時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN技術(shù)加速制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）是一項(xiàng)仍在開(kāi)發(fā)中的新興技術(shù)，首個(gè)TSN標(biāo)準(zhǔn)于2017年發(fā)布以來(lái)，越來(lái)越多的行業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始探究TSN的技術(shù)應(yīng)用，2023年，光路科技加大了TSN技術(shù)的研發(fā)力度，TSN技術(shù)在工業(yè)以太網(wǎng)和TSN工業(yè)交換機(jī)的應(yīng)用方面將會(huì)有新的探索和進(jìn)展。

TSN技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)

TSN是一組用于改善工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中同步和確定性通信的技術(shù)。TSN基于IEEE 802.1AS，它定義了一種支持精確定時(shí)和同步的新型以太網(wǎng)。TSN允許創(chuàng)建比傳統(tǒng)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)更具確定性和響應(yīng)性的網(wǎng)絡(luò)。這使得TSN成為需要低延遲和高可靠性的應(yīng)用的理想選擇，例如工廠自動(dòng)化、高速公路、汽車網(wǎng)絡(luò)和航空航天。

與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相比，TSN提供了幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。

首先，TSN使用時(shí)間感知調(diào)度程序來(lái)確保數(shù)據(jù)包在正確的時(shí)間傳輸。這樣可以更精確地控制數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收時(shí)間，這對(duì)于需要低延遲的應(yīng)用程序至關(guān)重要。其次，TSN使用一種稱為時(shí)間觸發(fā)發(fā)送的機(jī)制來(lái)確保數(shù)據(jù)包始終在正確的時(shí)間發(fā)送。這樣可避免重新傳輸導(dǎo)致的延遲。第三，TSN使用一種數(shù)據(jù)流保留機(jī)制來(lái)保證屬于特定流的數(shù)據(jù)包將始終按順序傳輸。這對(duì)于需要確定性通信的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，是必不可少的。

TSN技術(shù)的主要趨勢(shì)

TSN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有三個(gè)主要趨勢(shì)：

1. 轉(zhuǎn)向以太網(wǎng): 第一個(gè)趨勢(shì)是從專有網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向以太網(wǎng)。這是由對(duì)更高帶寬的需求和利用以太網(wǎng)提供的規(guī)模經(jīng)濟(jì)的愿望所驅(qū)動(dòng)的。

2. 對(duì)更精確計(jì)時(shí)的需求: 第二個(gè)趨勢(shì)是對(duì)更精確計(jì)時(shí)的需求。這是由于越來(lái)越多地使用時(shí)間敏感的應(yīng)用程序，如IP語(yǔ)音和視頻會(huì)議。

3.軟件定義網(wǎng)絡(luò)的興起: 第三個(gè)趨勢(shì)是軟件定義網(wǎng)絡(luò)的興起。這是由對(duì)更大靈活性的需求和利用虛擬化優(yōu)勢(shì)的愿望所驅(qū)動(dòng)的。

TSN技術(shù)加快工業(yè)4.0數(shù)字化轉(zhuǎn)型

TSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)將逐漸被添加到工業(yè)以太網(wǎng)中，為自動(dòng)化和控制應(yīng)用提供前所未有的確定性性能水平，從而加快實(shí)現(xiàn)IT-OT融合和工業(yè)4.0數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

工業(yè)4.0數(shù)字技術(shù)有可能改變現(xiàn)代制造業(yè)，并實(shí)現(xiàn)企業(yè)IT和OT運(yùn)營(yíng)的融合。制造網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)已經(jīng)出現(xiàn)了“爆炸”，但管理這些數(shù)據(jù)需要融合的高帶寬網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和增值的數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。

融合允許設(shè)備和系統(tǒng)共享相同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行通信，避免了多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和成本。但是理想的系統(tǒng)應(yīng)該提供高速、實(shí)時(shí)的確定性通信的基礎(chǔ)，允許整個(gè)企業(yè)共享數(shù)據(jù)。最終目標(biāo)是完全優(yōu)化操作所需的流程透明度，允許數(shù)據(jù)從源頭流向可以處理的地方，以獲得可操作的見(jiàn)解，然后反饋到流程中。

TSN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將為制造業(yè)帶來(lái)諸多好處：

• 通過(guò)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，降低成本，縮短項(xiàng)目時(shí)間，增加正常運(yùn)行時(shí)間。
• 能夠提供更大的流程透明度和優(yōu)化操作。
• 更高的生產(chǎn)力，因?yàn)閮?yōu)化的流程更有效地運(yùn)行。
• 更好地集成OT和信息技術(shù)(IT)系統(tǒng)，因?yàn)槿诤系臄?shù)據(jù)流可以輕松地從工廠車間共享到監(jiān)控系統(tǒng)。

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)包含了一組主要的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)定義了時(shí)間同步方法(IEEE802.1AS)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上形成、調(diào)度和管理網(wǎng)絡(luò)流量的技術(shù)(IEEE802.1Qbv)。它們共同提供了確定性的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，作為融合網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

對(duì)于當(dāng)今工廠中的典型制造系統(tǒng)，實(shí)時(shí)關(guān)鍵應(yīng)用(包括閉環(huán)控制和高性能運(yùn)動(dòng)控制)的數(shù)據(jù)傳輸在單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)。然而，工作流程日益增長(zhǎng)的靈活性和數(shù)字化要求IT和OT的日益融合，以及整合以前獨(dú)立系統(tǒng)的能力。

通過(guò)擴(kuò)展和適應(yīng)現(xiàn)有的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，TSN實(shí)現(xiàn)了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上IT和OT的融合。其結(jié)果是實(shí)時(shí)關(guān)鍵數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用程序都可以通過(guò)共享的以太網(wǎng)電纜實(shí)現(xiàn)，而不會(huì)相互干擾。