TSN——实际应用案例与标准化工作最新进展

06 10月 2022
HMS
Joakim Wiberg通过实际应用案例展示TSN的优势,并介绍标准化工作的最新进展。

本文是TSN系列的第二篇文章。Joakim Wiberg将分享一些实际案例,说明TSN的具体价值,并带来标准化工作的最新动态。


快速回顾:什么是TSN?主要优势有哪些?

时间敏感网络(TSN)是一整套标准,旨在标准以太网上实现确定性通信。TSN的三大支柱是:

  • 调度与流量整形:允许不同类型、不同优先级的流量在同一网络上共存。每种流量类型可以有各自的延迟和带宽要求。
  • 通信路径选择、路径预留与容错:预留通信路径以确保容错和带宽保障。
  • 时间同步:顾名思义,“时间”是TSN的核心。参与TSN通信的设备必须共享统一的时间基准。
 

TSN带来两大核心优势:

  1. TSN将在以太网网络中标准化确定性数据交换(目前只有通过专有方案才能实现)。
  2. TSN使工业以太网和IT协议能够同缆共存,让IT与OT系统协同工作。

 

TSN如何赋能设备制造商和工厂管理者?

针对两大优势,我们各举一个应用案例。

确定性

目前,企业使用专有通信协议来保证生产层的确定性数据交换。但专有方案通常针对特定应用或制造商开发,可扩展性有限,彼此之间也不兼容。TSN将通过时间同步和时间感知整形功能标准化确定性数据交换,从而同时解决可扩展性和互操作性问题。TSN还将降低工业网络的延迟和抖动,使企业能够将以太网用于更高要求的任务。运动控制就是一个典型例子——它需要低抖动来控制执行器的运动或阀门的开关。

单缆融合

以汽车装配厂为例,展示工业以太网与IT协议的融合如何惠及设备制造商和工厂管理者。汽车装配厂拥有大量IT和OT网络及设备,向更高级系统提供数据和信息。TSN能够融合IT和OT网络及设备,用户可以用一个系统管理工具管理所有设备。工业协议与IT协议的融合提高了数据的准确性和可靠性。在汽车装配厂中,准确可靠的数据至关重要。

 

TSN的标准化进展如何?

TSN标准属于IEEE 802.1工作组的工作范畴,但在这个层面上,标准是通用的,为多种用例而开发。因此,每个行业都在编写各自的配置文件,以缩小范围,简化互操作性和部署。

 

TSN配置文件列表:

  • IEC/IEEE 60802:工业自动化TSN配置文件
  • IEEE 802.1DG:车载以太网通信TSN配置文件
  • IEEE 802.1DF:服务提供商网络TSN配置文件
  • IEEE 802.1DP:航空航天机载以太网通信TSN配置文件

每个配置文件将确保定义专用的TSN机制,以满足其性能预期,并在各自领域内保持一致。

IEC/IEEE 60802工业自动化TSN配置文件将提供由IEC和IEEE联合制定的标准。它将定义解决工业自动化应用所需的TSN特性、选项、参数、协议及其他网络相关考虑因素。该配置文件还将创建一套标准指令,说明如何在工业自动化中构建和配置TSN网络。

 


标准化为何重要?

配置文件及相关的符合性测试计划对于确保行业中独特且可互操作的TSN至关重要。

TSN在OSI通信模型的第二层运行。现有的工业协议仍然需要处理更高层的应用功能,如数据交换、连接管理、安全或运动控制。一个通用的TSN配置文件必须保证设备制造商无论使用何种工业通信协议,都能以统一的方式实施TSN。同时,它也必须保证用户获得一个统一且可互操作的网络,允许这些更高层应用功能共存或组合。

为此,CC-Link协会、ODVA、OPC基金会、PROFINET国际组织和AVNU组织组成了一个名为TSN工业自动化一致性协作(TIACC)的团体。TIACC将创建一个统一的一致性测试计划,以验证IEC/IEEE P60802配置文件,确保来自不同供应商、支持不同自动化协议的设备能够在TSN层面上可靠共存于共享网络中。所有参与组织都将使用该测试计划作为基线测试,并向更广泛的工业自动化社区提供。

 

 

TSN和5G

TSN还能在无线以太网基础设施上实现OT与IT的融合。5G是一种强大的无线网络,可提供确定性和低延迟通信。爱立信、华为、诺基亚等领先的5G公司正在密切关注标准化进程,因为TSN将使工业自动化能够延续到这项新的无线技术上。

 

 

标准化工作何时完成?

很难给出确切的时间。IEC/IEEE 60802工业自动化TSN配置文件的工作始于2017年。目前草案已可用、成熟且正在审查中,但配置文件至少要到2024年上半年才能最终定稿。

TIACC成立于2022年,已开始针对IEC草案开展工作。在IEC/IEEE 60802配置文件发布后不久,首批成果将很快显现。

 

 

HMS如何参与标准化活动?

 

HMS正在关注IEC/IEEE 60802标准化活动和TIACC的进展。HMS致力于提供支持TSN配置文件规范的产品方案,以确保我们的客户获得良好的互操作性。例如,HMS最近与其他几家制造商一起参与了PROFINET over TSN的互操作性演示。

 

 

关于作者

Joakim Wiberg,Anybus技术负责人。同时担任ODVA首席技术官,并经常就安全和工业通信主题发表演讲。

 

 

了解更多

 

如果想进一步了解TSN,请访问我们的TSN专题页面。也别忘了下载我们的TSN白皮书,并阅读本系列第一篇文章《PROFINET over TSN——进展如何?》。

 

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