前言

PREFACE

自2019年5G牌照在国内发放以来，5G在国内形成了规模覆盖，并得到了广泛应用。垂直行业作为5G的重要应用场景，已经涌现出一批5G标杆行业应用，例如，基于5G的机器视觉、无人天车控制、智能运维及巡检等。5G深度赋能行业数字化升级转型已经成为产业界的共识，因此5G也与工业互联网一起，成为国家新基建战略的重要组成部分。

然而，智能网联车、机器人协同、工业闭环控制等业务对时延要求严格，需要承载网提供有界时延和抖动的“确定性”传输保障。当前，5G商用系统在低时延、高可靠方面尚存不足，尤其是确定性传输保障能力的欠缺，成为5G深度赋能工业生产核心控制环节面临的重大技术挑战。2020年，3GPP在R16中提出5G与时间敏感网络（TSN）协同技术，以提升5G网络的确定性传输能力，并持续在R17和R18中提升5G内生的确定性传输保障能力。5G-TSN的协同传输，构建了有线与无线相融合的确定性网络技术，能够有效促进先进移动通信技术与工业生产控制技术的融合，满足工业核心生产控制系统严格的时延需求，受到学术界和产业界的共同关注。

然而，5G与TSN在资源特征和机制协议方面均存在较大的差异性，需要在充分了解两种网络特征的基础上开展跨网的协同及优化。因此，为了便于读者了解5G与TSN的发展背景和网络特征，本书在第1章、第2章和第3章分别就工业互联网体系架构、5G网络和TSN协议进行了概述，并在第4章对5G-TSN协同架构、服务质量（QoS）协商等信令交互流程进行了介绍。时间同步是确定性通信的基础，而5G与TSN采取不同的时间同步方案。因此，第5章介绍了5G-TSN跨网时间同步机制，为业务跨网确定性传输提供基础。另外，如何克服空口传输不确定性是5G-TSN协同传输面临的最大挑战，5G空口能力的提升是5G与TSN实现协同传输模式的基础，因此，第6章着重介绍了适配TSN业务流的5G低时延和高可靠增强机制。联合资源管理是5G-TSN协同传输达到低时延、确定性和多业务承载目标的关键，在第7章介绍了多种5G-TSN协同调度关键技术。5G-TSN作为新一代的工业通信网络，有望为传统工业控制系统带来变革契机，第8章重点介绍了基于5G-TSN的云化控制新方案。第9章则探讨了5G-TSN在工业、电力、智能网联车等领域的应用场景。

本书得到了国家重点研发计划项目“适配工业自动化的5G-TSN协同传输理论和关键技术”（项目编号：2020YFB1708800）的资助，书中部分内容来自本项目的研究成果。本书由北京科技大学、北京邮电大学、中国联合通信网络有限公司从事工业互联网架构、先进移动通信技术、TSN技术研究的多位专家共同编写，其中，第1章、第5章、第9章主要由王健全编写；第2章主要由黄蓉编写；第3章、第4章、第7章主要由孙雷编写；第6章主要由丰雷编写，第8章主要由马彰超编写。全书由王健全和孙雷统稿。

在本书编写的过程中，中兴通讯股份有限公司、重庆邮电大学、北京东土科技股份有限公司的张启明、郑兴明、魏旻、程远、吕志勇等多位行业专家为本书内容提出了宝贵意见和建议。北京科技大学工业互联网研究院的李莎、胡文学、宋佳皓、董芃、朱渊、胡馨予、孙志权、应云鹏、王振乾、卢一凡、甄珍、吴健生、黄芃升、蒋佳梦、陈乐等同学参与了本书的资料整理、图表编辑等工作。本书在编撰过程中，还得到了人民邮电出版社的大力支持，在此一并表示感谢。

本书旨在对5G-TSN协同传输的发展背景、技术体系和算法机制进行介绍。但5G与TSN协同传输技术还处于研究和发展阶段，部分关键技术还有待进一步探索和完善。此外，由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不当之处，恳请各位读者批评指正。

编者

2023年10月