上一期TSN連載，我們與大家聊了無線技術(shù)、TSN與5G的一些關(guān)聯(lián)內(nèi)容（傳送門：TSN與5G將擦出怎樣的火花？【連載】 ），今天，我們繼續(xù)來聊聊5G和TSN， 干貨滿滿，看完絕對(duì)不后悔系列。

隨著美利堅(jiān)大統(tǒng)領(lǐng)川總在世界范圍內(nèi)給華為做了一波又一波不要錢的活廣告，5G這個(gè)新事物也逐漸為廣大吃瓜群眾所熟知，似乎在一夜之間，大家都達(dá)成了一個(gè)共識(shí)：

有了5G，電影可以1秒下載完；

有了5G，我們可以躺在床上看4K大電影；

有了5G，吃雞可以更流暢；

有了5G，10GB流量瞬間就沒了

……

總之，有了5G，我們的網(wǎng)絡(luò)世界似乎全變了，但是5G究竟是什么呢？似乎又是云里霧里，不可捉摸。5G的確能夠給我們的網(wǎng)絡(luò)帶來巨大的改變，但這些改變并不僅僅是在我們的日常生活使網(wǎng)速變得更快，更多的應(yīng)該是體現(xiàn)在高速的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)將會(huì)帶來諸多領(lǐng)域內(nèi)的通信革命。

比如 工業(yè)領(lǐng)域

在工業(yè)領(lǐng)域，隨著智能工廠的進(jìn)一步發(fā)展和建設(shè)，基于以太網(wǎng)技術(shù)的IEEE802.1時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）正在成為工業(yè)4.0的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分。

作為移動(dòng)通信的5G，擁有極短的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，因此和TSN一樣，也有望可以在工廠中部署，并與TSN共存并解決工業(yè)生產(chǎn)的主要需求，充分發(fā)揮5G的靈活性和TSN的極低延遲性。例如，有效減少電纜鋪設(shè)、移動(dòng)設(shè)備廣泛應(yīng)用等。

除此之外，5G和TSN也可以集成在一起，以提供最優(yōu)的解決方案，滿足工業(yè)控制中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制所需的無縫連接和高穩(wěn)定性。最終，這些關(guān)鍵技術(shù)的整合將會(huì)滿足智能工廠的需要。

5G技術(shù)：增加超可靠低延遲的通信

在我們的理解中，5G是為智能手機(jī)或平板電腦等消費(fèi)設(shè)備提供增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶服務(wù)，實(shí)際上工業(yè)才是發(fā)揮其最核心價(jià)值的領(lǐng)域。能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)（IoT）通信和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)量身定制。那為什么在之前的移動(dòng)通信中我們很少提到這一應(yīng)用場(chǎng)景呢？難道僅僅是因?yàn)?G的速度比較快嗎？并不盡然。

大家都知道，5G的前輩叫“4G”，4G的系統(tǒng)構(gòu)架主要包括無線側(cè)（即LTE）和網(wǎng)絡(luò)側(cè)（SAE）。準(zhǔn)確點(diǎn)講，這個(gè)4G系統(tǒng)構(gòu)架在3GPP里叫EPS（Evolved Packet System，演進(jìn)分組系統(tǒng)）。EPS指完整的端到端4G系統(tǒng)，它包括UE（用戶設(shè)備）、E-UTRAN（演進(jìn)的通用陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)）和EPC核心網(wǎng)絡(luò)（演進(jìn)的分組核心網(wǎng)），這個(gè)EPS是專為移動(dòng)寬帶而設(shè)計(jì)的，從3G到4G的演進(jìn)屬于整體演進(jìn)，即核心網(wǎng)和接入網(wǎng)整體從3G演進(jìn)到4G。

可是到了5G這里，發(fā)生了一些變化，3GPP組織把接入網(wǎng)（5G NR）和核心網(wǎng)（5G Core）拆分開了，可以獨(dú)立演進(jìn)，這樣，5G就不僅僅是針對(duì)增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶服務(wù)了，它主要可以面對(duì)三大場(chǎng)景：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB），連接大量設(shè)備/傳感器的大規(guī)模機(jī)器通信（mMTC）、控制系統(tǒng)之間的超可靠低延遲通信（Ultra-Reliable Low Latency Communication， URLLC）與關(guān)鍵通信。針對(duì)這三大場(chǎng)景，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）也提出了三大關(guān)鍵性指標(biāo)：

○ 增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMMB）：峰值數(shù)據(jù)速率>10Gb/s

○ 大規(guī)模機(jī)器類型通信（mMTC）：接入密度>1M/km2

○ 超可靠的低延遲通信（URLLC）：端到端延遲<1ms

之前，我們的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，包括3G和4G主要都集中在eMBB的應(yīng)用上，而在5G的發(fā)展中，基于mMTC的技術(shù)特性，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器聯(lián)網(wǎng)、萬物聯(lián)網(wǎng)，基于URLLC的技術(shù)特性，使5G得以成為無線通信領(lǐng)域中時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)最合適候選者。

同樣，這URLLC的特性對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化也至關(guān)重要，因?yàn)樗梢詣?chuàng)建實(shí)時(shí)交互通信系統(tǒng)，也可以滿足與TSN集成的要求，從下圖中，我們可以看到，mMTC和URLLC特性大大拓展了5G的應(yīng)用領(lǐng)域，為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了無數(shù)種新的可能。

5G在階段1（3GPP Release 15）和階段2（3GPP Release 16，于2020年3月完成）引入了一些新的功能，這些功能減少了單向延遲，并使通過無線信息傳輸?shù)目煽啃愿哌_(dá)99.999%，同時(shí)具有靈活的上行鏈路調(diào)度和精確的時(shí)間同步，這將加強(qiáng)進(jìn)一步5G對(duì)TSN流量的支持。隨著5G的不斷發(fā)展，一些新的應(yīng)用趨勢(shì)正在出現(xiàn)，越來越多的垂直行業(yè)得以支持，如：非地面網(wǎng)絡(luò)、車輛應(yīng)用、公共安全和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IoT），而這也可以實(shí)現(xiàn)其在工業(yè)自動(dòng)化等控制領(lǐng)域的應(yīng)用。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)信息化、智能化的不斷發(fā)展，無線技術(shù)將成為未來發(fā)展的大趨勢(shì)。

通過5G技術(shù)，將可以在不需要電纜的情況下增加新的設(shè)備，也可以使用具有高度靈活性的移動(dòng)設(shè)備，且由于5G支持遠(yuǎn)程連接，這些設(shè)備不需要位于同一站點(diǎn)，這將可以通過網(wǎng)絡(luò)連接位于不同地點(diǎn)的分散型生產(chǎn)線。

而在去年的漢諾威工博會(huì)上，無線TSN網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)作為未來工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)著實(shí)是大放異彩。

目前，CC-Link協(xié)會(huì)也在無線技術(shù)領(lǐng)域積極參與開發(fā)，并已在以太網(wǎng)無線通信下，實(shí)現(xiàn)高可靠性的數(shù)據(jù)通信。相信隨著TSN的進(jìn)一步發(fā)展和5G技術(shù)的商業(yè)化及成熟應(yīng)用，CC-Link IE TSN和5G技術(shù)的有效整合也將指日可待，我們可以大膽的展望未來，屆時(shí)將在更多的工業(yè)場(chǎng)景和應(yīng)用領(lǐng)域見到CC-Link IE TSN的身影。

附：

*相關(guān)術(shù)語：

5GS – 5G System

5QI – 5G QoS Indicator

AF – Application Function

CN – Core Network

CNC – Centralized Network Configuration

CUC – Centralized User Configuration

FRER – Frame Replication and Elimination for Reliability

gNB – Next generation Node B (5G base station)

gPTP – Generalized Precision Time Protocol

IOT – Internet of Things

LLDP – Link Layer Discovery Protocol

NR – New Radio

OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OPC – Open Platform Communications

PCF – Policy Control Function

PDU – Protocol Data Unit

SDN – Software-Defined Networking

TSN – Time-Sensitive Networking

TT – TSN Translator

UE – User Equipment

UL – Uplink

UPF – User Plane Function

URLLC – Ultra-Reliable Low-Latency Communication

*參考文獻(xiàn)：

1.Ericsson Technology Review, Boosting smart manufacturing with 5G wireless connectivity, January 2019, Sachs, J.; Wallstedt, K.; Alriksson, F.; Eneroth, G.

2.3GPPTS23.501, SystemArchitectureforthe5GSystem;Stage2

3.3GPP TS 38.300, NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage 2

4.ITU-T G.8275.1 Precision time protocol telecom profile for phase/time synchronization with full timing support from the network

5.IEEE 802.1, Time-Sensitive Networking (TSN) Task Group

6.IEC/IEEE 60802 TSN Profile for Industrial Automation

7.OPC Foundation, Initiative: Field Level Communications (FLC) OPC Foundation extends OPC UA including TSN down to field level, April 2019