英特爾：以TSN與5G融合技術(shù)塑造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)

如今，汽車(chē)、消費品、石油與天然氣、公用事業(yè)、醫藥、食品飲料等多個(gè)行業(yè)垂直市場(chǎng)都在評估并部署智能工業(yè)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）技術(shù)。而在工業(yè)的數智化轉型中，無(wú)線(xiàn)連接性成為了關(guān)鍵要素。無(wú)線(xiàn)連接的性能決定了機器、人、物體之間能否隨時(shí)隨地進(jìn)行高效溝通。與此同時(shí)，5G的出現對工業(yè)和制造業(yè)等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生了顛覆性影響，尤其是私有預置5G解決方案和公共5G，這也是近一個(gè)時(shí)期新一代無(wú)線(xiàn)通信部署最重要的機會(huì )之一。

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )（TSN）是由IEEE 802.1工作組的時(shí)效性網(wǎng)絡(luò )任務(wù)組所制定的一系列標準。TSN在很多方面都作為管理業(yè)務(wù)流程及分析的信息技術(shù)（IT）網(wǎng)絡(luò )和管理實(shí)際工廠(chǎng)設備的運營(yíng)技術(shù)（OT）網(wǎng)絡(luò )之間的重要溝通橋梁。TSN系列標準旨在為網(wǎng)絡(luò )連接提供準確的時(shí)間同步和時(shí)間關(guān)鍵數據及時(shí)性的保證，因此對從傳感器接收數據的控制系統、計算機視覺(jué)應用程序等來(lái)說(shuō)是非常理想的選擇。

5G可以實(shí)現工業(yè)控制系統和數據流量的低延遲和超可靠確定性，而無(wú)線(xiàn)連接則帶來(lái)靈活性，它們共同為工業(yè)制造帶來(lái)系統連接性。TSN與5G融合技術(shù)（TSN-over-5G）通過(guò)5G支持時(shí)效性網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，從而使得傳感器、執行器等工業(yè)設備可以與PLC等工業(yè)控制器進(jìn)行無(wú)線(xiàn)的、確定性的通信。這符合智能工業(yè)的要求，還可降低成本，催生新的商業(yè)模式，并簡(jiǎn)化工廠(chǎng)運營(yíng)流程。TSN-over-5G的關(guān)鍵技術(shù)有：基于5G系統的TSN同步、基于5G系統的TSN以太網(wǎng)運行、5G超可靠低延遲（URLLC）傳輸技術(shù)（尤其針對低延遲循環(huán)數據流）、5G點(diǎn)對點(diǎn)服務(wù)質(zhì)量（QoS）管理及智能調度程序算法。

對英特爾而言，確保生態(tài)系統成功向智能工業(yè)轉型，并在此過(guò)程中整合5G技術(shù)，是我們存在的終極意義的一部分。我們正與3GPP等標準團體合作，制定了3GPP Release-16標準，以支持TSN-over-5G技術(shù)，并與博世等生態(tài)系統合作采用5G、Wi-Fi 6等新一代無(wú)線(xiàn)技術(shù)建立了基于早期標準的概念驗證（PoC）項目。隨著(zhù)3GPP Release-16標準即將在夏季正式發(fā)布，我們與全球IIoT領(lǐng)導者博世采用英特爾5G原型解決方案建立了TSN-over-5G早期概念驗證項目。這一概念驗證包括了用戶(hù)設備（UE）、無(wú)線(xiàn)電接入網(wǎng)（RAN）及核心，并展示了上述的四大關(guān)鍵技術(shù)。這一項目可直接與博世的TSN兼容可編程邏輯控制器（PLC）終端配合，驗證技術(shù)可行性，并展示關(guān)鍵的IIoT用例。

在這一項目中，英特爾與博世成功展示了TSN IIoT的典型用例，該用例目前通過(guò)工廠(chǎng)的有線(xiàn)基礎設施進(jìn)行支持，第一和第二PLC采用開(kāi)放平臺通信（OPC）統一架構（UA）協(xié)議開(kāi)放標準進(jìn)行5G通信，主要實(shí)現移動(dòng)角度控制和高速旋轉輪速度同步。具體來(lái)說(shuō)，PoC項目展示了基于5G系統的TSN同步，其定時(shí)誤差遠低于1微秒，時(shí)間關(guān)鍵動(dòng)作控制指令的單向延遲最多只有4毫秒。英特爾的3.7 GHz 5G原型系統還可同時(shí)進(jìn)行4K超高清視頻流直播。

這一項目是首批展示5G NR pre-Rel-16 TSN-over-5G功能的項目之一，包括在5G系統下的基于802.1AS的同步和基于802.1Qbv的關(guān)鍵數據包的時(shí)間感知送達。這一合作項目的另一項成果是，支持URLLC 和E2E QoS的5G高級調度程序可以滿(mǎn)足確定性時(shí)間關(guān)鍵數據包送達的要求。此外，項目還實(shí)現了微秒級時(shí)間同步、毫秒級最差延遲和“5個(gè)9”的可靠性。該項目通過(guò)5G無(wú)線(xiàn)連接性為重新配置、可拓展型、可移動(dòng)性提供了完全的靈活性。

英特爾與博世的概念驗證項目的成功啟示在于，TSN-over-5G不僅是可采用的技術(shù)，對于希望通過(guò)整合新一代無(wú)線(xiàn)解決方案達到簡(jiǎn)化運營(yíng)、時(shí)間關(guān)鍵數據傳輸、更靈活的工廠(chǎng)實(shí)際運營(yíng)配置以及降低資本性支出等目的的制造業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，它可能成為一種強大的解決方案。項目支持5G NR Rel-16功能，即URLLC和TSN在混合數據流環(huán)境下的早期實(shí)踐。這一測試平臺可作為未來(lái)5G和TSN性能及博世等領(lǐng)導者推出的其它智能工業(yè)解決方案測試的基礎。例如，擴展案例可以是邊緣計算資源和動(dòng)態(tài)工作荷載分配等，以進(jìn)行更多的技術(shù)驗證。

隨著(zhù)5G服務(wù)不斷迭代，制造業(yè)未來(lái)將享受到更高級的解決方案，整個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)力將上升到新的水平。為了確保制造業(yè)企業(yè)獲得成功，英特爾和博世等全球生態(tài)系統領(lǐng)導者將繼續努力，研發(fā)推動(dòng)IIoT和5G未來(lái)整合的更多解決方案。

PoC設置架構示意圖，圖中展示的是基于英特爾5G原型系統的TSN-over-5G技術(shù)