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“连接”将在“工厂自动化”和“工业4.0”中发挥重要作用。及时、安全地传输数据是工业通信技术的关键要求之一。时间敏感网络（TSN）是满足该要求的很有发展前景的一项技术，正如由3GPP标准化的5G移动技术一样。   5G技术可以降低与布线基础设施相关的成本，支持自动推车或移动AGV等移动设备，并提高工业应用的灵活性。 在制造业中，工业企业的客户对于对“定制产品”的需求不断增加，这推动了生产线向“更灵活”演进。 在工厂中使用5G，可以在不需要电缆的情况下引入新的生产单元。新安装的5G设备不需要位于同一站点，因为5G可以支持与远程站点的连接。这就使得位于不同地点的、分散的工厂生产线得到一致的连接。 TSN的主要目标是通过IEEE 802（以太网）有线网络提供确定性服务。这意味着低时延、小抖动、低丢包率、有保证的数据包传输。可以为网络中的特定数据流启用这些功能，这些网络也处理“尽力而为”类型的流量---例如工业网络（其中来自不同应用的数据流具有不同的时序要求）。 TSN标准可以应用于许多垂直领域，例如工业和汽车网络。IEEE与国际电工委员会（IEC）正在联合开发一种所谓的双logo标准（dual logo standard）---IEC / IEEE 60802，用于定义工业自动化的TSN配置文件。下图总结了不同的TSN组件和相应的IEE 802.1标准[1]。 为了将工业设备（工业传感器/执行器）以无线方式连接到TSN网络，5G是非常合适的解决方案。与4G相比，5G的新功能，尤其是无线接入网络（RAN），提供了更好的可靠性和传输延迟。而且，新的5G系统架构允许被灵活地部署。因此，5G可以实现不受电缆安装限制的TSN网络。 为了在5G系统上支持贾占TSN服务，需要进一步增强无线接入网络和核心网络。主要挑战是“实现TSN和5G网络的互通”。下图显示了一个示例：5G网络如何扩展TSN有线网络[1]。 插图左侧是一台与5G RAN无线连接的机器。同时，5G RAN正在模拟有线TSN，为此，它必须提供某些功能，例如确定性延迟（在特定时间窗口内接收/传输数据包）。此外，5G核心网络还需要有一些进一步的增强功能来支持TSN服务。并且，由于5G和TSN都有自己的网络管理机制，因此需要在它们之间进行交互。 第一步采用了4G增强功能，以支持低延迟，并准备向5G演进。 在3GPP Release 15规范中，进一步减少了延迟，包括灵活的参数集、更小的数据时隙和有效支持低延迟应用的快速确认（fast acknowledgments）。通过允许网络使用复制方案和重复（duplications schemes and repetitions）---包括在5G新空口中使能URLCC的新天线技术（这是本质上支持TSN的功能），提高了可靠性。 但是，在5G系统中开展TSN服务，还需要进一步的增强。因此，对于第16版（3GPP R16），3GPP已开始对5G NR工业物联网（IIoT）进行新的研究，目标是“集成5G和TSN网络”。以太网和TSN的集成、进一步增强的可靠性、灵活的上行链路调度、精确的时间同步、对TSN类型流量的支持，是该研究范围中所包含的功能。 3GPP R16的一个关键研究领域是“进一步增强5G系统以支持TSN应用的要求”，具体可以参见3GPP技术规范22.261《5G系统业务要求》。其中，重点是提供新的设备能力，并支持时间同步和双连接。此方面的一个例子是：根据需求规范，时间敏感的工业应用场景（time critical industrial application scenario）可能需要1 ms的延迟、1微秒的抖动和99.9999％的可靠性。 下图介绍了5G系统支持TSN应用在时间同步、低时延传输、可靠性、资源管理等方面的需求[1]。
参考文献： [1] Dhruvin Patel, Muhammad Ikram Ashraf, Alexandros Palaios. 5G meets Time Sensitive Networking[EB/OL]. [2018-12-23].  |
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