5G TSN融合发展和应用方案探索.pdf
《5G TSN融合发展和应用方案探索.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《5G TSN融合发展和应用方案探索.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2024/01/DTPT收稿日期:2023-12-220 引言随着工业物联网、自动化制造、智能交通等领域的不断发展,对网络时延精度和可靠性的要求也越来越高。在这种背景下,5G TSN技术应运而生,成为满足高时间精度、高可靠性应用的重要技术手段。5GTSN技术将5G网络和TSN技术结合起来,实现对工业物联网、自动化制造、智能交通等领域中时延抖动和可靠性要求更高的应用的支持。5G TSN技术可以提供更高的网络时间精度和可靠性,为相应的工业应用带来显著好处;通过5G无线网络替代工厂内有线网络,解决工厂有线连接的问题,增加工业设备和网络部署的灵活性,让工业生产更加柔性化。5G TSN打造全面互通灵活接
2、入的确定性工业网络。TSN作为有线代表、5G作为无线代表,二者融合是技术发展的趋势。本文旨在研究5G TSN融合需求、标准演进进展,并对应用方案进行探索,为进一步推动5G TSN融合技术的发展做出贡献。5G TSN融合发展和应用方案探索Exploration of 5G TSN IntegrationDevelopment and Application Solutions关键词:5G;TSN;应用doi:10.12045/j.issn.1007-3043.2024.01.019文章编号:1007-3043(2024)01-0088-05中图分类号:TN915文献标识码:A开放科学(资源服务)
3、标识码(OSID):摘要:为了达到5G使能工业网络的目的,3GPP对低时延、高可靠场景进行了全面增强,在标准上深度讨论和制定了支持TSN的确定性业务的方案。5G TSN打造全面互通灵活接入的确定性工业网络,5G和TSN的融合是技术发展的趋势。重点分析了5G TSN网络的需求,归纳了5G TSN技术的标准化研究进展;最后对应用方案进行了探索和总结。Abstract:In order to achieve the purpose of 5G enabling industrial networks,3GPP has comprehensively enhanced low latency and
4、highreliability scenarios,and has deeply discussed and developed solutions to support deterministic services in TSN from the stan-dard level.5G TSN builds a deterministic industrial network with comprehensive interoperability and flexible access.The inte-gration of 5G and TSN is the trend of technol
5、ogy development.It focuses on analyzing the requirements of 5G TSN network,and summarizes the standardization research progress of 5G TSN technology.Finally,it explores and summarizes the applica-tion solutions.Keywords:5G;TSN;Application董秋丽,李静(中国联通研究院,北京 100048)Dong Qiuli,Li Jing(China Unicom Resea
6、rch Institute,Beijing 100048,China)董秋丽,李静5G TSN融合发展和应用方案探索行业应用Industry Application引用格式:董秋丽,李静.5G TSN融合发展和应用方案探索 J.邮电设计技术,2024(1):88-92.88邮电设计技术/2024/011 5G TSN融合需求1.1 背景TSN 是由以太网音视频桥接技术(Audio VideoBridging,AVB)网络演进而来,AVB工作组制定了一系列新的802.1技术标准,对现有以太网进行功能扩充,包括带宽保持、限制延时和精确时钟同步,提供了高质量、低延时、时间同步的音视频局域网解决方案。
7、之后,随着工业和汽车对实时以太网技术的需求迅速增长,在2012年,AVB工作组更名为TSN工作组,在已有技术的基础上,进一步针对实时通信应用场景,提出了更多可行的技术标准,借此在未来的工业和汽车等领域继续引领以太网技术的发展。然而,随着技术的演进,有线的工业通信网络已经不能适配所有场景的需求,工业4.0需要网络破除僵化壁垒,提供更加动态、灵活和智能的连接。1.2 行业需求推动行业需求推进5G TSN融合。垂直行业对网络提出了额外的要求:即时延敏感要求和灵活可靠的连接。例如工业领域的PLC系统需要按特定顺序执行控制动作,系统内各设备甚至需要s级的时钟同步;运动控制通过定期向执行器传输请求的速度和
8、位置值等来实时控制机器部件的运动和旋转,系统必须在特定时刻及时完成所有相关执行器的数据和所有传感器报告的传输,以实现精确运动,因此需要较低的时延。港口龙门吊场景通过远程控制可以避免高空作业的安全风险,需要较低的时延和灵活的网络部署。将5G网络和TSN技术结合起来,可实现对工业物联网、自动化制造、智能交通等领域中对网络时序精度和可靠性要求更高的应用的支持。表1所示为未来工厂的一些最重要应用领域的节点数量、周期时间和有效载荷大小的一些典型值。这些典型的需求反映了当前5G网络满足行业时延需求需要达到的指标。1.3 技术优势推动5G 和TSN融合在技术上具有优势。TSN是以太网协议模型中第2层(数据链
9、路层)的一套协议标准。TSN技术可以提供更高的网络时序精度和可靠性保障,包括精度时钟同步、低时延抖动、高可靠性等确定性服务。同时,基于通用标准构建工业以太网的数据链路层传输,打破封闭协议限制,提高连接性和通用性,使得工业互联网生态更开放。5G uRLLC功能提供了与 TSN 功能的良好匹配,这2种关键技术可以组合和集成以提供端到端的确定性连接。在时延方面,可实现最低空口时延1 ms的目标;在此基础上,时间同步方面,通过UE、gNB和UPF之间的时钟同步,在5G作为TSN网桥时,保障数据传输的确定性时延,5G内时钟同步误差小于1 s;通过传输时延补偿,5G内时钟同步误差小于 900 ns。5G
10、TSN融合将进一步增强网络的实时性能,满足实时控制和监测的需求。2 5G TSN标准化进展5G系统是工业应用中无线通信的关键使能技术。3GPP从一开始就考虑了工业应用场景的超高可靠、超低延迟的技术特征。3GPP分别在SA和RAN开展TSN的研究,SA侧首先从需求角度展开分析,开展垂直行业对除时延外的确定性要求研究;之后分别在SA2和RAN开展5G TSN的研究;在R16完成5G TSN系统间拉通,完成基本与TSN系统的对接功能;在R17进行深度确定性增强,灵活的时间同步机制以及扩展的TSCAI 帮助 RAN 调度;R18 进行广域扩充,包括支持DetNet,N3确定性以及时间同步增强。图 1
11、所示为 TSN 标准研究的主要内容。以下就R16、R17、R18的研究课题和主要研究内容进行了进一步的介绍。2.1 5G TSN网桥阶段即R16 5G TSN阶段,主要连通两端的TSN网络,5G作为TSN网桥,保障端到端网络的确定性。TSN在5G顶层集成,最大限度减少对现有5G网络内部机制的影响,需要完成TSN网桥能力上报、配置信息下发以及QoS映射等功能。首先,将5G充当TSN网络的1表1未来工厂典型场景业务需求应用场景运动控制移动机器人具有安全功能的移动控制面板过程自动化/监控印刷机机床封装机协同运动控制视频运动控制装配机器人移动起重机可靠性/%99.999 999.999 999.999
12、 999.999 999.999 999.999 999.999 999.99典型消息大小/B20504040250151504025040250可变循环时间/ms20.550设备数量 10020501001004210 000设备/km2典型服务区域100 m100 m30 m15 m15 m3 m10 m5 m3 m 1 km2 1 km210 m10 m40 m60 m董秋丽,李静5G TSN融合发展和应用方案探索行业应用Industry Application892024/01/DTPT个或多个网桥集成在TSN系统中。TSN在5G顶层集成,并通过TSN转换器(TSN translato
13、r,TT)进行系统间拉通。5G系统与TSN网络系统在技术上融合创新并协同部署。通过支持 802.1Qci和 802.CB协议和 5G Delay Critical GBR QoS management 功能,同时在控制面引入TSN AF,用户面引入NW-TT(UPF侧)和DS-TT(UE侧),对相关端口、协议数据单元以及QoS机制进行UE和业务系统间的映射,支持TSN相关流量调度特性。一方面,通过 TSN 转换器(NW-TT 和 DS-TT)解决5G与TSN网络的对接;另一方面,完成业务能力的适配,即以太网转发功能、增强的QoS和高精度时间同步。5G TSN融合进一步满足时间同步、低时延、高可
14、靠、资源管理等功能需求。R16支持的5G TSN关键功能包括高精度时间同步、确定性转发、TSN管理协同、网络拓扑发现和Ethernet类型的PDU Session。5G TSN网桥阶段是5G与TSN早期系统拉通的解决方案。时间同步作为其操作的重要组成部分嵌入到 5G 蜂窝无线系统,主要应用在 5G 与传统网络共存、不同域协作的场景。5G TSN网桥阶段版本是5GTSN融合早期版本,它提供了基本思路和框架。2.2 确定性增强阶段5G增强确定性功能,一方面新增网元管理5G系统内TSN相关模块功能,另一方面通过灵活配置同步主控,增强时间同步的灵活性,更加适配工业场景如UE-UE通信。通过全面引入相关
15、的TSN特性以支持更高要求的工业网络,提升了确定性网络能力,保障UE-UE的确定性通信,适配工业非TSN网络,为外部提供时钟源;保障更多的确定性网络能力。R17对5GTSN 进行了增强以支持 TSC,并分别在 SA2 和 RAN(IIoT)开展研究,进一步扩展了时间敏感通信,提升内生确定性网络能力,保障UE-UE的确定性通信,适配工业非TSN网络,为外部提供时钟源;保障更多的确定性网络能力。R17支持的5G TSN主要包括如下功能。a)引入survival time,优化RAN侧调度。b)新增网元 TSC TSF(Time Sensitive Communication and Time Sy
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 5G TSN融合发展和应用方案探索 TSN 融合 发展 应用 方案 探索
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。