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1、时间敏感网络(TSN)产业发展报告:网络设备互通测试报告0100101 i1 r |J T O J d 1第一部分 测试背景及范围说明11 背景介绍12 范围说明33 设备及配套版本4V设备分类说明4:、设备介绍6版本说明104 主要测试内容11第二部分 测试情况131 测试方案13I I设备基本互通测试13I、时钟协议互通测试14I W流量调度互通测试151 -协议一致性测试182 测试结论212 I整体情况21、详细情况22第三部分 附录231 引用标准232 术语233 修订记录23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
2、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 IEE
3、E 8021 ZVE/TSNTask GToup部分已发布标准列表标准编号标题状态lEEEStd 802.1AS-2011时间敏感应用的时间同步Timing and Synchronization2017年6月12日发布lEEEStd 802.1Qbu-2016帧抢占Frame Preemption.2016年8月30日发布lEEEStd 802.1Qbv-2015预订流量的增强功能Enhancements for Scheduled Traffic.2016年3月18日发布lEEEStd 802.1Qca-2015路径控制和预留2016年3月11日发布lEEEStd 802.1Qch-201
4、7Cyclic Queuing and Forwarding2017年6月28日发布lEEEStd 802.1Qci-2017Per-Stream Filtering and Policing.2017年9月28日发布lEEEStd 802.1Qcc-2018StreamReservationProtocol(SRP)Enhancements and Performance Improvements2017年10月31日发布TEEEStd 802.1Qcp-2018YANG Data Model.2018年9月14日发布lEEEStd 802.1CB-2017无缝冗余2017年9月28日发布l
5、EEEStd 802.1CM-2018Time-Sensitive Networking for Fronthaul2018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
6、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IC、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。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。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
7、 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20
8、19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。表格2 IEEE 8021 ZV/TSNTask Goup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、MOXAH、思博伦设备互通2019-08设备互通、协议一致性中国信通院、华为MOXA、TTtech、思 博伦、IXIA、CC-Link 协会（CLPA）、 北京邮电大学3设备及配套版本31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T网络中 的位置，将TSN设备分为网关、桥设备、端设
9、备三个角色。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。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）（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
10、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 * 2019-08MOXA桥设备（A1类）2018-12 * 2019-08ADI桥设备（A2类）2018-12思博伦测试设备2018-12 * 2019-08IXIA测试设备2019-08TTtech芯片，可用于桥设备2019-08CC-Link 协 会（CLPA）端设备（PLC-伺服、I/O）2019-10设备介绍1)华为TSN交换机华为TSN交换机(AR 550E)单端口
11、最大带宽IGbps，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 802.1Qbv Scheduled Traffic 、 IEEE 802.1Qcc SRP Enhancements (Netconf/Yang) 、 IEEE 802.1Qbu Frame Preemption等，其他协议也在持续研发过程中，此外还具备)PC UA终端功能。2
12、) MOXA TSN交换机摩莎科技TSN交换机(TSN-G5006 )是一款集成了时间敏感 网络特性的工业以太网接入交换机，单端口最大带宽Gbps,具有 4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 802.1Qbv Scheduled Traffic等，其他协议也在持续研发过程中。3)思博伦C50测试仪思博伦公司的C5 0型号测试仪该测试仪是一款
13、不仅可以支持 传统的以太网功能及性能测试，并且搭配TTWorkbench可以进行 包括时间敏感网络特性在内的以太网协议一致性测试的综合以 太网测试仪表。4) ADI多模现场总线通信模块模现ADI公司推出的多模现场总线RAPID模块，支持包括TSN在内 的多种现场总线协议以向工业4.0过渡，支持 Profinet/EtherCAT/Ethernet-IP/PowerLiUk 多 种总线 协议， 支持基本的TSN以太网功能，以及传统个工业以太网与SN网络的 协议转化，未来可用于低复杂度的边缘TSN以太网。助力传统工 业网络与时间敏感网络的融合和演进。5) IXIA测试仪是德科技的XGS系列仪表为网
14、络设备和网络应用的性能、功 能、安全和一致性测试提供了最全面的解决方案。该平台结合是 德科技行业领先的 IxNetwork、IxLoad和BreakingPoint 试应用程序和自动化API为大规模的2-7层测试提供了必要的能 力和性能。6) Kontron TSN 接口卡TTTech公司推出的TSN Edge IP Solution是支持多种TSN协议的完整解决方案，能帮助客户迅速完成TSN网络设备搭建，该IP解决方案现已应用于多个国内外项目中；同时TTTech公司也推出了 TSN网络配置工具Slate XNS，以图形 化的方式对TSN网络进行配置，实施部署，同时能以库的形 式集成到第三方工
15、具中，方便实施二次开发。7) CC-Link IE TSN 网络设备三菱电机全新推出的对应CC-Link IE TSN网络的FA控制、驱动等产品，通过融ATSN技术的千兆工业以太网CC-Link IE TSN可整合FA系统和IT系统，既能轻松收集数据， 又能在实施高速且安定的控制的同时，向T系统传送大容量数 据。TTtechA o苛Spirent*1 a渲)cNsNsNS渲Mn mn thk /Dn 展X G s 演 湮i d|D1 o4 toNJ3.34 主要测试内容测试项目主要测试内容测试大项接口互通物理口华为& MOXA华为& ADIADI & MOXA逻辑口华为& MOXA华为& ADIADI & MOXA时钟协议互通1588v
