從概念整合到深入應用，用TSN＋5G實現確定性低延遲傳輸

電子發燒友網報道（文/李寧遠）TSN，Time-Sensitive Networking，時間敏感網絡現在已經不是一個新鮮的技術了，它從我們傳統的以太網當中衍生出來，經過這些年的應用大家都對其有了相應的了解。

書面一點形容，TSN是在非確定性的以太網中實現確定性的最小時間延時的協議族，簡單一點來說，TSN的時間敏感機制為標準以太網增加了確定性和可靠性，確保數據能夠實時、確定和可靠地傳輸。

從無到有的TSN

早前的音視頻傳輸，用的是傳統以太網或者分組交換網絡以及二者融合的同軸傳輸。這種傳輸會出現的問題大家都應該遇到過，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音視頻橋接任務組，該工作組的任務就是解決以太網中音頻視頻數據實時同步傳輸的問題。

從最早的時鐘同步標準，到后來的流量整形以及隊列調度相關算法，該任務組慢慢解決了一些音視頻在網絡轉發出現的延遲問題。隨著物聯網等一些新概念的出現，對這種確定性網絡的需求越來越多，AVB音視頻橋接任務組擴大了時間確定性以太網的應用需求和適用范圍，并正式更名為TSN工作組。TSN更加貼近工業互聯網以及車載應用，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能夠達到微秒級甚至是納秒級的精度誤差，802.1Qat通過引入協商機制解決音視頻實時流量與普通異步數據流量之間的競爭，802.1Qav將異步以太網數據流和實時流做了排隊分配。TSN下還有不少協議發布也已經提上了日程。

總的來看，TSN的確定性體現在它更關注傳輸的下限。它不會像傳統以太網里有較長的拖尾會產生較長的時延，這種延遲在公控或者車載以太網當中都是很危險的，TSN通過提高傳輸的下限讓整個傳輸更確定，更可靠。

5G＋TSN，從概念整合到應用

5G技術的出現對于移動互聯網來說是具有顛覆性的技術變革，其諸多特性突破了傳統的技術界限。5G與TSN的整合可以說是雙劍合璧相得益彰。5G與TSN作為無線和有線領域的關鍵網絡技術，二者融合創新、協同部署，對于構建高質量的互聯網至關重要。

我們可以看到從5G R16開始，就開始提供了很多除開公網之外的協議，具體到TSN來講， R16 協議定義了很多關于TSN通信相關的一些協議，5G網絡跟TSN網絡進行互操作的網絡架構，還定義了5G網絡作為TSN網橋如何做同步機制的架構，并且也做了很多冗余傳輸來保證傳輸的可靠性。

特別還定義了5G與TSN網絡通信的輔助信息，它會把TSN網絡的信息轉換成5G網絡的需求，并將需求發給基站，基站會結合調度算法將需求實現到調度機制上，5G在TSN終端以及TSN網絡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，即實現5G核心網架構增強，控制面設計支持TSN相關控制面功能，實現5G核心網確定性傳輸調度機制，而不依賴于外部TSN網絡。

在對傳輸有著十分嚴格的確定性要求的場景下，5G網絡系統的各個環節需要進行性能優化以及系統整體處理效率提升才可能實現端到端的極致高可靠低時延，TSN正好在現有的以太網QoS功能基礎上增加了包括時間調度、搶占、流監控及過濾等一系列流量調度特性，可以確保流量的高質量確定性傳輸。二者結合，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極致的端到端確定性互聯。

5G＋TSN賦能工業自動化是非常具有代表性的應用，此前中國移動聯合華為、固高科技、思伯倫、金石機器人發布的全球首個5G+TSN智能倉儲物流系統就是5G＋TSN深入應用的縮影。工業場景機器人的應用是非常典型的需要低延遲的閉環控制應用，機器人能否同步幾乎完全取決于運動數據的傳輸延遲。華為提供的5G+TSN技術，通過5G核心網內生TSN可以簡化組網，一張5G網絡就可以實現時鐘同步、確定性時延保障，并通過智能化調度，及時優化網絡性能，保障端到端的SLA。這種5G網絡構建起的信息系統，能讓同一場景下不同功能的機器人實時連接在一起實現精密協作。隨著兩種技術的發展和融合，不只是工業場景，任何需要端到端確定性互聯的場景都會受益于5G＋TSN。

寫在最后

雖然5G＋TSN有著廣闊的應用空間，但是二者融合的技術挑戰還是不少的，比如5G如何在無線側保證穩定，比如二者不同的時間域該如何同步來消除不確定性等等，而且二者融合應用起來也會涉及到大量現場設備和控制系統升級改造，不可能一蹴而就。5G與TSN想要深入應用，還需要整個生態圈內的各個環節共同努力。