时间敏感网络(TSN)产业发展报告： 产业测试报告 版本：V3.0 工业互联网产业联盟（AII） 2020年12月 声 明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟所有（注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如需转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转载、汇编、转让、出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网络方式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。 工业互联网产业联盟 联系电话：010-62305887 邮箱：aii@caict.ac.cn 编写说明 在工业领域，时间敏感网络作为下一代工业网络的演进方向业内已经基本形成共识。目前时间敏感网络协议族已经基本完备，技术趋于成熟，主流网络设备厂商纷纷进入产品或者方案研发阶段。为了更好建立工业领域时间敏感网络产业生态，了解行业内部当前技术落地现状水平，工业互联网产业联盟（AII）启动了TSN相关技术及标准的研究工作，积极开展时间敏感网络网络在工业领域落地的可行性调研评估，并于2018年12月完成了国内首次TSN设备互通测试工作。包括华为、摩莎科技(MOXA)、亚德诺半导体技术 (Analog Devices)及思博伦思博伦通信(spirent)在内的四家厂商的TSN产品参与了首次测试。第二次时间敏感网络（TSN）设备测试工作于2019年10月完成，包括华为、摩莎科技(MOXA)、时触电子技术(TTTech)、思博伦通信(spirent)、是德科技(IXIA)、北京邮电大学，CC-Link协会（CLPA）在内的多家厂商及研究机构参与此次测试。 第三次时间敏感网络（TSN）产业测试活动重点关注TSN技术在全产业链产品的落地进展，组织芯片、设备、控制器、测试仪厂家开展协议一致性、设备对接等测试，包括英特尔、博通、TTtech、思博伦、IXIA、新华三、东土、西安云维智联等。 本测试报告旨在体现当前网络设备对于时间敏感网络特性实现情况，促进工业界对TSN网络技术的进一步关注，为时间敏感网络技术的研发、部署和落地提供参考，推动工业网络创新演进。 组织单位：工业互联网产业联盟 牵头单位：中国信息通信研究院 参与单位（排名不分先后）：华为技术有限公司、MOXA科技有限公司、思博伦通信公司、是德科技有限公司、亚德诺半导体技术有限公司(Analog Devices)、时触电子技术（TTTech）、安华高半导体科技（上海）有限公司（Broadcom）、北京邮电大学、CC-Link协会（CLPA）、英特尔（中国）、北京东土科技有限公司、新华三技术有限公司、西安云维智联 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 ................................... 4 3.设备及配套版本 ............................. 5 4.主要测试内容 .............................. 17 第二部分 测试情况 ............................... 21 1测试方案 .................................. 21 2 测试结论 .................................. 28 第三部分 附录 ................................... 31 1 引用标准 .................................. 31 2 术语 ...................................... 31 3 修订记录 .................................. 31 1 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 1 IEEE 802.1 AVB/TSN Task Group部分已发布标准列表 标准编号 标题 状态 IEEEStd 802.1AS-2011 时间敏感应用的时间同步 Timing and Synchronization 2017年6月12日发布 IEEEStd 802.1Qbu-2016 帧抢占 Frame Preemption. 2016年8月30日发布 IEEEStd 802.1Qbv-2015 预订流量的增强功能 Enhancements for Scheduled Traffic. 2016年3月18日发布 2 IEEEStd 802.1Qca-2015 路径控制和预留 2016年3月11日发布 IEEEStd 802.1Qch-2017 Cyclic Queuing and Forwarding 2017年6月28日发布 IEEEStd 802.1Qci-2017 Per-Stream Filtering and Policing. 2017年9月28日发布 IEEEStd 802.1Qcc-2018 Stream Reservation Protocol (SRP)Enhancements and Performance Improvements 2017年10月31日发布 IEEEStd 802.1Qcp-2018 YANG Data Model. 2018年9月14日发布 IEEEStd 802.1CB-2017 无缝冗余 2017年9月28日发布 IEEEStd 802.1CM-2018 Time-Sensitive Networking for Fronthaul 2018年5月7日发布 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。多家厂商已经推出设备样机，2019年下半年起已有支持时间敏感网络技术的设备上市销售。国内外各类行业组织（如IIC、IEC EE、AVNU、LNI4.0等）也纷纷积极开展TSN测试床的搭建，启动TSN设备测试相关工作的规划布局。 3 为更好推动时间敏感网络技术的规模部署，在产业内形成合力，工业互联网产业联盟（AII）组织开展时间敏感网络相关测试工作，该项工作采取定期集中测试，不定期补充测试的方式，尽可能全面且快速地体现时间敏感技术的最新产品化进展，为时间敏感网络技术的研究及部署落地提供有力的数据支撑。 4 2.范围说明 在时间敏感网络的需求场景中，很多业务流量对于性能的要求不再仅仅局限于时延、抖动丢包上限的确定，而是要求实现流量中的帧可以在确定的，可预测的时间送达。因此时延的确定性将成为更为重要的指标要求，因此时间同步和流量调度是时间敏感网络的基础核心技术。 基于IEEEstd 802.1as全网的时间同步以及基于IEEEstd 802.1Qbv协议的门控调度机制即为这种需求提供了实现的底层技术基础。目前上述两个标准相对成熟，设备厂商也将其作为本阶段TSN技术的实现重点，因此也是目前时间敏感网络测试的主要测试范围。 遵照上述实际情况，在2018年12月的首次测试过程中，重点进行了多家厂商设备的基于时间同步特性和流量调度特性的设备级互通测试。在2019年8月的第二次测试过程中，除了进行了设备级互通测试，还利用了专业的测试仪表进行了时间敏感网络协议一致性测试。在2020年12月的第三次 表格 2 IEEE 802.1 AVB/TSN Task Group部分已发布标准列表 测试时间 参与单位 测试内容 2018-12 中国信通院、华为、MOXA、ADI、思博伦 设备互通 5 2019-08 中 国 信 通 院 、 华 为 、MOXA、TTtech、思博伦、IXIA、CC-Link协会（CLPA）、北京邮电大学 设备互通、协议一致性 2020-12 中国信通院、英特尔、博通、东土、新华三、思博伦、IXIA、西安云维智联 设备功能、协议一致性 3.设备及配套版本 3.1设备分类说明 基于TSN网络在工业领域的应用第一阶段定位于实现工厂内OT网络的互联互通的判断，根据应用场景及网元在OT网络中的位置，将TSN设备分为网关、桥设备、端设备三个角色。 6 网关设备主要部署于时间敏感网络域边缘，支持在数据链路层、网络层及应用层实现跨时间敏感网络域及时间敏感网络域与非时间敏感网络域之间的互通。 网桥设备主要部署于时间敏感网络域内部，实现时间网络域内部业务单元（车间、产线、设备）的互联互通。建议以三层架构部署，即核心、汇聚、接入。核心层设备（C设备）部署于工厂级机房，实现工厂内部各车间之间的互联互通；汇聚层设备（A1）部署于车间级机房实现车间内部不同产线之间、集中式控制器与设备之间的互联互通；接入设备部署（A2）于生 7 产现场实现现场设备、传感器等通信接口的通信协议转换并与控制器、检测监控装置进行互联互通。 端设备则指具备时间敏感网络功能的工业设备，包括控制器、PLC、伺服、I/O等设备。 此外还有测试专用设备，用于对时间敏感网络和相关设备进行流量、协议的测试。 表格 3测试厂商参与测试设备一览表 厂商 设备类型 参与测试时间 华为 桥设备（C类） 2018-12、2019-08 MOXA 桥设备（A1类） 2018-12、2019-08 ADI 桥设备（A2类） 2018-12 思博伦 测试设备 2018-12、2019-08、2020-09 IXIA 测试设备 2019-08 TTtech 芯片，可用于桥设备 2019-08、2020-09 CC-Link协会（CLPA） 端设备（PLC、伺服、I/O） 2019-10 英特尔 端设备 2020-09 8 博通 芯片评估板 2020-09 东土 交换机 2020-10 新华三 交换机 2020-10 云维智联 控制器、端设备 2020-10 3.2设备介绍 1) 华为TSN交换机 华为TSN交换机（AR 550E）单端口最大带宽1Gbps,具有八个10M/100M/1000M自适应电口，可通过自协商与对端设备协商端口速率及双工模式，单跳时延小于10us，抖动小于500ns,时间同步精度20ns,截止到2018年12月可支持的时间敏感网络基础协议包括：IEEE 802.1AS Time Synchronization、IEEE 80