AII产业互联网工业联盟时间敏感网络TSN产业发展报告网络设备互通测试报告2019

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(AnalogDevices)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...................................................................................................................31测试方案...........................................................................................................................32设备及配套版本...............................................................................................................4设备介绍...............................................................................................................4版本说明...............................................................................................................63主要测试内容...................................................................................................................6第三部分测试内容...................................................................................................................81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...............................................................................................92测试结论.........................................................................................................................11整体情况.............................................................................................................11详细情况.............................................................................................................11第四部分附录.........................................................................................................................121引用标准.........................................................................................................................122术语.................................................................................................................................121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（AudioVideoBridging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(802.1TSN及IEEE/IEC60802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（AR550E）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：IEEE802.1ASTimeSynchronization、IEEE802.1QbvScheduledTraffic、IEEE802.1QccSRPEnhancements(Netconf/Yang)、IEEE802.1QbuFramePreemption等，其他协议也在持续研发过程中，此外还具备OPCUA终端功能。2)MOXATSN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5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：IEEE802.1ASTimeSynchronization、IEEE802.1QbvScheduledTraffic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C50型号测试仪该测试仪是一款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/Ether