信通院张恒升：TSN从标准到产业，打造工业确定性新基石

6月15日，由“科创中国”未来网络专业科技服务团指导，江苏省未来网络创新研究院、南京未来网络产业创新有限公司联合主办，SDNLAB社区承办的2022确定性网络技术与应用创新峰会成功召开。中国信息通信研究院技术与标准研究所副主任张恒升分享了《TSN从标准到产业，打造工业确定性新基石》主题演讲。

确定性技术发展背景

随着行业数字化转型的发展，传统的消费互联网已经无法满足工业互联网、能源互联网、车联网的技术基础和产业升级发展的需求。特别是在带宽确定性，时间确定性和连接确定性三个方面‍‍有了明显的差距，互联网正在由“尽力而为”向“确定性网络”演进。

从国家政策方面来看，其实国家在很早以前就开始了‍‍确定性网络新技术的研究和部署工作。2017年11月，在国务院发布的《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》中提到，“开展时间敏感网络、确定性网络、低功耗工业无线网络等新型网络互联技术研究，加快5G、软件定义网络等技术在工业互联网中的应用研究”。那时候的确定性网络‍‍更多的是一个狭义的概念。

在2020年12月发布的《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》中，“探索云网融合、确定性网络、IPv6分段路由（SRv6）等新技术部署”，直接从研究进化到了部署，迈向了新的阶段。

TSN技术与标准发展

张恒升指出，TSN技术已成为工业网络演进的方向。TSN技术包含三项重点技术、三大关键能力和四个典型场景。

三项重点技术：高精度网络时间同步、精准QoS流量调度升级、SDN化的管控架构。‍‍三项重点技术把原有的工业网络的确定性、高实施性，‍‍以及传统互联网络的灵活性‍‍、多业务承载性做了一个全面的兼容和融合，‍‍从而提供了‍‍三大关键能力。

三大关键能力：异构网络互联互通、高质量全业务传输、智能化网络控制。‍‍异构网络互联互通，把工业网络和互联网络‍‍进行了打通，并把数据通信网络和传统的控制网络进行了融合；高质量全业务传输，也就是所谓的一网承载多种流量，从控制流量‍‍到数据流量到采集流量到视频等等各种的服务质量要求的业务；‍‍智能化网络控制，也就是SDN、NFV以及人工智能等新型的智能化技术带来的网络智能化的管控。‍‍

四个典型场景：工业控制网络+TSN、车载网络+TSN、5G垂直专网+TSN、数据中心+TSN。目前数据中心TSN的产业化稍微慢一点，但在研究领域，数据中心尤其是计算中心对于这种‍‍无损的、高确定的网络要求与TSN的发展完美契合，这也是未来TSN演进的一个很重要的领域。

张恒升表示，‍‍在工业互联网的发展过程中，IT-OT融合的网络基础设施的构建非常重要，而TSN是工业IT-OT融合发展的关键技术，主要体现在几个方面。

TSN统一工业以太网标准

• TSN成为业界共识的工控通信网络向1G接口演进的解决方案
• 由IEC制定多个标准，转变为由IEEE802制定唯一标准

同时支撑生产控制与信息应用

• SN改变了原有工业控制网络应用支撑能力差的弱点，实现“网络+控制”向“网络+控制/应用”的转变

多个标准组织共同构建新的标准体系

• 由IEC的每个工业以太网标准自成体系，转变为基于TSN构建统一的工业网络标准体系
• IETF、IEC等多个标准组织基于TSN制定上层标准

TSN打造更为开放的产业

• 工业企业、ICT企业、芯片企业深度合作，更多的企业参与TSN产业
• 网络与控制系统解耦合，使用通用网络芯片成为可能，将打破技术垄断

IEEE802.1于2006年创建了AVB（音视频桥接）任务组，目标是用以太网取代家庭中的HDMI、扬声器和同轴电缆。AVB仅适用于桥接的第2层网络。2012年，IEEE802.1AVB任务组更名为时间敏感网络任务组（TSN）TG。2015年，Interworking TG和TSN TG合并成为新的TSN任务组，开展TSN在运营商骨干网和前传网络领域的研究。

2017年，IEEE和IEC联合成立了60802组，‍‍专注于TSN在工业领域的研究。2019年TSN启动了在车载领域、骨干网领域、前传领域的技术更新。‍‍截止今年6月，TSN已经有18个正式标准的发布。

国内早在2018年就‍‍开始了整个的TSN标准体系架构的设计，‍‍对于整个TSN标准的研究包括了‍总体技术类、设备类、功能性能类、技术融合类。‍‍到目前为止已经有两项标准报批‍‍，在研的标准超过了20项。张恒升介绍，国内的TSN标准研究是针对国内的自身需求定制的，有些标准是国内独有的。

‍‍从技术发展的角度上来说，时间敏感网络时钟同步、流控、可靠性等方面的基础标准基本完成，网络管理和互操作标准成为下一步研究重点。

‍‍另一方面，5G+TSN成为技术发展的热点。张恒升指出，5G+TSN正在成为工业有线-无线融合、IT-OT融合的关键技术。5G URLLC与TSN的设计需求相互匹配，有相同的目的，因此5G uRLLC为TSN提供传输通道奠定了基础；同时，RAN和corenetwork 都为支持TSN提供了条件，所以5G+TSN将从RAN和核心网两个角度增强来支持。

5G+TSN如何打造全面互通、灵活接入、确定性的工业网络，面临3个方面的挑战：

挑战1：面向toB应用的新型网络架构

挑战2：端到端确定性时延传输保证

挑战3：时间同步系统的协同对齐

TSN产业进展

随着TSN技术的发展，TSN的产业也在不断地成熟，目前基本形成了‍‍由芯片厂商、自动化厂商、设备厂商和行业组织组成的产业链。‍‍

行业组织：美国工业互联网联盟（IIC）、德国LNI4.0、AVNU、CC-link、OPC基金会、工业互联网产业联盟。

自动化厂商：西门子、三菱、贝加莱、罗克韦尔自动化、ABB、施耐德电气、KUKA、National Instruments（NI）、Rexroth、Darker。

设备厂商：华为、思科、爱立信、MOXA、新华三、思博伦、IXIA、东土科技、圣博润、诺基亚、三旺通信、云维智联、优稳。

芯片厂商：亚德诺半导体、TTTech、Intel、恩智浦、德州仪器、博通、智芯。

TSN设备形态主要包括交换机、网关、端设备、网络控制器、PLC、DS-TT/NW-TT网元设备，还有一些TSN行业专用设备等等。在行业方面，目前电力、交通是最热的、应用探索比较靠前的两个行业，此外在装备制造、5G中也发展的很快，都有相应的一些示范试点。

最后‍‍，张恒升表示，整个TSN产业的发展还处在一个‍‍爆发的前期，希望更多的企业能够参与到‍‍TSN的研究以及产业中来，共同努力！‍

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