时间敏感网络(TSN)产业发展报告：网络设备互通测试报告.pdf

时间敏感网络 (TSN)产业发展报告： 网络设备 互通测试 报告 版本： V1.0 工业 互联网产业联盟 （ AII） 2019.03 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： aiicaict.ac 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 工作 。包括 华为、 MOXA、 ADI及 思博伦在内的四家厂商的 TSN产品参与了本次测试。 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、亚德诺半导体技术有限公司 (Analog Devices) 目 录 编写说明 . I 第一部分 测试背景及范围说明 . 1 第二部分 测试方案 . 3 1 测试方案 . 3 2 设备及配套版本 . 4 设备介绍 . 4 版本说明 . 6 3 主要测试内容 . 6 第三部分 测试内容 . 8 1 测试内容 . 8 设备基本互通测试 . 8 时钟协议互通测试 . 8 流量调度互通测试 . 9 2 测试结论 . 11 整体情况 . 11 详细情况 . 11 第四部分 附录 . 12 1 引用标准 . 12 2 术语 . 12 1 第一部分 测试背景及范围说明 当前，工厂内网络 的架构通常 呈现 “ 两层三级 ” 的结构 ： “ 两层 ” 是指存在“ 工厂 IT 网络 ” 和 “ 工厂 OT 网络 ” 两层技术异构的网络； “ 三级 ” 是指根据目前工厂管理层级的划分，网络也被分为 “ 现场级 ” 、 “ 车间级 ” 、 “ 工厂级 /企业级 ” 三个层次，每层之间的网络配置和管理策略相互独立。 伴随着工业互联网 /工业 4.0 的广泛推进 ， 工业互联网业务发展对网络基础设施提出了更高的要求和需求，工厂内网络 将 呈现出融合、开放、灵活三大发展趋势。 融合趋势指 1）网络结构的扁平化即 OT&IT 融合 2）控制信息与过程数据的共网传输； 3）有线与无线协同。 工厂内网络的开放趋势 则指 一是技术的开放 ；二是数据的开放 ； 三是产业的开放。工厂内网络的灵活友好趋势。一是网络形态的灵活 ； 二是网络管理的友好 。 时间敏感网络技术协议族对标上述发展趋势，提出了一系列技术标准。 时间敏感网络技术是由 AVB（ Audio Video Bridging 以太网音视频桥接技术）网络演进而来，其应用范围也从原来的音视频桥接网络扩展到工业领域、汽2 车内部网络以及移动前传网络等各种对传输时间有高稳定 性要求的网络。该技术相应标准研究主要是在 IEEE 研究制定 (802.1 TSN 及 IEEE/IEC 60802 工业应用工作组 )，前者偏重于 TSN 的基础协议研究，后者目前则更偏重于 TSN 技术工业应用场景的定义。 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，国内外各类行业组织如（ IIC、 AII）就该技术也已经经过多轮测试，业内期望能尽快实现方案级部署。 时间敏感网络的重点是对当前的二层以太 网络进行特性增强，为特定的业务流量提供确定时延的网络传输。目前 IEEE 的 802.1Q 的 TSN 工作组已经制定了一系列标准，通过允许一些流量分组优先转发，利用门控调度机制清理线路以及带宽预留等机制来保证业务流量在以太网中的传输性能。 在时间敏感网络中，很多业务流量对于性能的要求不仅仅局限于时延和抖动，实现流量中的帧可以 在确定的，可预测的时间送达是更为重要的指标要求，基于802.1as 全网的时间同步以及基于 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。 本次测试（ 2018-12） 参与测试的厂商包括：华为、 MOXA、 ADI 和思博伦， 测试 的内容 范围为参与厂商设备的 IEEE802.1as、 IEEE802.1Qbv 相关特性的互联互通。 3 第二部分 测试方案 1 测试 方案 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 设备分为如下三个角色： 工厂级网络设备（ C 设备）：实现工厂内部各车间之间的互联互通以及工厂与工厂外部企业内部网络的互联互通； 本次测试 C 设备采用华为提供的 TSN 交换机 车间级网络设备（ A1 设备）：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以及车间与车间外部工厂内部网络实现互联互通； 本次测试 A1 设备采用 MOXA 公司提供的 TSN 交换机 现场级网络设备（ A2 设备）：实现现场设备、传感器等通信接口的通信协4 议转换并与控制器、检测监控装置进行互联互通及产线与产线外部车间内部网络实现互联互通。 本次测试 A2 设备采用 ADI 公司提供的 TSN 交换模块 本次测试测试仪设备由 Spirent 公司提供 2 设备及 配套版本 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 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 OPC UA 终端功能 。 2) 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 1Gbps,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