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芯片采購(gòu)網(wǎng)專注于整合國(guó)內(nèi)外授權(quán)IC代理商現(xiàn)貨資源，芯片庫(kù)存實(shí)時(shí)查詢，行業(yè)價(jià)格合理，采購(gòu)方便IC芯片，國(guó)內(nèi)專業(yè)芯片采購(gòu)平臺(tái)。

人類對(duì)自然的探索是無(wú)窮無(wú)盡的，一項(xiàng)新技術(shù)或理論可能會(huì)開啟一個(gè)新時(shí)代。遠(yuǎn)程信息交互通過(guò)編碼和相應(yīng)的電處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)。電話解決了異地間的實(shí)時(shí)話音通信問(wèn)題。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通信技術(shù)的革命，實(shí)現(xiàn)了文本、語(yǔ)音、圖片和視頻信息的實(shí)時(shí)傳播。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，也存在著端到端延遲不確定、帶寬不足、安全等問(wèn)題。特別是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，不同的場(chǎng)景和業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸有不同的要求，這些問(wèn)題日益突出。

現(xiàn)代工廠現(xiàn)場(chǎng)包括各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)、通信設(shè)備、生產(chǎn)控制設(shè)備和傳感器；各設(shè)備需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)連接。為了提高效率，現(xiàn)場(chǎng)控制和運(yùn)動(dòng)在毫厘米之間，這就要求通信和處理必須盡可能短。當(dāng)多個(gè)動(dòng)作和步驟受到限制時(shí)，仍然需要時(shí)差。傳統(tǒng)上，工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)總線通常通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與執(zhí)行層設(shè)備連接。在這種背景下，傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)總線存在標(biāo)準(zhǔn)不同、無(wú)法對(duì)接等缺點(diǎn)TSN（Time Sensitive Networking，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò))進(jìn)入人們的視野。TSN的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

TSN一組以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)遵循AVB通過(guò)精確的時(shí)間同步、定時(shí)調(diào)度、幀搶占、幀復(fù)制消除、安全連接等核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間同步的低延遲流服務(wù)，為系統(tǒng)中的每個(gè)單元提供低延遲等時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)UI以及文件交換基礎(chǔ)設(shè)施的集成。

圖2 企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)示意圖

有關(guān)TSN這里就不贅述標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、性能和關(guān)鍵指標(biāo)了以參考IEEE 802.1相關(guān)工作組的內(nèi)容。以下是重點(diǎn)TSN融合、進(jìn)化等。

TSN是否等同于實(shí)時(shí)通信

答案是否定的。實(shí)時(shí)通信是網(wǎng)絡(luò)通信追求的最終目標(biāo)。通過(guò)不斷的探索和研究，人類一次又一次地接近零時(shí)延，目前是5G在場(chǎng)景中，端對(duì)端通信的延遲可以達(dá)到毫秒級(jí)，但在追求低延遲的同時(shí)，有些場(chǎng)景希望端對(duì)端抖動(dòng)足夠小（抖動(dòng)比延遲小一個(gè)數(shù)量級(jí)）。如端對(duì)端延遲控制在1ms在內(nèi)部，端對(duì)端的抖動(dòng)需要控制在100us內(nèi)，否則延遲1ms毫無(wú)意義；在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)之間，需要實(shí)時(shí)通信，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的合作，生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品。

實(shí)時(shí)通信主要是在傳輸媒體、報(bào)紙和協(xié)議處理方面；等時(shí)實(shí)時(shí)通信是在實(shí)時(shí)通信的基礎(chǔ)上引入高精度時(shí)鐘，在同一節(jié)拍下調(diào)度整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，既滿足實(shí)時(shí)要求，又合理控制端對(duì)端的抖動(dòng)時(shí)間。等時(shí)有一個(gè)很好的例子:3G/4G與傳統(tǒng)窄帶相比，傳統(tǒng)窄帶的速率E1/T1要快很多，但是不管用VoLte語(yǔ)音通話效果等技術(shù)無(wú)法與基于TDMA與固話相比。

在萬(wàn)物互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，設(shè)備和系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)將更加緊密，迫切需要端對(duì)端的實(shí)時(shí)通信；基于時(shí)間等待的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)將是未來(lái)5~10年的發(fā)展方向。

TSN與OPC UA的結(jié)合

OPC UA定義了一套通用的數(shù)據(jù)描述和語(yǔ)法表達(dá)方法(信息模型)，如果使用每個(gè)系統(tǒng)OPC UA其它系統(tǒng)可以方便地獲取和集成信息模型。也就是說(shuō)，OPC UA為工廠車間與企業(yè)之間的數(shù)據(jù)和信息傳輸提供與平臺(tái)無(wú)關(guān)的互操作標(biāo)準(zhǔn)。

TSN與OPC UA都是近年來(lái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的熱門詞匯。在OT和IT在整合趨勢(shì)中，大量工業(yè)設(shè)備的連接需要數(shù)據(jù)的交換和可操作性，以及網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和確定性。可以說(shuō)OPC UA over TSN就是為OT和IT面向未來(lái)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)的整合和解決。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上常用的總線和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議有40多種。此外，一些直接使用私人協(xié)議實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的信息交互，形成了豎井業(yè)務(wù)系統(tǒng)。同一系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可以交換，但跨系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換非常困難。通過(guò)設(shè)備間，通過(guò)通信技術(shù)有機(jī)連接各系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源的垂直整合，已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。我們希望使用一套完整的接口、屬性和方法標(biāo)準(zhǔn)集，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工廠系統(tǒng)中的系統(tǒng)和單元數(shù)據(jù)提供無(wú)縫集成。

圖3 OPC UA TSN滿足當(dāng)今制造業(yè)應(yīng)用所需的所有通信需求

隨著現(xiàn)代企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，相應(yīng)的信息系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜。為了在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高確定性、低延遲和與平臺(tái)無(wú)關(guān)的互操作，通常建立現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、車間級(jí)和企業(yè)級(jí)通信系統(tǒng)。OPC UA over TSN 邊緣計(jì)算平臺(tái)的功能提供了很大的想象空間，通過(guò)傳感器收集各種數(shù)據(jù)，在邊緣側(cè)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析實(shí)現(xiàn)云深度分析和工業(yè)流程優(yōu)化。可喜的是IEEE和ECC等待組織布局。

TSN工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代，IT與OT討論工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是姓工還是姓互仍然是熱門話題。目前，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的拐點(diǎn)已經(jīng)到來(lái)。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，它將與工業(yè)優(yōu)化應(yīng)用和海量設(shè)備向上連接。憑借先進(jìn)的計(jì)算架構(gòu)和高性能的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成、存儲(chǔ)和計(jì)算。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展至少有三個(gè)高峰：

一、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上常用的總線和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議有40多種，加上一些變體和私人協(xié)議，1000種。不同時(shí)期、不同品牌、不同協(xié)議的工業(yè)設(shè)備有不同格式的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。因此，不同工業(yè)設(shè)備之間的連接是一個(gè)極其復(fù)雜的問(wèn)題。

二是知識(shí)壁壘

俗話說(shuō)，隔行如隔山。隨著工業(yè)革命的推進(jìn)，行業(yè)越細(xì)越專業(yè)；不同的行業(yè)和專業(yè)有不同的細(xì)分技術(shù)和獨(dú)特的專業(yè)知識(shí)。例如，無(wú)論醫(yī)療設(shè)備行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)有多好，都不太可能被工程機(jī)械企業(yè)采用。

三是平臺(tái)互聯(lián)

目前，中國(guó)有許多大大小小的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。這些平臺(tái)無(wú)法連接，形成了豎井業(yè)務(wù)系統(tǒng)。后續(xù)將逐步整合，形成寡頭經(jīng)濟(jì)，就像消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)一樣，誰(shuí)更快地建立平臺(tái)，誰(shuí)的平臺(tái)CentralSemiconductor代理臺(tái)灣服務(wù)更好，誰(shuí)的平臺(tái)為入駐企業(yè)創(chuàng)造更高的價(jià)值，誰(shuí)就剩下的寡頭之一。

說(shuō)白了，這三個(gè)高峰都是由不同的標(biāo)準(zhǔn)造成的，無(wú)法互聯(lián)，形成引起的。TSN＋OPC UA已成為行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)。

TSN與5G的互通

5G相比4G在性能和速度上都有了很大的提高，尤其是無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）提供更好的可靠性和傳輸延遲。通過(guò)無(wú)線場(chǎng)景TSN和5G實(shí)現(xiàn)端對(duì)端超低延遲，可滿足對(duì)時(shí)間敏感的業(yè)務(wù)需求。可以說(shuō)5G與TSN融合是一個(gè)廣闊的領(lǐng)域。如下圖所示，拉通無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)。可喜的是在3GPP支持不同版本TSN為了有效支持低延遲應(yīng)用的快速確認(rèn)，還做了大量的工作：靈活的參數(shù)集、較小的數(shù)據(jù)間隙、快速確認(rèn)等uRLLC場(chǎng)景做了很多優(yōu)化。

圖4 5G端對(duì)端網(wǎng)絡(luò)示意圖

同時(shí)在基站側(cè)引入MEC，構(gòu)成云、邊、端三體協(xié)作的最佳解決方案，基礎(chǔ)設(shè)施延遲低、可靠性高、時(shí)間同步準(zhǔn)確，成為實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)RT-IoT的典范。

TSN部署演進(jìn)

目前，工廠網(wǎng)絡(luò)采用典型的兩層三架構(gòu)，其中IT和OT通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)兩層網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)和安全隔離；工廠、車間和現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)配置和管理策略是獨(dú)立的。隨著TSN＋OPC UA隨著底層互聯(lián)、語(yǔ)義轉(zhuǎn)換和信息技術(shù)的發(fā)展，原有的兩層和三層架構(gòu)將變得模糊、更加平坦和高效。但這一過(guò)程將經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段的演變：

1. 孤島式TSN網(wǎng)絡(luò)

TSN＋OPC UA隨著現(xiàn)有種類繁多的工業(yè)協(xié)議的出現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)逐漸被替換TSN各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的互聯(lián)互通是基于統(tǒng)一通信的。

這個(gè)階段，TSN等時(shí)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)作為低延遲、高吞吐量的網(wǎng)絡(luò)，將與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)等共存。

2. 局域式TSN網(wǎng)絡(luò)

孤島式TSN網(wǎng)絡(luò)仍局限于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，服務(wù)于以工單為單位生產(chǎn)單個(gè)零件和模塊IT和OT還是分開的。我們希望工廠是一個(gè)整體，從上到下或從下到上都是一個(gè)有機(jī)的整體；因此，從訂單到ERP；再到MES、SCADA工單和流程分解；PLC和HMI中繼；最后驅(qū)動(dòng)到傳感器和執(zhí)行器等。現(xiàn)場(chǎng)、車間和工廠內(nèi)部IT管理系統(tǒng)相互完全連接，真正實(shí)現(xiàn)IT與OT的融合。

3. 跨域式TSN網(wǎng)絡(luò)

TSN網(wǎng)絡(luò)不僅用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，還用于娛樂(lè)領(lǐng)域，如網(wǎng)絡(luò)直播。目前，網(wǎng)絡(luò)直播通常是基于Internet，通過(guò)試圖在直播源和接收之間傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，其中CDN負(fù)責(zé)中繼和分發(fā)；數(shù)據(jù)加速技術(shù)可以提高數(shù)據(jù)傳輸效率，但這些問(wèn)題只能優(yōu)化，不能從根本上解決。若采用端對(duì)端TSN，能有效解決傳輸延遲和抖動(dòng)問(wèn)題。

全光網(wǎng)絡(luò)(如:OXC），調(diào)度上采用TSN實(shí)現(xiàn)跨域模型TSN。最近，思科宣布收購(gòu)光網(wǎng)技術(shù)公司26億美元Acacia，很明顯，思科在硅光領(lǐng)域的努力，將硅光產(chǎn)品納入思科的整體解決方案，為跨域多云提供了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。硅光在降低功耗和延遲方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)，毫米波5將用于無(wú)線G，Wi-Fi 6.低延遲傳輸最終將實(shí)現(xiàn)TSN有線無(wú)線統(tǒng)一。

新華三的TSN布局

松散型消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)將牽引緊密型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在接下來(lái)的5~10年里，各方都在聚集能量，蓄勢(shì)待發(fā)。

圖5 新華三工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)架構(gòu)

基于新華三工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)SDN/NFV、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)形成了定義靈活、安全可靠的柔性網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵組件包括TSN時(shí)間敏感以太網(wǎng)，SNA Center(先知網(wǎng)絡(luò)中心)等。IT/OT提供多維可視、安全可靠、智能運(yùn)維的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，建立從現(xiàn)場(chǎng)層、控制層、管理層到云層的融合網(wǎng)絡(luò)，也為跨域做好了準(zhǔn)備。

1.通過(guò)平面集成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用平面集成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)TSN提供低延遲、高可靠的確定性網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，IT和OT設(shè)備統(tǒng)一訪問(wèn)同一網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)控制信息等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)信息等非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡(luò)中傳輸，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)控制、業(yè)務(wù)管理等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的需要。

2.提供有線和無(wú)線集成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)工廠有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，解決信息島問(wèn)題，滿足整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程和無(wú)死角的網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求，支持工廠信息收集和生產(chǎn)控制的應(yīng)用需求。

3．SNA Center包括先知分析器在內(nèi)的大腦作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，SDN控制器、網(wǎng)絡(luò)管理、安全控制等核心組件，具有統(tǒng)一管理、控制和智能分析網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)安排的能力。SNA Center具有全球視角，可以解決不同網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域之間的協(xié)同問(wèn)題，從而簡(jiǎn)化運(yùn)維，減少運(yùn)維OPEX；同時(shí)SNA Center可以實(shí)時(shí)感知網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。基于用戶意圖或網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自動(dòng)化部署和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，使網(wǎng)絡(luò)更加智能、簡(jiǎn)潔、智能、高效地服務(wù)業(yè)務(wù)。

4．SNA Center通過(guò)高性能 API Gateway 提供符合 RESTful 標(biāo)準(zhǔn)的北向 API，并支持對(duì)接IT、OT實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)SNA網(wǎng)絡(luò)可編程自動(dòng)化，傳遞智能生產(chǎn)、個(gè)性化定制等應(yīng)用需求SNA Center，SNA Center通過(guò)靈活定義，理解業(yè)務(wù)意圖，分析成網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言，快速構(gòu)建適合生產(chǎn)環(huán)境的柔性網(wǎng)絡(luò)。

結(jié)束語(yǔ)

除了能否真正解決實(shí)際問(wèn)題外，正解決實(shí)際問(wèn)題外，還應(yīng)該關(guān)注其進(jìn)化、生態(tài)等。隨著系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)的密切協(xié)調(diào)和效率的不斷提高，TSN不但可靠，而且會(huì)大放異彩。