TSN是一項面向未來的新興技術，它定義了以太網數據傳輸的時間敏感機制，為標準以太網增加了確定性和可靠性，以確保數據實時、確定和可靠地傳輸。在上一篇文章中，我們介紹了TSN任務組如何擴展IEEE 802.1標準，使其能夠解決以太網在時間同步、可靠性、延遲和資源管理方面的挑戰。

前文回顧

虹科干貨 | TSN（時間敏感網絡）如何提升以太網性能？

這些擴展使得以太網能夠應用于更加廣泛的行業中，進而帶來了更多新的市場機會。下面，我們將介紹TSN在5G、工業自動化、車輛網絡和航空電子設備中的應用。

01

用于5G移動前傳的TSN

TSN for 5G mobile fronthaul

5G移動網絡目前正在全球范圍內部署，在國內也是一個非常熱門的話題。雖然“5G”這個叫法似乎暗示了與4G相比將有著性能上的遞增，但實際上這是一種誤導。5G與4G有很大的不同，它的目標是支持比前幾代更廣泛的應用。這包括需要超可靠低延時通信（URLLC）的應用和服務，如圖1所示。

圖1 5G超可靠的低延遲示例

5G遠程接入網（RAN）基于一個虛擬化的架構，其功能可以分割并部署在電信數據中心或離天線很遠的地方，如圖2所示。這使網絡規劃人員能夠在每項服務的延遲和回程帶寬要求之間實現最適當的權衡。

圖2 用于5G前線的TSN

分割功能節點之間的接口被稱為前傳接口，TSN正是在這里發揮重要作用。例如，無線電單元（RU）和分布式單元（DU）之間的接口基于增強型公共無線電接口（eCPRI），該接口依賴于以太網，而中央單元（CU）和DU之間的接口是基于以太網。因此，這兩個接口都可以基于TSN。

對TSN的支持需要升級或替換當前的以太網節點，以支持TSN機制和時間同步，但這并非一個苛刻的要求。5G性能的提升，需要在以太網節點中支持時間同步，以保證端到端的延遲和抖動性能。使用CUC和CNC實例的集中管理模式與5G中使用的SDN控制器管理模式兼容，并且可以使用其中現有的管理協議和模型，如NetConf和Yang。

IEEE 802.1CM前傳時間敏感網絡是一個定義TSN功能和協議的標準，主要用于支持前傳流量的傳輸。它包括A和B兩個配置文件，分別為滿足1類和2類網絡的要求而設計。1類網絡基于4G RAN基帶處理單元（BBU）和射頻拉遠頭（RRH）之間使用的通用公共無線電接口（CPRI）前傳接口，而2類網絡基于eCPRI前傳接口。此外，描述了四類（A+、A、B和C）的時間同步要求，定義了每一類的時間誤差預算。

02

用于5G移動網絡共享的TSN

TSN for 5G mobile network sharing

IEEE以太網TSN工作組有一個活躍的項目，其主要任務是探索TSN在5G網絡中的適用性，即IEEE802.1DF中的服務提供商網絡的TSN配置文件。考慮到5GRAN中的單元密度和設備數量，預計移動服務提供商將需要共享5G網絡基礎設施。

5G網絡切片可用于保留5G RAN中的虛擬資源，以支持第三方通過5G網絡向其客戶提供的服務。然而，在這些情況下，保持服務水平協議（SLA）將是至關重要的，特別是對于URLLC服務和其他時間敏感的應用。TSN能夠在同一個基于以太網的網絡基礎設施上同時支持盡最大努力和時間敏感的應用，這使得它作為支持網絡共享的一種非常有吸引力手段。

03

用于工業自動化的TSN

TSN for industrial automation

工業自動化是對TSN最感興趣的領域之一。目前，工業4.0正在將生產設置轉變為“智能工廠”，能夠根據工廠車間中數字傳感器網絡的連續反饋自動重新配置。這些傳感器可提供關于狀態和事件的實時反饋，它們可以是獨立的，也可以是工廠機器中的“代理”。為了使智能工廠實現自動重新配置，來自傳感器的數據以時間同步的方式進行快速傳輸是至關重要的。反饋延遲會導致對關鍵事件的反應不完整或延遲，甚至對數據的誤解導致意外的后果，這可能是昂貴的甚至是危險的。

雖然今天的工廠已經實現了大量的自動化，但它往往會涉及不同的協議，從而需要用昂貴的網關進行互連，這將帶來額外的成本甚至產生更多復雜問題。如果可以使用一個單一的網絡就可以避免，例如，ISA-95一級現場總線，如Profibus，通常處理實時生產過程傳感器之間的低級通信，而Ethernet和IP網絡用于更高ISA-95級別的更大、更少的通信，以進行監控控制和調度。

有了TSN，就可以用一個與更高級別的以太網網絡兼容的網絡來取代1級總線，而不需要使用網關，如圖3所示。TSN可以提供工業傳感器網絡所需的可靠性和延遲控制，并可用于向監督控制實體可靠地傳送數據。此外，資源管理模型提供了配置和管理TSN網絡的靈活性，其方式與工業4.0所需的其他管理系統兼容。

圖3 工業自動化的TSN

04

用于車載通信的TSN

TSN for in-vehicle communication

車輛越來越依賴傳感器網絡來提供關于駕駛體驗的實時反饋，并確保駕駛安全。車載網絡通常依賴于工業總線系統，如CAN和MOST總線進行通信，但隨著傳感器和車載計算資源變得更加復雜，車載網絡不得不擴展帶寬，而這對總線系統來說是一個挑戰。

CAN和LIN總線是為低速通信和控制而設計的。像FlexRAY這樣的總線能夠提供高達10Mbps的速度，但成本較高。高保真傳感器和攝像頭以及信息娛樂系統的廣泛使用導致車載網絡必須采用更高速的總線系統，如MOST以及LVDDS、CML等物理層，但這些技術的實現可能是廠商專屬的。

推出以太網的最初目的是為了擴展帶寬，但現在汽車生產商正在考慮將TSN作為所有車內通信的基礎，因為它可以提供現代汽車所需的可靠和實時通信，如圖4所示。例如，自動駕駛汽車的最終目標需要一個高帶寬和可靠的通信網絡來實時傳遞時間敏感的傳感器信息，既要在車內，也要通過5G移動網絡到中央控制中心。另一個考慮因素是成本。以太網的普遍實施以及定義明確的標準有望通過簡化車載網絡和取代更昂貴的專有組件來降低成本。

圖4 用于車載通信的TSN

05

用于航空電子設備的TSN

TSN for avionics

雖然IEEE已經為5G前傳、服務提供商網絡、工業自動化和汽車車載通信定義了配置文件，但還沒有為航空電子設備定義類似的配置文件。然而，航空電子領域是一個可以從TSN技術發展中大大受益的細分市場。航空電子設備與汽車車載通信有著類似的挑戰，因此可以用類似的方式使用TSN來簡化航空電子設備網絡，并提供一個單一的、具有成本效益的通信網絡。今天的航空電子網絡使用時間觸發以太網（TTEthernet），這是航空電子全雙工交換以太網（AFDX）的一個時間關鍵型網絡演化。它在SAE AS6802中被標準化，并根據離線計劃表和全球同步提供嚴格的數據定時傳輸。

2019年10月，SAE標準組織成立了一個名為Aerospace TSN Profile（AS6675）的工作組，以開發適用于航空電子案例的以太網TSN配置文件。SAE組織正在與IEEE 802.1合作開發航空領域的TSN配置文件。

總結

Conclusion

TSN是一個跨越不同行業邊界的機遇，并且這些不同的行業正憑借5G變得更加緊密。5G是專門為支持網絡共享、工業自動化和自動駕駛汽車的解決方案而設計的，TSN能夠解決5G前端、網絡共享、工業自動化和車載通信需求，并具有可擴展、靈活和與傳統以太網網絡兼容的特點。

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