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摘要：5G 赋能行业应用是当前产业各方关注的焦点，工业业务需要由具有确定性特征的网络进行承载，而无线网络由于其信道特性，成为影响工业业务确定性传输的最大挑战。因此，5G与时间敏感网络的协同传输被学术界广泛关注，如何提升5G网络承载业务的确定性成为研究的重点。以3GPP标准的5G-TSN协同传输为基础，重点对5G TSN桥接网络架构、支持TSN的5G网元功能、5G空口调度增强策略等进行了阐述和分析；同时基于 5G-TSN 协同传输架构，对时间敏感业务流跨5G、TSN域的端到端数据传输流程进行了研究。
关键词：5G网络；时间敏感网络；5G与 TSN协同传输；5G
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2022.03.006
引言
随着工业 4.0 等新概念的不断提出，企业数字化转型成为制造业的热门话题，工业互联网成为推动企业数字化转型的重要信息通信基础设施。数字化、网络化与智能化是工业互联网的3个重要特征，其中，数字化是基础，网络化是关键，智能化是目标，工业互联网通过网络对生产环节、工艺流程、人机交互等领域广泛采集数据，构建数据模型实现智能化决策，达到提高生产效率、改进产品质量、降低生产能耗的目的。
未来工业互联网需要满足智能工厂的人员、机器、原料、方法、环境多要素的全面互联，进行全程多域的数据采集以满足数字孪生工厂的构建，从而实现生产全流程的灵活调配与优化。随着机器人、无人机等智能化工业设备的广泛使用，智能化工业业务对无线网络的需求越来越高。在此背景下，具有低时延、低抖动、高可靠的无线接入网络技术逐渐成为研究的焦点。
时间敏感网络技术（Time-Sensitive Networking，TSN）由国际电子电气工程师协会（IEEE）802.1 工作组提出，是对传统以太网的增强，能够提供高可靠和有界低时延的流传输服务。其业务承载方式与时分多址复用（TDMA）类似，在设备时间同步的基础上使用基于时间精准的优先级队列控制方式，使不同优先级的业务在“特定时间”独占传输资源，通过这种有序的资源分配，可以保证端到端时延抖动的有界性。其调度整形机制基于队列和时序进行数据包调度，将业务优先级不同的业务流映射到相应优先级的出口队列，减少了低优先级业务对高优先级业务的干扰，保障了业务的确定性传输。
赋能垂直行业是 5G 的一项重要使命。5G 不再仅仅满足人与人之间的通信，更使工业现场设备能够实现更加便捷、灵活的网络接入，满足工业的无线化需求。然而，5G无线信道特性不利于工业控制业务的确定性传输，尤其涉及工业控制系统的场景，该场景对网络的稳定性要求更高。如何在接入无线网络的同时保证工业业务传输的确定性，是5G深度赋能行业必须具备的关键技术能力。因此，5G-TSN 协同传输技术成为产业界和学术界共同关注的热点问题。
基于工业互联网发展趋势与工业业务无线化需求，本文重点针对5G-TSN协同传输架构、网元功能及端到端数据传输流程进行研究，旨在为 5G-TSN 协同传输关键技术的深化研究提供借鉴。
