英特爾：以TSN與5G融合技術塑造工業物聯網的未來
如今，汽車、消費品、石油與天然氣、公用事業、醫藥、食品飲料等多個行業垂直市場都在評估并部署智能工業與工業物聯網（IIoT）技術。而在工業的數智化轉型中，無線連接性成為了關鍵要素。無線連接的性能決定了機器、人、物體之間能否隨時隨地進行高效溝通。與此同時，5G的出現對工業和制造業等諸多領域產生了顛覆性影響，尤其是私有預置5G解決方案和公共5G，這也是近一個時期新一代無線通信部署最重要的機會之一。
時間敏感網絡（TSN）是由IEEE 802.1工作組的時效性網絡任務組所制定的一系列標準。TSN在很多方面都作為管理業務流程及分析的信息技術（IT）網絡和管理實際工廠設備的運營技術（OT）網絡之間的重要溝通橋梁。TSN系列標準旨在為網絡連接提供準確的時間同步和時間關鍵數據及時性的保證，因此對從傳感器接收數據的控制系統、計算機視覺應用程序等來說是非常理想的選擇。
5G可以實現工業控制系統和數據流量的低延遲和超可靠確定性，而無線連接則帶來靈活性，它們共同為工業制造帶來系統連接性。TSN與5G融合技術（TSN-over-5G）通過5G支持時效性網絡服務，從而使得傳感器、執行器等工業設備可以與PLC等工業控制器進行無線的、確定性的通信。這符合智能工業的要求，還可降低成本，催生新的商業模式，并簡化工廠運營流程。TSN-over-5G的關鍵技術有：基于5G系統的TSN同步、基于5G系統的TSN以太網運行、5G超可靠低延遲（URLLC）傳輸技術（尤其針對低延遲循環數據流）、5G點對點服務質量（QoS）管理及智能調度程序算法。
對英特爾而言，確保生態系統成功向智能工業轉型，并在此過程中整合5G技術，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，并與博世等生態系統合作采用5G、Wi-Fi 6等新一代無線技術建立了基于早期標準的概念驗證（PoC）項目。隨著3GPP Release-16標準即將在夏季正式發布，我們與全球IIoT領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設備（UE）、無線電接入網（RAN）及核心，并展示了上述的四大關鍵技術。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，驗證技術可行性，并展示關鍵的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，該用例目前通過工廠的有線基礎設施進行支持，第一和第二PLC采用開放平臺通信（OPC）統一架構（UA）協議開放標準進行5G通信，主要實現移動角度控制和高速旋轉輪速度同步。具體來說，PoC項目展示了基于5G系統的TSN同步，其定時誤差遠低于1微秒，時間關鍵動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原型系統還可同時進行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的關鍵數據包的時間感知送達。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足確定性時間關鍵數據包送達的要求。此外，項目還實現了微秒級時間同步、毫秒級最差延遲和“5個9”的可靠性。該項目通過5G無線連接性為重新配置、可拓展型、可移動性提供了完全的靈活性。
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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
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，對于希望通過整合新一代無線解決方案達到簡化運營、時間關鍵數據傳輸、更靈活的工廠實際運營配置以及降低資本性支出等目的的制造業企業來說，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在混合數據流環境下的早期實踐。這一測試平臺可作為未來5G和TSN性能及博世等領導者推出的其它智能工業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態工作荷載分配等，以進行更多的技術驗證。
隨著5G服務不斷迭代，制造業未來將享受到更高級的解決方案，整個行業的生產力將上升到新的水平。為了確保制造業企業獲得成功，英特爾和博世等全球生態系統領導者將繼續努力，研發推動IIoT和5G未來整合的更多解決方案。
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