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凭借5G与TSN 轻易实现工业场域的延迟控制

2020/10/08 - DIGITIMES企划

工业物联网非常讲究延迟(Latency)控制,自然需要对先进的通讯技术多所倚赖。着眼于此,恩智浦半导体(NXP)产品及全球市场经理张嘉恒及资深应用工程师邝大忠特别分别透过5G、TSN两大方案,分别阐述如何实现无线及有线环境的延迟控制。

首先谈到5G,其基站部署模式有二类,一是分散式,RU(天线射频)与DU(基频处理)各自运行,同一组DU前端可布建多组RU;另一是Compact设计,将RU和DU体积缩小且置入同一设备,好处在于让设备小型化、功率低,可简化5G或企业专网的部署。而NXP今年(2020)的重点目标正是5G,致力协助用户开发上述DU、RU、DU/RU合一等基站端产品,以及5G CPE设备。

张嘉恒说,无线通讯内含两大核心技术,一是Physical Layer处理,另一是数据端处理。NXP选用DSP架构、支撑数学运算模式,以满足Physical Layer处理需求,至于数据端部分,考量涉及协议栈,故选用通用处理器,以利执行完整的操作系统环境,也方便用户开发Software Stack。

值得一提,从早期Motorola半导体、后来独立为Freescale,直到2015年NXP购并Freescale,其间产品架构不断迭代演进,从2007年的Multicore DSP,到2012年进化为兼可处理L1 PHY、L2 & Transport的Converged SoC,至此已能透过同一芯片同时处理Baseband与协议栈。以NXP最新一代支持5G的平台,提供蕴含单核、4核、8核、16核的芯片,涵盖2~25G数据处理带宽,希冀透过多核处理器有效支撑协议栈处理工作负荷。针对Baseband部分,NXP于2019年10月提供新一代DSP平台,也与O-RAN阵营的软件领导厂商结盟,藉此构筑为涵盖5G软件、Use Case/Test Case、RF设计...等等环节完整生态系,使OMD业者有所依循,有助加速产品开发。

不仅如此,NXP本身亦是O-RAN组织的会员,定期针对O-RAN标准、通联标准发表建议,今年2月更提交Option 2 Proposal,增列All-in-One Femtocell规范。恩智浦半导体(NXP)资深应用工程师邝大忠则对于现今在工业场域被用来融合OT/IT网络层、也将工业中原本普及的100Mbps频段骤增为1Gbps的TSN(Time-Sensitive Networking),内含许多小区块,其中最基础的部分为802.1AS,负责制定广义的精确时钟同步系统;再来较为重要的项目是802.1Qbv,用以强化流量排程。IEEE 802.1AS定义在精确时间协议(IEEE-1588)的基础上,而两者的最大区别在于802.1AS gPTP是一个完全基于二层网络,非IP路由的协议。

欲实现TSN,不论软件、硬件皆需支持TSN功能。NXP提供的I.MXRT系列控制器为Arm-Based,内含GbE埠且支持TSN Stack/AVB Stack。至于可用来当做gPTP Bridge的LS1028A,则内含TSN交换器,最快传输速率为2.5Gbps、可向下兼容,除了具备Network Forwarding能力,也由于配置GPU之故,同时兼具影像处理能力。总括而论,TSN是近来在工业界崛起的新技术,旨在营造低时延、低抖动的传输,现今支持的最大带宽为1Gbps,且扭转过去OT、IT分开传递的惯性,利用同一个网络支持OT/IT的Traffic流动,而NXP旗下所有产品皆支持TSN Features。


图说:恩智浦半导体(NXP)产品及全球市场经理张嘉恒。


图说:恩智浦半导体(NXP)资深应用工程师邝大忠。