5G+TSN联合测试床：5G Over TSN前传网络发展及验证报告.pdf

5 5G G+T TS SN N 联联合合测测试试床床：5 5G G O Ov ve er r T TS SN N 前前传传网网络络发发展展及及验验证证报报告告（2022 年版）工业互联网产业联盟工业互联网产业联盟2023年 9 月2023年 9 月声声明明本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟所有（注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如需转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转载、汇编、转让、出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网络方式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。工业互联网产业联盟联系电话：[phone]邮箱：I编写说明编写说明随着 5G 在千行百业的广泛应用，工业互联网逐渐成为 5G 应用的蓝海市场。相较于消费互联网，终端之间交互需求增长，需要更为灵活开放的架构，低时延高可靠的性能要求，因此确定性前传网络也将越来越受到关注，时间敏感网络（TSN）、FlexE、SDN 技术在前传网络的融合应用将为其在新的场景下适应新的需求提供有力支撑。为了更好建立工业互联网时间敏感网络产业生态，了解 TSN应用于移动前传网络当前技术落地现状水平，2020 年起工业互联网联盟（AII）启动了 5G TSN 融合部署的技术及产业研究工作，积极开展时间敏感网络与 5G 在工业领域融合部署的可行性调研及评估，并于 2021 年 10 月正式启动“5G+TSN 联合测试床项目”，该项目于2022 年 9 月完成了国内首次 5G over TSN 前传网络技术及方案验证工作。本次验证工作旨在针对基于分组传送的时间敏感网络用于部署5G 前传网络的技术发展及相关技术指标进行验证，验证这一技术方向在工业 5G 专网承载网部署及作为工业园区网络综合承载方案中落地的可行性，为工业园区网络设计、规划及建设提供新的建设思路，推动工业网络创新发展。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）：上海诺基亚贝尔、思博伦通信公司、是德科技II目目录录第一部分：背景说明.11.发展现状.12.场景说明.23.关键技术.5第二部分：技术方案验证.91.5G 业务质量对比测试.92.前传网络能力测试.263.综合承载方案验证.33附录 测试设备介绍.371.5G 系统.372.前传设备.393.仪表.401第一部分：背景说明第一部分：背景说明5G 作为新一代移动互联网技术，除了将为消费互联网带来更好的业务体验，还将为产业互联网（工业互联网、车联网等）提供技术支撑。相比消费互联网上的应用，工业互联网业务的传输对于网络安全性、可靠性、确定性有更严格的要求，这将对 5G 的网络架构及技术实现提出新的挑战。TSN 技术在现有的以太网基础上增加或者增强了时间同步，流量调度等能力，可以差异化对不同业务流量实现高质量确定性传输。近年来，关于将 5G 与 TSN 技术结合应用于垂直行业专网逐步成为业内热点，包括 3GPP、IEEE 在内的多个国际标准组织及各类研究机构都正在进行相关技术研究。5G 与 TSN 的融合部署及应用为进一步满足工业互联网新型应用需求提供了可选方案。1.发展现状发展现状概括来讲，5G 与 TSN 技术有两个大的个方向，一是 3GPPR16正式提出的，将 5G 系统实体化为一个 TSN 域内部的网桥，来实现TSN 网络部署规模和范围的扩展，该方向在 R17 阶段进行了技术细化，针对 TSN 与 5G 对接网关及 AF 如何实现 5G 与 TSN 系统的同步及QoS 协同进行了细化，为 5G TSN 端到端落地应用向前推动迈进了一大步。二是利用 TSN 技术提升承载网确定性，对 5G uRLLC 进行增强。IEEE802.1CM 被率先提出将 TSN 技术应用于移动前传网络作为 5G 与TSN 融合部署的主要场景，并逐步引起业内关注。相较于消费互联网，工业互联网终端之间交互需求增长，网络部署需要更为灵活开2放的架构，低时延高可靠的性能要求，因此确定性前传网络也将越来越受到关注，TSN、FlexE、SDN 技术在前传网络的融合应用将为其在新的场景下适应新的需求提供有力支撑。在工业互联网园区网络和 5G 工业专网的部署过程中，支持 TSN 的前传网络也有望成为新的部署方案。在 2021 年 9 月 28 日举办的“2021 工业互联网网络创新大会”上中国信通院发起“5G+TSN 联合测试床”共同建设项目，由中国移动、华为、上海诺基亚贝尔、新华三、英特尔、高通及艾灵网络共同参与。该项目依据当前 5G TSN 技术现状及产业进展，结合工业互联网网络建设需求，从端到端系统、承载网及核心网多个维度开展5G TSN 融合部署技术及方案研究及验证工作，2022 年度重点对 TSN与 5G 前传网络的融合部署于工业园区进行技术可行性及场景适应性开展验证工作。2.场景说明场景说明工业园区是5G工业专网部署的重要载体。工业园区通常包括生产网、企业信息网、公共服务网、随着社会信息化的发展，信息化对生产效益的促进作用日渐明显，工业互联网园区网络建设成为焦点。工业互联网园区网络建设的目标是构建低延时、高可靠、广覆盖的网络基础设施，支持全区内各类信息和数据的交互和无缝传递，最终形成自动、智能、高效、安全的生产和服务体系。工业园区网络建设引入5G专网的建设，可以在一定程度上满足灵活接入、高性能承载、OT&IT融合及异构系统协同互通等需求。工业园区5G专网的建设，会根据业务需求UPF下沉至园区甚至产线的需求，同时要考虑园区网络的融合部署，如下图所示：3场景一：车间内部终端与综合接入点的 MEC 之间的业务通信，多为高确定性、高可靠性的生产控制类业务，此时前传为主要承载网络，传输范围为车间/楼宇内。图 1 5G 用户面及基带模块部署在综合接入点场景场景二：不同车间内终端之间的业务通信，如确定性、同步性要求高的生产协同类业务，此时前传为主要承载网络，传输范围为跨车间/楼宇。图 2 5G 用户面及基带模块部署在综合接入机房场景4场景三：园区内公共服务设施或车间内设备与园区综合接入机房MEC之间的业务通信，多为实时性监控业务，此时前传为主要承载网络，传输范围为园区内。图 3 5G 用户面及基带模块部署于园区综合机房场景场景四：园区内个人终端或者园区物联网终端经园区核心机房5GC与园区云平台通信，多为非实时性数据业务，此时涉及前传和回传网络，传输范围为园区内。图 4 5G 基带模块与用户面设备分设场景综上所述，场景一到场景三中前传网络都作为5G承载工业园区应用的主要承载网络，利用基于分组的以太网作为前传网络的承载5方式可以极大增加网络部署的灵活性，并可以作为数通网络与原有园区网络融合部署，叠加以TSN为代表的确定性网络技术，可以实现降低网络部署复杂度且满足工业园区网络高质量承载需求的综合达成。3.关键技术关键技术3.13.1开放前传接口开放前传接口移动前传网络是指基带单元和无线单元间的网络，4G 时期及5G 建设初期，前传网络的部署主要以光纤直驱和无源 WDM 方式为主。随着 5G 时代以 C-RAN 的建站方式成为主流，对前传网络在灵活组网能力、低时延高可靠提出了更高要求，典型的可选前传方案包括光纤直驱（单纤单向、单纤双向）、WDM（无源、有源、半有源）、微波、以太组网等方式。表格 1 汇总了各类典型的部署方案在组网形态，纤芯资源，接口类型，可靠性和传输距离方面的区别。表格 1 主流前传方案对比表类别光纤直驱无源 WDM半有源WDM有源 WDM以太网组网形态点到点点到点链/环/点到点链/环/点到点网/链/环/点到点纤芯资源6121112/1接口类型25G 白光25G 彩光25G 彩光25G 彩光以太接口可靠性无保护无保护1+1 保护1+1 保护手段丰富传输距离-10km10km10km3GPP 定义了 AAU-DU 底层分离（LLS）不同方式的协议栈功能划分，与前传接口有关的划分选项包括 Option 6、Option 7 和6Option 8。其中的 Option 7 是物理层内切分，又可细分为 Option7-1,Option 7-2 和 Option 7-3 等。不同的物理层切分方式对前传接口带宽有不同的要求，物理层切分越靠近 MAC 层对前传接口带宽的要求越低，物理层越靠近 RU 对前传接口带宽的要求越高。图 5 AAU-DU 底层分离的切分选择示意由于 5G 业务所需频谱带宽显著增加且基站功能架构重新划分处理功能重新分割等因素，前传典型接口由 4G 基站基带处理单元 BBU和远端射频单元 RRU 之间的 10Gbit/s 速率 CPRI（通用公共无线接口）向 25Gbit/s 的 eCPRI(演进型 CPRI)接口演进，如图 6 所示。CPRI 协议基于 Option 8 方式划分，物理层功能全部位于 DU，前传接口带宽要求高；eCPRI 协议中在物理层内部进行划分（Option7-2），PHY-high 和 PHY-low 分别位于 DU 和 AAU,降低了前传接口，逐步成为主流技术。图 6 CPRI 和 eCPRI 切分方式的演进趋势73.23.2高精度时间同步高精度时间同步时间同步是基站之间业务协同的基础，也是时间敏感网络实现精准流量调度的前提。因此在TSN应用于5G前传网络中时，首先对二者的时间同步方案进行协同整合。基站之间的时间同步技术主要采用直接外接时钟的同步技术和基于网络传递的同步技术两大类，2G4G阶段主要以直接外接时钟的同步技术实现，但其存在失效率高、可维护性及安全性差的问题。以IEEE1588v2技术为代表的基于网络的同步传递技术逐步发展起来，但是由于需要逐跳支持、双向光纤等长等部署限制，也未在4G时代大规模应用起来。由于5G NR基本业务普遍采用TDD制式，即同频点分时区分不同时隙报文收发，若基站之间时间不同步，则严重影响业务的移动性。而时间敏感网络由于需要对流量按照时隙进行精准调度，网元之间也需要精准的时间同步。因此在考虑TSN与移动承载网络融合部署的时候要首先考虑时间同步的协同。前传网络以射频单元AAU及基带单元DU为边缘节点，由于承载在5G网络之上的TSN业务本身就要支持逐跳的高精度时间同步，因此可以考虑利用TSN的前传系统为5G网络提供时钟同步传递能力。前传组网的时间同步方案考虑时钟源接入点及信号传递方向，主要有如下三钟方案，1)时钟信号从基站基带模块（BBU/DU）处接入,可直接从外接或内置的时钟源处获取同步信息，也可以从中传或者8回传网络中获取，通过前传网络向射频模块（AAU/RRU）传递同步信号；2)时钟信号从前传网络桥设备接入产生，通过时间敏感网络同时向 RRU 和 DU 传递同步信息；3)时钟信号从射频模块（RRU/AAU）处接入，即射频模块内置或外接相应的时钟源，通过前传网络向基带模块输出同步信息。本次测试采用方案（1），具体而言，可以一个TSN域作为时钟域，以DU直连BITS或者承接上游的IEEE1588v2时钟信号（取决于上游网络是否支持PTP），利用TSN网络逐跳向下传递同步时钟信号，从而实现高精度的时间同步。3.33.3帧抢占技术帧抢占技术相对于传统前传网络的点对点连接，基于包转发的前传网络可以提供多点对多点连接，同时前传网络对于数据传输的延时和丢包率有严格要求，AAU 到 DU 之间的 IQ 数据端到端单向时延不能高于100s，丢包率应低于107；控制管理数据（C&M），丢包率应低于106。在基于桥接技术的前传网络中，可将不同种类流量规划到不同 VLAN 中或者相同 VLAN 的不同优先级中，来实现业务的差异化质量保证。在桥接网络的承载方式下可以通过引入 TSN 的抢占（preemption）满足高优先级流量的时延和丢包要求。帧抢占是指在恢复可抢占帧的传输之前暂停可抢占帧的传输，以允许传输一个或多个快速帧。将数据流按照其实时性要求标记为快速流量和可抢占流量，高优先级实时流量可以打断正在传输的低优先级流量，而低优先级流量则分片，待实时流量传输完成后进行9重组。这样既保证了高优先队列的实时性传输，也兼顾了低优先队列数据的有效传输。如下图所示：图 7 帧抢占机制原理示意图第二部分：技术方案验证第二部分：技术方案验证5G 专网在工业园区的部署日益成为热点，部署方案要兼顾工业应用的对于确定性的要求以及网络综合承载的需要。目前IEEE802.1CM 标准已经对时间敏感网络应用于前传网络进行标准化规定，基础理论基本成熟。鉴于上述前提，本次测试验证从基于以太网方案应用于前传网络对于 5G 系统的业务质量影响，验证该方案自身可提供的功能和性能能力，以及其部署于工业互联网园区时，承担综合承载业务的可行性三个方面进行试验。1.5G 业务质量对比测试业务质量对比测试1.11.1测试目的测试目的5G 业务质量对比测试主要通过黑盒方式验证基于以太网传输的开放前传接口对 5G 系统业务质量的影响，通过与光纤直连前传网络的对比测试，验证基于以太网的开放前传接口在中短距离传输链路上的有效性，端到端稳定性，论证该项技术应用于园区内 5G 专网部署前传网络的可行性。10测试内容如表 2 所示，将从单用户数据通信性能、多用户数据通信性能和语音业务质量三个方面对前传网络用以太网络替换光纤直连的 5G 系统进行端到端性能评估，来验证方案替换后对于原有5G 系统是否有负面影响。表格 2 5G 业务质量对比测试内容序号测试内容测试目的1.2单用户端到端性能测试5G 系统基础组网能力验证。1.3多用户端到端性能测试5G 系统基础功能验证1.4用户 ViNR 业务测试5G 系统业务功能验证测试拓扑如图 9 所示，前传网络由两台前传交换机组成的以太网实现，用户侧接口分别对接基站设备的射频模块和基带模块，BBU连接 5G 核心网，用户流量由仪表从空口输入射频模块，从核心网用户面回到仪表进行指标分析。图 85G 业务质量对比测试拓扑1.21.2单用户端到端性能测试单用户端到端性能测试在 5G 系统的前传网络中，分别部署基于以太网的 TSN 前传交换设备及光纤直连，单用户流量配置如表 3 所示，单用户业务测试分四种配置模型：上行 112Mbit/s、上行 80Mbit/s、下行 760Mbit/s11和 504Mbit/s，对于光纤直连和用以太网交换机连接的前传网络进行网络性能对比测试，用以验证利用以太网交换机连接方式用作前传网络的可行性。每个配置模型分别对于光纤直连、以太网连接场景以 10s、1min 及 10min 为采集样本空间进行网络性能测试（时延、吞吐量、业务质量），每个样本空间测量获得 20 个数据，共 40 个样本数据，并对样本进行统计学处理，以保证测试数据的有效性，确保验证可以真实反映对比效果。表格 3 单用户端到端性能测试流量配置说明流量配置UE-SIM 模拟用户发包，上行发包速率分别为 112Mbit/s 和 80Mbit/s下行模拟发包速率分别为 760Mbit/s 和 504Mbit/s开放前传接口场景与光纤直连流量配置相同包长128 Byte5G 系统单用户端到端上行时延测试结果如表格 4 所示，光纤与交换机两种模式的最大和最小时延相同，使用 TSN 交换机连接的平均时延略大于光纤直连，如图 11 所示，光纤直连场景与交换机连接场景时延分布分别集中在 13100s和 13400s，仅有 300s的差距。表格 4 单用户端到端上行时延测试结果(单位：s)光纤直连时延TSN 交换机连接时延最小时延平均时延最大时延最小时延平均时延最大时延上行 80Mbit/s13000131001400013000134001400012图 9 单用户端到端上行时延测试对比统计结果单用户端到端下行时延测试结果如表格 5所示，光纤直连场景在最大时延、最小时延以及平均时延方面皆略小于交换机连接场景，如图 11所示，光纤直连场景与交换机连接场景时延分布分别集中在4390s 和 4395s，差距较小。表格 5单用户端到端下行时延测试结果(单位：s)光纤直连时延TSN 交换机连接时延最小时延平均时延最大时延最小时延平均时延最大时延下行 504Mbit/s43714390440143784395456113图 10 单用户端到端下行时延对比测试统计结果单用户端到端上行吞吐量测试结果如表格 6 所示，本次测试两个场景吞吐量皆接近于满带宽，无明显差异，如图 12 所示，图中横轴为测试次数，纵轴为每次测试取得的吞吐量数据，由统计结果可知，光纤直连场景与交换机连接场景在吞吐量测试结果上趋于相等。表格 6 单用户端到端上行吞吐量测试统计结果(单位：Mbit/s)光纤直连吞吐量TSN 交换机连接吞吐量最小吞吐量平均吞吐量最大吞吐量最小吞吐量平均吞吐量最大吞吐量79.9879.98579.9979.90779.97979.99614图 11 单用户端到端上行吞吐量测试对比统计结果单用户端到端下行吞吐量测试结果如表格 7 所示，光纤直连、以太网连接场景最大吞吐量相同，都是满带宽，如图 13 所示，图中横轴为测试次数，纵轴为每次测试取得的吞吐量数据，由统计结果可知，两个场景吞吐量皆接近满带宽，光纤直连场景与交换机连接场景在吞吐量差距很小。表格 7 单用户端到端下行吞吐量测试统计结果（单位：Mbit/s）光纤直连吞吐量TSN 交换机连接吞吐量最小吞吐量平均吞吐量最大吞吐量最小吞吐量平均吞吐量最大吞吐量503.986503.9964504503.973503.980250415图 12 单用户端到端下行吞吐量测试统计结果上下行信号质量测试结果如表格 8、表格 9 所示，其中 SNR 为信噪比，是度量通信系统通信质量可靠性的一个主要技术指标，信噪比越高表示信道质量越好，RSRP(参考信号接收功率)是 LTE 网络中代表无线信号强度的参数,RSRQ 表示 LTE 参考信号接收质量，用作切换和小区重选决定的输入。由统计表可以看出，随着时间推移，光纤直连、以太网连接场景的 SNR、RSRP、RSRQ 值稳定趋于不变，两个场景在 SNR、RSRP、RSRQ 三个参数的对比方面也没有明显差异。表格 8 单用户上行信号质量测试统计结果测试时长光纤直连TSN 交换机连接SNR/dBRSRP/dBmRSRQ/dBSNR/dBRSRP/dBmRSRQ/dB10s32-65.511.431-65.511.41min32-65.511.431.4-65.511.410min32-65.511.431.8-65.511.4表格 9 单用户下行信号质量测试统计结果测试时长光纤直连TSN 交换机连接SNR/dBRSRP/dBmRSRQ/dBSNR/dBRSRP/dBmRSRQ/dB10s41-65.511.541-65.511.51min42-65.511.542-65.511.510min42-65.511.542-65.511.5161.31.3 多用户端到端性能测试多用户端到端性能测试在 5G 系统的前传网络中，分别部署基于以太网的 TSN 前传交换设备及光纤直连，多用户流量配置如表所示：表格 10 多用户测试流量配置说明流量配置UE-SIM 模拟三用户同时发包，三用户上行发包速率分别为 100Mbit/s 和 30Mbit/s,包长为 128Byte,下行模拟发包速率分别为 330Mbit/s 和 200Mbit/s，包长也为 128Byte,开放前传接口场景与光纤直连流量配置相同，取优先级最高用户数据进行统计包长128 Byte速率上 行 100Mbit/s、30Mbit/s下 行 330Mbit/s、200Mbit/s用户数3每个配置模型分别对于光纤直连、以太网连接场景以 10s、1min 及 10min 为采集样本空间进行网络性能测试（时延、吞吐量、业务质量），光纤直连、以太网连接场景分别采集数据 20 个，共40 个样本数据，并对样本进行统计学处理，以保证测试数据的有效性，确保验证可以真实反映对比效果。如表格 11 所示，本次测试采用三用户发包模型，上行发包速率都为 30Mbit/s，选取优先级最高的用户进行结果统计，并对样本进行统计学处理得出图 14，由统计结果可知，两个场景最大以及最小时延相同，光纤直连场景与交换机连接场景时延分布分别集中在14100s 和 14400s,相差仅为 300s。表格 11多用户端到端上时延测试统计结果（单位：s）光纤直连时延TSN 交换机连接时延最小时延平均时延最大时延最小时延平均时延最大时延14000141001500014000144001500017图 13 多用户端到端上行时延对比测试统计结果如表格 12 所示，本次测试采用三用户发包模型，下行发包速率都为 200Mbit/s，选取优先级最高的用户进行结果统计，并对样本进行统计学处理得出图 15，由统计结果可知，两个场景最大以及最小时延虽不同，但差距不大，光纤直连场景与交换机连接场景时延分布分别集中在 4850s 和 5050s，差距较小。表格 12 多用户端到端下行时延测试统计结果(单位：s)光纤直连时延TSN 交换机连接时延最小时延平均时延最大时延最小时延平均时延最大时延47754850510048005050586718图 14 多用户端到端下行时延对比测试统计结果如表格 13 所示，本次测试采用三用户发包模型，上行发包速率都为 30Mbit/s，选取优先级最高的用户进行结果统计，对样本进行统计学处理得出图 16，横轴为测试次数，纵轴为每次测试取得的吞吐量数据，由统计结果可知，两个场景最大以及最小吞吐量皆接近满带宽，光纤直连场景与交换机连接场景在吞吐量数据方面没有统计学上的差异。表格 13 多用户端到端上行吞吐量测试统计结果(单位：Mbit/s)光纤直连吞吐量TSN 交换机连接吞吐量最小吞吐量平均吞吐量最大吞吐量最小吞吐量平均吞吐量最大吞吐量29.99229.999430.33429.56929.986430.29819图 15 多用户端到端上行吞吐量对比测试统计结果如表格 14 所示，本次测试采用三用户发包模型，下行发包速率都为 200Mbit/s，并对样本进行统计学处理得出图 17，横轴为测试次数，纵轴为每次测试取得的吞吐量数据，图中由于测试数据一致，在图片显示中光纤曲线被交换机曲线覆盖，由统计结果可知，两个场景最大以及最小吞吐量皆接近满带宽，光纤直连场景与交换机连接场景在吞吐量方面没有统计学上的差异。表格 14 多用户端到端下行吞吐量测试统计结果(单位：Mbit/s)光纤直连吞吐量TSN 交换机连接最小吞吐量平均吞吐量最大吞吐量最小吞吐量平均吞吐量最大吞吐量199.992199.9944200199.992199.999220020图 16 多用户端到端下行吞吐量对比测试统计结果如表格 15、表格 16 所示，两个表格分别为上下行信号质量测试结果，由统计表可以看出，随着时间推移，光纤直连、以太网连接场景的 SNR、RSRP、RSRQ 值一直稳定趋于不变，两个场景在 SNR、RSRP、RSRQ 三个参数的对比方面也没有明显差异。表格 15 多用户上行信号质量测试统计结果测试时长光纤直连TSN 交换机连接SNR/dBRSRP/dBmRSRQ/dBSNR/dBRSRP/dBmRSRQ/dB10s31-65.511.430-65.511.41min31-65.511.431.2-65.511.410min32-65.511.432-65.511.4表格 16 多用户下行信号质量测试统计结果测试时长光纤直连TSN 交换机连接SNR/dBRSRP/dBmRSRQ/dBSNR/dBRSRP/dBmRSRQ/dB10s42-65.511.542-65.511.51min42-65.511.542-65.511.510min43-65.511.543-65.511.5211.4 用户用户 ViNR 业务业务质量质量测试测试在 5G 系统的前传网络中，分别部署基于以太网的 TSN 前传交换设备及光纤直连，ViNR 业务配置如表格 17 所示，本次测试采用模拟两个用户进行真实通话进行测试，由于两用户类型相同，故本次测试采用主叫 UE 的测试数据进行数据统计，由于基站对于通话存在限制，故本次测试对于光纤直连、以太网连接场景均以 2min 为样本采集空间进行网络性能测试。表格 17 用户 ViNR 业务质量测试流量配置说明流 量 配置UE-SIM 模拟两用户进行通信，两用户上行发包速率为600Mbit/s,包长为不固定包,为 UDP 包，下行模拟发包速率为 600Mbit/s，包长为不固定包,为 UDP 包开放前传接口场景与光纤直连流量配置相同，取主叫用户数据进行统计包长不固定速率600Mbit/s如表格 18 所示，光纤直连、以太网连接场景分别采集数据 4 个，共 8 个样本数据，并对样本进行统计学处理得出图 18，由统计结果可知，两个场景最大以及最小时延虽不同，但差距不大，两个场景时延相差 10s 左右。表格 18ViNR 业务端到端时延测试统计结果（单位：s）测试时长光纤直连TSN 交换机连接最小时延平均时延最大时延最小时延平均时延最大时延2min28.4829.6730.6939.6439.7540.9422图 17 ViNR 业务端到端时延对比测试统计结果如表格 19 及图 19 所示，由统计结果可知，交换机接入场景在最大最小以及平均抖动方面均略大于光纤接入场景，差值在 50ns-100ns。表格 19 ViNR 业务端到端抖动测试统计结果(单位：ns)测试时长光纤直连TSN 交换机连接最小抖动平均抖动最大抖动最小抖动平均抖动最大抖动2min4862.1964889.844918.3584931.6984983.55031.28823图 18 ViNR 业务端到端抖动对比测试统计结果如表格 20 及图 20 所示，由统计结果可知，交换机接入场景在最大最小以及上行吞吐量方面均略大于光纤接入场景，两个场景在上行吞吐量方面没有明显差异。表格 20 ViNR 业务端到端上行吞吐量测试统计结果(单位：Mbit/s)测试时长光纤直连TSN 交换机连接最小平均最大最小平均最大2min584.604587.513588.425587.513591.4595.48524图 19 ViNR 业务端到端上行吞吐量对比测试统计结果如表格 21 及图 21 所示，由统计结果可知，交换机接入场景在最大最小以及下行吞吐量方面均略大于光纤接入场景，两个场景在吞吐量数据对比方面没有明显差异。表格 21 ViNR 业务端到端下行吞吐量测试统计结果(单位：Mbit/s)测试时长光纤直连TSN 交换机连接最小平均最大最小平均最大2min571.785572.609578.169580.546582.075584.655图 20 ViNR 业务下行吞吐量对比测试统计结果25如表格 22 及图 22 所示，表格中 P-MOS(通信系统语音质量的重要指标，0 分代表最差的质量，5 分为最高分):交换机接入场景 P-MOS 值与光纤接入场景无区别，稳定在 4.448，由统计结果可知，交换机接入场景和光纤接入场景的 P-MOS 值皆稳定在 4.448 分。表格 22 ViNR 业务质量 P-MOS 测试统计结果时长光纤直连开放前传接口第一次第二次第三次第四次第一次第二次第三次第四次2min4.4484.4484.4484.4484.4484.4484.4484.448图 21 ViNR 业务端到端 P-MOS 对比测试统计结果1.51.5 小结小结本部分测试主要以 5G 系统端到端业务性能作为测试对象，分别对前传通过光纤直连和以太交换机的方式进行承载，通过测量时延、抖动、吞吐量、信号质量以及特定业务质量，可以看出，将采用以太组网方式作为前传网络承载方式，在实验室环境与光纤直连的方案相比 5G 系统的端到端网络性能指标并没有明显的出现劣化，这也26为以太网方式作为前传组网的一种技术选型方案提供了一定的数据支撑。2.前传网络能力测试前传网络能力测试2.12.1 测试目的测试目的本部分测试重点针对前传网络本身的功能性能进行测试，关注基于以太网的前传网络的转发及同步性能是否可以满足 5G 系统前传网络的承载要求。测试内容如表格 23 所示，一方面利用基站仿真仪表模拟基站射频模块和基带模块相互发送流量模拟 5G 上下行业务通过前传网络，对前传网络进行包围测试，以获得前传组网的性能测试数据，验证端到端转发性能指标。另一方面利用同步性能测试仪表对前传网络同步性能进行验证，证明其可以满足 5G 系统的时间同步要求。表格 23 前传网络能力测试内容序号测试内容测试目的2.2前传仿真组网测试5G 系统基础组网能力验证。2.3前传时钟同步性能测试5G 系统基础功能验证2.22.2 前传仿真组网性能测试前传仿真组网性能测试前传仿真组网性能测试拓扑如图 23 所示，前传网络由两台支持TSN 的前传交换机组成，用户侧通过连接测试仪表，仪表两个端口27分别模拟射频模块和基带模块，仿真 eCPRI 接口的用户面、C&M 面及时间同步数据，同时采集相关性能数据。拓扑如图 23：图 22 前传仿真组网性能测试拓扑流量配置如表 24 所示，前传仿真组网性能测试分两种配置模型：64Byte 或 1500Byte，对于以太网交换机连接的模拟前传网络进行网络性能测试，每个配置模型对于光纤直连、以太网连接场景以 10s、1min 及 10min 为采集样本空间进行网络性能测试（时延、吞吐量、业务质量），每个样本空间测量获得 10 个数据，共 20 个样本数据（以下统计结果图中，横坐标表示测试时间，纵坐标为每次测试时间中取得的对应数据）并对样本进行统计学处理，以保证测试数据的有效性，确保验证可以真实反映对比效果。表格 24前传仿真组网性能测试流量配置说明流量配置仪表两个端口分别模拟 RU、DU 进行通信，前传交换机分别接入仪表的两个端口，仪表模拟用户进行发包，分别使用 64Byte 以及 1500Byte 进行流量测试，发包速率统一为 100Mbit/s包长64Byte 或 1500Byte前传仿真组网性能测试上行时延的测试数据如表格 25 所示，在报文为 64Byte 时，前传网络的上行最大时延为 1759ns，随着报文28字节变大，当报文字节为 1500Byte 时，最大时延为 1935ns，如图24 所示，随着时间增加，两个字节的流量传输的前传网络的时延变化不大。表格 25 前传网络上行时延测试统计结果（单位：ns）包长(Byte)最小平均最大641659171517591500189119151935图 23前传网络上行时延测试统计结果图前传仿真组网测试上行抖动的测试数据如表格 26 所示，在报文为 64Byte 时，前传网络的上行最大抖动为 420ns，随着报文字节变大，当报文字节为 1500Byte 时，最大抖动为 355ns，在报文传输过程中，1500Byte 报文传输较稳定。如图 25 所示，随着时间增加，前传网络的时抖动变化不大。表格 26 前传网络上行抖动测试统计结果（单位:ns）包长(Byte)最小平均最大64327371.5420150023729735529图 24 前传网络上行抖动测试统计结果图如表格 27 所示，在报文为 64Byte 时，前传网络的下行最大时延为 1719ns，随着报文字节变大，当报文字节为 1500Byte 时，最大时延为 1889ns，如图 26 所示，随着时间增加，前传网络的时延变化不大。表格 27 前传网络下行时延测试统计结果(单位：ns)包长(Byte)最小时延平均时延最大时延64161216791719150018451869188930图 25 前传网络下行时延测试统计结果图如表格 28 所示，在报文为 64Byte 时，前传网络的下行最大抖动为 475ns，随着报文字节变大，当报文字节为 1500Byte 时，最大抖动为 335ns，在报文传输过程中，1500Byte 报文传输较稳定。如图 27 所示，随着时间增加，前传网络的抖动变化不大。表格 28 前传网络下行抖动测试统计结果(单位：ns)包长(Byte)最小抖动平均抖动最大抖动64310374475150024029733531图 26 前传网络下行抖动测试统计结果图2.32.3 前传时间同步性能测试前传时间同步性能测试移动承载的前传网络需要精准时间同步以支撑 5G 系统业务的承载，时间敏感网络自身也需要时间同步来保证精确流量调度。因此时间同步的方案至关重要，其性能测试也是本次验证的一个重点内容，验证具备 TSN 特性的基于以太网的前传网络时间同步误差精度。本部分测试通过专业时间同步测试仪表对于两台 TSN 交换机组网的前传承载网进行时间同步精度测量，TSN 前传时间同步性能测试拓扑如图 28，同步性能测试仪表主时钟端可获取被测设备发送的PTP 协议报文，报文交互正常，符合预期组网的时间误差指标，需要注意的是，除了实际的时间误差测试指标，0.1Hz 滤波以后的时间误差指标也十分重要。这是因为根据 ITU-T G.8273.2 规定边界时钟从前一个时钟接收时间，并消除输入的高频噪声（即充当低通滤波器），并向下游继续发出时间信号。因此，就沿时钟链传递的噪32声量而言，低频噪声会沿时钟链累积。高频噪声被链中的每个时钟过滤掉。ITU-T G.8273.2 时钟中的滤波器带宽定义为 0.05-0.1Hz。因此这里系统设定一个 0.1Hz 的一阶低通滤波器，以用来滤掉最后一次时钟信号发送时产生的高频噪声，来更精确的显示时钟在链路上传播积累的噪声量。图 27 前传时钟同步性能测试拓扑测试指标：2Way Time Error（t1+t4）/2 时间误差）；T1Time Error（t1-t2 时间误差）；T4 Time Error（t4-t3 时间误差）。如表格 29 所示，本次测试使用 Paragon-X 仪表进行测试，仪表两端口与前传交换机相连，仪表一端口作为 Master，另一端口作为 Slave，与 Master 端口相连的前传交换机端口为 Slave,另一端口为 Master 传递时钟到 Slave 进行同步，仪表采用协议标准为 ITU-T G.8275.1,测试模式为边界时钟，测试时长 6h,分别在 30min,1h 以及 6h 采集数据，由统计表可以看出，前传交换机的时钟误差较稳定并且很低，只有 0.527ns,经过 0.1Hz 低通滤波后，时钟误差得到改善，为 0.193ns(通常时钟误差参考值取最大值)经过时间推移，时钟误差变化不大，为 0.528ns,经过0.1Hz 滤波后，时钟误差得到改善，为 0.192ns33表格 29 网络时钟误差性能测试结果（单位：ns）测 试 时长2Way Time Error2Way Time Error（0.1Hz 低通滤波）最大值最小值平均值最大值最小值平均值30min0.5270.5080.5190.20.0510.1560min0.5280.5060.5180.1930.0510.1456h0.5280.5060.5180.1920.0510.1452.42.4小结小结本部分测试主要以 TSN 交换机组网的前传网络能力作为测试对象，分别测试时网络性能数据（时延、抖动、吞吐量）及时间同步性能。通过对测试数据的分析可以看出两跳交换机组成的前传网络端到端单向时延小于 2s，抖动低于 500ns，时间同步精度可达 ns级别，在实验室场景下可以证明，利用 TSN 交换机组网的前传网络关键性能不会成为 5G 系统的性能瓶颈。3.综合承载方案验证综合承载方案验证3.13.1测试目的测试目的工业园区作为推进我国改革开放和经济发展的重要载体，一直被视为经济建设的主战场。工业企业数字化正在从园区的办公延伸到生产和运营，各类