TSN超过5G保证及时交付的五个原因六哲

TSN超过5G保证及时交付的五个原因

IEEE 802.1网络标准的时间敏感网络系列为以太网，Wi-Fi和5G上的应用程序带来可靠性和低延迟。

定时就是一切，无论是在开玩笑，敲打迟到的本垒打，传输数据包还是发送控制信号。随着网络定时变得越来越重要，协议已经从网络时间协议发展到IEEE 1588精确时间协议发展到TSN5G对超可靠的低延迟通信的要求带来了TSN标准的新迭代。

5G网络的兴起有望通过大大扩展用例并将TSN功能扩展到移动网络来加速TSN技术的采用。Global Market Insights估计，TSN市场在未来五年中将以每年30％的速度增长，从2019年的2亿美元增加到2026年的10亿美元。这种爆炸性的增长主要是因为我们生活中的事物变得越来越聪明–工厂，发电厂，汽车等–越来越依赖无线网络。

如Avnu Alliance白皮书《无线TSN –定义，用例和标准路线图》中所述，时间同步，有限延迟，可靠性和资源管理的核心竞争力可增强网络性能。

时间同步：该802.1AS标准定义了PTP的配置文件在网络中分发时间。主机和网络设备之间的时间同步可以由应用程序和其他TSN功能使用。

受限延迟：提供受限延迟是启用TSN的网络的主要功能之一。已经定义了几种802.1标准，以支持排队管理，门控和流量整形，以确保时间紧迫的数据包在通过网络转发时获得优先级。802.1Qbu和802.3br为以太网定义的帧抢占可提供有限的等待时间，同时提高网络效率。

可靠性：必须以非常高的可靠性提供有限的延迟性能。启用TSN的网络必须确保每个数据包都在给定的延迟范围内到达，而不会由于拥塞而造成数据包丢失和延迟。此外，为了解决设备故障和/或媒体错误，IEEE 802.1CB还定义了数据包复制和消除功能，以启用冗余链接和路径。

资源管理：配置TSN功能以及管理网络和设备资源对于确保在存在其他流量时跨网络的时间紧迫流的端到端性能至关重要。通过管理每个节点中的资源，可以保证缓冲区的可用性和传输时间。因此，可以确保TSN延迟和可靠性目标。还定义了几种网络管理模型和协议。

作为支持现代网络的基础开放标准的子集，TSN是一项面向未来的技术，可在对以太网，Wi-Fi和现在的5G等广泛采用的LAN连接技术的基础上，实现对时间敏感的应用程序。以下是将TSN功能扩展到无线网络将如何在未来五年内改变网络格局的方法：

1）超过5G的TSN将释放机器人。

IIoT已经是采用TSN的最有希望的领域之一。该领域引起了极大的兴趣，并推动了5G URLLC的发展。3GPP，5G ACIA和IEEE 802.11标准组织已详细捕获了几种工业用例。鉴于其通用的控制回路模型，闭环控制是应用最广泛的用例之一，但是具体的延迟和可靠性要求因应用而异。

但是，如今的智能工厂不仅仅是固定的装配线。复杂的工业机器人需要机动性，灵活性和任务的可重新配置性。IIoT应用程序中基于5G的无线TSN将允许对机器人进行远程控制，编程，诊断，重新路由和实时控制，而无需将它们固定在适当的位置。具有无线TSN功能的机器人可以跨设备进行精确同步，从而执行时间紧迫的任务，从而创建协作设备的灵活而可靠的网络，这些设备也可以使用AI来优化其操作。

PLC和其他工业设备可以使用TSN进行控制和制造。图片：Avnu联盟

2）5G之上的TSN将带来更智能，更安全的网格。

当今的电力公司依靠高度可靠的确定性有线网络来传输，产生和分配电力。在IETF DetNet组已经详细描述了电网应用中确定性联网的用例。在其要求中值得注意的是在电网应用中必须控制的传感器的密度和种类；需要冗余的运输途径以提高可靠性；以及安全的至高无上的重要性。后者的关注点正在推动公用事业朝着采用基于数据包的网络和安全性的最佳实践的方向发展：基于开放标准的网络，使供应商之间可以互操作，降低了成本，并为在IT行业中应用最佳安全工具提供了选择。还可以确保电网安全。

电网传感器的实时可靠无线访问和控制对公用事业来说是一个巨大的实用福音。尽管具有TSN功能的以太网和Wi-Fi可以在本地变电站和室内部署中使用，但5G系统最适合满足这些大型智能电网应用程序的广泛覆盖，延迟和密度要求。5G上的TSN将成为现代智能电网的神经系统，它可以保证传感器之间的精确同步，并实现对电网的实时分析，诊断和重新配置。

TSN可以改善电力输送。

3）在专业的现场媒体传输中，波浪将取代电线。

尽管IIoT涵盖了TSN的一些最大用例，但无线TSN和5G也会在大规模媒体体验中被看到和听到。

例如，典型的现场表演巡回演出使用数英里的以太网电缆来连接数十个必须在短短几个小时内设置和拆除的单个设备，每次巡回60至100次。电缆和连接器不可避免地会随着时间的流逝而损坏，从而产生难以解决且费时的问题。

随着无线TSN技术的成熟，电缆将被便携式无线连接取代，从而大大降低了现场音频系统的部署和运营的总体成本。在现场声音应用中采用基于标准的无线网络进行媒体传输也将解决现场声音应用的另一个问题：目前，UHF频段已用于具有高度专业化RF产品的专业无线音频链路中。但是，这些专用频谱资源正在减少。

无线信号可以代替音乐会音频和照明应用中的电线

4）TSN将在消费者技术中实施。

作为增强无线性能的一组工具，TSN有望成为下一代无线游戏和虚拟现实的主要支持技术。这些应用中使用的交互式实时视频需要受约束的可预测的延迟。根据IEEE 802.11实时应用TIG，随着视频帧速率的提高，延迟要求急剧下降。报告。过去几代的游戏机通常以60 Hz的速率输出视频，从而导致大约10 ms的最大视频传输延迟，从而可以进行其他信号处理。诸如PS5和Xbox Series X之类的现代控制台都能够输出120 Hz的交互式视频。为支持更高的视频帧速率，建议的传输等待时间约为每帧3 ms。

在VR游戏中，这种低延迟的无线传输是绝对必要的。为了提供出色的VR游戏体验，控制台必须允许移动自如，并且视频输出还必须实时响应用户的输入和头部运动。任何明显的等待时间都可能导致“晕动病”，这是由物理运动和光学输入之间的不匹配引起的恶心。至少需要90 Hz的刷新率才能避免晕车，这意味着需要10 ms以下的传输延迟。TSN成为一种解决方案，即使在网络中存在其他流量时，也可保证以有限的延迟交付实时交互式视频数据以及用户控制和状态信息家庭中的其他视频流媒体部分），以实现下一代交互式内容。在游戏和VR领域，下一代Wi-Fi 6和7以及5G系统中的TSN增强功能有望在实现下一代沉浸式游戏和VR体验中发挥关键作用。

TSN的低延迟和快速交付将使游戏玩家受益。

5）无线TSN的全部潜力还没有出现，但是会带来很多好处。

无线TSN具有巨大的潜力，可以以一种开放的，基于标准的方式彻底改变整个行业的网络。但是，这项技术还处于发展初期。在接下来的几年中，尤其是在TSN认证的5G产品不能广泛获得的情况下，请耐心等待和沮丧。与以太网和802.11 / Wi-Fi不同，5G不是本机802 LAN技术，因此不能与第2层的以太网TSN标准直接集成。3GPP5G规范已定义了所需的接口核心网络和用户设备都可以将5G系统连接到基于TSN的网络，并实现跨以太网和5G的时间同步通信。

5G TSN

用于TSN时间同步集成的5G架构

为5G选择的TSN集成方法将利用新的5G无线电功能，例如URLLC，以确保在严格的延迟范围内以高可靠性交付对时间要求严格的数据。此外，5G-ACIA的成立是为了帮助协调对5G标准开发的要求，该要求引入了针对工业应用的5G之上的TSN支持。

TSN网络已经在工业和专业音频应用中得到了广泛应用。因此，还需要定义一个具有明确服务要求和集成有线和无线TSN域功能的通用模型，以继续利用现有的TSN标准和生态系统。无线网络提供的移动性也将为TSN提出新的挑战；当前蜂窝和Wi-Fi网络中的漫游过程无法满足TSN域中严格的延迟和高可靠性要求。未来的无线连接标准将需要在漫游期间提供TSN级的延迟和丢包性能。

无线TSN面临着巨大的挑战，但潜在的应用使榨汁变得比榨汁更有价值。在不久的将来，TSN社区将通过深入了解无线网络如何确定性地为时间敏感的流量分配资源以及通过动态无线链路配置和管理TSN功能的新方法，为未来的发展奠定基础。 。

Avnu联盟成立了无线TSN工作组，以研究Wi-Fi和5G网络的TSN功能和性能。确定现有标准中的差距，以实现有线和无线TSN的无缝集成，配置和管理；制定测试计划以确保无线TSN解决方案的可靠性和效率，并制定无线TSN产品的认证路线图，以与正在进行的在多个市场领域中部署TSN的努力保持一致。现在，对这些跨市场协作标准开发活动的投资将使设备制造商能够利用对无线，对时间敏感的应用的不断增长的需求中获利。

有关将TSN扩展到无线的更多信息，请下载Avnu Wireless TSN工作组的白皮书，其中重点介绍了与无线TSN相关的优势，挑战和机遇。

关于Avnu联盟

Avnu联盟是一个社区，该社区使用开放标准创建了一个低延迟，时间同步，高度可靠的网络设备的互操作生态系统，支持IEEE音频视频桥接/时间敏感网络基本标准的基础技术。 。Avnu创建全面的认证测试和程序，以确保网络设备的互操作性。该联盟与其他互补标准组织和联盟一起，为在专业视音频，汽车和工业控制中使用提供了统一的网络基础。

戴夫·卡瓦尔坎蒂英特尔Dave Cavalcanti于2006年获得辛辛那提大学计算机科学与工程博士学位。他目前是英特尔公司的首席工程师，负责开发下一代无线连接和联网技术及其在时间敏感的自治系统中的应用。他带领一个团队开发下一代802.11和5G网络上的无线时间敏感网络功能。他是IEEE的高级成员，并且是Avnu联盟的无线TSN工作组的主席。

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