英特爾：以TSN與5G融合技術(shù)塑造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的未來

如今，汽車、消費(fèi)品、石油與天然氣、公用事業(yè)、醫(yī)藥、食品飲料等多個(gè)行業(yè)垂直市場(chǎng)都在評(píng)估并部署智能工業(yè)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）技術(shù)。而在工業(yè)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型中，無線連接性成為了關(guān)鍵要素。無線連接的性能決定了機(jī)器、人、物體之間能否隨時(shí)隨地進(jìn)行高效溝通。與此同時(shí)，5G的出現(xiàn)對(duì)工業(yè)和制造業(yè)等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生了顛覆性影響，尤其是私有預(yù)置5G解決方案和公共5G，這也是近一個(gè)時(shí)期新一代無線通信部署最重要的機(jī)會(huì)之一。

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）是由IEEE 802.1工作組的時(shí)效性網(wǎng)絡(luò)任務(wù)組所制定的一系列標(biāo)準(zhǔn)。TSN在很多方面都作為管理業(yè)務(wù)流程及分析的信息技術(shù)（IT）網(wǎng)絡(luò)和管理實(shí)際工廠設(shè)備的運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OT）網(wǎng)絡(luò)之間的重要溝通橋梁。TSN系列標(biāo)準(zhǔn)旨在為網(wǎng)絡(luò)連接提供準(zhǔn)確的時(shí)間同步和時(shí)間關(guān)鍵數(shù)據(jù)及時(shí)性的保證，因此對(duì)從傳感器接收數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用程序等來說是非常理想的選擇。

5G可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)流量的低延遲和超可靠確定性，而無線連接則帶來靈活性，它們共同為工業(yè)制造帶來系統(tǒng)連接性。TSN與5G融合技術(shù)（TSN-over-5G）通過5G支持時(shí)效性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而使得傳感器、執(zhí)行器等工業(yè)設(shè)備可以與PLC等工業(yè)控制器進(jìn)行無線的、確定性的通信。這符合智能工業(yè)的要求，還可降低成本，催生新的商業(yè)模式，并簡(jiǎn)化工廠運(yùn)營(yíng)流程。TSN-over-5G的關(guān)鍵技術(shù)有：基于5G系統(tǒng)的TSN同步、基于5G系統(tǒng)的TSN以太網(wǎng)運(yùn)行、5G超可靠低延遲（URLLC）傳輸技術(shù)（尤其針對(duì)低延遲循環(huán)數(shù)據(jù)流）、5G點(diǎn)對(duì)點(diǎn)服務(wù)質(zhì)量（QoS）管理及智能調(diào)度程序算法。

對(duì)英特爾而言，確保生態(tài)系統(tǒng)成功向智能工業(yè)轉(zhuǎn)型，并在此過程中整合5G技術(shù)，是我們存在的終極意義的一部分。我們正與3GPP等標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體合作，制定了3GPP Release-16標(biāo)準(zhǔn)，以支持TSN-over-5G技術(shù)，并與博世等生態(tài)系統(tǒng)合作采用5G、Wi-Fi 6等新一代無線技術(shù)建立了基于早期標(biāo)準(zhǔn)的概念驗(yàn)證（PoC）項(xiàng)目。隨著3GPP Release-16標(biāo)準(zhǔn)即將在夏季正式發(fā)布，我們與全球IIoT領(lǐng)導(dǎo)者博世采用英特爾5G原型解決方案建立了TSN-over-5G早期概念驗(yàn)證項(xiàng)目。這一概念驗(yàn)證包括了用戶設(shè)備（UE）、無線電接入網(wǎng)（RAN）及核心，并展示了上述的四大關(guān)鍵技術(shù)。這一項(xiàng)目可直接與博世的TSN兼容可編程邏輯控制器（PLC）終端配合，驗(yàn)證技術(shù)可行性，并展示關(guān)鍵的IIoT用例。

在這一項(xiàng)目中，英特爾與博世成功展示了TSN IIoT的典型用例，該用例目前通過工廠的有線基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行支持，第一和第二PLC采用開放平臺(tái)通信（OPC）統(tǒng)一架構(gòu)（UA）協(xié)議開放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行5G通信，主要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)角度控制和高速旋轉(zhuǎn)輪速度同步。具體來說，PoC項(xiàng)目展示了基于5G系統(tǒng)的TSN同步，其定時(shí)誤差遠(yuǎn)低于1微秒，時(shí)間關(guān)鍵動(dòng)作控制指令的單向延遲最多只有4毫秒。英特爾的3.7 GHz 5G原型系統(tǒng)還可同時(shí)進(jìn)行4K超高清視頻流直播。

這一項(xiàng)目是首批展示5G NR pre-Rel-16 TSN-over-5G功能的項(xiàng)目之一，包括在5G系統(tǒng)下的基于802.1AS的同步和基于802.1Qbv的關(guān)鍵數(shù)據(jù)包的時(shí)間感知送達(dá)。這一合作項(xiàng)目的另一項(xiàng)成果是，支持URLLC 和E2E QoS的5G高級(jí)調(diào)度程序可以滿足確定性時(shí)間關(guān)鍵數(shù)據(jù)包送達(dá)的要求。此外，項(xiàng)目還實(shí)現(xiàn)了微秒級(jí)時(shí)間同步、毫秒級(jí)最差延遲和“5個(gè)9”的可靠性。該項(xiàng)目通過5G無線連接性為重新配置、可拓展型、可移動(dòng)性提供了完全的靈活性。

英特爾與博世的概念驗(yàn)證項(xiàng)目的成功啟示在于，TSN-over-5G不僅是可采用的技術(shù)，對(duì)于希望通過整合新一代無線解決方案達(dá)到簡(jiǎn)化運(yùn)營(yíng)、時(shí)間關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸、更靈活的工廠實(shí)際運(yùn)營(yíng)配置以及降低資本性支出等目的的制造業(yè)企業(yè)來說，它可能成為一種強(qiáng)大的解決方案。項(xiàng)目支持5G NR Rel-16功能，即URLLC和TSN在混合數(shù)據(jù)流環(huán)境下的早期實(shí)踐。這一測(cè)試平臺(tái)可作為未來5G和TSN性能及博世等領(lǐng)導(dǎo)者推出的其它智能工業(yè)解決方案測(cè)試的基礎(chǔ)。例如，擴(kuò)展案例可以是邊緣計(jì)算資源和動(dòng)態(tài)工作荷載分配等，以進(jìn)行更多的技術(shù)驗(yàn)證。

隨著5G服務(wù)不斷迭代，制造業(yè)未來將享受到更高級(jí)的解決方案，整個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)力將上升到新的水平。為了確保制造業(yè)企業(yè)獲得成功，英特爾和博世等全球生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)者將繼續(xù)努力，研發(fā)推動(dòng)IIoT和5G未來整合的更多解決方案。

PoC設(shè)置架構(gòu)示意圖，圖中展示的是基于英特爾5G原型系統(tǒng)的TSN-over-5G技術(shù)