為通信選擇合適的工業以太網協議，可以為供應商、原始設備制造商（OEM）和系統集成商帶來優勢。

在工業自動化領域，產品供應商一直在尋求獲得競爭優勢，而通信一直是一個差異化因素。從早期的現場總線大戰，到目前各種基于以太網的協議，通信仍然處于差異化的前沿。

以太網的應用越來越普遍，這是有充分理由的。信息技術（IT）領域的規模和實力，正在創造出經濟高效、高性能的產品，這些產品應該應用于工業領域。最終用戶的期望是產品應該開箱即用，每個人都關心安全性和最重要的端到端數據可靠性。由于網絡安全問題無處不在，有許多硬件和軟件解決方案可供開發和復用，以實現工業電網的安全和保障。

01

按產品、應用分類的工業以太網協議

根據不同的應用目的，設計了各種不同的工業以太網協議。所使用的解決方案取決于所選擇的供應商和所應用的產品。通常情況下，一旦選擇了產品，對應的工業以太網協議也就確定了。協議是用來完成工作的幕后技術，很少有必要熟悉其內部運作。一些協議被設計為高性能，另一些協議則專注于通信效率，還有一些協議則旨在用于客戶端/服務器或發布/訂閱架構。

我們需要這些以太網通信協議來從不同的設備獲取數據。OPC UA（統一架構）也是一種促進數據建模和信息傳輸的通信機制，所有工業以太網協議都能與OPC UA無縫協作。

02

什么是TSN技術？

由IEEE 802.3標準組管理的以太網正在持續改進。2017年，該組織發布了《IEEE局域網和城域網標準——時間敏感應用的定時和同步》。時間敏感網絡（TSN）允許在同一條物理線路上，共存多種工業以太網協議和商業網絡，不同的設備和應用程序在其上進行通訊。這為運營（OT）網絡和IT網絡的融合打開了大門。它帶來的好處包括：

■通過讓所有設備共享一條線路來簡化架構。

■由于簡化了網絡而降低了成本。

■通過從IT網絡提供設備的可訪問性，使管理更容易。

■通過對流量進行分類/優先排序，提高了可靠性。

■通過暴露控制元素的數據來加速數字化轉型。

這些都是高度競爭和面向未來的智能工廠的基本特征。

源于視聽和汽車應用的TSN技術，也適用于工業應用。工業市場需要一種方法來保證確定性、高性能和數據可靠性。同時，有必要在同一條物理線路上管理和共存多個商用現成以太網協議和工業以太網協議。

03

TSN是如何工作的？

TSN是一種基于標準的技術，位于OSI模型的第2層（數據鏈路），以擴展當前以太網的功能。TSN由IEEE 802.1以太網子標準集描述，并專注于在一個網絡上提供多個數據業務流的確定性和收斂性。提供這種功能的兩個重要TSN子標準是IEEE 802.1 AS和IEEE 802.1 Qbv。

第一種方法確保網絡上的所有設備都是同步的，為確定性打下基礎。一旦在網絡中建立了時間共享，IEEE 802.1 Qbv就定義了“時間感知整形器”。這些整形器定義了分配給不同類型網絡流量的特定“時隙”，并根據所攜帶的信息進行優先級排序。因此，不同類型的數據流量都可以以可預測的方式在網絡中傳播，從而進一步支持確定性通信。這種方法支持多種業務類型的融合，具有將OT和IT領域結合起來的能力。

04

從終端用戶角度看TSN

工業自動化市場是一個由終端用戶組成的生態系統，他們向機器制造商委托項目，而機器制造商則尋找能夠提供符合這些規范的產品和解決方案的供應商。

包括原始設備制造商（OEM）和系統集成商在內的終端用戶的一個關鍵優勢，是提供更簡單的網絡架構和相應的機器設計，使得不同應用和設備能夠和平共存。OEM和系統集成商面臨的最大挑戰，是如何配置和管理集成解決方案，然后將這些知識傳授給維護和使用機器的最終用戶。簡化的架構和易于管理的設備是一個關鍵優勢。

工業以太網組織都希望他們的協議易于工作、配置和維護。是否采用這些工業以太網協議，取決于易用性和可靠性等性能，以及是否能夠實現運動和安全等復雜活動。

05

工業通信的互操作性

供應商希望生產出有效的產品。用戶希望購買適合的產品，了解多供應商的互操作性概念，并使用來自不同供應商的產品，而不依賴于運行的網絡和技術。期望工業和商業運營的設備和應用可以在同一條物理線路上無縫運行。這以一個基本的假設為前提：商業應用不能影響工業OT應用的控制。

OPC UA不是一種協議，而是一種基于現場級通信（FLC）的標準化工業互操作性解決方案，可以利用TSN技術來運行復雜的應用。IT和OT之間的數據和信息集成是TSN技術的副產品。OPC基金會正在與工業以太網組織合作，以更好地利用TSN并與不同的應用和網絡共存。

TSN支持的IT與OT融合加強了整個企業的數據傳輸，允許最終用戶獲得更大的過程透明度。透明度是指能夠從工業應用和設備中提取更多數據，分析這些數據，并將其轉化為有意義的信息，以更好地維護和優化運營。其結果是可以充分利用信息并提供必要的洞察力，從而可以優化性能、生產力和效率，進而提高產品質量。這意味著帶寬很重要，但互操作性方面更重要。用戶可以放心，系統可以相互通信，工業控制也可以不間斷地持續運行。

關鍵概念：

■ 以太網協議多種多樣，設計目的各不相同。

■TSN允許設備和應用程序通過多種工業以太網協議進行通信。

■TSN使IT和OT更容易融合。

審核編輯：劉清