【工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟】5G+TSN融合部署場(chǎng)景與技術(shù)發(fā)展白皮書（V1.0版）

5G+TSN融合部署場(chǎng)景與技術(shù)發(fā)展V1.0版工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）I在全球第四次工業(yè)革命的浪潮下，人機(jī)物需要通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)彼此交互，相互協(xié)同，形成更為高效智能的運(yùn)作系統(tǒng)。以5G、TSN、邊緣計(jì)算、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的新一代信息通信技術(shù)將與工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)形成合力，實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)在設(shè)計(jì)、采購(gòu)、生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)、物流、運(yùn)營(yíng)、銷售各個(gè)環(huán)節(jié)的智異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)互通、端到端確定性傳輸、網(wǎng)絡(luò)資源智能調(diào)度等能力。5G與TSN作為無(wú)線和有線領(lǐng)域的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，二者融合創(chuàng)新、協(xié)同部署，對(duì)于構(gòu)建高質(zhì)量的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)至本白皮書由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織，中國(guó)信息通信研究需求及場(chǎng)景進(jìn)行梳理，導(dǎo)引出二者融合部署目標(biāo)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)融合等方面的研究方向，并就部署應(yīng)用、集成方案做在本白皮書的編寫過(guò)程中，得到了聯(lián)盟成員及國(guó)內(nèi)外眾多企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、高校的大力支持，為白皮書的觀點(diǎn)形成與編寫提供了有力支撐。后續(xù)我們將根據(jù)業(yè)界的實(shí)踐情況和各界的究院、中國(guó)電信集團(tuán)公司、中國(guó)聯(lián)通研究院、華為技術(shù)有限公司、中興通訊股份有限公司、網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室、北京郵電大學(xué)、重慶大學(xué)、北京科技大學(xué)、英特爾（中國(guó)）有限公司、廣東省新一代通信與網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院、普天信息工程設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司、北京智芯微電子科技有限公司、東方電氣 1 1 1 6 8 1一、需求和場(chǎng)景工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息通信技術(shù)與工業(yè)經(jīng)濟(jì)深度融合的新型基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用模式和工業(yè)生態(tài)，網(wǎng)絡(luò)作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物、系統(tǒng)等全要素互聯(lián)互通，支撐生產(chǎn)當(dāng)前，5G發(fā)展正處于向以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域引用擴(kuò)展延伸的關(guān)鍵時(shí)期，其萬(wàn)兆帶寬的接入能力，千億級(jí)別的終端連接能力以及毫秒級(jí)的高可靠傳輸能力，能為新的產(chǎn)業(yè)應(yīng)但面對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性、確定性的嚴(yán)2.時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)TSN技術(shù)是基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)架構(gòu)演進(jìn)的新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其具有精準(zhǔn)的時(shí)鐘同步能力，確定性流量調(diào)度能力，以及智能開放的運(yùn)維管理架構(gòu)，可以保證多種業(yè)務(wù)流量的共網(wǎng)高質(zhì)量傳TSN技術(shù)遵循標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議體系，天然具良好的互聯(lián)2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?？梢员SN技術(shù)的互操作架構(gòu)遵循SDN體系架構(gòu)，可以實(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)制定或正在研制的控制面協(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，截止到2020年底，針對(duì)時(shí)間同步、流量調(diào)度、互操作等基礎(chǔ)共性TSN標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)基本成熟，業(yè)界正在開展針對(duì)垂直行業(yè)的應(yīng)用部署，車載網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、5G等多個(gè)領(lǐng)域都將TSN作為在本白皮書中，5G+TSN研究范疇主要指5G系統(tǒng)與TSN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在技術(shù)上的融合創(chuàng)新以及在方案上的協(xié)同部署。目前主3TSN與5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拼接部署，即將原有已經(jīng)具備時(shí)間敏感同，通過(guò)分段實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)傳輸?shù)拇_定性來(lái)提升端到端業(yè)務(wù)傳送質(zhì)在此類方案中，整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)被看成一個(gè)UE，時(shí)間敏感網(wǎng)5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出了提出新的空口NR標(biāo)準(zhǔn)及新的核心網(wǎng)架構(gòu)以外，對(duì)于承載網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)也是一項(xiàng)重要研究方向,其中5G系統(tǒng)利用TSN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)承載網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量提升，是一個(gè)重要研究方在DU和CU合設(shè)的情況下，通?？梢苑譃榍皞骱突貍鲀刹糠?，4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(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流量的轉(zhuǎn)發(fā)、調(diào)度及保護(hù)倒換，基本承載技術(shù)相對(duì)穩(wěn)定成熟。5G時(shí)代的回傳網(wǎng)絡(luò)一方面結(jié)合SDN及NFV技術(shù)將驅(qū)動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)的智能化演進(jìn)；一方面也天然具備支持利用確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（MPLSOverTSN）實(shí)現(xiàn)回傳網(wǎng)絡(luò)4G時(shí)代，射頻單元與基帶單元分離的基站架構(gòu)催生了前傳網(wǎng)絡(luò)的概念，公共無(wú)線電接口協(xié)議(CPRI)作為前傳網(wǎng)絡(luò)主流接口，射頻單元與基帶單元無(wú)線電單元通過(guò)光纖直連，射頻單元只需將該信號(hào)調(diào)制到有線物理載波上，即可完成傳輸。為更好eCPRI。eCPRI接口用戶面數(shù)據(jù)基于以太網(wǎng)進(jìn)行傳送，以太網(wǎng)具有高帶寬、擴(kuò)展性高、設(shè)備成本低等優(yōu)勢(shì)，并且可以更好地與備了與TSN融合部署的技術(shù)前提。事實(shí)上，IEEE已經(jīng)針5值得注意的是，當(dāng)CU與DU分離部署真正實(shí)現(xiàn)后，前傳的傳輸距離可能縮短，DU與CU之間的中傳網(wǎng)絡(luò)采用包傳輸方式驅(qū)動(dòng)承載網(wǎng)實(shí)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(shù)的基本技術(shù)前提。TSN與5G承載融合部時(shí)間敏感特性的邏輯橋接系統(tǒng)，承載業(yè)務(wù)系統(tǒng)流量的遠(yuǎn)程確定在這一框架下，5G網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于業(yè)務(wù)系統(tǒng)被視為黑盒的TSN交換機(jī)，支持TSN集中式架構(gòu)和時(shí)間同步機(jī)制，并通過(guò)定義新6的QoS模型（流方向、周期、突發(fā)到達(dá)時(shí)間）來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的流隨著工業(yè)生產(chǎn)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型不斷升級(jí)，以遠(yuǎn)程協(xié)同控制、數(shù)字孿生運(yùn)維、智能工廠管理、智慧園區(qū)運(yùn)營(yíng)等為代表的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務(wù)層出不窮。新的業(yè)務(wù)形態(tài)對(duì)傳7在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用系統(tǒng)中,典型的閉環(huán)控制過(guò)程周期可能低至毫秒級(jí)別，同時(shí)對(duì)業(yè)務(wù)的傳輸有十分嚴(yán)格的可靠性和確定性要求。以智能工廠為例，工業(yè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以通過(guò)音視頻實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境遠(yuǎn)程感知，并實(shí)現(xiàn)在線的生產(chǎn)監(jiān)控及指導(dǎo)；遠(yuǎn)程控制可以用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程人機(jī)交互及控制，在惡劣的環(huán)境下用機(jī)器人的優(yōu)化以及系統(tǒng)整體處理效率的提升，才可能實(shí)現(xiàn)端到端的極TSN技術(shù)在現(xiàn)有的以太網(wǎng)QoS功能基礎(chǔ)上增加了包括時(shí)間片調(diào)度、搶占、流控及過(guò)濾等一系列流量調(diào)度特性，并根據(jù)業(yè)務(wù)流量的特點(diǎn)配合使用相關(guān)特性，從而確保流量的高質(zhì)量確定5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將以業(yè)務(wù)為中心全方位構(gòu)建信息生態(tài)系統(tǒng),使能各類連接設(shè)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(shè)備、移動(dòng)機(jī)器人、AGV小車等智能系統(tǒng)內(nèi)部存在異構(gòu)的因此，為了需要實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備系統(tǒng)之間的密切協(xié)同及無(wú)碰撞作TSN+OPCUA的組合被認(rèn)為是解決異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)互通問(wèn)題的最佳組合，可以同時(shí)達(dá)成網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)和數(shù)據(jù)層面的互通。TSN技術(shù)基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議解決數(shù)據(jù)報(bào)文在數(shù)據(jù)鏈路層中確定性8傳輸問(wèn)題；OPCUA則提供一套通用的數(shù)據(jù)解析機(jī)制，應(yīng)用于業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)全面使能垂直行業(yè)新業(yè)務(wù)模式，工業(yè)企業(yè)存在大量設(shè)備維護(hù)、原材料及產(chǎn)品數(shù)據(jù)需要通過(guò)傳感器、RFID、智能終端等方式上傳云端。信息系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互量將較以往有指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，上述業(yè)務(wù)涉及的音視頻、控制信號(hào)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸則采用不同的傳輸機(jī)制和質(zhì)量要求。尤其是在部署了云平臺(tái)和邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的情況下，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)還將承擔(dān)算力網(wǎng)絡(luò)的流量沖擊，對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載有較高要求。這就要求新一代5G應(yīng)用分片技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)之間的差異化業(yè)務(wù)保證，然而目前的分片僅可以在空口及核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于承載網(wǎng)部分則沒有特定的技術(shù)方案。TSN基于SDN架構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的集中管理和按需調(diào)度，并配合精確時(shí)間同步、流量調(diào)度等核心特性，可為不同類型的業(yè)務(wù)流量提供智能化、差異化承載服務(wù)。將TSN技術(shù)與5G承載網(wǎng)融合部署，或許可以為5G端到端分片2.技術(shù)需求5G+TSN在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，在端到端時(shí)延、通信服務(wù)可用性、抖動(dòng)和確定性方面有嚴(yán)格要求。將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)典型業(yè)務(wù)需求進(jìn)行用例分解，可以進(jìn)一步分析不同用例對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的不9運(yùn)動(dòng)控控制器移動(dòng)機(jī)器人海量傳感器連接增強(qiáng)現(xiàn)程控制過(guò)程監(jiān)√√√√√√√√√√√以運(yùn)動(dòng)控制為例，運(yùn)動(dòng)控制是工業(yè)中最具挑戰(zhàn)性和要求最高的閉環(huán)控制應(yīng)用之一。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)以明確定義的方式控制機(jī)器組件的移動(dòng)和/或旋轉(zhuǎn)部件（例如印刷機(jī)、機(jī)床或包裝一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)控制在傳輸時(shí)延和服務(wù)可用性方面有最嚴(yán)格的要求，操作僅限于相對(duì)較小的服務(wù)區(qū)域，不需要與公共網(wǎng)滑環(huán)、電纜托架等（目前通常用于這些應(yīng)用）可以減少生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)線建造限制，實(shí)現(xiàn)更為靈活的操作，從而減少磨損、維護(hù)工作和成本。另一方面利用TSN的周期門控調(diào)度特性，可以有效保證控制信號(hào)的確定性傳輸。因此，針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制用例，應(yīng)關(guān)注特定UE通信組容量下指定報(bào)文包長(zhǎng)及循環(huán)周期的情況下l5G系統(tǒng)應(yīng)支持通信服務(wù)可用性至少超過(guò)999999%，理想制應(yīng)用程序中或從中移除，而不會(huì)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生任何二、5G+TSN研究進(jìn)展（一）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展針對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景開展5G支持TSN、5GLAN以及5GNPN相持續(xù)開展IndustrialIoT項(xiàng)目的研究，進(jìn)一步完善支持IEEETSN協(xié)議的5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，確立5G系統(tǒng)的確定性機(jī)制并進(jìn)行標(biāo)5G相比4G將進(jìn)一步提高終端的傳輸速率，其帶寬消耗預(yù)因此，利用以太網(wǎng)承載5G前傳網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方向受到廣泛關(guān)注，而成立于2012年的TSN任務(wù)組（IEEE802.1TSNTG）則制定了IEEE802.1CM協(xié)議用于解決以太網(wǎng)傳輸機(jī)（二）研究現(xiàn)狀德國(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)行了分析以及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)TSN交換機(jī)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)愛立信研究院于2019年8月在《EricssonTechnology業(yè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)需求，明確TSN將是5G實(shí)現(xiàn)uRLLC場(chǎng)景高可靠低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與有線型的5G與TSN融合場(chǎng)景中端到端的業(yè)務(wù)特性、網(wǎng)絡(luò)的性能以及各個(gè)融合網(wǎng)絡(luò)中包括終端、網(wǎng)關(guān)和平臺(tái)等在內(nèi)的設(shè)備和系統(tǒng)的承載網(wǎng)等設(shè)備關(guān)注異構(gòu)系統(tǒng)互通能力及端到端業(yè)務(wù)質(zhì)量保障能力，建成后可全面用于5G+TSN相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)，相關(guān)產(chǎn)品的檢三、5G+TSN關(guān)鍵技術(shù)（一）整體架構(gòu)5G+TSN融合部署將是構(gòu)建未來(lái)高質(zhì)量、安全可靠、智慧化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)方向，有助于端到端實(shí)現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)的確定性傳輸，差異化保證業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。5G+TSN的目標(biāo)架構(gòu)將以通過(guò)二者的深度融合實(shí)現(xiàn)區(qū)域級(jí)確定性業(yè)務(wù)承載為最網(wǎng)絡(luò)體系與運(yùn)營(yíng)體系也要實(shí)現(xiàn)對(duì)接，用業(yè)務(wù)質(zhì)量指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)資源分配，用網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量約束業(yè)務(wù)部署。因此，5G及TSN系統(tǒng)的時(shí)鐘同步適配，QoS策略的映射對(duì)接以及資源的協(xié)同管理將成為應(yīng)用功能模塊（ApplicationFunction,AF）,代表異構(gòu)應(yīng)（二）時(shí)鐘適配在5G時(shí)鐘域中，gNB從5GGM（例如：GPS衛(wèi)星）獲取時(shí)鐘后，可以將時(shí)鐘傳遞給UE和UPF，實(shí)現(xiàn)5G系統(tǒng)內(nèi)的高精度時(shí)鐘同步。其中，UE可通過(guò)與gNB之間的Uu口的RRC消息實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步，UPF通?？刹捎肐EEE1588規(guī)范實(shí)現(xiàn)與gNB之間的時(shí)間同步；在TSN時(shí)鐘域中，TSN時(shí)鐘域內(nèi)網(wǎng)元同步于TSNGM，并基于IEEE802.1AS規(guī)范5G+TSN系統(tǒng)需要連個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步機(jī)制的協(xié)同，必須解決兩個(gè)方面問(wèn)題：一是時(shí)鐘源的協(xié)同，二是時(shí)鐘消息傳遞機(jī)制的協(xié)同。時(shí)鐘源的協(xié)同可以通過(guò)歸一化處理或者指標(biāo)映射的方式實(shí)現(xiàn)；消息傳遞機(jī)制則可以采用逐跳傳遞或者隧道穿網(wǎng)關(guān)設(shè)備（DS-TT、NW-TT）是實(shí)現(xiàn)時(shí)TSN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的QoS機(jī)制相互獨(dú)立，在5G+TSN系統(tǒng)中，兩個(gè)系統(tǒng)的QoS機(jī)制需要彼此對(duì)齊，包括QoS1.QoS指標(biāo)的映射（a)5G系統(tǒng)中的TSNAF將本地配置或來(lái)自TSN網(wǎng)絡(luò)控制器CNC的QoS信息映射為TSNQoS參數(shù)。TSNAF可以本地配置QoS映射表，用于查詢PDU會(huì)話所對(duì)應(yīng)的TSNQoS參數(shù)，TSN2.5G和TSN策略協(xié)同時(shí)間、周期、流向、優(yōu)先級(jí)、時(shí)延、帶寬等）通常通過(guò)TSNAF傳遞給策略控制功能PCF（PolicyControlFunction然后PCF基于用戶的簽約和業(yè)務(wù)流的需求，為不同等級(jí)的用戶/業(yè)務(wù)步消息流分別指定滿足各自傳輸需求的QoS流策略。5GCSMF和AMF網(wǎng)元通過(guò)控制面信令交互，獲取PCF下發(fā)攜帶給RAN，另一方面由SMF通過(guò)N4接口將其攜帶給UPF和UE將不同QoS需求的業(yè)務(wù)流映射到合適的PDU會(huì)話和（四）資源協(xié)同5G與TSN在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、通信機(jī)理、協(xié)議機(jī)制、數(shù)據(jù)格式等現(xiàn)實(shí)時(shí)或強(qiáng)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的跨網(wǎng)確定時(shí)延轉(zhuǎn)發(fā)，關(guān)鍵在于兩張異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源的映射與配合，所以只有高效的資源協(xié)同，才能實(shí)現(xiàn)TSN的資源協(xié)同，5G系統(tǒng)從系統(tǒng)架構(gòu)、控制面及用戶面都進(jìn)行中網(wǎng)絡(luò)控制器(CNC)對(duì)于5G系統(tǒng)存在性的感知以及統(tǒng)一的調(diào)度網(wǎng)橋信息在CNC的注冊(cè)和管理。具體流程主要包括：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆脩裘嬷饕轻槍?duì)5GUPF精準(zhǔn)時(shí)延的駐留與轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的增強(qiáng)。實(shí)現(xiàn)TSN基于精準(zhǔn)時(shí)間的調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，是5GS支持TSN功能最核心功能。5GS作為TSN網(wǎng)絡(luò)中的透明橋梁，由DS-TT間，只需要實(shí)現(xiàn)低時(shí)延調(diào)度，保障數(shù)據(jù)包在其預(yù)定的傳輸時(shí)間四、應(yīng)用場(chǎng)景（一）智能制造領(lǐng)域廠中跨產(chǎn)線、跨車間實(shí)現(xiàn)多設(shè)備協(xié)同生產(chǎn)需求，集中控制需求將變得更為迫切，原先分布式的控制功能將集中到具有更強(qiáng)大計(jì)算能力的控制云中，一方面更加有利于生產(chǎn)協(xié)同，另一方面少人化、無(wú)人化是未來(lái)智能工廠的典型特征，隨著機(jī)器視覺等人工智能技術(shù)的發(fā)展和成熟，大量的重復(fù)性勞動(dòng)將會(huì)由機(jī)械臂、移動(dòng)機(jī)器人來(lái)承擔(dān)。在復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中，需要多個(gè)機(jī)械傳統(tǒng)的工業(yè)控制大多在設(shè)備邊緣進(jìn)行直接控制，豎井式特征導(dǎo)致多設(shè)備間的協(xié)同協(xié)作難以實(shí)現(xiàn)，不能滿足智能工廠的生產(chǎn)需求。借助5G+TSN協(xié)同傳輸技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)不僅能支持移動(dòng)類型智能工業(yè)設(shè)備，并且還能實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的確定性低時(shí)延傳輸與高可為大規(guī)模設(shè)備間的協(xié)同協(xié)作提供了有力的技術(shù)支撐，具體場(chǎng)景此外，由于設(shè)備間無(wú)需進(jìn)行有線組網(wǎng)，能夠較好的根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行設(shè)備組合，從而實(shí)現(xiàn)跨車間、跨產(chǎn)線的生產(chǎn)協(xié)同，圖8基于TSN和5G技術(shù)的機(jī)械臂、移動(dòng)機(jī)器人在裝備智能制造的園區(qū)內(nèi)部署5G網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)5G+MEC實(shí)現(xiàn)將用于裝備制造的自動(dòng)化設(shè)備（如機(jī)床、機(jī)械臂、流水線等）的控制器核心算法、算力部署在園區(qū)內(nèi)部的云端或MEC平臺(tái)上，完成制造過(guò)程的全面控制，而自動(dòng)化設(shè)備的執(zhí)行單元和智能傳感單元（如電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、繼電器、開關(guān)、傳感器等）部署在各個(gè)車間現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，完成制造過(guò)程的控制指令由于采用TSN技術(shù)，使得更大范圍的各類設(shè)備的傳感數(shù)據(jù)能夠在云端融合，在融入更加全面的信息后，基于專家經(jīng)驗(yàn)、大數(shù)據(jù)或人工智能的算法，能夠完成遠(yuǎn)程的閉環(huán)控制，大大提加柔性，能夠充分適應(yīng)柔性制造的發(fā)展要求，同時(shí)也使得產(chǎn)線能夠更加容易地與不斷演進(jìn)的各類智能的輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)融合，針對(duì)裝備在現(xiàn)場(chǎng)的服役運(yùn)行，需要綜合多種手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳感和采集，以滿足預(yù)測(cè)性維護(hù)的需求。但裝備在地理上的分散性往往很強(qiáng)，例如發(fā)電機(jī)組、汽車、工程機(jī)械等等，分布在全市、全省甚至全國(guó)。廣域分布的不同裝備數(shù)據(jù)采集往往不同步，并且相同設(shè)備的子系統(tǒng)，由于數(shù)據(jù)采集傳感方式不同，其數(shù)據(jù)的時(shí)間戳也不相同。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的低質(zhì)量往往導(dǎo)致基于數(shù)據(jù)的分析挖掘手段產(chǎn)生的結(jié)果不可靠，也不可能形成遠(yuǎn)程協(xié)同采用5G+TSN將使得廣域分布的裝備的時(shí)間精準(zhǔn)同步變?yōu)榭蓪?duì)大范圍的裝備運(yùn)行趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)，防止局部發(fā)電機(jī)組因?yàn)檎{(diào)實(shí)現(xiàn)更加高級(jí)、高性能的多源數(shù)據(jù)融合，從而形成對(duì)局部發(fā)電（二）智能電網(wǎng)領(lǐng)域智能電網(wǎng)包括清潔友好的發(fā)電、安全高效的輸變電、靈活可靠的配電、多樣互動(dòng)的用電、智慧能源與能源互聯(lián)網(wǎng)等五大領(lǐng)域。電力通信網(wǎng)作為支撐智能電網(wǎng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，需由于配用電網(wǎng)點(diǎn)多面廣，海量終端設(shè)備需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)或控制，信息雙向交互頻繁，而采用光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本高、運(yùn)維難度大，公網(wǎng)承載能力有限，難以有效支撐配用電網(wǎng)各類終端可觀可測(cè)可控。隨著大規(guī)模配電網(wǎng)自動(dòng)化、高級(jí)計(jì)量、分布式能源接入、用戶雙向互動(dòng)等業(yè)務(wù)快速發(fā)展，各類電網(wǎng)設(shè)備、電力終端、用電客戶的通信需求爆發(fā)式增長(zhǎng)，5G無(wú)線通信技術(shù)逐漸成為構(gòu)建安全可信、接入靈活、雙向?qū)崟r(shí)互動(dòng)的“廣連接、全覆表3各類業(yè)務(wù)通信需求上表中的智能分布式配電自動(dòng)化、精準(zhǔn)負(fù)荷控制、分布式能源調(diào)控以及移動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)管控等關(guān)鍵業(yè)務(wù)合技術(shù)，可滿足5G通信系統(tǒng)在多種配用電業(yè)務(wù)基于5G+TSN融合技術(shù)，可以為配用電智能圖10基于TSN和5G技術(shù)的端到端時(shí)間同步系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)或北斗/GPS授時(shí)異構(gòu)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)天地互備，大幅提高網(wǎng)絡(luò)授時(shí)的安全可靠性；5G基站可通過(guò)承載網(wǎng)的gPTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)或北斗/GPS授時(shí)獲取時(shí)鐘，同時(shí)將時(shí)鐘信息通過(guò)空口廣播（帶內(nèi)SIB16）或單播（攜帶SFN指示時(shí)鐘參考點(diǎn)）方式傳遞給5GCPE；5GCPE將時(shí)鐘信息通過(guò)IRIG-B碼接口方式傳遞該協(xié)議基于二層組播方式進(jìn)行通信。不同組播組不僅組播MAC相互有區(qū)別，同時(shí)也攜帶不同的VLAN。5GLAN技術(shù)，可支持VLAN+組播MAC的組播通信方式，在5G通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)配電終端圖11基于5GLAN的智能分布式配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)智能分布式配電自動(dòng)化、精準(zhǔn)負(fù)荷控制、分布式能源調(diào)控等智能電網(wǎng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)要求電力通信網(wǎng)采用冗余雙網(wǎng)來(lái)保障通信可靠性。為滿足冗余雙網(wǎng)的需求，5G通信網(wǎng)需要在核心網(wǎng)、承（三）智能網(wǎng)聯(lián)汽車圖12智能網(wǎng)絡(luò)汽車聯(lián)網(wǎng)需求用于智能交通系統(tǒng)的5G回傳網(wǎng)絡(luò)需求，IEEETSN嘗試定義該圖133GPP智能交通回傳網(wǎng)絡(luò)需求隨著自動(dòng)駕駛等級(jí)的提升，車內(nèi)ECU(電控單元)需要通過(guò)TSN可作為車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的主要通信技術(shù)，5G可作為V2X的重要支圖14智能汽車=單車自動(dòng)化+網(wǎng)聯(lián)（V2X）圖15面向智能汽車的TSN與5G融合參考架構(gòu)（四）智慧礦山領(lǐng)域煤礦行業(yè)從安全生產(chǎn)、高效生產(chǎn)、招工難等實(shí)際情況出發(fā)，少人化、無(wú)人化方向演進(jìn)。通過(guò)遠(yuǎn)程控制、機(jī)器人控制、智能回傳質(zhì)量、可靠性并降低時(shí)延，加快智能化發(fā)展，有助于減少其中，智慧礦上領(lǐng)域中的工程機(jī)械遠(yuǎn)程控制場(chǎng)景主要通過(guò)在采礦機(jī)械上安裝遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)和監(jiān)控與感知設(shè)備，對(duì)采礦機(jī)械進(jìn)行遠(yuǎn)程控制改造，使工程機(jī)械能夠?qū)⒌V山的實(shí)時(shí)狀況回傳到遠(yuǎn)程控制平臺(tái)，并通過(guò)控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程機(jī)械的遠(yuǎn)程操作控表4工程機(jī)械遠(yuǎn)程控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求業(yè)務(wù)場(chǎng)景典型業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延工程機(jī)械遠(yuǎn)程控制場(chǎng)景（、鑿巖車、電鏟車、挖機(jī)等）車載監(jiān)控（2-4路4K攝像頭）上行：12-40Mbps/每路（壓縮后）下行：控制級(jí)100Kbps/每路<100ms遠(yuǎn)程操控下行：控制級(jí)100Kbps/每臺(tái)上行：車輛傳動(dòng)、定位、感知信息上傳1-2Mbps/每臺(tái)<20ms全方位立體監(jiān)控下行：控制級(jí)100Kbps/每臺(tái)上行：12-40Mbps/每路<20ms如下圖16所示，高帶寬、低時(shí)延的5G+TSN網(wǎng)絡(luò)，集成了5G的移動(dòng)性和TSN的低時(shí)延高可靠特性，利用5G+TSN網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)高可靠低延時(shí)的工程機(jī)械遠(yuǎn)程控制，滿足礦區(qū)無(wú)人化采掘圖16面向礦山工程機(jī)械遠(yuǎn)程控制的TSN與5G融合參考架構(gòu)（五）智慧港口領(lǐng)域港口作為連接海路運(yùn)輸和內(nèi)陸運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵樞紐，在船舶在進(jìn)港之后，典型卸貨作業(yè)流程（船-岸方向）為：岸橋?qū)⒓b箱從船舶吊起、運(yùn)送至岸邊場(chǎng)內(nèi)水平運(yùn)輸車輛；在吊箱和運(yùn)輸過(guò)程中，需要對(duì)集裝箱進(jìn)行理貨；通過(guò)水平運(yùn)輸車輛，如集卡、AGV等，將集裝箱從岸橋下運(yùn)送至碼頭堆場(chǎng)；在堆場(chǎng)指定位置由輪胎吊或軌道吊完成集裝箱搬運(yùn)、堆疊；整個(gè)作業(yè)流程中，岸橋、龍門吊、集卡車等在內(nèi)的幾百臺(tái)重型機(jī)械設(shè)備密集部署，具備典型的工業(yè)作業(yè)環(huán)境。港口生產(chǎn)的作業(yè)效率和自動(dòng)化水平，是決定港口未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。在數(shù)字化、全自動(dòng)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。港口的數(shù)字化與自動(dòng)化發(fā)展不僅將降低碼頭用工成本，最大限度地減少人機(jī)接觸，保障人員安當(dāng)前90%以上的岸橋、場(chǎng)橋?yàn)槿斯がF(xiàn)場(chǎng)高空作業(yè)，有遠(yuǎn)程1）部分新建港口支持光纖遠(yuǎn)程操控，但光纖存在移動(dòng)性2）少數(shù)信息化港口采用LTE或Wifi方式，LTE帶寬低、可靠性、時(shí)延、速率等性能欠佳；WiFi在穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)帶寬等表5工程機(jī)械遠(yuǎn)程控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求場(chǎng)景描述整體需求描述可靠性龍門吊遠(yuǎn)程操作場(chǎng)景（控制部分）超低時(shí)延，高可靠<18ms50-100kbps99.999%龍門吊遠(yuǎn)程操作場(chǎng)景（視頻部分）低時(shí)延，高可靠，大帶寬50ms30-100Mbps99.9%移動(dòng)性和TSN的低時(shí)延高可靠特性，集裝箱裝卸橋、輪胎吊等大型集裝箱作業(yè)機(jī)械的自控系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)、視頻監(jiān)控圖像信號(hào)等信息，也可以迅速回傳到機(jī)械，從而使得生產(chǎn)調(diào)度人員更加合理地調(diào)配生圖17面向港口遠(yuǎn)程控制的TSN與5G融合參考架構(gòu)五、5G+TSN面臨的挑戰(zhàn)5G與TSN的融合應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域，但是截至到目前為止，TSN與5G技術(shù)各自的系統(tǒng)特性尚不成熟，相關(guān)關(guān)鍵特性所涉及的標(biāo)準(zhǔn)都還沒有完全凍結(jié)。5G系統(tǒng)新技術(shù)層出不窮，但性能的提升還依賴于資源的深度復(fù)用和網(wǎng)絡(luò)功能的深度智能化，TSN技術(shù)亦是如此，需要智能化的全網(wǎng)資源管控，目前二者的5G+TSN是一個(gè)支撐多業(yè)務(wù)傳送的多技術(shù)融合網(wǎng)絡(luò)，包括：多種接入技術(shù)，多個(gè)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)和多種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的融合。在此過(guò)程中還要考慮存量工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的兼容問(wèn)題，功耗問(wèn)題，都尚需深六、附錄序號(hào)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱發(fā)布單位38.801StudyonNewRadioAccessTechnology,RadioAccessArchitectureandInterfaces3GPPeCPRITransportNetworkV1.2(06/2018)Requirementsforthe