2019年6月6日，国家工业和信息化部向中国移动、中国电信、中国联通、中国广电正式颁发了5G牌照，标志着我国正式进入了5G商用元年。

5G不仅仅是一次通信技术的升级，更是开启了一个新的时代。5G的超高带宽、海量连接、低时延超可靠性等性能，将成为构建数字化社会的强大基础。随着5G的发牌，大规模的5G建网即将启动，5G应用百花齐放的大幕也即将开启。

5G：引领工业互联网新一轮发展

根据权威报告预测，2025年，5G将带动我国直接和间接总经济产出达35.4万亿元。然而，不同于4G技术，权威机构也做出了另外一种预测，结合笔者对运营商高管的访谈，5G带来的巨大市场空间将有超过75%的集中在垂直行业。其中，工业互联网应用场景将在5G应用拓展方面占据至关重要的地位。

工业界在5G发展初期就已经看到了5G在工业领域的巨大潜力，其中一个我们不容忽视的产业组织"5G产业自动化联盟"（5G-ACIA：The 5G Alliance for Connected Industries and Automation）于5G发展初期2018年中在德国电气和电子制造商协会（ZVEI）的基础上正式成立，该联盟旨在推动5G在工业生产领域的落地，确保5G从运用之初即具备相应产业能力。

为什么这个产业组织我们不容忽视，当看过组织成员之后，答案就一目了然。5G-ACIA的组织成员囊括了传统自动化和制造业的代表，以及信息和通信技术行业的领先企业。自动化和制造业企业包括倍福（Beckhoff）、博世（Bosch）、西门子（Siemens）、ABB、三菱(Mitsubishi Electric)、菲尼克斯电气（Phoenix Contact）等；通信设备商和运营商包括德国电信(DT)、沃达丰（Vodafone）、中国移动、华为、诺基亚（Nokia）、爱立信（Ericsson）等；学术研究界组织包括德国人工智能研究中心（DFKI）、工业信息技术研究所（inIT）、自动化和通信研究所（IfAK）、弗劳恩霍夫应用研究促进协会（Fraunhofer Gesellschaft）等。

5G-ACIA正在积极促进5G的标准化和规范制定，立足工业领域，识别分析5G潜在应用，以及各应用对网络性能的要求。5G-ACIA主席，来自博世（Bosch）的Andreas Müller博士表示："5G将成为未来工厂的中枢神经，为工业生产带来颠覆性的变化"。

根据5G-ACIA白皮书《5G for Connected Industries and Automation》，5G应用场景贯穿了工业制造的全过程，覆盖了供应链管理、AGV、生产过程控制、机器协作、库存管理、产品交付管理等各个环节。

而典型的工业应用场景也契合了3GPP描述的5G三大场景（eMBB、mMTC、uRLLC）。5G的其他性能比如：移动性、QoS、安全性和网络切片等也促进了5G在工业应用场景中的应用。

时延与可靠性：5G无线技术将可以实现1ms的时延以及超过99.999%的可靠性；

超大速率：5G将支持下行速率达20Gb/s和上行速率达10Gb/s;

海量连接：5G将满足每平方公里100万的连接；

移动性：对于AGV、移动机器人等在内的移动设备和非固定式产线，5G提供了极强的灵活性；

QoS：5G提供了灵活的QoS框架支持在同一网络内的数据流通；

安全性：5G具备较高的端到端安全性，支持终端和网络之间的互相认证；

网络切片：5G能够实现在同一张物理网络上切分出不同的逻辑网络，以应用于不同的工业场景。

5G即将开始一个全新的时代，也将为工业互联网的发展注入新动能。但是，光靠5G，还难以撼动传统工业体系的通用架构，传统的工业通用架构也亟需变革。

TSN：工业互联网界冉冉上升的新星

一提到工业制造方案的提供商，大家肯定会首先想起西门子、贝加莱（已于2017年被ABB收购）、三菱电机、德国倍福等，在物联网发展初期，这些企业都非常认可物联网在工业领域中的价值，而以太网作为一种相对成熟的网络通信技术，在工业领域构建物联网解决方案时将发挥至关重要的作用。

实现工业物联网的价值涉及两方面的技术，一是智能设备与仪表的广泛应用，能够实现参数的采集与传递、自诊断、网络安全、现场与远程调试的功能。二是通信技术的升级，包括现场总线、工业以太网和无线技术的多重集成与互通。

这些领先的工业制造方案提供商积极推动工业以太网协议的改良，改良后的工业以太网协议将是一种比现场总线更为开放的网络标准，可以支持实时工业控制信号传输，完成网络和网络之间的高效通信，打造现场层、控制层、管理层的垂直管控架构的透明化数据链路。

然后，这些工业制造方案提供商都提出了自己的工业以太网协议，常见的包括西门子的Profinet、德国倍福的EtherCAT、罗克韦尔自动化的EtherNet/IP、贝加莱的PowerLink、以及施耐德的ModBus-TCP。

根据HMS NETWORKS 2019年的工业网络市场份额报告显示，EtherNet/IP是最大的工业以太网网络，占据市场份额的15%，紧随其后的是PROFINET，市场份额为14%。

数据来源：HMS Networks 2019, 其中[number]为2018年数据

然而，这些专属的工业以太网协议，让网络设备与协议彼此绑定，它们之间互不兼容，无形之中增加了市场的碎片化（通信界也是如此，设备商都推出了自己的"黑盒"，厂商之间互不相通）。

随着工业4.0的推进，以及工业互联网的发展，市场呼唤一个可互操作的系统出现，能够支持多个制造商、协议和机构在同一个网络上共享，这个时候，TSN出现了。TSN（Time Sensitive Network）时间敏感网络将能够快速打通工业通信协议和现场总线，打通OT和IT融合的基础。

TSN并不是一项全新的技术，是一项从视频音频数据领域延伸至工业领域、汽车领域的技术。TSN最初来源于音视频领域的应用需求，当时该技术被称为AVB，由于针对音视频网络需要较高的带宽和最大限度的实时，借助AVB能较好的传输高质量音视频。

2006年，IEEE802.1工作组成立AVB音频视频桥接任务组，并在随后的几年里成功解决了音频视频网络中数据实时同步传输的问题。这一点立刻受到来自工业和汽车等领域的关注。2012年，AVB任务组在其章程中扩大了时间确定性以太网的应用需求和适用范围，并同时将任务组名称改为现在的：TSN任务组。

TSN是一组基于以太网的新一代网络标准，允许通过802网络实现时间同步的低延迟流服务。通过标准以太网，TSN创建了分布式、同步化、实时系统的机制。这些系统使用相同的基础架构来提供实时控制并传达所有标准IT数据，从而为控制、测量、配置、UI和文件交换基础架构的融合提供动力。通过基于时间定义队列，TSN可确保通过交换网络的流量具有有限的最大延迟。

TSN并非涵盖整个网络，TSN其实指的是在IEEE802.1标准框架下，基于特定应用需求制定的一组 "子标准" ，旨在为以太网协议建立 "通用" 的时间敏感机制，以确保网络数据传输的时间确定性。因为隶属于IEEE802.1下的协议标准，TSN仅仅是关于以太网通讯协议模型中的第二层，也就是数据链路层（更确切的说是MAC层）的协议标准。TSN将会为以太网协议的MAC层提供一套通用的时间敏感机制，在确保以太网数据通讯的时间确定性的同时，为不同协议网络之间的互操作提供了可能性。

谈到TSN，不得不提OPC-UA，OPC UA是OPC基金会提供的新一代技术，提供安全、可靠和独立于厂商的数据传输，跨越制造层级、生产计划层和企业ERP层级。通过OPC UA，所有需要的数据信息在任何时间和地点，对于每个授权的应用和个人都可以使用。

借用经典的ISO/OSI参考模型，TSN解决的是ISO/OSI参考模型中1-4层的事物，更确切的是数据链路层，主要是解决时钟同步、数据调度、网络配置的问题。OPC-UA主要聚焦在应用、会话、表示的5-7层，通过建立连接、用统一的信息模型规范来表达应用场景中的 "设备行规" （语义解析问题）。

看起来TSN和OPC UA的联手在技术上打通了IT与OT的互联，重新定义了现有的工业架构，然而，它不仅仅是一项技术，对未来整个工业制造产业的发展具有极大的战略意义。

TSN和OPC UA的结合展现了一副美好的场景，但现实的问题是如何向TSN过渡，这不是一个简单的问题，这是一个如何打破现有格局、逐渐构造新市场格局的问题。

显然现有的工业以太网协议不会再一夜之间消失，不过可喜的是几乎所有的工业以太网组织都提供了描述现有工厂如何与基于TSN的设备结合的模型。随着2017年TSN应用于工业互联网领域的核心功能不断完善，多家厂商宣布了对OPC-UA和TSN的支持，并加入了相关国际组织，其中包括ABB、CISCO、罗克韦尔自动化、施耐德、NI等自动化与IT厂商。

2018年底，西门子正式宣布支持OPC-UA和TSN的组合，TSN与西门子的工业以太网协议Profinet在数据链路层进行集成，并发布了第一批TSN技术相关产品，包括具有TSN功能的网络组件、通信处理器、软件和网络管理系统。

华为联合多家合作伙伴呈现了基于边缘计算的OPC UA 和TSN测试床。华为认为OPC UA 和TSN可以提高工业车间级信息交换的效率，利用通信网络将算力从云端下沉到边缘，建立边缘智能的实现基础。

2019年3月，三菱电机宣布推出第一批支持CC-Link TSN的100多款产品，包括MR-J5新一代伺服驱动系统。

5G+TSN：融合的工业，智能的未来

2019年汉诺威工业博览会的主题是 "融合的工业-工业智能" ，在5G已经商用的背景下，工业4.0与5G+TSN的融合成为今年的重要看点，也开始引领企业规划5G+TSN之旅。

在OT和CT领域，一些企业正在尝试将5G与TSN相结合。将传感器、执行器等工业设备以无线方式连接到TSN网络，5G是非常合适的解决方案。与4G相比，5G的新功能，尤其是无线接入网（RAN），提供了更好的可靠性和传输延迟。而且，新的5G系统架构允许被灵活地部署，可以实现不受电缆安装限制的TSN网络。

数据来源：Qualcomm-How will 5G transform IIoT

在5G网络上融合TSN服务，关键的问题就是5G网络与TSN的互通。在3GPP Rel. 15标准中已经进一步减少了延迟，并提高了稳定性，为5G与TSN的集成奠定了基础。同时，通信设备商、运营商、芯片厂商等产业链各个环节携手增强无线接入网络和核心网络，让5G网络更好地支持TSN服务。

数据来源：Qualcomm-How will 5G transform IIoT

5G与TSN更好的融合还需要多方持续的努力，在3GPP Rel. 16的规划中，3GPP已经开始对5G NR支持工业互联网进行新的研究规划。根据需求规范，对于时间敏感的工业应用场景，可能需要达到0.5 ms的延迟和99.9999%的可靠性。时间敏感网络TSN over 5G NR将在分组分发、自动寻址和服务质量QoS等领域满足工业企业需求，以更好地集成5G和TSN。

数据来源：Qualcomm-How will 5G transform IIoT

5G与TSN的融合，有助于将5G的潜力扩展到更广阔的领域，比如5G-ACIA白皮书提到的运动控制、移动机器人、AGV远程控制、甚至传统的工业过程自动化领域。

最后，5G与TSN融合的美好愿景，还需要OT、IT、CT庞大生态圈的共同努力，通过5G与TSN的融合推动工业互联网发展到新的高度。

[凡本网注明“来源：中国IDC圈”的所有作品，均为中国IDC圈网站及所属新媒体号合法拥有版权或有权使用的作品，未经本网授权不得转载、摘编或任何方式加以利用。如有转载需求，欢迎与本网联系。已经本网授权使用作品的，应在授权范围内使用，并注明“来源：中国IDC圈”或相关新媒体号名称。违反上述声明者，本网将追究其相关法律责任。]