)情況下，無論TSN橋接網(wǎng)絡(luò)是否將其用于內(nèi)部操作，最終設(shè)備都需要一個參考時間，并且，如果其他網(wǎng)橋也使用基于時間的TSN功能（例如流量整形（802.1Qbv）），那么，它們也需要參考時間。上圖中藍(lán)色時鐘表明網(wǎng)橋和終端站都是時間同步的。

從之前的文章中，我們可以知道，在實際使用中，基于TSN的工業(yè)自動化系統(tǒng)往往使用IEEE802.3AS所定義的廣義的精確時鐘同步系統(tǒng)（ gPTP）作為默認(rèn)的時間同步解決方案，因此5G系統(tǒng)需要與所連接的TSN網(wǎng)絡(luò)的gPTP互通。這時，5G系統(tǒng)可以作為虛擬的gPTP時間感知系統(tǒng)，并支持通過5G用戶面TT在終端站和網(wǎng)橋之間轉(zhuǎn)發(fā)gPTP時間同步信息，并且還考慮了在時間同步過程中5G系統(tǒng)的停留時間。在一些特殊的情況下，5G系統(tǒng)時鐘可以充當(dāng)主時鐘時，不僅為5G提供參考時間，而且還為整個系統(tǒng)中的其他設(shè)備（包括連接的TSN橋和終端站）提供參考時間。

對于分布范圍廣泛的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，目前我國的北斗系統(tǒng)已經(jīng)能夠提供納米級別的時間同步，相信未來這也不失為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時間同步的一個方式。

總體而言，當(dāng)前已經(jīng)完成和未來即將完成的5G標(biāo)準(zhǔn)解決了5G-TSN集成所需的關(guān)鍵方面。

5G和TSN的結(jié)合是未來智能工廠的需求

5G和時間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN相結(jié)合可以滿足工業(yè)4.0的苛刻的網(wǎng)絡(luò)要求。5G-TSN集成也是未來工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用重要的議題之一。我們從以上的介紹中可以看出，5G和TSN的結(jié)合極其適合智能工廠，因為這二者都具有高可靠性和低延遲性。也就是說，在未來的實際使用中必將會將兩種技術(shù)集成并應(yīng)用，為用戶提供端到端的網(wǎng)絡(luò)解決方案，以滿足工業(yè)需求。

通過無線5G和有線TSN域而集成的時間同步為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)點對點的傳輸應(yīng)用提供了參考時間。5G還集成了工業(yè)應(yīng)用中使用的TSN工具，并提供超可靠的低延時特性。5G和TSN網(wǎng)段在不相交的轉(zhuǎn)發(fā)路徑可以保證端到端傳輸?shù)某煽啃院透呖捎眯浴?/p>

因此，我們可以說，從根本上講，5G和TSN包括工業(yè)自動化場景中的聯(lián)合應(yīng)用所需的關(guān)鍵技術(shù)，并且具有極高的可用性。

CC-Link IE TSN在追隨無線技術(shù)和時間敏感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展上，也將步步緊趨，目前也正積極參與無線技術(shù)的探索與研究，或?qū)⒃诓痪猛瞥隽讼嚓P(guān)無線模塊，隨著移動網(wǎng)絡(luò)對于超低延時性的進(jìn)一步支持，必定也將逐步跟隨智能工廠工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的腳步而不斷完善。