在IIoT和工業(yè)4.0的推動下，TSN（時間敏感網(wǎng)絡）已經(jīng)不算是一個新技術了，但仍在關鍵的發(fā)展階段。作為IEEE定義的一大以太網(wǎng)擴展，TSN可以說為工業(yè)場景中的以太網(wǎng)賦予了新的生機。這是以太網(wǎng)作為一種傳統(tǒng)的“BestEffort”網(wǎng)絡，在某些時間敏感的應用上開始有些不夠看了，難以滿足實時性上的要求。

再加上工業(yè)自動化場景中以太網(wǎng)增強標準的混亂，安全性和互操作性缺失，不利于打造一個互聯(lián)的IIoT。而TSN通過對以太網(wǎng)進行時間同步、流量調(diào)度和互操作性等方面的優(yōu)化，提高提高了工業(yè)以太網(wǎng)的整體質(zhì)量，做到了極低的延遲和抖動。

與OPC-UA的結合

即便TSN為工業(yè)自動化帶來了穩(wěn)健的通信方案，但仍存在一些限制和缺陷，比如困擾工業(yè)用戶多年的頑疾，控制器與控制器通信之間的多廠商互操作性，這個問題在網(wǎng)關應用中尤其明顯。但如今業(yè)界已經(jīng)意識到這個問題，云服務廠商、OPC基金會和主要自動化技術供應商紛紛達成共識，開始推行OPC-UA OverTSN這種基于物聯(lián)網(wǎng)機制的高層工業(yè)通信協(xié)議來應對這一挑戰(zhàn)。

OPC-UA TSN首批支持廠商 / OPC Foundation

OPC-UA是一種完全開放的標準技術，在OPC-UA OverTSN網(wǎng)絡的支持下，TSN依然可以解決工業(yè)通信中數(shù)據(jù)傳輸和可靠性、確定性的問題，而OPC-UA則提供了一套通用的數(shù)據(jù)解析機制，確保多供應商的方案之間可以做到互相通信，真正做到一個獨立于廠商、低延遲、高魯棒性的工業(yè)通信網(wǎng)絡。

5G與TSN的集成

在現(xiàn)代與未來工業(yè)通信場景中，除了至關重要的有線網(wǎng)絡外，無線網(wǎng)絡同樣不可缺少。尤其是5G這樣的移動通信技術。我們提到5G時，腦海中浮現(xiàn)的特色有大帶寬、低延遲和高可靠性等，而這些特色對于工業(yè)自動化中的不少移動應用都能使用，比如機器人和AGV控制、5G PLC等等。

再加上URLLC（超可靠低延遲通信）是5G定義的三大場景之一，5G進入工業(yè)市場可以說是理所當然的一件事，而5G與TSN的交集也由此誕生。3GPP在R16中制定了對TSN的5G支持，并在R17做了進一步的增強，以求實現(xiàn)5G系統(tǒng)與TSN網(wǎng)絡的無縫集成。一個成功集成5G的TSN網(wǎng)絡，不僅可以提供不受線纜限制的設備接入，又能做到低延遲、低抖動、高質(zhì)量的網(wǎng)絡傳輸。

LAN9668 TSN以太網(wǎng)交換機芯片 / Microchip

盡管5G與TSN集成的愿景很美好，但還是存在一些潛在的實現(xiàn)問題。比如要做到低延遲、低抖動，5G網(wǎng)絡必須在部署上下大功夫，因為無線傳輸一向容易被環(huán)境影響，難以對延遲做出保證。此外就是5G與TSN網(wǎng)絡之間的時間同步，目前兩者采用的都是不同的時間同步機制，要想真正集成的話，就必須做好時間同步上的協(xié)調(diào)，這也是目前主要的研究方向之一。

TSN向其他市場的延展

近幾年內(nèi)，汽車市場朝自動駕駛的的過渡可以說改變了整個行業(yè)，自動駕駛作為一種便利化技術，可以節(jié)省駕駛員不少時間。然而，自動駕駛同樣是一個講究安全、可靠性與性能的技術，在車身內(nèi)處理器、傳感器等半導體元件越來越多的前提下，汽車的網(wǎng)絡結構同樣需要重新設計。

Quartz2 TSN以太網(wǎng)交換機芯片 / 博通

在汽車這般重要的通信與控制設備中，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免通信中斷等情況的發(fā)生，通常都會準備冗余網(wǎng)絡方案。為此傳統(tǒng)的CAN和LIN等總線技術率先被刷下，留下FlexRay和以太網(wǎng)。然而上文中我們也已經(jīng)提到了自動駕駛的等級提升下，傳感器越來越多，處理器的算力也越來越大，速率和帶寬要求會進一步提高。如今的以太網(wǎng)方案已經(jīng)面向千兆網(wǎng)絡，也因此成了構建汽車冗余網(wǎng)絡方案的首選。

以太網(wǎng)中常見的有IEEE 802.1D、IEEE 802.1w和ITU G.8032。然而，這些方案在延遲上并不算優(yōu)秀，如果發(fā)生故障轉(zhuǎn)移通常需要50毫秒以上的時間，對于高速行駛的汽車來說，這50毫秒的時間就是生與死的區(qū)別，所以還是得TSN出馬。汽車與工業(yè)自動化雙雙驅(qū)動下，相信TSN很快就能為這兩大傳統(tǒng)場景普及到穩(wěn)健的以太網(wǎng)絡。