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、消費品、石油與天然氣、公用事業(yè)、醫(yī)藥、食品飲料等多個行業(yè)垂直市場都在評估并部署智能工業(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器、人、物體之間能否隨時隨地進行高效溝通。與此同時，5G的出現(xiàn)對工業(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，這也是近一個時期新一代無線通信部署最重要的機會之一。

時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）是由IEEE 802.1工作組的時效性網(wǎng)絡(luò)任務(wù)組所制定的一系列標準。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)和管理實際工廠設(shè)備的運營技術(shù)（OT）網(wǎng)絡(luò)之間的重要溝通橋梁。TSN系列標準旨在為網(wǎng)絡(luò)連接提供準確的時間同步和時間關(guān)鍵數(shù)據(jù)及時性的保證，因此對從傳感器接收數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)、計算機視覺應(yīng)用程序等來說是非常理想的選擇。

5G可以實現(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，并簡化工廠運營流程。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)運行、5G超可靠低延遲（URLLC）傳輸技術(shù)（尤其針對低延遲循環(huán)數(shù)據(jù)流）、5G點對點服務(wù)質(zhì)量（QoS）管理及智能調(diào)度程序算法。

對英特爾而言，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等標準團體合作，制定了3GPP Release-16標準，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)建立了基于早期標準的概念驗證（PoC）項目。隨著3GPP Release-16標準即將在夏季正式發(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早期概念驗證項目。這一概念驗證包括了用戶設(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，驗證技術(shù)可行性，并展示關(guān)鍵的IIoT用例。

在這一項目中，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)施進行支持，第一和第二PLC采用開放平臺通信（OPC）統(tǒng)一架構(gòu)（UA）協(xié)議開放標準進行5G通信，主要實現(xiàn)移動角度控制和高速旋轉(zhuǎn)輪速度同步。具體來說，PoC項目展示了基于5G系統(tǒng)的TSN同步，其定時誤差遠低于1微秒，時間關(guān)鍵動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)還可同時進行4K超高清視頻流直播。

這一項目是首批展示5G NR pre-Rel-16 TSN-over-5G功能的項目之一，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)包的時間感知送達。這一合作項目的另一項成果是，支持URLLC 和E2E QoS的5G高級調(diào)度程序可以滿足確定性時間關(guān)鍵數(shù)據(jù)包送達的要求。此外，項目還實現(xiàn)了微秒級時間同步、毫秒級最差延遲和“5個9”的可靠性。該項目通過5G無線連接性為重新配置、可拓展型、可移動性提供了完全的靈活性。

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

隨著5G服務(wù)不斷迭代，制造業(yè)未來將享受到更高級的解決方案，整個行業(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)