2020-2021年时间敏感网络(TSN)产业白皮书
深圳市人民政府办公厅关于印发《深圳市推进新型信息基础设施建设行动计划（2022－2025年）》的通知
深圳市人民政府办公厅关于印发《深圳市推进新型信息基础设施建设行动计划（2022－2025年）》的通知文章属性•【制定机关】深圳市人民政府•【公布日期】2022.02.21•【字号】深府办函〔2022〕14号•【施行日期】2022.02.21•【效力等级】地方规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】法制工作正文深圳市人民政府办公厅关于印发《深圳市推进新型信息基础设施建设行动计划（2022－2025年）》的通知各区人民政府，市有关单位：《深圳市推进新型信息基础设施建设行动计划（2022－2025年）》已经市政府同意，现印发给你们，请认真组织实施。
实施过程中遇到的问题，请径向市工业和信息化局反映。
深圳市人民政府办公厅2022年2月21日深圳市推进新型信息基础设施建设行动计划（2022－2025年）为加快推进我市信息基础设施建设，推动数字经济高质量发展，打通经济社会发展的信息“大动脉”，根据国务院关于新型基础设施的总体部署要求，结合落实《工业和信息化部关于印发“十四五”信息通信行业发展规划的通知》（工信部规〔2021〕164号）、《广东省人民政府关于加快数字化发展的意见》（粤府〔2021〕31号）、《深圳市人民政府关于加快推进新型基础设施建设的实施意见（2020－2025年）》（深府〔2020〕42号）等文件精神，制定本行动计划。
一、总体要求（一）指导思想。
以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻党的十九大和十九届历次全会精神，牢牢把握粤港澳大湾区和中国特色社会主义先行示范区建设契机，深入贯彻落实网络强国战略，以支撑韧性城市和智慧城市建设为目标，以服务数字经济、数字社会、数字政府建设为导向，统筹全市新型信息基础设施科学布局，坚持创新驱动引领、开放共享融合、统筹布局协同、绿色普惠集约、科学安全有序的基本原则，加快升级网络接入设施，积极提升国际信息通信地位，泛在部署物联网感知设施，协同部署数据和算力基础设施，前瞻布局新技术基础设施，助力数字经济成为构建现代化经济体系和深圳高质量发展的重要引擎。
5G回传规模组网及典型场景应用方案白皮书
5G回传规模组网及典型场景应用方案白皮书
目录
1 引言
P1
2 5G规模组网和融合业务共推承载演进
P2
3 城域边缘数据中心互连助推承载融合发展 P12
4 5G回传规模组网技术及应用方案
P16
5 总结与展望Leabharlann P326 主要贡献单位
P33
IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架
1
IMT-2020 (5G)推进组
5G回传规模组网及典型场景应用方案白皮书
2 5G规模组网和融合业务共推承载演进
2.1 5G规模组网部署方案及其承载需求 2.1.1 4G/5G核心网多层云化部署推动承载网融合发展 2019年我国运营商的5G核心网处于规模组网验证阶段，采用“中心+边缘”的两级云化数据中心 部署架构（见【1】），重点完成4G核心网的NSA升级并向网络功能云化演进，主要提供eMBB业务。 2020-2021年将进入4G/5G核心网融合阶段（见图 1），启动SA规模组网，引导eMBB业务向5G核心网 分流，并大力发展面向垂直行业的融合业务和网络切片服务，基于云端4G/5G融合核心网构建全新运营 生态，围绕网络切片服务能力为不同行业提供增强的业务专网，构建5G应用创新生态（见【2】）。
图5给出了智能电网的端到端网络切片应用方案示意图，需要5G核心网、承载网络和无线网协同实 现5G网络切片管理。
图 5 电力专网的网络切片应用方案
1) 5G核心网和无线接入网：5G核心网配置不同的数据网络名称（DNN）来代表不同电力切片 （包括差动保护、三遥、视频监控及普通办公业务），在控制面按需设置不同切片共享或独享接入和 移动管理功能（AMF）、会话管理功能（SMF）；在云核心网侧对分属不同虚拟私有云（VPC）的 用户平面功能（UPF），分别在VPC-GW配置到基站的静态路由。5G基站通过AMF到统一数据管理 （UDM）/策略控制功能（PCF）查询用户开户默认数据网络名称（DNN），然后按照该DNN建立以 太网PDU 会话（Session），核心网SMF根据DNN配置信息选择UPF；
推动智慧城市“双千兆”赋能千行百业实施方案
推动智慧城市“双千兆”赋能千行百业实施方案经明确必须由政府主导建设的项目，原则上以整合优化为主，要充分利用好本地“一云一网一平台“，杜绝重复建设和形象工程。
各市（州）和县（市、区）要尽力而为、量力而行，严防“大水漫灌”、严防“半拉子工程”、严防“大拆大建”，避免造成地方债务。
一、重点设施智慧改造行动加快停车场、充换电等城市重点基础设施的智慧化改造，综合运用大数据等新一代信息技术提升城市交通治理、绿色低碳能力。
建设智慧停车设施与服务。
推广ETC技术在机场、火车高铁、客运站及大型商圈、医院、住宅小区、路侧等停车场景的覆盖与应用。
鼓励各市（州）基于本地公共交通平台建设统一的停车管理平台和基础数据库，支撑实现停车场无人值守、预约停车、快速缴费等功能，为市民提供方便快捷的出行规划与停车服务，提升静态交通治理水平。
综合运用大数据、人工智能等技术，提升各县（市、区）停车场多业务智能化承载能力，实现基于后台数据对比的营运车辆监督执法、“两客一危”车辆专用停车预约等管理服务。
建设智能充换电设施。
支持市（州）统筹建设智能充电平台，实现充换电设施数据的集中管理、互联互通。
做好集中式公共充换电场站选址的前期规划布局，新建的大型停车场、社会公共停车场的充换电车位预留比例不低于15虬支持对公路干线、交通枢纽、大型商超、景区、园区等已有充换电基础设施进行扩容升级。
鼓励石油企业转型,在加油站增设充换电设施，逐步推进加油、加气、加氢与充电等交通能源设施的一体化融合发展。
鼓励各县(市、区)创新建设运营模式,优先建设公交、出租、行政机关、环卫、物流等专用充换电设施，与公共充换电设施高效互补。
鼓励小区开发商配套建设或改造建设一批充电桩(枪)，以专用固定位充电、无固定位临时充电的方式灵活满足居民充电需求。
二、黔城“双千兆”建设行动加快千兆光纤和5G为代表的“双千兆”网络建设，夯实“智慧黔城”建设承载底座，有效促进新型信息消费、产业转型升级、智慧民生服务等工作开展。
时间敏感网络TSN网络设备互通测试报告
时间敏感网络(TSN)产业发展报告：网络设备互通测试报告目录第一部分测试背景及范围说明 (1)1背景介绍 (1)2范围说明 (3)3设备及配套版本 (4)设备分类说明 (4)设备介绍 (6)版本说明 (10)4主要测试内容 (11)第二部分测试情况 (13)1测试方案 (13)设备基本互通测试 (13)时钟协议互通测试 (14)流量调度互通测试 (15)协议一致性测试 (18)2测试结论 (21)整体情况 (21)详细情况 (22)第三部分附录 (23)1 引用标准 (23)2 术语 (23)3 修订记录 (23)第一部分测试背景及范围说明1 背景介绍伴随着工业互联网的广泛推进，工业领域信息化业务的诉求对网络基础设施提出了更高的要求。
工业企业内外网络、信息网络与控制网络都将向统一兼容、高质量传输、智慧运维的方向演进发展。
时间敏感网络(TSN)技术作为新一代以太网技术，因其符合符合标准的以太网架构，具有精准的流量调度能力，可保证多种业务流量的共网高质量传输等技术及成本优势，在音视频传输、工业、移动承载、车载网络等多个领域被认可成为下一代网络承载技术的演进方向之一。
TSN 技术相应基础共性标准主要由 IEEE802.1TSN 工作组研究制定，负责在 802 架构体系中的网间互操作、安全性和整体网络管理等方面的标准制定和应用推荐。
目前 IEEE 已经公开发布的时间敏感网络相关标准已有 10 项之多。
表格1I EEE802.1A V B/TS N T a s k G r o u p部分已发布标准列表同时近年来，随着时间敏感网络技术在各个应用领域受到更为广泛和高度的关注，IEEE 也针对该项技术在垂直行业的应用开展了研究和标准的研制，并有多个工作组同步开展工作，2017 年 9 月 IEEE 与 IEC 联合成立 60802 工作组专注于 TSN 在工业领域的应用研究。
目前，时间敏感网络协议族已经基本完备，技术趋于成熟，主流的芯片厂商（ADI、TTTech、博通等）、通信设备厂商（华为、思科、MOXA 等）以及自动化厂商（西门子、贝加莱、三菱、倍福等）都已经开展时间敏感网络相关的技术研究及产品研发。
TSN时间敏感网络技术概述
Real-time scheduling
802.1Qbv-2015: Enhancements for scheduled traffic
802.1Qch-2017: Cyclic queueing and forwarding
P802.1Qcr: Asynchronous traffic shaper
资!
新的网络需求:
• 每个设备连接以太网 • IT和OT基础设施的融合 • 从云到传感器的安全远程访问 • 从现场到云的大量传感器数
据... • 流量由关键任务数据和非关键
的数据组成 • 连接层需要高实时性
构建一个网络同时传输关键数据和非关键数据
你有以下选择: 1. 忍受关键任务数据中的通信延迟 --- 这通常不是一个可行的选择。 2. 大大超过网络规模的基础设施建设 --- 这是一种广泛使用但非常昂贵的方法，称为带宽过度供应。 3. 为不同的应用建立独立的网络 --- 这是一个高成本的选择。 4. 使用TSN，使关键和非关键的数据可以共享网络连接，同时防止非关键的流量阻碍更重要流量的
No gateways or boundaries: TSN is standard Ethernet!
One quick reminder: TSN is IEEE 802 standard Ethernet No gateways, protocol translators, etc. are necessary
• 确定性的指令，安全信息 • 同时传送(后台)数据和控制信息 • 确定性的信号，循环通信 • 同时传送(后台)数据和控制信息
9
Critical applications: Non-critical
Same network, full baanpdpwlicidattihonusti:lization
无线-WiFi7-技术白皮书
目 录概述0101Wi-Fi 7 是什么 02Wi-Fi 7 的修订进度 02Wi-Fi 7 的技术目标0302技术白皮书Wi-Fi 7Wi-Fi 7 的新特性 0403总结 1404更快更高速 05 ·PPDU 改进 05 ·支持更大的带宽 07 ·更高的调制阶数 07 ·更高的空间流 08 ·小结08更高效、更灵活 09 ·多 RU 机制 09 ·多链路操作 10 ·多 AP 间协同调度 11 ·增强的重传机制 12 ·时间敏感网络13概述本技术白皮书主要介绍 Wi-Fi 7 引入的新技术和新功能。
名词解释Wi-Fi 7 是什么IEEE 802. 11be(Extremely High Throughput，简称 EHT)是修订中的下一代 Wi-Fi 协议， 即“Wi-Fi 7” 。
作为 Wi-Fi 6 的继任者，在协议修订之初，工作组定下最高吞吐速率超过 30Gbps、时延低于 5ms 的工作目标。
因此 Wi-Fi 7 引入更大的无线带宽(320MHz) ，更高阶的调制方式(4K-QAM) ，更灵 活的频谱利用方式(Multi-RU) ，更高的时空复用(16X16 MIMO) ，更多的链路操作(MLO) ，以及多 AP 协作等等新技术，使得 Wi-Fi 7 能够提供更高的数据传输速率和更低的时延。
各协议版本的信息Wi-Fi 7 的修订进度IEEE 802. 11be EHT 工作组已于 2019 年 5 月成立，802. 11be (Wi-Fi 7) 的开发工作仍在进行中。
目前， 第一版草案 Draft1.0 已经在 2021 年 3 月发布；Draft2.0 预计在 2022 年底发布；在 2024 年底 完成最终标准定稿。
TGbe 当前的进展P802. 11be PARWi-Fi 7 的技术目标下图是 802. 11be 项目授权请求 (Project Authentication Request, PAR) 的截图，指出 802.11be 功能目标：The main candidate features that have been discussed are:-320 MHz bandwidth and more efficient utilization of non-contiguous spectrum.- Multi-band/multi-channel aggregation and operation.-16 spatial streams and Multiple Input Multiple Output (MIMO) protocols enhancements.-Multi-Access Point (AP) Coordination (e.g. coordinated and joint transmission).-Enhanced link adaptation and retransmission protocol(e.g. Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ).-If needed, adaptation to regulatory rules specific to 6 GHz spectrum.• 320MHz 的信号带宽，更高效的使用非连续频谱• 多频段、多信道聚合操作• 16 条空间流 MIMO • 多 AP 协同工作• 链路自适应增强和 HARQ 重传协议•新开放的 6GHz 频段(国内未授权)Wi-Fi 7 的新特性Wi-Fi 7 协议的目标是将 WLAN 网络的吞吐率提升到 30Gbps，并且提供低时延的接入保障。
时间敏感网络TSN产业白皮书
时间敏感网络(TSN)产业白皮书目录一、背景介绍 (1)（一）工业网络演进概述 (1)（二）时间敏感网络发展现状 (3)1.技术现状 (3)2.产业现状 (3)（三）时间敏感网络技术优势 (7)1.互联互通 (7)2.全业务高质量承载 (7)3.智慧运维 (8)（四）时间敏感网络产业驱动力 (9)二、技术体系 (11)（一）标准体系 (11)1.IEEE (11)2.IEC (13)3.IETF (13)（二）时间敏感网络架构 (15)1.工业互联网网络整体架构 (15)2.时间敏感网络逻辑架构 (15)3.时间敏感网络功能架构 (17)（三）时间敏感网络关键特性 (19)1.时间同步 (19)2.流量调度 (20)3.网络管理 (21)4.安全可靠 (24)三、与其他新技术的融合创新 (27)（一）TSN+OPC UA (27)（二）TSN+边缘计算 (28)1.业务需求 (28)2.技术融合 (28)3.应用融合 (34)（三）TSN+5G (37)1.TSN 与5G 融合的工业需求分析 (37)2.TSN 与5G 融合的研究现状 (38)3.TSN 与5G 融合的关键技术挑战 (39)4.TSN 与5G 融合的演进路线展望 (39)四、应用场景 (41)（一）TSN 在制造业工业网络中的应用 (41)（二）TSN 在车载以太网络中的应用 (43)1.车载网络背景概述 (43)2.车载网络以太化的意义 (43)3.T SN 对车载以太网的推动 (44)一、背景介绍（一）工业网络演进概述工业网络是工业互联网体系架构的基础，主要包括工业控制网络和工业信息网络两个部分，其范畴涵盖工业企业需要网络化支撑的生产、管理、销售、办公等各个环节。
传统的工业网络主要聚焦于工业控制领域，主要包括单点设备控制技术（模拟仪表控制、直接数字控制、集散控制）和现场总线控制技术。
现场总线通信协议标准及物理接口种类繁多，彼此之间通信兼容性差，物理接口不统一，这些问题很大程度上制约了工业网络互联互通的发展。
国务院关于深化“互联网+先进制造业” 发展工业互联网的指导意见
国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见各省、自治区、直辖市人民政府，国务院各部委、各直属机构：当前，全球范围内新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起。
工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，日益成为新工业革命的关键支撑和深化“互联网+先进制造业”的重要基石，对未来工业发展产生全方位、深层次、革命性影响。
工业互联网通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系，打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施，形成智能化发展的新兴业态和应用模式，是推进制造强国和网络强国建设的重要基础，是全面建成小康社会和建设社会主义现代化强国的有力支撑。
为深化供给侧结构性改革，深入推进“互联网+先进制造业”，规范和指导我国工业互联网发展，现提出以下意见。
一、基本形势当前，互联网创新发展与新工业革命正处于历史交汇期。
发达国家抢抓新一轮工业革命机遇，围绕核心标准、技术、平台加速布局工业互联网，构建数字驱动的工业新生态，各国参与工业互联网发展的国际竞争日趋激烈。
我国工业互联网与发达国家基本同步启动，在框架、标准、测试、安全、国际合作等方面取得了初步进展，成立了汇聚政产学研的工业互联网产业联盟，发布了《工业互联网体系架构（版本1.0）》、《工业互联网标准体系框架（版本1.0）》等，涌现出一批典型平台和企业。
但与发达国家相比，总体发展水平及现实基础仍然不高，产业支撑能力不足，核心技术和高端产品对外依存度较高，关键平台综合能力不强，标准体系不完善，企业数字化网络化水平有待提升，缺乏龙头企业引领，人才支撑和安全保障能力不足，与建设制造强国和网络强国的需要仍有较大差距。
加快建设和发展工业互联网，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合，发展先进制造业，支持传统产业优化升级，具有重要意义。
一方面，工业互联网是以数字化、网络化、智能化为主要特征的新工业革命的关键基础设施，加快其发展有利于加速智能制造发展，更大范围、更高效率、更加精准地优化生产和服务资源配置，促进传统产业转型升级，催生新技术、新业态、新模式，为制造强国建设提供新动能。
时间敏感网络(TSN)及无线TSN技术研究
技术Special TechnologyI G I T C W 专题88DIGITCW2021.051 时间敏感网络概述1.1 T SN 简介时间敏感网络是科技进步的产物，信息技术的不断发展，促进了互联网技术的提高，时间敏感网络技术又叫TSN 技术，被有效的运用在各个领域中，并且发挥了重要的作用。
基于传统的以太网技术的发展，时间敏感网络技术进一步的升级和优化了以太网的技术，对时间的敏感程度要求更高。
时间敏感网络相比于以太网的信息技术，对各个领域的数据传输标准具有更强大的兼容性，可以同时进行跨领域的信号传输，构建出了更加稳定的传输体系。
1.2 T SN 的主要特点对于时间敏感网络的实际应用来说，具有以下几方面的特点。
（1）在信号传输的过程中，保障产生的时延情况。
（2）使用时间敏感网络，可以实现数据的混合传输，不会产生互相的影响。
（3）制定更加合理的网络协议，对网络基础设施可以实现共享。
（4）在出现数据传输错误时，可以从源头获得正确的数据信息，及时的对传输错误进行纠正。
2 时间敏感网络的说明时间敏感网络作为数据链的其中一个环节，通过有效的处理数据信息，在以太网的基础上进行工作，按照发送和接收的网络架构进行数据传输。
图1为TSN 网络架构，对时间敏感网络的具体操作进行说明。
2.1 时间同步网络技术中时间同步的有效运用，通过时间协议来保证实现，得到了大范围的应用，但是对时间精度的标准还不能满足实际的需求。
使用全球定位系统来实现的时间同步，是利用卫星进行信号的发射和接收，具有更高的技术优势，提高了信号传输的稳定性和安全性，但是存在的关键性问题就是技术的运营和维护费用太高，只能在小范围内使用，不能够使技术更加普及，得到大规模的运用。
TSN 使用的是精确时间协议，对以太网的同步协议更加完善，增加了分布式网络的同步，并且采用双向信息通道，提高了传输信号的精确度，具有更多技术性能。
区别于传统的以太网同步协议，新型的协议具有维护费用更低，具有更高的普及效果，明显的提高了技术优势。
TSN时间敏感流量带宽分配与优化
第４４卷 第６期系统工程与电子技术Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．６２０２２年６月ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＪｕｎｅ２０２２文章编号：１００１ ５０６Ｘ（２０２２）０６ ２０２７ ０８ 网址：ｗｗｗ．ｓｙｓ ｅｌｅ．ｃｏｍ收稿日期：２０２１０６０３；修回日期：２０２１１０１１；网络优先出版日期：２０２１１２１３。
网络优先出版地址：ｈｔｔｐｓ：∥ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２４２２．ＴＮ．２０２１１２１３．１４１７．０１２．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金（６２０７１０２３）；中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室开放基金（２０１７ＳＷ０２）；天津市教委科研计划（２０１９ＫＪ１３４）资助课题 通讯作者．引用格式：赵长啸，李二帅，何锋，等．ＴＳＮ时间敏感流量带宽分配与优化［Ｊ］．系统工程与电子技术，２０２２，４４（６）：２０２７ ２０３４．犚犲犳犲狉犲狀犮犲犳狅狉犿犪狋：ＺＨＡＯＣＸ，ＬＩＥＳ，ＨＥＦ，ｅｔａｌ．Ｂａｎｄｗｉｄｔｈａｌｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｉｍｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｒａｆｆｉｃｉｎＴＳＮ［Ｊ］．ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０２２，４４（６）：２０２７ ２０３４．犜犛犖时间敏感流量带宽分配与优化赵长啸１，李二帅２，何 锋２，王 鹏１，（１．中国民航大学安全科学与工程学院，天津３００３００；２．北京航空航天大学电子信息工程学院，北京１００１９１） 摘 要：针对时间敏感网络（ｔｉｍｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ＴＳＮ）中时间敏感流量的带宽分配，必须要根据流量传输的实时性需求，并考虑不同类型流量的占比，提供具体的优化策略和带宽分配结果。
首先，基于网络演算方法，建立时敏流量带宽分配评估模型；然后，根据实时性需求构建带宽分配的约束条件，采用启发式方法，实施带宽分配的优化；最后，通过案例，验证带宽分配在不同链路负载率和流量占比下的变化趋势。
快速了解时间敏感网络(TSN)_Part2
快速了解时间敏感网络(TSN)_Part2大家好，上期我们介绍了TSN是什么，能够给我们带来什么好处以及TSN的用途。
在文章的最后也给我们的协议介绍起了个头，讲解了TSN中用到的时钟同步系统IEEE 802.1AS-Rev。
如果有小伙伴漏掉了上期的内容，可以点此链接查看：快速了解时间敏感网络(TSN)_Part1今天我们就开始介绍TSN协议族中的其他成员包括：延迟（TAS和帧抢占）、流量监控（802.1Qci）和冗余（802.1CB）IEEE 802.1Qbv Time Aware Shaper时间感知整形（TAS）可以说是TSN里的一个核心协议，正是它的应用为车内时间敏感数据提供了超低的延时及抖动的保证。
我们知道，以太网的数据是在总线上串行传输的，如图5，当有多个数据在交换机出口等待被转出时（不同的数据会根据VLAN Tag中的优先级在不同的队列中排队等待），谁先出谁后出就决定了数据的延迟大小。
图5 以太网出口队列示意图TAS通过开关门的机制，来控制数据的发送。
如图6，通过右侧的Gate Control list来控制每个队列在某一时刻的开关门状态，以右侧黑框圈出的T05举例，该时刻队列7到队列0的开关门状态分别是CoCCoCCC（C表示关门，o表示开门）。
数据只有在开门的时候才可以进行发送，也就是说该时刻只有队列6和队列3可以发送数据。
图6 TAS 开关门控制(图片部分引自IEEE 802.1Q)一般来讲Gate Control List是周期循环的，在关键数据（图7中TC1数据）发送前和发送中，我们会关闭其他数据的发送，以保证TC1数据不会受到影响。
从而为TC1提供超低的延时保证。
同时周期性开关门的特性也说明TAS更适合为周期性数据提供延时的保障。
图7 TAS举例IEEE 802.1 Qbr & IEEE 802.3bu 帧抢占帧抢占是TSN协议族中另一个提供延迟保障机制的协议，该协议通过修改前导码将正常的以太网帧分为两类：Express MAC (EMAC 高优先级帧) 和Preamble MAC（PMAC 低优先级帧）。
TSN(时间敏感网络)测试、仿真、分析平台应用攻略
TSN(时间敏感网络)测试、仿真、分析平台应用攻略前言在汽车领域，近几年车内网络通讯方式的变革诉求，期望能够有更高的数据传输速率，以及保证实时性的通讯方式引入。
例如对于ADAS而言，传统的CAN 总线已经远远不能满足其对通讯的要求，而基于车载以太网的TSN网络是一个更好的解决方案，它在保证传输带宽的同时，也保证了数据的时序、极低延时和可靠性。
TSN 验证及测试环境概述德国TSN Systems公司提供了用于TSN 测量和分析的软件工具TSN tools 以及硬件工具TSN Box，利用TSN Tools以及TSN Box，可以快速构建一个支持TSN 的验证及测试网络环境，这个环境具有高度的灵活性，可以被用来匹配多种TSN 应用的场景，用于开发、分析、测试TSN 技术相关的内容。
图1 TSN 验证及测试环境应用场景示意图TSN Systems 提供的TSN 验证及测试环境主要侧重于以下内容：•802.1AS gPTP•802.1 Qav•IEEE 1722•IEEE 1733/RTP•802.1 Qbv•802.1 Q/Best Effort Traffic•CAN总线/车载以太网网关•交换机性能及队列大小分析•多种信号共存的网络行为分析•网络抖动（Jitter）及负载分析TSN应用场景Talker/Listener 模拟仿真在AVB/TSN 开发过程中，为了构建开发环境，为产品的开发人员提供一个可以按照条件设定的TSN/AVB 的发送和接收节点，需要模拟TSN Talker/Listener节点，这时可以使用TSN Box 完成这个任务。
•可直接加载影视频文件，将音视频实时转换为IEEE 1722/IEEE 1733 数据流•可直接接受音源输入，并将音源转换为IEEE 1722/IEEE 1733 数据流•可在数据文件中对需要传输的信号进行预定义，上传至TSN Box 并设定整形算法，TSN Box 可以按照预先设定的方式生成对应的数据流•可作为Listener接收IEEE 1722/IEEE 1733 音频数据流，解析并将其转换至音频模拟信号，直接输出至播放设备•可接收数据，增加时间戳，并将其转发至上位机进行时间特性分析TSN Box支持以下协议和整形方式：•IEEE 802.1AS (gPTP)o PPS signal•IEEE 802.1Qavo IEEE 1722 Audio file player with live adapted PTP time stampingo IEEE 1733/RTP/RTCP File player with live adaptedPTP time stamping •802.1Qbvo 1ms cycle timeo100 µs cycle time•IEEE 802.1Q/Best Effort Traffico UDP trafficTAP设备由于车载以太网通讯机制属于包转发网络，无法按照传统CAN 总线的监控方式来观测网络，如果我们在开发过程中或者分析测试过程中需要监控车载以太网的通讯过程和相关数据，则需要采用TAP 的模式在通讯链路上插入观测点。
时间敏感型网络（TSN）技术综述——最系统最全面的TSN技术解读
时间敏感型⽹络（TSN）技术综述——最系统最全⾯的TSN技术解读 0 引⾔ 随着信息技术（informationtechnology,IT）与运营技术（operation technology,OT）的不断融合，对于统⼀⽹络架构的需求变得迫切。
智能制造、⼯业物联⽹、⼤数据的发展，都使得这⼀融合变得更为紧迫。
⽽IT与OT对于通信的不同需求也导致了在很长⼀段时间，融合这两个领域出现了很⼤的障碍：互联⽹与信息化领域的数据需要更⼤的带宽，⽽对于⼯业⽽⾔，实时性与确定性则是问题的关键。
这些数据通常⽆法在同⼀⽹络中传输。
因此，寻找⼀个统⼀的解决⽅案已成为产业融合的必然需求。
时间敏感型⽹络（timesensitive network，TSN）是⽬前国际产业界正在积极推动的全新⼯业通信技术。
时间敏感型⽹络允许周期性与⾮周期性数据在同⼀⽹络中传输，使得标准以太⽹具有确定性传输的优势，并通过⼚商独⽴的标准化进程，已成为⼴泛聚焦的关键技术。
⽬前，IEEE、IEC等组织均在制定基于TSN的⼯业应⽤⽹络的底层互操作性标准与规范[1]。
1 实时通信技术的发展及需求 1.1总线时代 早在20世纪70年代，随着可编程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）的产⽣，为了分布式控制所需的总线也诞⽣。
⾄今，总线技术已经发展了近50年，各始创公司开发了多种总线控制⼯程⽹版权所有，其在介质、信号电平、校验⽅式、物理接⼝、波特率等多个指标⽅⾯都有不同。
20世纪90年代，随着竞争的加剧，各公司在IEC争取主导地位，产⽣了“总线之争”。
IEC因此产⽣了多达18个总线标准，对访问造成很⼤障碍。
1.2 实时以太⽹阶段 进⼊21世纪，随着标准以太⽹成本的下降，总线开始进⼊基于以太⽹的实时⽹络时代。
2001年，贝加莱推出了⼯业应⽤的Ethernet POWERLINK；2003年，在Profibus基础上，Siemens开发了PROFINET，Rockwell、 ABB开发了基于DeviceNet应⽤层协议的Ethernet/IP，Beckhoff开发了EtherCAT，Rexroth开发了基于SERCOS的SERCOSIII。
2020-2021年时间敏感网络（TSN）产业白皮书
2020-2021年时间敏感⽹络（TSN）产业⽩⽪书时间敏感⽹络(TSN)产业⽩⽪书2020年8⽉编写说明2017年11⽉，国务院在《关于深化“互联⽹+先进制造业”发展⼯业互联⽹的指导意见》中，将“夯实⽹络基础”作为主要任务之⼀，提出⼤⼒推动⼯业企业内外⽹建设。
⽬前在⼯业互联⽹架构下，⽹络作为基础⽀撑技术，需要具备更为强⼤的互联互通、⾼质量传输和智能运维能⼒，时间敏感⽹络技术作为下⼀代⼯业⽹络演进⽅向，在⼯业领域内已形成⼴泛共识。
为了更好地助⼒产业界对时间敏感⽹络技术的了解，澄清技术理解差异，形成推动时间敏感⽹络技术落地产业的合⼒。
⼯业互联⽹产业联盟（以下简称AII）启动了⼯业互联⽹时间敏感⽹络技术的研究，在总结梳理国内外时间敏感⽹络研究进展及发展趋势的基础上，撰写了⼯业互联⽹时间敏感⽹络技术研究⽩⽪书。
本⽩⽪书旨在促进业界对⼯业互联⽹场景下的时间敏感⽹络技术的⽹络架构、技术趋势达成⼴泛共识，为⼯业互联⽹⽹络时间敏感⽹络的技术创新、试验验证、应⽤实践等提供参考和引导，共同推动⼯业互联⽹时间敏感⽹络技术在垂直⾏业的实际应⽤。
本⽩⽪书编写过程中，得到了联盟成员及国内外众多企业的⼤⼒⽀持，为⽩⽪书的观点形成与编写提供了有⼒⽀撑。
后续我们将根据业界的实践情况和各界的反馈意见，在持续深⼊研究的基础上适时修订和发布的新版本。
⽬录⼀、背景介绍 (1)（⼀）⼯业⽹络演进概述 (1)（⼆）时间敏感⽹络发展现状 (4)1.技术现状 (4)2.产业现状 (6)（三）时间敏感⽹络技术优势 (11)1.互联互通 (11)2.全业务⾼质量承载 (12)3.智慧运维 (12)（四）时间敏感⽹络产业驱动⼒ (13)⼆、技术体系 (15)（⼀）标准体系 (15)（⼆）⽹络架构 (19)1.在⼯业互联⽹⽹络中的位置 (19)2.时间敏感⽹络部署架构 (20)（三）时间敏感⽹络关键特性 (22)1.时间同步 (22)2.流量调度 (22)3.⽹络管理 (23)三、与其他新技术的融合创新 (26)（⼀）TSN+OPC UA (26)（⼆）TSN+边缘计算 (29)（三）TSN+5G (31)四、应⽤场景 (35)（⼀）TSN在制造业⼯业⽹络中的应⽤ (35)（⼆）TSN在车载以太⽹络中的应⽤ (37)五、发展趋势展望 (38)（⼀）供给侧产业发展趋势 (38)（⼆）需求侧产业发展趋势 (39)（三）商业模式分析 (40)⼀、背景介绍（⼀）⼯业⽹络演进概述⼯业⽹络基于⼯业控制系统发展⽽来，20世纪90年代兴起现场总线技术，通过标准化的通信接⼝解决了⼯业控制系统内部执⾏器、传感器以及变送器等设备的互联问题，实现了各类⼯业数据信号的共总线传输。
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时间敏感网络(TSN)产业白皮书2020年8月编写说明2017年11月，国务院在《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》中，将“夯实网络基础”作为主要任务之一，提出大力推动工业企业内外网建设。
目前在工业互联网架构下，网络作为基础支撑技术，需要具备更为强大的互联互通、高质量传输和智能运维能力，时间敏感网络技术作为下一代工业网络演进方向，在工业领域内已形成广泛共识。
为了更好地助力产业界对时间敏感网络技术的了解，澄清技术理解差异，形成推动时间敏感网络技术落地产业的合力。
工业互联网产业联盟（以下简称AII）启动了工业互联网时间敏感网络技术的研究，在总结梳理国内外时间敏感网络研究进展及发展趋势的基础上，撰写了工业互联网时间敏感网络技术研究白皮书。
本白皮书旨在促进业界对工业互联网场景下的时间敏感网络技术的网络架构、技术趋势达成广泛共识，为工业互联网网络时间敏感网络的技术创新、试验验证、应用实践等提供参考和引导，共同推动工业互联网时间敏感网络技术在垂直行业的实际应用。
本白皮书编写过程中，得到了联盟成员及国内外众多企业的大力支持，为白皮书的观点形成与编写提供了有力支撑。
后续我们将根据业界的实践情况和各界的反馈意见，在持续深入研究的基础上适时修订和发布的新版本。
目录一、背景介绍 (1)（一）工业网络演进概述 (1)（二）时间敏感网络发展现状 (4)1.技术现状 (4)2.产业现状 (6)（三）时间敏感网络技术优势 (11)1.互联互通 (11)2.全业务高质量承载 (12)3.智慧运维 (12)（四）时间敏感网络产业驱动力 (13)二、技术体系 (15)（一）标准体系 (15)（二）网络架构 (19)1.在工业互联网网络中的位置 (19)2.时间敏感网络部署架构 (20)（三）时间敏感网络关键特性 (22)1.时间同步 (22)2.流量调度 (22)3.网络管理 (23)三、与其他新技术的融合创新 (26)（一）TSN+OPC UA (26)（二）TSN+边缘计算 (29)（三）TSN+5G (31)四、应用场景 (35)（一）TSN在制造业工业网络中的应用 (35)（二）TSN在车载以太网络中的应用 (37)五、发展趋势展望 (38)（一）供给侧产业发展趋势 (38)（二）需求侧产业发展趋势 (39)（三）商业模式分析 (40)一、背景介绍（一）工业网络演进概述工业网络基于工业控制系统发展而来，20世纪90年代兴起现场总线技术，通过标准化的通信接口解决了工业控制系统内部执行器、传感器以及变送器等设备的互联问题，实现了各类工业数据信号的共总线传输。
然而随着工业应用对于承载需求的进一步提升，现场总线低速率，兼容性差、系统彼此间互联互通互操作性差的问题逐渐凸显，具有更高传输效率、更大带宽、更好兼容性的基于以太网的工业控制网络应运而生，为进一步实现系统间的互通提供了基础。
工业以太网技术遵从TCP/IP框架，具有接口简单、协议开放、可靠性高、传输速率快、互通便捷等突出优势，进入21世纪以来逐步成为工业网络的主流技术，并基于以太网架构建立完整的通信技术服务模型，构建工业应用层协议。
工业总线和工业控制网络技术不断推进各领域工业企业信息化建设进程，但值得注意的是由于各领域仅关注解决自身生产问题（如过程控制、运动控制、车载网络等），各类工业总线和工业以太网往往诞生于不同领域，并往往按照特定领域的适应性来制定相关标准，因此就形成了以IEC 61158为代表的工业总线系列标准和以IEC 61784-2为代表的工业以太网系列标准。
每一个工业以太协议背后基本都有一个工业集成商巨头在主导着该协议的生态圈构建，网络设备与协议绑定，各公司基于各自协议对工业控制网络进行持续优化升级，但彼此之间相对封闭，互不兼容。
如表1所示：表 1 目前主流以太协议协议名称运作组织代表厂家EtherNet/IP ODVA罗克韦尔自动化公司（美国）PROFINET PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）西门子Modbus-TCP Modbus-IDA施耐德Ethernet PWOERLINK Ethernet POWERLINK标准组织（Ethernet POWERLINK Standardization Group，简称EPSG）ABBEtherCAT EtherCAT协会德国倍福（Beckhoff）公司CC-LINK CC-Link协会日本三菱随着工业企业数字化、信息化、智能化进程不断升级，工业网络逐步发展为由工业控制网络和工业信息网络两个层次组成，前者主要负责工业控制系统内部以及系统之间的互联互通，承载工业控制信号及系统相关的监控、诊断、管理、操作等相关业务；后者主要支撑原始数据转换为信息应用于业务系统或实现控制反馈的数据互通。
工业互联网的诞生是为了满足产业界通过智能化、精细化管理提升生产效率、降低运营成本的诉求，作为一个完整的通信信息系统，对于承载相关业务网络的互操作性、兼容性以及传输质量有更高要求。
工业互联网网络需要具备在全生产系统，乃至全产业链范围实现人、机、物全要素的网络互联，以及设计、研发、生产、管理、销售、办公全环节的数据互通的能力。
随着工业企业数字化及信息化的进一步深化升级，工业领域相关控制及信息系统的业务类型不断增加、复杂性不断提升，工业控制网络与工业信息网络也呈现融合趋势，具备支持多业务、多协议、多厂商设备和数据的互联互通、共网承载以及高质量传输能力已经成为工业互联网网络技术必然的演进方向。
时间敏感网络技术用以太网物理接口承接工业内有线连接，基于通用标准构建工业以太网数据链路层传输；作为底层的通用架构，为实现传统OT与IT网络的融合提供了技术基础，不仅并为打破以封闭协议为维度由某一厂商主导的产业模式提供可能，提高了工业设备的连接性和通用性，并且为包括大数据分析以及智能的、连接的系统和机器在内的新的业务提供了更快的发展路径，使得工业互联网网络技术和产业生态变得更为开放和富有活力。
（二）时间敏感网络发展现状1.技术现状时间敏感网络（TSN）技术相应基础共性标准主要由IEEE802.1 TSN工作组研究制定。
图 1时间敏感网络标准关键路标2006年，IEEE802.1工作组成立AVB（Audio Video Bridging）音频视频桥接任务组，并在随后的几年里成功解决了音频视频网络中数据实时同步传输的问题。
有效地解决了数据在以太网传输中的时序性、低延时和流量整形问题。
来自工业部门的一些参与者立刻看到了其保证带宽和有界延迟的潜在能力。
2012年，AVB任务组在其章程中扩大了时间确定性以太网的应用需求和适用范围，覆盖音频视频以外的更多领域：工业、汽车、制造、运输和过程控制，以及航空航天、移动通信网络等，并成立了工业互联网的实时性工作组，称为IEEE802.1 TSN。
2015年，Interworking TG与TSN TG合并成为新的TSN任务组。
IEEE802.1 TSN 任务组关注具体技术及其算法。
近年来，随着时间敏感网络技术在各个应用领域受到更为广泛和高度的关注，IEEE也针对该项技术在垂直行业的应用开展了研究和标准的研制，并有多个工作组同步开展工作，包括已经完成的802.1CM项目定义了TSN应用于移动前传网络的标准；2017年由IEC和IEEE联合立项了P60802工作组，目标是定义TSN应用于工业自动化网络的方案类标准；2019年新立项的IEEE 802.1DF工作组，目标是定义TSN应用于服务提供网络的方案类标准；2019年新立项的IEEE 802.1DG工作组，目标是定义TSN应用于车载网络的方案类标准等。
2017年起，IEC开始投入时间敏感网络（TSN）技术在工业领域的应用研究，IEC SC65C / MT9与IEEE802成立60802工作组，开始制定《用于工业自动化的时间敏感网络（TSN IA）行规》国际标准。
2019年开始，IEC EE（IEC System of Conformity Assessment Schemes for Electrotechnical Equipment and Components）工作组致力于进行时间敏感网络一致性测试服务（TSN Conformance Test Service），目前主要包括进行一致性测试过程的定义（包括：与其他组织的连接和协作），测试实验室认定结果的定义（例如：确认测试在不同的测试实验室使用不同的硬件/软件生成相同并且可重复的结果）以及测试计划的创建等工作。
成立于1986年的Internet工程任务组（IETF Internet Engineering Task Force），是推动Internet 标准规范制定的最主要的国际标准化协会组织。
2015年IETF成立了确定性网络（Detnet）工作组，与负责第2层操作的IEEE802.1时间敏感网络（TSN）工作组合作，为第2层和第3层定义通用架构，致力于在第2层桥接段和第3层路由段上建立确定性数据路径。
这些路径可以提供延迟、丢包和数据包延迟变化（抖动）以及高可靠性的界限。
可以认为DetNet是广义的时间敏感网络技术。
目前IETF DetNet工作组已经完成整体架构、数据平面说明、数据流信息模型以及YANG 模型等交付成果。
2.产业现状近年来，时间敏感网络（TSN）技术作为新一代以太网技术，因其符合标准的以太网架构，具有精准的流量调度能力，可以保证多种业务流量的共网高质量传输，兼具技术及成本优势，得以在音视频传输、工业、移动承载、车载网络等多个领域成为网络承载技术的重要演进方向之一，从而得到产业界的广泛关注。
时间敏感网络技术基于IEEE802.1协议实现，推动供应商开发遵从时间敏感网络标准的产品，可按需为需求侧提供更为灵活、可靠的时间敏感网络解决方案。
这意味着产业界各类企业或机构有机会参与到相关技术研究中，基于统一标准的进行技术实施，并提供更为广泛的产品来支持时间敏感网络，从而建立起时间敏感网络产业生态。
目前，时间敏感网络技术已经成为包括芯片厂商、通信设备厂商、自动化厂商、相关行业组织以及各类研究机构在内的产业链各个组成环节关注的热点。
如图2所示：时间敏感网络产业白皮书7图 2时间敏感网络产业现状示意行业组织方面：除了工业以太网相关协会组织（如EtherCAT 、CC_Link 、Profinet 等），都开始致力于开展描述现有工业网络与时间敏感网络融合部署的模型的研究工作；产业内众多独立第三方组织也开始积极组织参与时间敏感网络标准的测试床建设、产品测试认证以及方案孵化推广等各项工作。
a) AVNU 组织为TSN 网元提供时间精确性和低延迟特性提供认证服务，以保证其合规性和互操作性要求。