Volker E. Goller discusses time-sensitive networking – He looks at why it is being developed and what advantages it will offer for industrial communications."> 自动化中的TSN - 必威betway西

自动化中的TSN

2019年10月20日

Volker E. Goller讨论时间敏感的网络 - 他研究了为什么开发它以及它将为工业通信带来什么优势。

对于工业通信应用，保证延迟至关重要，使经典以太网不合适。这与工业环境中的其他缺点一起，多年来导致自动化专家开发自己的自动化专家以太网扩展。但是，所采取的路径差异很大。

使用以太网作为传输介质的协议要求对自己的以太网介质的完全控制。经典的TCP/IP通信只能通过FieldBus（EtherCat和PowerLink）或通过FieldBus（SERCOS）分配的频道以Piggyback样式进行。带宽控制牢固地掌握在田野总线手中。

还有一些协议可以通过以太网上的时间切片程序保证带宽保留。Profinet Irt应该在此处提及。IRT可以在操作软的实时或背景流量的相同电缆上进行硬确定性实时数据传输。传输路径的精确计时模型是规划时间切片的必要条件。

最后，基于共享以太网电缆的协议。这些协议使用服务质量（QoS），并在工厂和流程自动化应用程序中。例如，Profinet RT和以太网/IP。这些协议仅限于软实时（周期时间= 1 ms）的范围。

对于这些标准，需要特殊的硬件支持，因此需要特殊的ASIC。由于Profinet RT和以太网/IP也基于带切割的嵌入式2端口开关，因此它们在这里也不豁免。基于灵活的硬件多功能解决方案，例如Analog Defices的Fido5000，有助于以优雅的方式解决该问题。

输入TSN
使用TSN，根据IEEE 802.1的标准以太网扩展，已经成功地开发出了没有过去的局限性。现在，在ISO 7层模型中有一个标准化的第2层，该模型具有向上以太网和硬实时功能的向上兼容性。使用802.1AS-REV，TSN还定义了一种可互操作的统一方法，用于在网络中同步分布式时钟。由于TSN总是进行最佳努力通信，因此对于硬实时应用程序以及所有其他应用程序（Web服务器，SSH等）来说，有可能使用电缆的常见用途。在这方面，TSN与Profinet Irt并不不同，并且还提供了可比的性能。

TSN的新功能是需要更广泛的网络配置。可以进行集中或分散的配置。目前正在讨论和实施两种类型的配置。两种配置机制之间的互操作性是未来的发展目标。

但是，TSN有什么实际优势？最常见的答案是，随着市场较大，市场上较便宜的网络界面也出现在市场上。毕竟，将来还可以在建筑自动化和汽车行业中找到TSN。事实上，预计嵌入式TSN解决方案的市场将大大大于目前的所有工业以太网解决方案的市场。

TSN比以前的工业以太网方法最大的技术优势是其可扩展性。与当前的工业网络不同，TSN未针对特定的传输速率定义。TSN可以用于100 Mbps，就像1 Gbps，10 Mbps或5 Gbps一样。

它还可以更好地优化拓扑，因为现在可以为各个段选择改编的数据速率。无论是Gbps，100 Mbps还是10 Mbps，都使用统一的第2层 - IEEE802.1/TS - - 使用。

统一的网络基础架构还可以帮助负责建立和维护网络的人员，因为借助TSN，现在可以在自动化以外的其他领域使用：构建，流程以及工厂自动化和能源分配。

这使我们获得了下一个优势，即训练因素。TSN在许多大学中已经是一个主题，主要是在研究阶段。但是，技术和职业学院已经对此主题表现出兴趣。我们可以肯定地说，TSN将成为工程师，技术人员和熟练工人的基本知识。不再需要为不同的现场插头进行重新培训。

在几乎所有与TSN相关的工作组中，都有一个反复出现的主题 - 如何保护向TSN的过渡以及对现有安装的供应，例如Br​​ownfield应用程序？

在各个方面，都将重点放在使客户平稳过渡到TSN成为可能。今天已经可以说，现有的工业以太网协议不仅会在一夜之间消失。相反，使用Profinet，以太网/IP，Ethercat或当今类似广泛的工业以太网协议的任何人都可以安全地假设他或她还将能够使用这些协议运营网络 - 并在10年内获得支持和替换零件 - 在10年内’ time.

所有工业以太网组织都提供了描述现有工厂如何与新的基于TSN的设备合作的模型。现有工业网络的界面由网关（SERCO），耦合器（Ethercat）或没有任何特殊硬件（Profinet RT）制成。尤其是Profinet和以太网/IP计划，以使其完整的协议在TSN上作为第2层可用。这使得逐步过渡到TSN。

总而言之，TSN将在新装置以及逐渐引入现有装置的岛屿或细分市场的形式中找到。但是，使用TSN，工业以太网领域将有新的玩家。OPC UA与TSN结合使用了新的运输协议Pub/Sub，已经被视为经典协议的竞争对手。这意味着将来都需要支持经典的工业以太网解决方案以及TSN和新玩家。

TSN作为机会
TSN使得为所有工业通信创建统一的基础成为可能。引入TSN后，ISO 7层模型的1、2和3层将在行业中统一。这将使全新的可扩展性和性能级别成为可能。上层的通信也会基于此吗？会有统一的OPC UA Pub/Sub吗？可能。有了FIDO5000系列，用户准备所有方案。

Volker E. Goller是具有模拟设备的系统应用工程师。


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