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互操作(TSN):工業 4.0 時代成功的保障

時間敏感網絡 (TSN) 是標準以太網技術下一階段發展的關鍵核心,旨在滿足工業互聯網 (IIoT) 的未來需求。TSN 讓標準以太網得以提供確定性服務,融合過去因使用不同專有協議而相互隔離的自動化部門。


互操作是 TSN 取得成功的關鍵01

TSN 技術為依靠標準以太網搭建確定性網絡提供了可擴展、可預測的方法。但由于 TSN 更多的是發揮工具箱的作用,而不是一項綜合解決方案,系統集成商最終還是要依賴獨立供應商和多種協議來滿足每個工業應用的特定要求。這種困境恰恰說明了為什么互操作性是確保 TSN 得以成功推廣的關鍵所在。總而言之,基于 TSN 的統一基礎設施從根本上要求在兩個關鍵方面實現互操作性:
1. 符合 TSN 標準、能幫助二層實現網絡構建和消息傳遞的通用架構
2. 多個協議間實現互通的通用語言

邁向 IIoT 和工業 4.0 的演變之路


02通用架構:二層互操作性
TSN 這一確定性以太網標準本質上屬于計算機網絡開放式系統互聯 (OSI) 模型中的二層技術。二層,即數據鏈路層,包含各種根據設定程序傳輸以太網幀的技術。換而言之,TSN 并非新技術,而是 IEEE 802.1 以太網的擴展。以太網能確保數據實時傳輸,但無法保證數據到達指定位置的精確時間。

工業 4.0 對以太網交換技術提出了更高要求,如在低延遲網絡中實現確定性通訊,在高網絡負載期間穩定運行,融合信息技術 (IT) 和操作技術 (OT) 傳輸數據。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 技術的以太網交換機,系統集成商不必更改現有的應用程序,就可滿足工業 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 以太網交換機,就可完成一切所需工作,甚至還能將“即插即生產”型設備添加到融合網絡中。


通用語義:二層以上的協議互操作性03

即使未來“自動化金字塔”中的設備可由獨立供應商開發,各設備仍需具有與系統內其他所有組件(不僅限于二層設備)通訊的能力,才可充分發揮 IIoT 的潛力。要想成功部署 TSN,不僅需要打破二層傳統自動化“孤島”之間的阻隔,還需實現跨層協議互操作,支持更靈活的拓撲結構,為工業應用釋放新機遇。

為此,世界各地的行業組織正在就 OPC 統一架構 (OPC UA) 和配套規范開展合作,力求在不同供應商和標準間統一語義。參與這一工作的組織有 CC-Link 協會、EtherCAT 技術協會、Ethernet POWERLINK 標準化組織、德國機械設備制造業聯合會、開放式設備網絡供貨商協會、PI 國際組織等。

助力工業自動化的完全互操作性


04工業聯網的統一基石

由于 IIoT 需要高帶寬、低延遲、確定性網絡來實現工業控制系統的實時通訊,TSN 的問世使標準以太網技術從此可超越傳統“盡力而為”通訊模式的限制,提供確定性服務。制造商無需再將自身應用困于自動化和控制系統的“孤島”。全新的雙向通訊流將超越傳統普渡模型中的水平與垂直隔層,開啟工業應用一體化新時代。

隨著國際標準組織和以 Moxa 為代表的設備供應商繼續圍繞 TSN 深化合作,標準以太網技術必將成為工業聯網的未來基石。

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