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時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) — 直通未來：我們對數(shù)字化的承諾
數(shù)字化給工業(yè)通信設(shè)立了非常高的標(biāo)準(zhǔn)。憑借現(xiàn)場層的 PROFINET 和控制層的 OPC UA，西門子一直致力于推動(dòng)基于開放通信標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)快速發(fā)展。如今，西門子又更進(jìn)一步：將時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于以太網(wǎng)，從而在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)預(yù)留帶寬、服務(wù)質(zhì)量（QoS）機(jī)制、低傳輸延遲以及多種協(xié)議（包括實(shí)時(shí)協(xié)議）的并行傳輸。
隨著生產(chǎn)過程數(shù)字化程度的不斷提高，這要求工業(yè)通信越來越具有開放性、穩(wěn)健性、確定性和靈活性。只有通信和響應(yīng)極其敏捷的產(chǎn)線才能確保快速可靠地生產(chǎn)個(gè)性化產(chǎn)品，同時(shí)滿足嚴(yán)格的交付計(jì)劃。
邁向數(shù)字化的一大步
與工業(yè)控制系統(tǒng)把實(shí)時(shí)通信放首位不同， IT 系統(tǒng)則把對數(shù)據(jù)的開放訪問看得更重，這也是企業(yè)分開運(yùn)營這兩種網(wǎng)絡(luò)的原因。面對日益增長的數(shù)字化，這種分離現(xiàn)在必須由開放的、允許靈活性和確定性生產(chǎn)的端到端網(wǎng)絡(luò)所取代。TSN （時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）在 IEEE 802.1 框架范圍內(nèi)創(chuàng)建了標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)基礎(chǔ)，以保證服務(wù)質(zhì)量（QoS）和以太網(wǎng)日益增長的需求。TSN 包含多個(gè)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)只屬于OSI 通信的第 2 層。這意味著使用 TSN，用戶接口將保持不變。
從汽車工業(yè)到機(jī)械制造，或是食品飲料工業(yè)， TSN 為工業(yè)生產(chǎn)提供了決定性優(yōu)勢，包括預(yù)留帶寬、服務(wù)質(zhì)量（QoS）機(jī)制、低傳輸延遲和多協(xié)議（包括實(shí)時(shí)協(xié)議）的并行傳輸。西門子將憑借 TSN 打造工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型---從現(xiàn)場層和機(jī)器對機(jī)器（M2M）通信到控制層和操作層。
共同推動(dòng)發(fā)展
TSN 已經(jīng)有了良好的開端。作為其持續(xù)開發(fā)的一部分，LNI4.0（Labs Network Industrie 4.0，工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室）正在對TSN進(jìn)行測試。LNI4.0 連接了遍及德國的測試環(huán)境和裝置，以推進(jìn)工業(yè) 4.0 的發(fā)展，西門子是創(chuàng)始成員之一。與許多其它工業(yè)企業(yè)一道，LNI4.0正在盡其所能的測試來自不同供應(yīng)商 TSN 產(chǎn)品的互操作性，并依托其測試床研究評估 TSN 在M2M 通信和機(jī)械網(wǎng)絡(luò)連接至云端方面的潛力。所獲得的知識將根據(jù)需要提供給標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，以用于未來開發(fā)。
TSN 之路：PROFINET 和 OPC UA
TSN對現(xiàn)有IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的影響僅限于 OSI 通信第 2層。TSN 不是通信協(xié)議；而是一項(xiàng)基本技術(shù)。在未來幾年里，這項(xiàng)技術(shù)將成為 PROFINET和 OPC UA 發(fā)展的“加速器”。
PROFINET基于TSN --- 現(xiàn)場層通信
工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) PROFINET 在現(xiàn)場層已經(jīng)安裝超過2000 多萬個(gè)節(jié)點(diǎn)。為了讓 PROFINET 用戶未來能夠在現(xiàn)場層從 TSN 中獲益，PROFIBUS 和 PROFINET 國際（PI）已制定了基于 TSN 的 PROFINET 規(guī)范。西門子不僅僅是 PI 成員，其還積極致力于將 PROFINET 映射到 TSN 機(jī)制上。由于 OSI 第 7 層即 PROFINET 應(yīng)用層是保留的，因此非常易于繼續(xù)使用現(xiàn)有項(xiàng)目和程序。
TSN 的優(yōu)勢：
●提高處理高網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的穩(wěn)健性
●標(biāo)準(zhǔn)硬件組件-包括同步應(yīng)用
●輕松、經(jīng)濟(jì)、高效地實(shí)現(xiàn) PROFINET設(shè)備
●有/無同步模式的技術(shù)：拓?fù)渲袩o“孤島”
●兼容性，得益于 PROFINET 應(yīng)用中 OSI 第 7 層的保留
●未來的即插即用網(wǎng)絡(luò)：簡單（重新）配置，即使在持續(xù)運(yùn)行期間也可實(shí)現(xiàn)。
●可擴(kuò)展帶寬（100/1000 Mbit/s）
OPC UA基于TSN --- 控制層和操作層通信
開放、獨(dú)立于供應(yīng)商、獨(dú)立于平臺的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) OPC UA 在從控制層往上具有其優(yōu)勢。對于控制層和操作層中時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用，西門子依托OPC UA PubSub和TSN，在跨越所有組件和系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器之間、機(jī)器與 MES 和 ERP 層之間快速、安全和可靠通信。
TSN 的優(yōu)勢：
●最大開放性：獨(dú)立于供應(yīng)商的通信
●多個(gè)協(xié)議并行傳輸（包括實(shí)時(shí)能力）
●提高服務(wù)質(zhì)量（QoS）
●強(qiáng)大的機(jī)器通信：控制層和操作層的高性能通信
●動(dòng)態(tài)、ad-hoc通信連接的潛力
●得益于 100/1000/10000 Mbit/s 的可擴(kuò)展帶寬，可傳輸大量數(shù)據(jù)
離散工業(yè)的TSN演示模型
機(jī)器間通過 TSN 進(jìn)行通信---西門子展示其工作原理
M2M 間基于 TSN 的通信在實(shí)踐中應(yīng)用是怎樣的？不要停留在理論上，西門子在展會(huì)上展示了實(shí)際的模型，其使用兩個(gè)機(jī)器人的同步運(yùn)動(dòng)在實(shí)踐中證明這一點(diǎn)。每一個(gè)機(jī)器人通過 PROFINET 與 SIMATIC 控制器進(jìn)行通信。而兩個(gè)控制器間則通過基于 TSN 的 OPC UA PubSub （發(fā)布/訂閱）進(jìn)行同步。得益于帶寬預(yù)留，TSN 網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸可進(jìn)行精確預(yù)測，并與負(fù)載無關(guān)。
為演示 TSN 通信和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通信可以在同一網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)使用，模型中的數(shù)據(jù)也通過通信處理器從控制器傳輸?shù)皆贫耍ɡ纾篗indSphere）。
