论文标题：Building a 5G-TSN Testbed: Architecture and Challenges
作者信息：
- Anna Agustí-Torra, Marc Ferré-Mancebo, David Rincón-Rivera, Cristina Cervelló Pastor, Sebastià Sallent-Ribes，来自西班牙巴塞罗那的加泰罗尼亚理工大学（Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech, UPC）网络工程系。电子邮件: {anna.agusti, marc.ferre.mancebo, david.rincon, cristina.cervello, sebastian.sallent}@upc.edu
论文出处：2024 24th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON)
摘要
时间敏感网络（TSN）是基于以太网的工业通信技术，能够提供严格的服务质量（QoS）保证，包括最大端到端延迟、有界丢包率和两点之间的保证带宽。TSN定义了多种机制，其中数据包调度器扮演着最重要的角色。时间感知整形器（TAS）是最适用于工业场景的调度器，因为它能够为特定流分配周期性的时间槽，从而确保QoS，前提是路由和调度由基于软件定义网络（SDN）的TSN控制平面正确配置。然而，TSN是一种有线技术，缺乏5G等无线技术提供的灵活性和移动性。这就是为什么3GPP从16版开始定义了一种架构，用于在工业场景中集成（通常是私有的）5G网络和TSN。在5G和TSN数据平面之间需要新的元素，称为TSN转换器（TT），并在5G中定义了一个名为TSN应用功能（AF）的接口，用于通信两个网络的控制平面。本文描述了一个5G-TSN网络测试平台的架构、挑战和初步结果（包括TSN设备和5G仿真器，以及基于SDN的控制平面）。
关键词
时间敏感网络（TSN）、5G、软件定义网络（SDN）
第一节 引言
TSN是一种基于以太网的最新工业通信技术，能够保证严格的QoS，包括最大端到端延迟、有界丢包率和两点之间的保证带宽。为了确保QoS保证，已经在传统以太网中添加了几种机制，最重要的是同步平面、一组流量整形器和调度器，以及基于SDN的控制平面。在同步方面，TSN依赖于IEEE 802.1AS（也称为gPTP），这是针对工业场景调整的精确时间协议（PTP）的配置文件。TSN设备必须紧密同步，因为没有使用时隙化流量调度器就无法实现严格的QoS保证。
第二节 挑战和相关工作
在5G-TSN集成中必须解决几个挑战，最相关的是如何通过5G维持TSN同步，以及如何在TSN端站之间的流之间保持端到端QoS。关于时间同步，存在两个不同的时序域：TSN（使用gPTP）和5G（使用ITU-T G.8275.1 PTP电信配置文件）。由于5G系统对TSN网络表现为单个TSN桥，它可以作为透明时钟或边界时钟。作为透明时钟时，5G系统在gPTP帧进入5G桥时必须在后缀字段中添加入口时间戳（TSi），在它们离开时添加出口时间戳（TSe）。TSi和TSe之间的差异是5G系统内花费的停留时间，必须包含在gPTP帧的修正字段中。
第三节 5G-TSN测试平台描述
我们的5G-TSN测试平台包括硬件TSN交换机和网络接口卡（NIC）。NIC用于构建基于PC的端点（发送者和接收者），也用于构建5G和TSN域之间的DS-TT和NW-TT转换器，负责两个关键任务：管理两个域之间的时间传输和应用适当的调度以保持端到端QoS。
第四节 初步结果和经验教训
我们进行了各种测试，以分析测试平台在端到端延迟、桥延迟（停留时间）和时间感知整形器行为方面的性能。表1显示了使用ping和Netperf进行的端到端延迟测试和桥延迟测试的结果。Netperf报告的延迟比ping低，根据相关文献，Netperf在延迟测试中的可靠性被认为比ping更高。
第五节 结论
本文描述了在工业场景中集成TSN和5G网络的架构和挑战。我们还描述了功能性测试平台的设计选择和初步结果。