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廣州休倫自動化設備有限公司
2021-09-07 17:29:35

TSN在工業(yè)應用領域全面落地還要多久?

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近年來,TSN(Time-Sensitive Networking)時間敏感網(wǎng)絡技術開始逐漸被越來越多人所認知,一時間也成為業(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TSN。
顧名思義,TSN是一種注重“時間”的技術,本質(zhì)上來說,它為以太網(wǎng)增加了更大的確定性,這也是TSN能夠在市場上脫穎而出的主要原因。
 
 

TSN技術應運而生

 
眾所周知,市場上有多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議,被普遍采用的實時工業(yè)以太網(wǎng)主要有EtherCAT、PROFINET、POWERLINK、CC-Link等,這些協(xié)議都是在標準以太網(wǎng)的基礎上修改或增加了一些特定的協(xié)議以保證實時性和準確性。但是這些都是非標準以太網(wǎng),在易用性、互操作性、帶寬和設備成本上均存在不足。
由此,TSN應運而生。TSN,即在非確定性的以太網(wǎng)中實現(xiàn)確定性的最小時間延時的協(xié)議族,是由IEEE 802.1 TSN任務組制定的一系列IEEE 802以太網(wǎng)子標準集。

知乎上對TSN技術有個貼切解釋:

“想象在一個廣闊的球場上東西兩側各有一個以太網(wǎng)連接的揚聲器,揚聲器中間可能經(jīng)過多個交換機設備,當主持人講話時,我們希望兩個揚聲器能夠同時發(fā)聲,而不會出現(xiàn)一前一后疊音的情況;進一步的,即使同個網(wǎng)絡拓撲中還有其他應用在使用流量,我們也希望兩個揚聲器的效果是穩(wěn)定的。”
 

正因其符合標準的以太網(wǎng)架構,具有精準的流量調(diào)度能力,可保證多種業(yè)務流量的共網(wǎng)高質(zhì)量傳輸?shù)燃夹g及成本優(yōu)勢,TSN技術開始從最初的視頻音頻數(shù)據(jù)領域延伸至工業(yè)領域、汽車領域,成為下一代網(wǎng)絡承載技術的演進方向之一。


 

●  視頻/音頻傳輸
為最大限度提供實時性,圖像、音頻通過TSN實現(xiàn)高實時的傳輸與處理,滿足對帶寬和實時性的需求。
●  汽車駕駛
在汽車控制系統(tǒng)中,用支持低延時且具有實時傳輸機制的TSN進行統(tǒng)一管理。可以降低給汽車和專業(yè)A/V設備增加網(wǎng)絡功能的成本及復雜性。
●  工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是未來TSN應用最廣泛的領域之一,所有需求實時監(jiān)控或?qū)崟r反饋的工業(yè)領域都離不開TSN網(wǎng)絡。如機器視覺、AR/VR、深海石油鉆井等等。
 
 

業(yè)界對TSN的持續(xù)探索

 
究其根本,物聯(lián)網(wǎng)應用需求的激增是近些年TSN火爆的重要原因。國際上有大量組織、自動化廠商參與其中,致力推動TSN技術的落地應用。
●  2016-2017年,TSN應用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域的核心功能逐步完善,隨后多家自動化廠商宣布了對OPC UA和TSN的支持,并加入相關國際組織,包括ABB、貝加萊、Bosch Rexroth、GE、NI、KUKA、Phoenix、Schneider等。
●  2018年,CC-Link協(xié)會就發(fā)布了融入TSN技術的開放式千兆工業(yè)網(wǎng)絡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,完美融合了TCP/IP網(wǎng)絡,現(xiàn)場總線和實時通訊,它與交換機的組合幫助客戶輕松實現(xiàn)構建起整廠級別的管理系統(tǒng)。如三菱電機、軟贏、德國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標準完成并實現(xiàn)商業(yè)化。根據(jù)預測,TSN市場規(guī)模到2024年將超過6億美元,年均復合增長率53.8%。交換機將成為引領TSN發(fā)展的重要單品。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中越來越多的實時通信需求成為推動TSN市場發(fā)展的主要動力。
 
 
 
近年來,國內(nèi)廠商對TSN技術的關注度持續(xù)提高,積極推進TSN的發(fā)展落地。2017年起,包括華為、Moxa、新華三在內(nèi)的多家通信設備廠商已經(jīng)研發(fā)出或正在研發(fā)TSN相關網(wǎng)絡設備,包括交換機、網(wǎng)關及通信模塊。此外,一些自動化廠商開始積極向TSN技術靠攏,推出TSN技術相關的工業(yè)產(chǎn)品和設備。

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

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

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

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

5G+TSN技術成關注焦點

 
如今,TSN已經(jīng)不再是一個概念性項目,而是已經(jīng)成為被行業(yè)組織認證的可廣泛使用的標準。然而,任何新興技術從興起到爆發(fā)都要經(jīng)歷一個時間磨合與驗證的過程,TSN技術尚且如此。目前,在工業(yè)應用領域,從芯片廠商到產(chǎn)品開發(fā)商、終端用戶,TSN已經(jīng)開始了測試、驗證,離全面落地或許僅一步之遙了。
有人說,5G時代的加速到來會成為推進TSN技術全面落地應用的催化劑。的確,5G系統(tǒng)的靈活部署與TSN的精確時間同步、有界時延等特性,能更有效解決工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復雜多變的情況。
從國際上來看,已經(jīng)有行業(yè)龍頭企業(yè)開始布局推動5G、千兆網(wǎng)絡、TSN在工業(yè)領域的融合應用。如西門子宣布將TSN列為未來重要的通信技術,其“工業(yè)網(wǎng)絡專家計劃”更是將5G+TSN列為打造數(shù)字化工業(yè)生態(tài)的重要手段;三菱電機的具有無線應用能力的工業(yè)網(wǎng)絡“CC-Link IE TSN”率先將千兆以太網(wǎng)帶寬與TSN相結合,實現(xiàn)了IO和OT的實時無縫融合。
可以看出,未來5G+TSN融合發(fā)展趨勢將為未來工業(yè)通信網(wǎng)絡打開一扇新的窗口。相較于之前的現(xiàn)場總線等概念的推進速度,TSN已經(jīng)發(fā)展的非常迅速了。短期來看,TSN技術在工業(yè)領域全面落地普及尚需時日,市場接受及培育同樣也需要一個過程,長期來看,隨著關鍵技術的突破和應用場景需求變化不斷演進升級,TSN技術在萬物互聯(lián)時代所創(chuàng)造的價值不可估量。
83%工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺都有故障診斷,如果它玩“罷工”怎么辦?
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