[发明专利]基于5G移动通信中时间敏感网络传输的系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于5G移动通信中时间敏感网络传输的系统及方法，所述系统包括至少一个5G‑TSN架构，所述5G‑TSN架构至少包括一个5G系统、两个转换器和两个TSN系统，所述两个转换器分别为第一转换器和第二转换器，所述两个TSN系统分别至少包括一个TSN交换机，所述两个TSN系统分别为第一TSN系统和第二TSN系统；所述5G系统的终端侧与第一转换器连接，所述第一转换器与第一TSN系统的TSN交换机连接，所述5G系统的核心网侧与第二转换器连接，所述第二转换器与第二TSN系统的TSN交换机连接；所述5G系统的终端为客户终端设备。本发明通过结合TSN系统与5G系统的优点，不但实现了TSN系统的无线化，而且简化了标准的5G‑TSN网络系统的复杂度。

技术领域

本发明涉及一种基于5G移动通信中时间敏感网络传输的系统及方法，属于计算机网络、移动通信网络和工业互联网领域。

背景技术

时间敏感网络(timesensitive network,TSN)是目前国际上基于传统以太网(traditional ethernet,TE)和实时以太网(time trigger ethernet,TTE)结合，可以满足工业互联网对流量的实时性需求的新型网络。其协议簇在原来TE的IEEE802.3数据链路层协议基础上增加了IEEE802.1系列协议。在子协议IEEE802.1Qbv中，提供了一种时间感知整形器(Time Aware Shaper，TAS)，来对相应的流量进行调度。对于工业互联网的到来，时间敏感性数据确定性的传输由TSN解决，但是TSN是有线网络，对于工厂级别特别是经常需要移动的设备(例如AGV)来说非常的不便，所以有线的TSN在部署的时候带来了许多的麻烦，这就迫切需要一种无线的TSN来解决这个问题。

如图1所示，根据R16协议中的定义，标准的5G-TSN架构；标准的5G-TSN架构中为了让5G系统作为一个桥而衔接TSN系统，在5G系统中新增了DS-TT用于5G系统UE端与TSN系统的接口，而核心网侧的新增了NW-TT和TSN AF则用于作为5G系统与另一端TSN系统的接口。DS-TT和NW-TT的作用主要包括：一是对接5G和TSN之间的时延抖动保障技术；二是5G和TSN之间协议接口转换，重写包头字段的PDU转换，实现VLAN的PCP优先级映射，NAT地址转换，5G和TSN网络的安全策略对接；TSN AF的作用主要是为了实现灵活动态配置5G-TSN系统，实现动态对5G和TSN网络的相关配置和更新，实现动态对流预留资源的实时建立和释放，对门控列表进行修改。

据IEEE802.1Qcc协议定义TSN系统的网络结构，主要有三种架构形式，全集中式控制，全分布式控制，集中和分布混合控制，目前研究最多的是全集中式控制，如图1右侧，TSN业务流程建立是End-device与TSN控制器的交互过程，CUC和CNC可以合称为TSN控制器。End-device通过与控制器的交互触发控制器的GCL计算过程，并通过过数据面配置实现最终的业务请求的部署。下图系统是一个多域的TSN系统建立业务流的过程。CUC会部署网络拓扑发现和控制逻辑程序。CNC会部署路由和调度模块。当一个端点设备与另一个端点设备尝试建立一个TSN链接时，这个端点设备就需要发送一个携带网络需求的请求给CUC，CUC就会发送一个确定性通信需求给CNC。CNC在收到所请求以后，CNC会计算每个流的路由路径和点对点调度，这些路由和调度配置到相关的网桥(交换机)。当CUC收到CNC的计算结果，CUC就会返回“accept”或者“reject”消息给端点设备对应是否初始化成功。

其大致工作流程为：CNC通过南向接口收集网络节点的配置信息，以及网络传输能力等，并且生成一个全局拓扑，然后传输到CUC；CUC通过与端节点的连接收集用户所需要的业务需求，然后与CNC交互；CNC根据网络拓扑和用户对流量的需求，进行规划计算，计算出满足用户需求的流量调度策略，例如GCL，预留带宽等；然后CNC下发调度策略到网络节点和通过CUC转发给用户；用户根据和网络节点根据调度策略来转发流量。