時間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 是標準以太網(wǎng)技術(shù)下一階段發(fā)展的關(guān)鍵核心，旨在滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 的未來需求。TSN 讓標準以太網(wǎng)得以提供確定性服務(wù)，融合過去因使用不同專有協(xié)議而相互隔離的自動化部門。
01 互操作是 TSN 取得成功的關(guān)鍵
TSN 技術(shù)為依靠標準以太網(wǎng)搭建確定性網(wǎng)絡(luò)提供了可擴展、可預(yù)測的方法。但由于 TSN 更多的是發(fā)揮工具箱的作用，而不是一項綜合解決方案，系統(tǒng)集成商最終還是要依賴獨立供應(yīng)商和多種協(xié)議來滿足每個工業(yè)應(yīng)用的特定要求。這種困境恰恰說明了為什么互操作性是確保 TSN 得以成功推廣的關(guān)鍵所在。總而言之，基于 TSN 的統(tǒng)一基礎(chǔ)設(shè)施從根本上要求在兩個關(guān)鍵方面實現(xiàn)互操作性：
1. 符合 TSN 標準、能幫助二層實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和消息傳遞的通用架構(gòu)
2. 多個協(xié)議間實現(xiàn)互通的通用語言
邁向 IIoT 和工業(yè) 4.0 的演變之路
02 通用架構(gòu)：二層互操作性
TSN 這一確定性以太網(wǎng)標準本質(zhì)上屬于計算機網(wǎng)絡(luò)開放式系統(tǒng)互聯(lián) (OSI) 模型中的二層技術(shù)。二層，即數(shù)據(jù)鏈路層，包含各種根據(jù)設(shè)定程序傳輸以太網(wǎng)幀的技術(shù)。換而言之，TSN 并非新技術(shù)，而是 IEEE 802.1 以太網(wǎng)的擴展。以太網(wǎng)能確保數(shù)據(jù)實時傳輸，但無法保證數(shù)據(jù)到達指定位置的精確時間。
工業(yè) 4.0 對以太網(wǎng)交換技術(shù)提出了更高要求，如在低延遲網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)確定性通訊，在高網(wǎng)絡(luò)負載期間穩(wěn)定運行，融合信息技術(shù) (IT) 和操作技術(shù) (OT) 傳輸數(shù)據(jù)。為了滿足上述要求，IEEE 工作小組制定了開放式 TSN 標準。
借助支持 TSN 技術(shù)的以太網(wǎng)交換機，系統(tǒng)集成商不必更改現(xiàn)有的應(yīng)用程序，就可滿足工業(yè) 4.0 的高帶寬實時傳輸要求。此外，集成商只需使用標準的 IEEE 以太網(wǎng)交換機，就可完成一切所需工作，甚至還能將“即插即生產(chǎn)”型設(shè)備添加到融合網(wǎng)絡(luò)中。
03 通用語義：二層以上的協(xié)議互操作性
即使未來“自動化金字塔”中的設(shè)備可由獨立供應(yīng)商開發(fā)，各設(shè)備仍需具有與系統(tǒng)內(nèi)其他所有組件(不僅限于二層設(shè)備)通訊的能力，才可充分發(fā)揮 IIoT 的潛力。要想成功部署 TSN，不僅需要打破二層傳統(tǒng)自動化“孤島”之間的阻隔，還需實現(xiàn)跨層協(xié)議互操作，支持更靈活的拓撲結(jié)構(gòu)，為工業(yè)應(yīng)用釋放新機遇。
為此，世界各地的行業(yè)組織正在就 OPC 統(tǒng)一架構(gòu) (OPC UA) 和配套規(guī)范開展合作，力求在不同供應(yīng)商和標準間統(tǒng)一語義。參與這一工作的組織有 CC-link 協(xié)會、EtherCAT 技術(shù)協(xié)會、Ethernet POWERlink 標準化組織、德國機械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會、開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供貨商協(xié)會、PI 國際組織等。
助力工業(yè)自動化的完全互操作性
04 工業(yè)聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一基石
由于 IIoT 需要高帶寬、低延遲、確定性網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)的實時通訊，TSN 的問世使標準以太網(wǎng)技術(shù)從此可超越傳統(tǒng)“盡力而為”通訊模式的限制，提供確定性服務(wù)。制造商無需再將自身應(yīng)用困于自動化和控制系統(tǒng)的“孤島”。全新的雙向通訊流將超越傳統(tǒng)普渡模型中的水平與垂直隔層，開啟工業(yè)應(yīng)用一體化新時代。
隨著國際標準組織和以 Moxa 為代表的設(shè)備供應(yīng)商繼續(xù)圍繞 TSN 深化合作，標準以太網(wǎng)技術(shù)必將成為工業(yè)聯(lián)網(wǎng)的未來基石。
