1.1 引言/導讀
中國信息通信研究院作為工業(yè)和信息化部直屬科研事業(yè)單位，致力于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域技術(shù)研究工作，堅持創(chuàng)新驅(qū)動，圍繞制造強國、網(wǎng)絡強國戰(zhàn)略重點領域，積極推動新興技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡新技術(shù)深度融合和協(xié)同創(chuàng)新，中國信通院擁有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合創(chuàng)新工業(yè)和信息化部重點實驗室、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺創(chuàng)新與測試驗證重點實驗室、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)試驗與測評工業(yè)和信息化部重點實驗室等多個工信部重點實驗室，為加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)進步、支撐國內(nèi)企業(yè)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供了有力保障。中國信通院在國內(nèi)很早就開展了TSN技術(shù)與標準的研究，承擔了多項工信部智能制造專項、工業(yè)轉(zhuǎn)型升級專項和工業(yè)創(chuàng)新工程專項，最早在國內(nèi)建設了TSN試驗驗證測試床并多次開展了TSN產(chǎn)品測試，多次發(fā)布TSN產(chǎn)業(yè)白皮書，有力的推動了國內(nèi)TSN研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)人、機、物全要素的網(wǎng)絡互聯(lián)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺則可以把設備、生產(chǎn)線、工廠、供應商、產(chǎn)品和客戶緊密地連接且并融合起來。5G是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵使能技術(shù)，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是5G的重要應用場景之一，5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是賦能智慧工廠數(shù)字化、無線化、智能化的重要方向。
5G網(wǎng)絡的大帶寬、低時延、高可靠特性，可以滿足工業(yè)設備的靈活移動性和差異化業(yè)務處理能力需求，推動各類增強現(xiàn)實（AR）/虛擬現(xiàn)實（VR）終端、Robot、自動導引運輸車（AGV）、場內(nèi)產(chǎn)線設備等的無線化應用，助力工廠柔性化生產(chǎn)大規(guī)模普及。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)給5G帶來了廣泛的應用場景，同時也帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，尤其是5G URLLC業(yè)務對時延和可靠性提出了更高的需求，例如，遠程駕駛要求在5ms用戶面時延下實現(xiàn)10-5的可靠性；電力分配系統(tǒng)的要求是2ms用戶面時延下實現(xiàn)10-6的可靠性；而工廠自動化場景的要求2ms用戶面時延下實現(xiàn)10-6的可靠性。
時間敏感網(wǎng)絡（TSN）是工業(yè)互聯(lián)實現(xiàn)低時延、高可靠和確定性傳輸?shù)闹匾夹g(shù)之一，時間敏感網(wǎng)絡基于以太網(wǎng)，統(tǒng)一擴展時間同步、確定流調(diào)度、高可靠無縫冗余、網(wǎng)絡管控等功能，提供確定有界低時延、低抖動、高可靠流傳輸服務，支持多業(yè)務流高質(zhì)量共網(wǎng)傳輸。時間敏感網(wǎng)絡可應用至工業(yè)自動化系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、車輛內(nèi)通信、航空宇航系統(tǒng)、運營商網(wǎng)絡等領域。時間敏感網(wǎng)絡的標準化有望解決工業(yè)現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)的異構(gòu)性和兼容性問題，實現(xiàn)有線工業(yè)通信網(wǎng)絡的統(tǒng)一與互聯(lián)互通。
以工業(yè)為代表的垂直行業(yè)對5G網(wǎng)絡提出了嚴苛的業(yè)務體驗、效率及性能要求，TSN技術(shù)憑借其優(yōu)勢使能5G網(wǎng)絡安全可靠的確定性數(shù)據(jù)傳輸，TSN與5G網(wǎng)絡融合將成為5G網(wǎng)絡系統(tǒng)向確定化演進的重要技術(shù)方向。目前，如何在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，對5G和TSN技術(shù)進行融合部署，已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界、學術(shù)界、標準組織研究的熱點之一，3GPP已經(jīng)在R16/R17中開始了5G TSN的標準化工作，建立了基本的融合架構(gòu)，R17 5G+TSN相關(guān)標準即將凍結(jié)。自2020年以來，國內(nèi)大力推廣5G網(wǎng)絡的建設部署，5G在垂直行業(yè)的應用越來越廣泛，工信部多次發(fā)文，將5G及TSN技術(shù)作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重點發(fā)展技術(shù)，并相關(guān)專項扶植產(chǎn)業(yè)。
基于上述現(xiàn)狀，5G TSN融合技術(shù)測試床旨在驗證TSN架構(gòu)與5G網(wǎng)絡系統(tǒng)融合部署演進的關(guān)鍵技術(shù)，為TSN技術(shù)在5G網(wǎng)絡中部署提供參考，為URLLC業(yè)務應用于垂直行業(yè)提供參考解決方案，并推動國際國內(nèi)相關(guān)5G TSN標準的進展。
1.2 關(guān)鍵詞
時間敏感網(wǎng)絡（TSN）、5G、核心網(wǎng)、URLLC
1.3 測試床項目承接主體
1.3.1 發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式
中國信息通信研究院，段世惠，18500465398，duanshihui@caict.ac.cn
中國信息通信研究院，朱瑾瑜，15313152798，zhujinyu@caict.ac.cn
1.3.2 合作公司
北京郵電大學
中國移動通信集團有限公司
中國電信集團有限公司
華為技術(shù)有限公司
新華三技術(shù)有限公司
上海諾基亞貝爾股份有限公司
高通(中國)控股有限公司
英特爾（中國）有限公司
深圳艾靈網(wǎng)絡有限公司
1.4 測試床項目目標
結(jié)合國際上最新的研究進展，本測試床主要研究5G與TSN融合技術(shù)的發(fā)展路線、關(guān)鍵技術(shù)以及在垂直行業(yè)應用中的痛點問題，模擬現(xiàn)有網(wǎng)絡的各種真實情況，對5G與TSN融合的關(guān)鍵技術(shù)及解決方案進行驗證測試，對各種新算法、新技術(shù)、新設備、新方案進行測試，對多廠家設備進行互聯(lián)互通測試以評判組網(wǎng)性能，旨在于為5G技術(shù)在確定性要求嚴格的垂直行業(yè)場景中的應用提供解決思路或者解決方案，為5G技術(shù)的應用推廣提供必要的理論依據(jù)和標準依據(jù)。
1.5 測試床方案架構(gòu)
1.5.1 測試床應用場景
本測試床主要應用于以下兩種場景：
1．TSN作為5G網(wǎng)絡的承載網(wǎng)絡，即利用TSN保證5G網(wǎng)絡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸確定性，TSN網(wǎng)絡連接5G基站與UPF構(gòu)建高可靠低時延承載網(wǎng)絡，滿足TSN終端設備間確定低時延通信業(yè)務需求，同時實現(xiàn)移動承載網(wǎng)絡中同相流的時間同步需求。現(xiàn)階段考慮把TSN應用于5G RAN部分，尤其是前傳部分。
2．5G作為TSN網(wǎng)橋/交換機互聯(lián)多TSN域，即利用5G網(wǎng)絡實現(xiàn)TSN網(wǎng)絡系統(tǒng)的拉遠傳輸，5G系統(tǒng)作為一個TSN橋，集成在TSN系統(tǒng)中。此“邏輯”TSN橋包括TSN轉(zhuǎn)換器，用于TSN系統(tǒng)和5G系統(tǒng)之間用戶面的交互。5GS TSN轉(zhuǎn)換器功能由終端側(cè)TSN轉(zhuǎn)換器（DS-TT）和網(wǎng)絡側(cè)TSN轉(zhuǎn)換器（NW-TT）組成。
測試床適用于園區(qū)內(nèi)的工廠內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的TSN域之間使用5G連接、工廠外網(wǎng)使用5G橋接TSN域進行廣域連接、5G RAN與CN使用TSN作為承載的多種場景。
1.5.2 測試床架構(gòu)
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的位置
本測試床是為了驗證5G與TSN融合技術(shù)的結(jié)合，以保證5G網(wǎng)絡確定性技術(shù)的實現(xiàn)。在AII總體架構(gòu)中屬于網(wǎng)絡視圖中的網(wǎng)絡互聯(lián)部分，即通過有線、無線方式，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系相關(guān)的人機物料法環(huán)以及企業(yè)上下游、智能產(chǎn)品、用戶等全要素連接，支撐業(yè)務發(fā)展的多要求數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)端到端數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡互聯(lián)根據(jù)協(xié)議層次有底向上可以分為多方式接入、網(wǎng)絡層轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸層傳送。
多方式接入包括有線接入和無線接入，通過現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)PON、TSN等有線方式，以及5G/4G、WiFi/WiFi6、WIA、WirelessHART、ISA100.11a等無線方式，將工廠內(nèi)的各種要素接入工廠內(nèi)網(wǎng)，包括人員（如生產(chǎn)人員、設計人員、外部人員）、機器（如裝備、辦公設備）、材料（如原材料、在制品、制成品）、環(huán)境（如儀表、監(jiān)測設備）等；將工廠外的各要素接入工廠外網(wǎng)，包括用戶、協(xié)作企業(yè)、智能產(chǎn)品、智能工廠以及公共基礎支撐的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、安全系統(tǒng)、標識系統(tǒng)等；網(wǎng)絡層轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)工業(yè)非實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、工業(yè)實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡控制、網(wǎng)絡管理等功能；傳輸層基于TCP、UDP等實現(xiàn)設備到系統(tǒng)的端到端數(shù)據(jù)傳輸功能。
5G TSN融合技術(shù)測試床將網(wǎng)絡體系中的實現(xiàn)多方式接入、網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)和端到端數(shù)據(jù)傳輸功能，5G TSN融合技術(shù)測試床的在AII工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)功能視圖網(wǎng)絡體系框架中的位置如圖 1所示。
圖：5G TSN融合技術(shù)測試床在AII體系架構(gòu)2.0中的位置
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實施框架的位置
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡實時框架中，本測試床內(nèi)容包含設備層的5G終端、5G RAN、邊緣和企業(yè)層的5G無線網(wǎng)絡、本地私有云等，如下圖所示：
圖：5G TSN融合技術(shù)測試床在AII體系架構(gòu)2.0中實施框架中的位置
1.5.3 測試床方案
5G TSN融合技術(shù)測試床嘗試建立一個具備端到端確定性的測試床。在本測試床中，按照網(wǎng)絡實際運營的模式，仿真運營體系和網(wǎng)絡體系，運營體系負責對用戶業(yè)務進行端到端的配置和監(jiān)測，網(wǎng)絡體系負責對用戶業(yè)務進行端到端的實現(xiàn)。從用戶角度來看，用戶并不關(guān)注網(wǎng)絡體系的技術(shù)實現(xiàn)細節(jié)，用戶對其業(yè)務給出具體需求后，由運營體系將用戶的需求進行SLA轉(zhuǎn)譯并配置對應的業(yè)務模板，該業(yè)務模板最終通過網(wǎng)絡體系進行全網(wǎng)端到端的下發(fā)和配置，在業(yè)務運行過程中，運營體系收集網(wǎng)絡體系的網(wǎng)絡之類評估信息和業(yè)務質(zhì)量評估信息，根據(jù)所收集的信息進行網(wǎng)絡動態(tài)調(diào)整。
圖：5G TSN融合技術(shù)測試床體系架構(gòu)
隨著3GPP R16/R17/R18以及IEEE 802.3 TSN等系列標準的發(fā)展以及相關(guān)設備的研發(fā)，本測試床將在現(xiàn)有基礎上不斷進行補充完善，最終實現(xiàn)用戶業(yè)務驅(qū)動的端到端確定性網(wǎng)絡。基于現(xiàn)有設備的成熟度和研發(fā)進度（目前上市的設備基本上都是R15階段的設備），本測試床擬分為兩個階段，兩個階段對應于前述的兩個應用場景。
（1）第一階段
第一階段，本測試床主要考慮利用TSN保證5G網(wǎng)絡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸確定性，尤其是在5G承載網(wǎng)部分，最終實現(xiàn)從RRU到核心網(wǎng)端到端的5G TSN融合，實現(xiàn)高可靠性，高精度，低延遲的確定性網(wǎng)絡傳輸。測試床計劃部署方案如下圖所示：
在第一階段中，本測試床主要以5G承載網(wǎng)在各個部分和TSN的融合。主要可劃分為：5G前傳+TSN的結(jié)合；5G回傳+TSN的結(jié)合；5G核心網(wǎng)+TSN的結(jié)合。
（2）第二階段
在第二階段中，5G系統(tǒng)作為一個TSN橋，集成在TSN系統(tǒng)中，具體架構(gòu)參見下圖。此“邏輯”TSN橋包括TSN轉(zhuǎn)換器（TT），用于TSN系統(tǒng)和5G系統(tǒng)之間用戶面的交互。5GS TSN轉(zhuǎn)換器功能由終端側(cè)TSN轉(zhuǎn)換器（DS-TT）和網(wǎng)絡側(cè)TSN轉(zhuǎn)換器（NW-TT）組成，當前市面上尚無成熟的TSN轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品。
5GS網(wǎng)元可作為TSN網(wǎng)絡的一個或多個TSN網(wǎng)橋。5GS網(wǎng)橋由單個UPF（即PSA）側(cè)的端口、UE和UPF之間的用戶平面隧道以及DS-TT側(cè)的端口組成。對于TSN網(wǎng)絡的每個5GS網(wǎng)橋，NW-TT上的端口都支持與TSN網(wǎng)絡的連接，DS-TT側(cè)的端口與PDU會話相關(guān)聯(lián)，從而提供了與TSN網(wǎng)絡的連接。
1.5.4 方案重點技術(shù)
1. 5G系統(tǒng)與TSN系統(tǒng)時鐘同步
TSN采用gPTP協(xié)議實現(xiàn)時間同步，5G系統(tǒng)有自身的時鐘同步技術(shù)，5G網(wǎng)絡和TSN有各自的主時鐘（GM）。5G網(wǎng)絡中的各網(wǎng)元設備，包括用戶設備（UE）、5G基站（gNB）、UPF、NW-TT和DS-TT與5G GM同步（即5G內(nèi)部系統(tǒng)時鐘）。如何實現(xiàn)5G與TSN融合系統(tǒng)的跨域時間同步是關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)之一。目前的時間同步方法主要有透明時鐘法,整個端到端的5G系統(tǒng)可視為IEEE 802.1AS“時間感知系統(tǒng)”，只有NW-TT和DS-TT需要支持IEEE 802.1AS協(xié)議，并與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)保持時鐘同步，執(zhí)行與IEEE 802.1AS相關(guān)的所有功能，例如gPTP、時間戳、最佳主時鐘算法（BMCA）、rateRatio等。針對大規(guī)模網(wǎng)絡中數(shù)量繁多的交換設備往往會帶來較大的時間積聚誤差問題，基于透明時鐘法不需要維持主從時鐘狀態(tài)，也不需要進行時鐘同步操作。TSN作為主時鐘，通過UPF/UE預測5G入口和出口的時間延遲，將消息的時間戳填入gPTP事件消息的修正字段，TSN網(wǎng)絡設備時鐘收到gPTP消息后可根據(jù)駐留時間對積聚誤差進行誤差補償，從而實現(xiàn)5G系統(tǒng)與TSN跨網(wǎng)時間同步。5G系統(tǒng)各組成部分使用5G系統(tǒng)內(nèi)部時鐘，通過NW-TT與DS-TT實現(xiàn)5G系統(tǒng)時鐘與TSN系統(tǒng)時鐘的轉(zhuǎn)換。因此，DS-TT和NW-TT需要同時支持5G網(wǎng)絡和TSN兩種時鐘，并需要計算兩種時鐘的偏差。當TSN業(yè)務需要DS-TT和NW-TT通過門控進行流量調(diào)度以消除5G網(wǎng)絡的時延抖動時，通知給5G網(wǎng)絡的報文達到時間和周期時間將以TSN的時鐘為基準。因此，5G網(wǎng)絡收到調(diào)度設置請求后，調(diào)度周期需要先轉(zhuǎn)化為以5G時鐘為基準的時間,然后進行流量門控的調(diào)度。
2. 數(shù)據(jù)平面QoS映射
5G QoS機制主要負責從網(wǎng)絡的角度進行業(yè)務管理和提供業(yè)務的差異性，網(wǎng)絡實體根據(jù)不同的質(zhì)量需求來處理不同業(yè)務，涉及QoS的主要參數(shù)有資源類型（GBR、delay critical GBR和Non-GBR）、優(yōu)先級、分組時延、分組錯誤率、平滑窗大小、最大數(shù)據(jù)量等，和URLLC密切相關(guān)的是時延關(guān)鍵GBR（delay critical GBR）。
如何將TSN網(wǎng)絡業(yè)務流量QoS準確的映射至5G流量QoS，進行相應處理并保證時間敏感流量的性能尤為關(guān)鍵。在5G系統(tǒng)中，通過時延關(guān)鍵GBR(DC-GBR)，結(jié)合時間敏感通信輔助信息(TSCAI)對無線資源進行預約，保證時延性能需求。5QI(5G QoS indicator)是5G系統(tǒng)定義的服務質(zhì)量QoS指標。對于工業(yè)網(wǎng)絡中高實時周期性同步流，如運動控制，將采用5QI提高在無線側(cè)調(diào)度的優(yōu)先級，降低傳輸時延。同時，采用TSCAI來描述流量特征，包括：通信模式（周期與非周期）、流量方向（上行與下行）、流量的時間（到達與上界）等。根據(jù)業(yè)務流特征和模型，采用相應協(xié)同的流量調(diào)度策略，減少時延抖動，同時保證時間同步。5G TSN支持電IEEE 802.1Qbv中定義的流量調(diào)度的保持和轉(zhuǎn)發(fā)機制，其數(shù)據(jù)包僅需在預定的周期上，打開門控以進行數(shù)據(jù)傳送，就可以控制報文經(jīng)過5G TSN的時延。
3. 網(wǎng)絡管控與資源協(xié)同
5G系統(tǒng)控制平面的網(wǎng)絡暴露功能(NEF)通過應用功能AF模塊與TSN集中網(wǎng)絡配置器(CN)實現(xiàn)通信。通信可以基于802.1AB的數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議(LLDP)實現(xiàn)鄰居發(fā)現(xiàn)與鏈路信息交互。
TSN流的需求信息將映射為5G的流量QoS信息，通過配置5G系統(tǒng)以滿足流量需求。因此，為了確保5G系統(tǒng)與時間敏感網(wǎng)絡無縫融合，網(wǎng)絡管理系統(tǒng)也需要融合。5G虛擬TSN網(wǎng)橋需要支持SNMP代理功能，通過連接UE和UPF的DS-TT和NW-TT以太網(wǎng)端口，收集連接設備與端口的相關(guān)狀態(tài)信息，特別是端口狀態(tài)的管理。同時，5G虛擬TSN網(wǎng)橋通過端口和LLDP收集網(wǎng)絡拓撲與網(wǎng)絡狀態(tài)信息，保存至SMNP MIB庫，任何端口狀態(tài)變化或端口間連接變化，都需通知集中網(wǎng)絡配置器CNC，以便重新配置該虛擬網(wǎng)橋。
5G TSN網(wǎng)絡體系中TSN AF除了受TSN系統(tǒng)集中管理控制，對上還可承接網(wǎng)絡運維所需的配置管理，對下能通過能力開放NEF與5G系統(tǒng)通信實現(xiàn)QoS參數(shù)協(xié)同。結(jié)合終端側(cè)的業(yè)務質(zhì)量評估數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡側(cè)的網(wǎng)絡指標進行大數(shù)據(jù)分析和研判，進一步優(yōu)化系統(tǒng)QoS策略，實現(xiàn)由業(yè)務體驗驅(qū)動的網(wǎng)絡和流量調(diào)度。
1.5.5 方案自主研發(fā)性、創(chuàng)新性及先進性
本測試床方案是中國信息通信研究院基于5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合體系架構(gòu)，將TSN技術(shù)應用于到5G網(wǎng)絡中以實現(xiàn)5G網(wǎng)絡實現(xiàn)全程端到端的確定性為目標開展的研究和技術(shù)驗證。測試床的實施方案經(jīng)過需求分析、關(guān)鍵技術(shù)驗證和可行性分析后得出。相關(guān)軟硬件系統(tǒng)由聯(lián)合體單位自主研發(fā)，以上工作均體現(xiàn)了本測試床方案的自主研發(fā)性。
目前，國內(nèi)并沒有完整的5G TSN的融合系統(tǒng)的測試床，大部分對于5G TSN融合的應用還停留在部分承載網(wǎng)部分或理論和模擬仿真中，作為當前5G確定性技術(shù)研究的熱點方向之一，5G TSN融合測試床可以有效驗證該方向技術(shù)融合的成熟度，為5G確定性技術(shù)提供必要的實驗數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，并推動5G確定性技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的落地應用，具有較大的創(chuàng)新性和先進性。
1.5.6 方案安全風險控制
在建設初期，本測試床將在封閉的實驗環(huán)境中運行，不接入公共互聯(lián)網(wǎng)，使用各種儀表來仿真真實的網(wǎng)絡環(huán)境，以確保本測試床設備和數(shù)據(jù)運行的安全性。
在建設后期，本測試床將形成特定的解決方案，后續(xù)將考慮在現(xiàn)網(wǎng)運行過程中遇到的各種安全問題并采用5G網(wǎng)絡中成熟的安全技術(shù)來保障本測試床特定解決方案在現(xiàn)網(wǎng)中應用的安全性。
1.6 測試床實施部署
1.6.1 測試床實施規(guī)劃
時間 | 任務 | 具體工作 | 輸出內(nèi)容 |
2021.1-2021.2 | 第一階段需求分析 | 確認第一階段測試床的具體需求 | 第一階段測試床建設需求表 |
2021.2-2021.3 | 第一階段方案制定 | 完成第一階段測試床建設方案 | 第一階段測試床建設方案 |
2021.3-2021.4 | 第一階段測試床建設 | 完成測試床的第一階段網(wǎng)絡建設 | 第一階段的測試床 |
2021.5-2021.12 | 第一階段測試床驗證 | 對第一階段測試床開展各種技術(shù)驗證 | 第一階段技術(shù)驗證報告 |
2021.7-2021.8 | 第二階段需求分析 | 確認第二階段測試床的具體需求 | 第二階段測試床建設需求表 |
2021.9-2021.10 | 第二階段方案制定 | 完成第二階段測試床建設方案 | 第二階段測試床建設方案 |
2021.11-2021.12 | 第二階段測試床建設 | 完成測試床的第二階段網(wǎng)絡建設 | 第二階段的測試床 |
2022.1-2022.6 | 第二階段測試床驗證 | 對第二階段測試床開展各種技術(shù)驗證 | 第二階段技術(shù)驗證報告 |
2022.7-2022.12 | 解決方案驗證及測試床總結(jié) | 針對特定行業(yè)形成特定的行業(yè)解決方案并驗證 梳理并總結(jié)測試床 | 特定解決方案 測試床總結(jié)報告 |
1.6.2 測試床實施的技術(shù)支撐及保障措施
本測試床參與方分工協(xié)作，共同支撐與保障本測試床的實施工作：
中國信息通信研究院負責與各家聯(lián)合體成員單位協(xié)商完成測試床的設計、部署和驗證方案，由中國信息通信研究院完成測試床的部署實施。
本測試床由中國信息通信研究院及各家聯(lián)合體成員單位提供技術(shù)支撐，并聯(lián)合行業(yè)客戶進行應用場景落地及驗證。
1.6.3 測試床實施的自主可控性
本測試床所涉及的網(wǎng)絡軟硬件設施均由聯(lián)合體成員單位自主生產(chǎn)和提供，具有自主可控性。
1.7 測試床預期成果
1.7.1 測試床的預期可量化實施結(jié)果
1.關(guān)鍵技術(shù)驗證
針對5G與TSN融合過程中的時鐘同步、QoS映射、網(wǎng)絡管控與資源協(xié)同、網(wǎng)絡拓撲協(xié)同等關(guān)鍵技術(shù)進行驗證并形成技術(shù)驗證報告以及相關(guān)國際標準草案、國內(nèi)標準、專利和軟著。
2.端到端確定性實施方案
針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中不同業(yè)務對于確定性的差異化要求，給出具體實施方案，包括網(wǎng)絡架構(gòu)、業(yè)務模板、網(wǎng)絡資源配置等方面，最終形成可實施的方案。
1.7.2 測試床的商業(yè)價值、經(jīng)濟效益
目前TSN技術(shù)及其標準已經(jīng)基本上較為成熟，5G系統(tǒng)從3GPP R14開始到目前的R17,基本框架也基本上已經(jīng)確定，R15設備已經(jīng)在市場上銷售了，因此，未來1-2年時間內(nèi)不存在頻繁更新軟硬件額帶來復雜高昂的設備及維護成本。然而，在兩項技術(shù)已經(jīng)比較成熟的情況下，相關(guān)產(chǎn)業(yè)領域卻并沒有對兩者結(jié)合進行商業(yè)應用。建成本測試床將有效加速該融合技術(shù)在相關(guān)產(chǎn)業(yè)落地的速度。
本測試床構(gòu)建后，將積極開展5G TSN融合技術(shù)方面的研究和驗證工作，在各個聯(lián)合體成員單位的合作之下，一方面大力推動5G TSN融合技術(shù)標準化進程，另一方面加速5G技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中對于確定性要求嚴苛場景的落地實施應用，促進5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)企業(yè)深度應用。
1.7.3 測試床的社會價值
本測試床建成后，將有力推動5G TSN融合應用技術(shù)的發(fā)展，積極響應國家大力推廣5G的戰(zhàn)略部署，在網(wǎng)絡層面自主拓展前沿技術(shù)研究，助力工業(yè)及通信行業(yè)蓬勃發(fā)展。
1.7.4 測試床初步推廣應用案例
本測試床初步建成后，首先考慮將聯(lián)合體各個成員單位的網(wǎng)絡設備接入到測試床，結(jié)合發(fā)起單位采購的各種網(wǎng)絡測試儀表，充分模擬各種網(wǎng)絡運行環(huán)境，對測試床各項指標和所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進行充分測試，輸出成果將考慮轉(zhuǎn)化為國內(nèi)外標準。
其次，本測試床后續(xù)將陸續(xù)接入國內(nèi)其他廠家的5G相關(guān)設備，結(jié)合各個成員單位的行業(yè)實踐和經(jīng)驗，在本測試床基礎上搭建各種行業(yè)特色模擬網(wǎng)絡，對行業(yè)典型5G應用場景進行驗證，輸出成果將考慮轉(zhuǎn)化為行業(yè)典型解決方案并向企業(yè)進行宣傳推廣。
1.8 測試床成果驗證
1.8.1 測試床成果驗證計劃
本測試床部署在中國信息通信研究院內(nèi)，根據(jù)3GPP、IEEE、IETF等國際標準組織的最新進展，并結(jié)合現(xiàn)有的在售5G和TSN產(chǎn)品，按照兩個階段搭建測試床，并進行關(guān)鍵技術(shù)驗證，具體時間計劃見測試床實施規(guī)劃時間表。
1.8.2 測試床成果驗證方案
測試床成果驗證主要分為基礎技術(shù)驗證、第一階段驗證、第二階段驗證、整體網(wǎng)絡驗證，相關(guān)驗證內(nèi)容如下：
1. 基礎技術(shù)驗證
? 時鐘同步技術(shù)驗證
? 網(wǎng)絡QoS映射技術(shù)驗證
? 網(wǎng)絡協(xié)同管理技術(shù)驗證
? 其他技術(shù)驗證
2. 第一階段驗證
? 前傳網(wǎng)絡確定性驗證
? 5G RAN確定性驗證
? 5G核心網(wǎng)確定性驗證
? 端到端業(yè)務確定性的驗證
3. 第二階段驗證
? 5G內(nèi)生確定性驗證
? TT設備功能和性能驗證
? 端到端業(yè)務確定性驗證
4. 整體網(wǎng)絡驗證
? 特定場景確定性驗證
1.9 與已存在AII測試床的關(guān)系
本測試床和之前已經(jīng)審批的測試床無關(guān)聯(lián)。
1.10 測試床成果交付
1.10.1 測試床成果交付件
最終交付成果應包含：
1. 一套5G TSN融合技術(shù)試驗驗證平臺，驗證的成功標準是可以在平臺中實現(xiàn)兩個階段的5G TSN融合方案并通過系統(tǒng)的測試來驗證平臺的各項指標。
2. 3份以上測試報告，包括兩個階段的整體測試報告以及各種關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵設備的測試報告。
3. 形成2項以上專利，基于5G TSN融合技術(shù)及實際應用方面的專利。
4. 形成2項以上行業(yè)/團體標準，基于5G TSN融合技術(shù)及實際應用方面的標準，考慮在CCSA、AII、中國通信學會等組織開展標準研究。
5. 形成1項以上的行業(yè)解決方案。
1.10.2 測試床可復制性
本測試床可以應用于5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的多個場景中，尤其是對于端到端確定性有明確要求的場景，例如工廠生產(chǎn)線控制、AGV控制、自動駕駛等場景，也可以用于5G作為工業(yè)無線傳輸網(wǎng)絡連接多個車間的園區(qū)網(wǎng)絡內(nèi)。隨著5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域的深入應用，本測試床可以應用的場景將進一步拓展擴大。
1.10.3 測試床開放性
本測試床是對5G TSN技術(shù)融合方案的一種測試驗證，與現(xiàn)有的企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)，如ERP、MES等完全獨立，沒有耦合性。可以在各企業(yè)部署并完成測試驗證，因此具有很高的開放性。目前，本測試床現(xiàn)在已經(jīng)包含多設備商的設備，后續(xù)將繼續(xù)開放給更多設備商、運營商和制造企業(yè)共同參與測試床驗證與推廣工作。
1.11 其他信息
1.11.1 測試床使用者
中國信息通信研究院負責具體組織測試床方案設計與部署、后續(xù)運營技術(shù)支持等工作。歡迎所有的AII成員企業(yè)參與和使用本測試床項目，需要參加單位對測試床的建設提供必要的驗證設備或必要的驗證場景，這些企業(yè)可以基于測試床開展相關(guān)研究工作。在初始階段，由于試驗站點的訪問權(quán)限有限，本測試床將僅限于現(xiàn)有的聯(lián)合體成員單位。之后，本測試床將逐步開放給更多AII成員企業(yè)使用。
1.11.2 測試床知識產(chǎn)權(quán)說明
中國信息通信研究院與聯(lián)合體成員對測試床的建設、運營以及使用擁有權(quán)。
1.11.3 測試床運營及訪問使用
本測試床將部署于中國信息通信研究院內(nèi)，由中國信息通信研究院運營，并提供相關(guān)技術(shù)支持。對測試床的訪問使用需經(jīng)過申請同意，并通過付費、知識產(chǎn)權(quán)共享等多種方式有條件使用。
1.11.4 測試床資金
測試床的資金將來自于測試床參與單位。
1.11.5 附加信息
本測試床的建設面向5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中應用，計劃逐步應用5G URLLC的典型場景，未來將考慮推廣至工業(yè)專網(wǎng)中，為5G在確定性要求明確的場景中應用提供全新的解決方案，充分促進5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應用。