互操作(TSN):工业 4.0 时代成功的保障

时间敏感网络 (TSN) 是标准以太网技术下一阶段发展的关键核心,旨在满足工业互联网 (IIoT) 的未来需求。TSN 让标准以太网得以提供确定性服务,融合过去因使用不同专有协议而相互隔离的自动化部门。


互操作是 TSN 取得成功的关键01

TSN 技术为依靠标准以太网搭建确定性网络提供了可扩展、可预测的方法。但由于 TSN 更多的是发挥工具箱的作用,而不是一项综合解决方案,系统集成商还是要依赖独立供应商和多种协议来满足每个工业应用的特定要求。这种困境恰恰说明了为什么互操作性是确保 TSN 得以成功推广的关键所在。总而言之,基于 TSN 的统一基础设施从根本上要求在两个关键方面实现互操作性:
1. 符合 TSN 标准、能帮助二层实现网络构建和消息传递的通用架构
2. 多个协议间实现互通的通用语言

迈向 IIoT 和工业 4.0 的演变之路


02通用架构:二层互操作性
TSN 这一确定性以太网标准本质上属于计算机网络开放式系统互联 (OSI) 模型中的二层技术。二层,即数据链路层,包含各种根据设定程序传输以太网帧的技术。换而言之,TSN 并非新技术,而是 IEEE 802.1 以太网的扩展。以太网能确保数据实时传输,但无法保证数据到达指定位置的确切时间。

工业 4.0 对以太网交换技术提出了更高要求,如在低延迟网络中实现确定性通讯,在高网络负载期间稳定运行,融合信息技术 (IT) 和操作技术 (OT) 传输数据。为了满足上述要求,IEEE 工作小组制定了开放式 TSN 标准。

借助支持 TSN 技术的以太网交换机,系统集成商不必更改现有的应用程序,就可满足工业 4.0 的高带宽实时传输要求。此外,集成商只需使用标准的 IEEE 以太网交换机,就可完成一切所需工作,甚至还能将“即插即生产”型设备添加到融合网络中。


通用语义:二层以上的协议互操作性03

即使未来“自动化金字塔”中的设备可由独立供应商开发,各设备仍需具有与系统内其他所有组件(不仅限于二层设备)通讯的能力,才可充分发挥 IIoT 的潜力。要想成功部署 TSN,不仅需要打破二层传统自动化“孤岛”之间的阻隔,还需实现跨层协议互操作,支持更灵活的拓扑结构,为工业应用释放新机遇。

为此,世界各地的行业组织正在就 OPC 统一架构 (OPC UA) 和配套规范开展合作,力求在不同供应商和标准间统一语义。参与这一工作的组织有 CC-Link 协会、EtherCAT 技术协会、Ethernet POWERLINK 标准化组织、德国机械设备制造业联合会、开放式设备网络供货商协会、PI 国际组织等。

助力工业自动化的完全互操作性


04工业联网的统一基石

由于 IIoT 需要高带宽、低延迟、确定性网络来实现工业控制系统的实时通讯,TSN 的问世使标准以太网技术从此可超越传统“尽力而为”通讯模式的限制,提供确定性服务。制造商无需再将自身应用困于自动化和控制系统的“孤岛”。全新的双向通讯流将超越传统普渡模型中的水平与垂直隔层,开启工业应用一体化新时代。

随着国际标准组织和以 Moxa 为代表的设备供应商继续围绕 TSN 深化合作,标准以太网技术必将成为工业联网的未来基石。

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