如何使用TSN＋5G从概念整合到深入的应用实现确定性低延迟传输

TSN，Time-Sensitive Networking，时间敏感网络现在已经不是什么新AD569KN技术了。它来自我们传统的以太网。经过多年的应用，大家对它有了相应的了解。

根据书面描述，TSN是一个协议家庭，在非确定性以太网中实现确定性的最小时间延迟。简单来说，以太网为标准，TSN的时间敏感机制增加了确定性和可靠性，保证了数据的实时、确定和可靠传输。

从无到有的TSN

早期的音视频传输使用传统的以太网或分组交换网络和同轴传输相结合。每个人都应该遇到过这种传输的问题，那就是延迟，视频和音频不同步。在这种背景下，IEEE 802.1工作组成立了AVB音视频桥接任务组，其任务是解决以太网中音视频数据实时同步传输的问题。

从最早的时钟同步标准，到后来的流量整形和相关的队列调度算法，任务组逐渐解决了网络转发中一些音视频的延迟问题。随着物联网等一些新概念的出现，对这种确定性网络的需求越来越大。AVB音视频桥接任务组扩大了时间确定性以太网的应用需求和适用范围，正式更名为TSN工作组。TSN更接近工业互联网和车载应用。随后，工作组还增加了一些对时钟或时间要求更高的算法和机制。

现在常见的TSN协议包括IEEE 802.1AS-rev、IEEE 802.1Qat、IEEE 802.1Qav、IEEE 802.1Qbv、IEEE 802.1Qbu等。802.1AS-rev可以实现微秒甚至纳秒的精度误差。802.1Qat通过引入谈判机制，解决了音视频实时流量与普通异步数据流量的竞争。802.1Qav排队分配异步以太网的数据流和实时流量。在TSN下，许多协议已经被提上日程。

总的来说，TSN的确定性体现在它更注重传输的下限。它不会像传统的以太网那样拖尾很长，而且会有很长的延迟。这种延迟在公共控制或车载以太网中非常危险。TSN通过提高传输下限，使整个传输更加确定和可靠。

5G＋TSN，将概念融合到应用

5G技术的出现是移动互联网的颠覆性技术变革，其诸多特点突破了传统技术的边界。5G和TSN的融合可以说是双剑的补充。作为无线和有线领域的关键网络技术，5G和TSN的融合创新和协同部署对于构建高质量的互联网至关重要。

我们可以看到，从5GR16开始，除了公共网络之外，还提供了许多协议。具体来说，R16协议定义了许多与TSN通信相关的协议。5G网络与TSN网络互操作的网络架构也定义了5G网络如何作为TSN网桥进行同步机制的架构，并为确保传输的可靠性做了大量冗余传输。

特别是，5G和TSN网络通信的辅助信息已经被定义。它将TSN网络的信息转换为5G网络的需求，并将需求发送到基站。基站将结合调度算法在调度机制上实现需求。5G在TSN终端和TSN网络之间发挥了桥梁作用，进一步保证了低延迟和高可靠性。R17提出了TSN增强架构，即增强5G核心网络架构，控制面设计支持TSN相关控制面功能，不依赖外部TSN网络实现5G核心网络确定性传输调度机制。

在对传输有非常严格的确定性要求的情况下，5G网络系统的各个环节都需要优化性能，提高系统的整体处理效率，才能实现端到端的极高可靠性和低延迟。TSN只是在现有以太网QoS功能的基础上增加了一系列流量调度特性，包括时间调度、抢占、流量监控和过滤，可以保证流量的高质量确定性传输。两者的结合可以更有效地保证端到端的超低延迟和高可靠传输。目前，5G与TSN的融合大致可以分为拼接融合、承载网融合和深度融合。

5G＋TSN赋能工业自动化是一个非常具有代表性的应用。5G+TSN智能仓储物流系统是中国移动联合华为、固高科技、思伯伦和金石机器人发布的世界上第一个5G+TSN智能仓储物流系统。＋TSN深度应用的缩影。工业场景机器人的应用是需要低延迟的典型闭环控制应用，机器人能否同步几乎完全取决于运动数据的传输延迟。华为提供的5G+TSN技术可以通过5G核心网络内生TSN简化组网，一个5G网络可以实现时钟同步、确定延迟保证，通过智能调度及时优化网络性能，保证端到端的SLA。这种由5G＋TSN网络构建的信息系统，可以使不同功能的机器人在同一场景下实时连接在一起，从而实现精密合作。随着两种技术的发展。

写在最后

虽然5G＋TSN应用空间广阔，但两者融合的技术挑战还是很多的，比如如何在无线侧保证5G的稳定性，如何在不同的时间域同步消除不确定性等。而且两者的融合应用也会涉及到大量的现场设备和控制系统的升级改造，不可能一蹴而就。为了深入应用5G和TSN，需要整个生态圈的各个环节的共同努力。