電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠(yuǎn)）TSN，Time-Sensitive Networking，時間敏感網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在已經(jīng)不是一個新鮮的技術(shù)了，它從我們傳統(tǒng)的以太網(wǎng)當(dāng)中衍生出來，經(jīng)過這些年的應(yīng)用大家都對其有了相應(yīng)的了解。

書面一點形容，TSN是在非確定性的以太網(wǎng)中實現(xiàn)確定性的最小時間延時的協(xié)議族，簡單一點來說，TSN的時間敏感機制為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)增加了確定性和可靠性，確保數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r、確定和可靠地傳輸。

從無到有的TSN

早前的音視頻傳輸，用的是傳統(tǒng)以太網(wǎng)或者分組交換網(wǎng)絡(luò)以及二者融合的同軸傳輸。這種傳輸會出現(xiàn)的問題大家都應(yīng)該遇到過，那就是延遲，視頻音頻并不同步。在這樣的背景下，IEEE 802.1工作組成立了AVB音視頻橋接任務(wù)組，該工作組的任務(wù)就是解決以太網(wǎng)中音頻視頻數(shù)據(jù)實時同步傳輸?shù)膯栴}。

從最早的時鐘同步標(biāo)準(zhǔn)，到后來的流量整形以及隊列調(diào)度相關(guān)算法，該任務(wù)組慢慢解決了一些音視頻在網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)出現(xiàn)的延遲問題。隨著物聯(lián)網(wǎng)等一些新概念的出現(xiàn)，對這種確定性網(wǎng)絡(luò)的需求越來越多，AVB音視頻橋接任務(wù)組擴大了時間確定性以太網(wǎng)的應(yīng)用需求和適用范圍，并正式更名為TSN工作組。TSN更加貼近工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及車載應(yīng)用，隨之而來，工作組也在其中加入了一些對時鐘或者時間要求更高的算法與機制。

目前常見的TSN協(xié)議有IEEE 802.1AS-rev、IEEE 802.1Qat、IEEE 802.1Qav、IEEE 802.1Qbv、IEEE 802.1Qbu等等。802.1AS-rev能夠達(dá)到微秒級甚至是納秒級的精度誤差，802.1Qat通過引入?yún)f(xié)商機制解決音視頻實時流量與普通異步數(shù)據(jù)流量之間的競爭，802.1Qav將異步以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流和實時流做了排隊分配。TSN下還有不少協(xié)議發(fā)布也已經(jīng)提上了日程。

總的來看，TSN的確定性體現(xiàn)在它更關(guān)注傳輸?shù)南孪?。它不會像傳統(tǒng)以太網(wǎng)里有較長的拖尾會產(chǎn)生較長的時延，這種延遲在公控或者車載以太網(wǎng)當(dāng)中都是很危險的，TSN通過提高傳輸?shù)南孪拮屨麄€傳輸更確定，更可靠。

5G＋TSN，從概念整合到應(yīng)用

5G技術(shù)的出現(xiàn)對于移動互聯(lián)網(wǎng)來說是具有顛覆性的技術(shù)變革，其諸多特性突破了傳統(tǒng)的技術(shù)界限。5G與TSN的整合可以說是雙劍合璧相得益彰。5G與TSN作為無線和有線領(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，對于構(gòu)建高質(zhì)量的互聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要。

我們可以看到從5G R16開始，就開始提供了很多除開公網(wǎng)之外的協(xié)議，具體到TSN來講， R16 協(xié)議定義了很多關(guān)于TSN通信相關(guān)的一些協(xié)議，5G網(wǎng)絡(luò)跟TSN網(wǎng)絡(luò)進行互操作的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，還定義了5G網(wǎng)絡(luò)作為TSN網(wǎng)橋如何做同步機制的架構(gòu)，并且也做了很多冗余傳輸來保證傳輸?shù)目煽啃浴?br />
特別還定義了5G與TSN網(wǎng)絡(luò)通信的輔助信息，它會把TSN網(wǎng)絡(luò)的信息轉(zhuǎn)換成5G網(wǎng)絡(luò)的需求，并將需求發(fā)給基站，基站會結(jié)合調(diào)度算法將需求實現(xiàn)到調(diào)度機制上，5G在TSN終端以及TSN網(wǎng)絡(luò)中間起到了橋梁的作用，進一步保證低延時和高可靠性。而R17提出了TSN增強架構(gòu)，即實現(xiàn)5G核心網(wǎng)架構(gòu)增強，控制面設(shè)計支持TSN相關(guān)控制面功能，實現(xiàn)5G核心網(wǎng)確定性傳輸調(diào)度機制，而不依賴于外部TSN網(wǎng)絡(luò)。

在對傳輸有著十分嚴(yán)格的確定性要求的場景下，5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)需要進行性能優(yōu)化以及系統(tǒng)整體處理效率提升才可能實現(xiàn)端到端的極致高可靠低時延，TSN正好在現(xiàn)有的以太網(wǎng)QoS功能基礎(chǔ)上增加了包括時間調(diào)度、搶占、流監(jiān)控及過濾等一系列流量調(diào)度特性，可以確保流量的高質(zhì)量確定性傳輸。二者結(jié)合，可以更有效地確保端到端的超低延遲高可靠傳輸。目前，5G與TSN的融合大致分為拼接式融合、承載網(wǎng)融合以及深度融合，無論是哪種融合方式，其目的都是為了滿足場景內(nèi)極致的端到端確定性互聯(lián)。

5G＋TSN賦能工業(yè)自動化是非常具有代表性的應(yīng)用，此前中國移動聯(lián)合華為、固高科技、思伯倫、金石機器人發(fā)布的全球首個5G+TSN智能倉儲物流系統(tǒng)就是5G＋TSN深入應(yīng)用的縮影。工業(yè)場景機器人的應(yīng)用是非常典型的需要低延遲的閉環(huán)控制應(yīng)用，機器人能否同步幾乎完全取決于運動數(shù)據(jù)的傳輸延遲。華為提供的5G+TSN技術(shù)，通過5G核心網(wǎng)內(nèi)生TSN可以簡化組網(wǎng)，一張5G網(wǎng)絡(luò)就可以實現(xiàn)時鐘同步、確定性時延保障，并通過智能化調(diào)度，及時優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，保障端到端的SLA。這種5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建起的信息系統(tǒng)，能讓同一場景下不同功能的機器人實時連接在一起實現(xiàn)精密協(xié)作。隨著兩種技術(shù)的發(fā)展和融合，不只是工業(yè)場景，任何需要端到端確定性互聯(lián)的場景都會受益于5G＋TSN。

寫在最后

雖然5G＋TSN有著廣闊的應(yīng)用空間，但是二者融合的技術(shù)挑戰(zhàn)還是不少的，比如5G如何在無線側(cè)保證穩(wěn)定，比如二者不同的時間域該如何同步來消除不確定性等等，而且二者融合應(yīng)用起來也會涉及到大量現(xiàn)場設(shè)備和控制系統(tǒng)升級改造，不可能一蹴而就。5G與TSN想要深入應(yīng)用，還需要整個生態(tài)圈內(nèi)的各個環(huán)節(jié)共同努力。