繼續(xù)TSN技術科普連載
前情回顧：
TSN與5G技術有效整合，將為工業(yè)領域應用提供無限可能【連載2】
TSN與5G將擦出怎樣的火花？【連載1】

通過上一篇↑文章的介紹，相信大家已經(jīng)了解到

5G能夠整合TSN網(wǎng)絡應用于工業(yè)自動化領域

5G技術的出現(xiàn)對于移動互聯(lián)網(wǎng)來說，是具有顛覆性的技術變革

它的諸多特性突破了過去移動互聯(lián)網(wǎng)的技術界限

也為移動互聯(lián)技術帶來了更加廣闊的應用空間和更加豐富的應用場景

今天

我們不妨在這里探究一下

5G和TSN能夠整合的技術特點和基礎

先上圖，后邊咱們掰開揉碎了慢慢講

▼

5G的技術特點

1、5G的低延時性

5G技術引入了5G 無線接入網(wǎng)（5G RAN）功能，5G RAN及其5GNR（5G New Radio）接口包括一些功能，可實現(xiàn)特定數(shù)據(jù)流的低延遲。

比如，NR使無線子幀中的時隙更短，這有利于低延遲應用。NR還引入了mini-slots，在這里可以啟動優(yōu)先傳輸，而無需等待時隙邊界，進一步減少了延遲。由于使用了優(yōu)先權，并能更快速的無線接入URLLC，NR引入了搶占機制——URLLC數(shù)據(jù)傳輸可以搶占正在進行的非URLLC傳輸。另外，由于NR使用了非?？焖俚奶幚?，輕易實現(xiàn)了在短延遲范圍內的數(shù)據(jù)重傳。

2、5G的無線資源管理

無線資源管理 Radio Resource Management（RRM）：是在有限帶寬的條件下，為網(wǎng)絡內無線用戶終端提供業(yè)務質量保障。其基本出發(fā)點是在網(wǎng)絡話務量分布不均勻、信道特性因信道衰弱和干擾而起伏變化等情況下，靈活分配和動態(tài)調整無線傳輸部分和網(wǎng)絡的可用資源，最大程度地提高無線頻譜利用率，防止網(wǎng)絡擁塞和保持盡可能小的信令負荷。

5G NR上在RRC支持三種狀態(tài)，RRC_IDLE、RRC_INACTIVE、RRC_CONNECTED，這和3G/4G并不相同，相較于4GLTE只有RRC IDLE和RRCCONNECTED兩種RRC狀態(tài)，5G NR引入了一個新狀態(tài)——RRC INACTIVE。在RRC INACTIVE狀態(tài)下，終端處于省電的“睡覺”狀態(tài)，但它仍然保留部分RAN上下文（安全上下文，UE能力信息等），始終保持與網(wǎng)絡連接，并且可以通過類似于尋呼的消息快速從RRC INACTIVE狀態(tài)轉移到RRC CONNECTED狀態(tài)，且減少信令數(shù)量。

5G的這一設計就是為了滿足萬物互聯(lián)和超低延時的需求：

1）在5G的規(guī)劃中網(wǎng)絡需要連接大量的依靠電池供電的終端，降低設備功耗成為使用的關鍵。

2）對于關鍵任務型的物聯(lián)網(wǎng)來說，要求超低的時延，在任務觸發(fā)時，數(shù)據(jù)包必須快速的傳送到網(wǎng)絡或終端。

3）在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)內，大量的設備零星傳送少量的數(shù)據(jù)，會帶來過高的信令開銷。

為了滿足以上三點：降低用戶設備功耗；快速接入，降低時延；同時還要減少信令開銷， 5G引入了RRC INACTIVE狀態(tài)。這樣，5G的無線資源管理也更有利于實時的周期性數(shù)據(jù)傳送。

3、5G的高可靠性

5G定義了超魯棒傳輸模式，以提高數(shù)據(jù)無線信道和控制無線信道的可靠性。并通過各種技術進一步提高可靠性，例如多天線傳輸、多載波和獨立無線鏈路上的分組復制等。

4、5G的時間同步

時間同步作為5G蜂窩無線系統(tǒng)運行的一個重要部分被嵌入到5G蜂窩無線系統(tǒng)中，這早已經(jīng)是之前蜂窩網(wǎng)絡的普遍做法。無線網(wǎng)絡組件本身也是時間同步的，例如，可以通過精密時間協(xié)議的電信配置行規(guī)（ITU-T G.8275.1 支持網(wǎng)絡定時的相位/時間同步精準時間協(xié)議電信行規(guī)）來完成。而這則為時間關鍵型應用程序打下了堅實的基礎。

除了5G RAN功能外，5G系統(tǒng)（5GS）還在核心網(wǎng)絡（CN）中提供以太網(wǎng)和URLLC的解決方案。5G CN支持本地以太網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）會話。5G能協(xié)助通過5GS（包括RAN、CN和傳輸網(wǎng)絡）建立冗余用戶面路徑。5GS還允許冗余用戶面分為RAN和CN節(jié)點，同時，也允許冗余用戶面分為UE和RAN節(jié)點。

時間敏感網(wǎng)絡（TSN）的協(xié)議特點

我們在之前的系列文章中已經(jīng)詳細了解了TSN的協(xié)議特點，我們在這里回顧一下，也便于和5G網(wǎng)絡技術做一個初步的比較：

1、調度和流量整形

調度和流量整形為關鍵幀保留資源，允許在同一網(wǎng)絡上具有不同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流共存——而這些數(shù)據(jù)能夠各自根據(jù)需要適應帶寬和網(wǎng)絡延時，已滿足網(wǎng)絡的延時需求。為了充分利用帶寬和減少延時，TSN還使用了時間片、保護帶和幀搶占機制。

2、資源管理

資源預約和分配是網(wǎng)絡保證服務質量的前提。TSN網(wǎng)絡中有兩種類型的服務質量保證，一是帶寬預約流量，一種是周期性的時間敏感流量。為保證這些流量的服務質量，一方面需要在包含網(wǎng)絡接口適配器和交換機的端到端路徑上進行資源預留，另一方面需要TSN網(wǎng)絡接口適配器對預約資源流量進行整形和過濾，避免其他正常流量產(chǎn)生影響。因此，TSN網(wǎng)絡需要對交換機和網(wǎng)絡適配器上的資源進行相應的集中式配置。

TSN資源管理由TSN配置模型（802.1Qcc）定義：集中式網(wǎng)絡配置可應用于網(wǎng)絡設備（網(wǎng)橋），而集中式用戶配置可應用于用戶設備（終端站）。所有的集中配置模型均遵循軟件定義網(wǎng)絡（SDN）。

3、時間同步

在大多數(shù)情況下，TSN使用IEEE 1588精確時間協(xié)議來進行時鐘分配，利用以太網(wǎng)幀來分配時間同步信息，這一時間協(xié)議為TSN帶來了可靠的時間同步，并可以供給其他TSN工具使用。

4、可靠性

TSN通過IEEE802.1BC所定義的“為提高可靠性而進行的幀復制和消除（FRER）”技術，在“數(shù)據(jù)包”級別為數(shù)據(jù)流提供了超高可靠性，這一機制大大提高了TSN的可靠性，從而也帶來了高可用性；TSN還通過在網(wǎng)絡中互不相交的路徑上傳輸相同數(shù)據(jù)包的多個副本的方式，來提高網(wǎng)絡傳輸?shù)目煽啃?；同時，在TSN中，流過濾和流管理（802.1Qci）則通過防止帶寬沖突、故障和惡意行為來提高網(wǎng)絡的可靠性。

通過上述文字和兩幅圖，我們能夠看到5G技術尤其是URLLC其實是具有支持TSN的能力，因此，伴隨著通信技術的不斷發(fā)展，我們可以拭目以待，在不久的未來，5G一定能夠充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，和TSN一起在工業(yè)自動化領域得到廣泛的應用。