無線TSN來襲：TSN over Wi-Fi和5G
發布時間：2024-02-22 作者：Martin Gubow
本文圖片來源：Keysight Technologies
無線時間敏感網絡可以為工業自動化帶來維護成本的降低和更靈活的部署等優勢。
Wi-Fi和5G的最新進展清楚地表明，無線網絡能夠支持時間敏感網絡（TSN）的性能。無線時間敏感網絡（WTSN）在本質上將TSN的概念擴展到無線連接，以提供有保障的無線服務。雖然過去Wi-Fi通常會因為帶寬擁擠和其他因素導致各種延遲和抖動，但無線TSN能夠在99.99%的時間內提供1到10毫秒的延遲。
無線TSN在工業自動化中的優勢包括靈活部署、降低維護成本、可重構性和移動性。在接下來的幾年里，我們可以期待無線TSN基礎設施在閉環控制、工業機器人、自動導引車和其它工業領域獲得加速應用。無線TSN是使工業4.0實施更加靈活、高效的關鍵使能技術。
盡管無線TSN功能正在進入工業網絡，但它們不會一下子獲得大批量應用，也不會實現與有線網絡完全相同的關鍵性能指標。
01 無線TSN的應用需求
當我們研究不同行業的市場期望時，出現了一個非常有趣的主題：盡管有廣泛的典型應用和各種流量，但工業無線應用的KPI與其它高優先級無線TSN應用的KPI大致相似。無線TSN應用還應遵守行業推薦的最佳安全實踐，包括身份驗證、完整性、機密性、可用性和對潛在干擾或攻擊的恢復能力。
很多無線應用都可以滿足約1微秒的時間同步精度要求，這和5G和Wi-Fi網絡當前的能力相當：IEEE 802.AS時鐘同步滿足當前的IEEE 802.11 Wi-Fi標準，并獲得3GPP Rel 16的支持。
無線應用的有限延遲需求通常為10ms或更短，這使流量整形成為無線TSN的另一個高優先級特征。TSN流量整形通過IEEE 802.1Qbv（時間感知整形器）標準來實現。IEEE 802.1Qbv定義了一組定時門，以控制與TSN網橋上多個業務類別相關聯的隊列。它提供了可預測的數據交付性能，這在工業應用中至關重要。IEEE 802.1Qbv可以與Wi-Fi 6/6E和5G系統中可用的最新Wi-Fi調度功能相結合。
所有高優先級無線TSN用例的可靠性要求，遠遠超過一般消費者或工作場所的網絡應用。在工業應用中常見的時間和安全關鍵場景中，可以通過IEEE 802.1CB幀復制和消除可靠性（FRER）標準來確保可靠性。FRER在多個路徑上使用數據復制，減少了單個設備/鏈路故障的影響。FRER對MAC/PHY網絡層是透明的，因此盡管不同類型系統的實現方式可能不同，但它們都可以在5G或Wi-Fi無線網絡上運行。
▲圖：該表比較了工業無線和無線TSN的功能。
02 不斷融合的工業網絡
各行業的無線TSN應用存在共同點，也就是說這類基礎需求意味著芯片和設備制造商有更大的可尋址市場，加快了行業創新的步伐。這也意味著無線TSN網絡可以支持多種不同的數據傳輸類型。這很可能代表未來的發展趨勢：具有多種流量類型和類別的融合工業網絡，包括有線和無線、時間敏感和時間彈性、可靠和容錯應用。
融合的工業網絡超越有線和無線介質，允許不同類型的數據在同一物理網絡上共存。真正的融合可以在同一條線路上管理多種類型的流量，從而實現更高效的基礎設施和網絡管理。這是我們所期望的，但并不簡單。融合網絡需要交換不同類型的流量，同時要求不同類型的流量和設備共存，所有這些都需要由IT、OT和媒介專業人員進行管理。
關鍵概念：
■ 了解無線時間敏感網絡在工業應用中的優勢。
■ 了解融合網絡如何讓不同類型的數據流共存于同一物理網絡上。
思考一下：
您對工廠的無線網絡有哪些考慮？