先进算法助力时间敏感网络在工业的创新发展

在2022年3月3日、4日的广州国际工业自动化技术及装备展览会（SIAF）时间敏感网络（TSN，Time- ）技术及应用论坛上，华为首席TSN专家陈李昊发表了《工业自动化时间敏感网络的兼容演进技术》主题演讲，全面阐述了TSN技术现状，介绍了华为在TSN控制算法上的创新工作，同时就推动TSN在工业网络应用落地，分享了TSN端网协同的方案构想。

TSN技术的发展已有17年历史，目前的20余项TSN子技术通过组合可以形成面向工业网络、车载网络、承载网、专业音视频网络等不同垂直行业的解决方案。一方面TSN依托于以太、IP生态圈，能为用户提供低成本、大带宽、支持统计复用的网络基础设施，并解决各种总线、工业以太协议互通难的问题；另一方面，TSN又具备提供有界时延、极低时延、自动化网络配置、高可靠性等性能优势。因此，作为企业向网络化、智能化发展的新型技术，TSN已成为工业网络向下一代演进的共识方向之一，将加速重构工业网络技术体系和产业生态。

TSN的技术关键点：

◉ 提供多种调度和整形方法，供用户根据场景需求灵活选择。除了基于时间门控的整形（Time-Aware ，TAS）这项TSN技术集中的“网红”之外，TSN还提供了绝对优先级（ ，SP）、基于信用的整形（-based ，CBS）、增强传输选择（ ，ETS）、异步流量整形（ ，ATS）等调度方法，以及帧抢占（Frame ）等机制。

◉ 提供资源管理方案，即针对业务差异化的时延需求进行网络资源预留。具体地，网络控制器上部署TSN控制算法，在搜集用户特征和需求后，生成调度和整形方案，并下发配置。因此，TSN控制算法，是实现TSN网络自动配置的关键。

华为长期投入IEEE 802.1 TSN工作组，参与人数、项目关键职位人数、文稿贡献均为业界领先。华为希望将TSN知识与技术动态，回馈产业界，更好地推进TSN的发展与应用。本次演讲同时介绍了华为在TSN方面的两项关键控制算法研究：网络演算规划算法与门控混合编排算法。

网络演算（ ）通过对流量特征和网络服务能力进行建模，可以推导出业务流在网络中传输的端到端时延上限，即网络对该业务所能承诺的确定性服务性能。TSN方案中，除了少数具有良好周期性规律的流量外，其它流量的建模依赖于网络演算；前面提到的SP、CBS、ETS、ATS这四种TSN调度方法的服务能力，也需要通过网络演算进行建模。具体使用时，网络演算规划算法以各用户差异化的时延需求等作为输入，输出相关网络配置参数，随后下发到网络设备上。

门控编排是实现TSN时间门控方案（即前面提到的TSN网红技术）的关键。对于工业场景，这类方案的主要优势在于可为关键工控业务规划专属网络传输时隙，从而提供极低时延和极低抖动的网络服务。华为的门控混合编排算法，将传统门控编排算法与网络演算规划算法进行了融合创新，支持TSN时间门控和其它TSN调度方法、甚至传统QoS调度的配合使用。这样在TSN网络中，不仅可以承载多种工控业务，还可以同时承载AOI自动光学检测、视频监控、以及其它伴随着智能制造、工厂无线化和OT/IT融合所带来的新业务，并且这些业务各自的时延、带宽需求，在门控混合编排算法的规划下，得到了保障。

商用级TSN方案需要端和网协同工作。工业自动化网络是TSN最重要的应用场景之一，然而用户不可能短时间内替换掉海量的、尚不支持TSN的工业终端。目前华为聚焦于TSN端网协同方案，尤其是TSN中间件的研究。中间件通过识别终端业务意图，转化为TSN标准语言并通过用户网络接口传递给网络控制器，正是实现存量端设备向TSN兼容演进的关键。希望由此为工业用户解决TSN在成本与易用性方面的“后顾之忧”。

去年9月，华为 S6730-H系列交换机荣获信通院颁发的首批“时间敏感网络产业链名录计划”测试认证证书。未来，华为将继续努力推动TSN的应用落地和产业壮大，为我国工业企业进行网络化改造与智能化升级提供有力的支持，并持续打造以“工业设备网联化、联接IP化、网络智能化”为特征的先进工业网络解决方案，与产业伙伴一起，助力客户的数字化转型成功。

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