5G+TSN联合测试床：5GOverTSN前传网络发展及验证报告（2022年版）工业互联网产业联盟2023年 9 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 I编写说明随着5G在千行百业的广泛应用，工业互联网逐渐成为5G应用的蓝海市场。相较于消费互联网，终端之间交互需求增长，需要更为灵活开放的架构，低时延高可靠的性能要求，因此确定性前传网络也将越来越受到关注，时间敏感网络（TSN）、FlexE、SDN技术在前传网络的融合应用将为其在新的场景下适应新的需求提供有力支撑。为了更好建立工业互联网时间敏感网络产业生态，了解TSN应用于移动前传网络当前技术落地现状水平，2020年起工业互联网联盟（AII）启动了5GTSN融合部署的技术及产业研究工作，积极开展时间敏感网络与5G在工业领域融合部署的可行性调研及评估，并于2021年10月正式启动“5G+TSN联合测试床项目”，该项目于2022年9月完成了国内首次5GoverTSN前传网络技术及方案验证工作。本次验证工作旨在针对基于分组传送的时间敏感网络用于部署5G前传网络的技术发展及相关技术指标进行验证，验证这一技术方向在工业5G专网承载网部署及作为工业园区网络综合承载方案中落地的可行性，为工业园区网络设计、规划及建设提供新的建设思路，推动工业网络创新发展。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）：上海诺基亚贝尔、思博伦通信公司、是德科技 II目录第一部分：背景说明...................................................................................................................11.发展现状...............................................................................................................................................12.场景说明...............................................................................................................................................23.关键技术...............................................................................................................................................5第二部分：技术方案验证...................................................................................................................91.5G业务质量对比测试......................................................................................................................92.前传网络能力测试..........................................................................................................................263.综合承载方案验证..........................................................................................................................33附录测试设备介绍............................................................................................................................371.5G系统...............................................................................................................................................372.前传设备............................................................................................................................................393.仪表......................................................................................................................................................40 1第一部分：背景说明5G作为新一代移动互联网技术，除了将为消费互联网带来更好的业务体验，还将为产业互联网（工业互联网、车联网等）提供技术支撑。相比消费互联网上的应用，工业互联网业务的传输对于网络安全性、可靠性、确定性有更严格的要求，这将对5G的网络架构及技术实现提出新的挑战。TSN技术在现有的以太网基础上增加或者增强了时间同步，流量调度等能力，可以差异化对不同业务流量实现高质量确定性传输。近年来，关于将5G与TSN技术结合应用于垂直行业专网逐步成为业内热点，包括3GPP、IEEE在内的多个国际标准组织及各类研究机构都正在进行相关技术研究。5G与TSN的融合部署及应用为进一步满足工业互联网新型应用需求提供了可选方案。1.发展现状概括来讲，5G与TSN技术有两个大的个方向，一是3GPPR16正式提出的，将5G系统实体化为一个TSN域内部的网桥，来实现TSN网络部署规模和范围的扩展，该方向在R17阶段进行了技术细化，针对TSN与5G对接网关及AF如何实现5G与TSN系统的同步及QoS协同进行了细化，为5GTSN端到端落地应用向前推动迈进了一大步。二是利用TSN技术提升承载网确定性，对5GuRLLC进行增强。IEEE802.1CM被率先提出将TSN技术应用于移动前传网络作为5G与TSN融合部署的主要场景，并逐步引起业内关注。相较于消费互联网，工业互联网终端之间交互需求增长，网络部署需要更为灵活开 2放的架构，低时延高可靠的性能要求，因此确定性前传网络也将越来越受到关注，TSN、FlexE、SDN技术在前传网络的融合应用将为其在新的场景下适应新的需求提供有力支撑。在工业互联网园区网络和5G工业专网的部署过程中，支持TSN的前传网络也有望成为新的部署方案。在2021年9月28日举办的“2021工业互联网网络创新大会”上中国信通院发起“5G+TSN联合测试床”共同建设项目，由中国移动、华为、上海诺基亚贝尔、新华三、英特尔、高通及艾灵网络共同参与。该项目依据当前5GTSN技术现状及产业进展，结合工业互联网网络建设需求，从端到端系统、承载网及核心网多个维度开展5GTSN融合部署技术及方案研究及验证工作，2022年度重点对TSN与5G前传网络的融合部署于工业园区进行技术可行性及场景适应性开展验证工作。2.场景说明工业园区是5G工业专网部署的重要载体。工业园区通常包括生产网、企业信息网、公共服务网、随着社会信息化的发展，信息化对生产效益的促进作用日渐明显，工业互联网园区网络建设成为焦点。工业互联网园区网络建设的目标是构建低延时、高可靠、广覆盖的网络基础设施，支持全区内各类信息和数据的交互和无缝传递，最终形成自动、智能、高效、安全的生产和服务体系。工业园区网络建设引入5G专网的建设，可以在一定程度上满足灵活接入、高性能承载、OT&IT融合及异构系统协同互通等需求。工业园区5G专网的建设，会根据业务需求UPF下沉至园区甚至产线的需求，同时要考虑园区网络的融合部署，如下图所示： 3场景一：车间内部终端与综合接入点的MEC之间的业务通信，多为高确定性、高可靠性的生产控制类业务，此时前传为主要承载网络，传输范围为车间/楼宇内。图15G用户面及基带模块部署在综合接入点场景场景二：不同车间内终端之间的业务通信，如确定性、同步性要求高的生产协同类业务，此时前传为主要承载网络，传输范围为跨车间/楼宇。图25G用户面及基带模块部署在综合接入机房场景 4场景三：园区内公共服务设施或车间内设备与园区综合接入机房MEC之间的业务通信，多为实时性监控业务，此时前传为主要承载网络，传输范围为园区内。图35G用户面及基带模块部署于园区综合机房场景场景四：园区内个人终端或者园区物联网终端经园区核心机房5GC与园区云平台通信，多为非实时性数据业务，此时涉及前传和回传网络，传输范围为园区内。图45G基带模块与用户面设备分设场景综上所述，场景一到场景三中前传网络都作为5G承载工业园区应用的主要承载网络，利用基于分组的以太网作为前传网络的承载 5方式可以极大增加网络部署的灵活性，并可以作为数通网络与原有园区网络融合部署，叠加以TSN为代表的确定性网络技术，可以实现降低网络部署复杂度且满足工业园区网络高质量承载需求的综合达成。3.关键技术3.1开放前传接口移动前传网络是指基带单元和无线单元间的网络，4G时期及5G建设初期，前传网络的部署主要以光纤直驱和无源WDM方式为主。随着5G时代以C-RAN的建站方式成为主流，对前传网络在灵活组网能力、低时延高可靠提出了更高要求，典型的可选前传方案包括光纤直驱（单纤单向、单纤双向）、WDM（无源、有源、半有源）、微波、以太组网等方式。表格1汇总了各类典型的部署方案在组网形态，纤芯资源，接口类型，可靠性和传输距离方面的区别。表格1主流前传方案对比表类别光纤直驱无源WDM半有源WDM有源WDM以太网组网形态点到点点到点链/环/点到点链/环/点到点网/链/环/点到点纤芯资源6~121112/1接口类型25G白光25G彩光25G彩光25G彩光以太接口可靠性无保护无保护1+1保护1+1保护手段丰富传输距离-<10km>10km>10km>10km3GPP定义了AAU-DU底层分离（LLS）不同方式的协议栈功能划分，与前传接口有关的划分选项包括Option6、Option7和 6Option8。其中的Option7是物理层内切分，又可细分为Option7-1,Option7-2和Option7-3等。不同的物理层切分方式对前传接口带宽有不同的要求，物理层切分越靠近MAC层对前传接口带宽的要求越低，物理层越靠近RU对前传接口带宽的要求越高。图5AAU-DU底层分离的切分选择示意由于5G业务所需频谱带宽显著增加且基站功能架构重新划分处理功能重新分割等因素，前传典型接口由4G基站基带处理单元BBU和远端射频单