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廣州休倫自動(dòng)化設(shè)備有限公司
2021-09-07 17:29:35

TSN在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域全面落地還要多久？

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近年來(lái)，TSN（Time-Sensitive Networking）時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始逐漸被越來(lái)越多人所認(rèn)知，一時(shí)間也成為業(yè)界熱議的高頻詞。工業(yè)通信經(jīng)歷了從串口通信，現(xiàn)場(chǎng)總線到工業(yè)以太網(wǎng)，到如今的新一代開放式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)TSN。
顧名思義，TSN是一種注重“時(shí)間”的技術(shù)，本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它為以太網(wǎng)增加了更大的確定性，這也是TSN能夠在市場(chǎng)上脫穎而出的主要原因。
 
 

TSN技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生

 
眾所周知，市場(chǎng)上有多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，被普遍采用的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)主要有EtherCAT、PROFINET、POWERLINK、CC-Link等，這些協(xié)議都是在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上修改或增加了一些特定的協(xié)議以保證實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。但是這些都是非標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，在易用性、互操作性、帶寬和設(shè)備成本上均存在不足。
由此，TSN應(yīng)運(yùn)而生。TSN，即在非確定性的以太網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)確定性的最小時(shí)間延時(shí)的協(xié)議族，是由IEEE 802.1 TSN任務(wù)組制定的一系列IEEE 802以太網(wǎng)子標(biāo)準(zhǔn)集。

知乎上對(duì)TSN技術(shù)有個(gè)貼切解釋：

“想象在一個(gè)廣闊的球場(chǎng)上東西兩側(cè)各有一個(gè)以太網(wǎng)連接的揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器中間可能經(jīng)過(guò)多個(gè)交換機(jī)設(shè)備，當(dāng)主持人講話時(shí)，我們希望兩個(gè)揚(yáng)聲器能夠同時(shí)發(fā)聲，而不會(huì)出現(xiàn)一前一后疊音的情況；進(jìn)一步的，即使同個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲羞€有其他應(yīng)用在使用流量，我們也希望兩個(gè)揚(yáng)聲器的效果是穩(wěn)定的。”
 

正因其符合標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)架構(gòu)，具有精準(zhǔn)的流量調(diào)度能力，可保證多種業(yè)務(wù)流量的共網(wǎng)高質(zhì)量傳輸?shù)燃夹g(shù)及成本優(yōu)勢(shì)，TSN技術(shù)開始從最初的視頻音頻數(shù)據(jù)領(lǐng)域延伸至工業(yè)領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域，成為下一代網(wǎng)絡(luò)承載技術(shù)的演進(jìn)方向之一。


 

●  視頻/音頻傳輸
為最大限度提供實(shí)時(shí)性，圖像、音頻通過(guò)TSN實(shí)現(xiàn)高實(shí)時(shí)的傳輸與處理，滿足對(duì)帶寬和實(shí)時(shí)性的需求。
●  汽車駕駛
在汽車控制系統(tǒng)中，用支持低延時(shí)且具有實(shí)時(shí)傳輸機(jī)制的TSN進(jìn)行統(tǒng)一管理。可以降低給汽車和專業(yè)A/V設(shè)備增加網(wǎng)絡(luò)功能的成本及復(fù)雜性。
●  工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)TSN應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一，所有需求實(shí)時(shí)監(jiān)控或?qū)崟r(shí)反饋的工業(yè)領(lǐng)域都離不開TSN網(wǎng)絡(luò)。如機(jī)器視覺(jué)、AR/VR、深海石油鉆井等等。
 
 

業(yè)界對(duì)TSN的持續(xù)探索

 
究其根本，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求的激增是近些年TSN火爆的重要原因。國(guó)際上有大量組織、自動(dòng)化廠商參與其中，致力推動(dòng)TSN技術(shù)的落地應(yīng)用。
●  2016-2017年，TSN應(yīng)用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的核心功能逐步完善，隨后多家自動(dòng)化廠商宣布了對(duì)OPC UA和TSN的支持，并加入相關(guān)國(guó)際組織，包括ABB、貝加萊、Bosch Rexroth、GE、NI、KUKA、Phoenix、Schneider等。
●  2018年，CC-Link協(xié)會(huì)就發(fā)布了融入TSN技術(shù)的開放式千兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)CC-Link IE TSN，它是為數(shù)據(jù)化、智能化制造發(fā)展量身定制的新一代網(wǎng)絡(luò)，完美融合了TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)總線和實(shí)時(shí)通訊，它與交換機(jī)的組合幫助客戶輕松實(shí)現(xiàn)構(gòu)建起整廠級(jí)別的管理系統(tǒng)。如三菱電機(jī)、軟贏、德國(guó)赫斯曼等均宣布推出支持CC-Link IE TSN的工業(yè)產(chǎn)品。
●  2019-2020年，TSN標(biāo)準(zhǔn)完成并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。根據(jù)預(yù)測(cè)，TSN市場(chǎng)規(guī)模到2024年將超過(guò)6億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率53.8%。交換機(jī)將成為引領(lǐng)TSN發(fā)展的重要單品。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中越來(lái)越多的實(shí)時(shí)通信需求成為推動(dòng)TSN市場(chǎng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?/section>
 
 
 
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)廠商對(duì)TSN技術(shù)的關(guān)注度持續(xù)提高，積極推進(jìn)TSN的發(fā)展落地。2017年起，包括華為、Moxa、新華三在內(nèi)的多家通信設(shè)備廠商已經(jīng)研發(fā)出或正在研發(fā)TSN相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)及通信模塊。此外，一些自動(dòng)化廠商開始積極向TSN技術(shù)靠攏，推出TSN技術(shù)相關(guān)的工業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備。

華為：早在2018、2019年的漢諾威展上，華為就展示了OPC-UA TSN測(cè)試床，并在其中提供了TSN交換機(jī)；

MOXA：2018年德國(guó)SPS展，MOXA展示了TSN測(cè)試床，同年的IIC聯(lián)合測(cè)試床中展示了TSN交換機(jī)；

新華三：2019年4月，新華三在“領(lǐng)航者峰會(huì)上發(fā)布了TSN交換機(jī)產(chǎn)品。
 
研華：研華發(fā)布EKI-8500G交換機(jī)，采用TSN專用芯片設(shè)計(jì)，具備時(shí)間同步、優(yōu)先流量調(diào)度、時(shí)間感知整形器、高可靠的冗余資料傳輸四大核心特色。

東土科技：在精密時(shí)鐘同步、守時(shí)、授時(shí)、時(shí)間管理等自主研發(fā)創(chuàng)新技術(shù)的支撐下，東土科技推出自主研發(fā)的全新系列TSN工業(yè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，涵蓋芯片、交換機(jī)、終端、交換軟件平臺(tái)、CNC及邊緣通用控制器等。
 
 

5G+TSN技術(shù)成關(guān)注焦點(diǎn)

 
如今，TSN已經(jīng)不再是一個(gè)概念性項(xiàng)目，而是已經(jīng)成為被行業(yè)組織認(rèn)證的可廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)。然而，任何新興技術(shù)從興起到爆發(fā)都要經(jīng)歷一個(gè)時(shí)間磨合與驗(yàn)證的過(guò)程，TSN技術(shù)尚且如此。目前，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，從芯片廠商到產(chǎn)品開發(fā)商、終端用戶，TSN已經(jīng)開始了測(cè)試、驗(yàn)證，離全面落地或許僅一步之遙了。
有人說(shuō)，5G時(shí)代的加速到來(lái)會(huì)成為推進(jìn)TSN技術(shù)全面落地應(yīng)用的催化劑。的確，5G系統(tǒng)的靈活部署與TSN的精確時(shí)間同步、有界時(shí)延等特性，能更有效解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變的情況。
從國(guó)際上來(lái)看，已經(jīng)有行業(yè)龍頭企業(yè)開始布局推動(dòng)5G、千兆網(wǎng)絡(luò)、TSN在工業(yè)領(lǐng)域的融合應(yīng)用。如西門子宣布將TSN列為未來(lái)重要的通信技術(shù)，其“工業(yè)網(wǎng)絡(luò)專家計(jì)劃”更是將5G+TSN列為打造數(shù)字化工業(yè)生態(tài)的重要手段；三菱電機(jī)的具有無(wú)線應(yīng)用能力的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)“CC-Link IE TSN”率先將千兆以太網(wǎng)帶寬與TSN相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了IO和OT的實(shí)時(shí)無(wú)縫融合。
可以看出，未來(lái)5G+TSN融合發(fā)展趨勢(shì)將為未來(lái)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)打開一扇新的窗口。相較于之前的現(xiàn)場(chǎng)總線等概念的推進(jìn)速度，TSN已經(jīng)發(fā)展的非常迅速了。短期來(lái)看，TSN技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域全面落地普及尚需時(shí)日，市場(chǎng)接受及培育同樣也需要一個(gè)過(guò)程，長(zhǎng)期來(lái)看，隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破和應(yīng)用場(chǎng)景需求變化不斷演進(jìn)升級(jí)，TSN技術(shù)在萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代所創(chuàng)造的價(jià)值不可估量。
83%工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)都有故障診斷，如果它玩“罷工”怎么辦？
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