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人類對自然的探索是無窮無盡的，一項新技術或理論可能會開啟一個新時代。遠程信息交互通過編碼和相應的電處理技術實現。電話解決了異地間的實時話音通信問題。互聯網技術是通信技術的革命，實現了文本、語音、圖片和視頻信息的實時傳播。在網絡技術不斷發展的過程中，也存在著端到端延遲不確定、帶寬不足、安全等問題。特別是隨著物聯網技術的發展，不同的場景和業務對數據傳輸有不同的要求，這些問題日益突出。

現代工廠現場包括各種生產數據、通信設備、生產控制設備和傳感器；各設備需要通過網絡有機連接。為了提高效率，現場控制和運動在毫厘米之間，這就要求通信和處理必須盡可能短。當多個動作和步驟受到限制時，仍然需要時差。傳統上，工業以太網和工業總線通常通過工業以太網與執行層設備連接。在這種背景下，傳統工業以太網和工業總線存在標準不同、無法對接等缺點TSN（Time Sensitive Networking，時間敏感網絡)進入人們的視野。TSN的優點。

圖1 時間敏感網絡的特點

TSN一組以太網標準遵循AVB通過精確的時間同步、定時調度、幀搶占、幀復制消除、安全連接等核心技術，實現了時間同步的低延遲流服務，為系統中的每個單元提供低延遲等時的標準數據UI以及文件交換基礎設施的集成。

圖2 企業生產網絡示意圖

有關TSN這里就不贅述標準、技術、性能和關鍵指標了以參考IEEE 802.1相關工作組的內容。以下是重點TSN融合、進化等。

TSN是否等同于實時通信

答案是否定的。實時通信是網絡通信追求的最終目標。通過不斷的探索和研究，人類一次又一次地接近零時延，目前是5G在場景中，端對端通信的延遲可以達到毫秒級，但在追求低延遲的同時，有些場景希望端對端抖動足夠小（抖動比延遲小一個數量級）。如端對端延遲控制在1ms在內部，端對端的抖動需要控制在100us內，否則延遲1ms毫無意義；在工業現場傳感器、控制系統和執行系統之間，需要實時通信，以滿足執行機構之間的合作，生產高精度的產品。

實時通信主要是在傳輸媒體、報紙和協議處理方面；等時實時通信是在實時通信的基礎上引入高精度時鐘，在同一節拍下調度整個網絡，既滿足實時要求，又合理控制端對端的抖動時間。等時有一個很好的例子:3G/4G與傳統窄帶相比，傳統窄帶的速率E1/T1要快很多，但是不管用VoLte語音通話效果等技術無法與基于TDMA與固話相比。

在萬物互聯網時代，設備和系統之間的協調將更加緊密，迫切需要端對端的實時通信；基于時間等待的基礎網絡將是未來5~10年的發展方向。

TSN與OPC UA的結合

OPC UA定義了一套通用的數據描述和語法表達方法(信息模型)，如果使用每個系統OPC UA其它系統可以方便地獲取和集成信息模型。也就是說，OPC UA為工廠車間與企業之間的數據和信息傳輸提供與平臺無關的互操作標準。

TSN與OPC UA都是近年來工業互聯網領域的熱門詞匯。在OT和IT在整合趨勢中，大量工業設備的連接需要數據的交換和可操作性，以及網絡的實時性和確定性。可以說OPC UA over TSN就是為OT和IT面向未來的工業網絡互聯網的整合和解決。據統計，目前世界上常用的總線和工業以太網協議有40多種。此外，一些直接使用私人協議實現工業設備的信息交互，形成了豎井業務系統。同一系統中的數據可以交換，但跨系統之間的數據交換非常困難。通過設備間，通過通信技術有機連接各系統，實現企業資源的垂直整合，已成為不可逆轉的趨勢。我們希望使用一套完整的接口、屬性和方法標準集，為工業互聯網工廠系統中的系統和單元數據提供無縫集成。

圖3 OPC UA TSN滿足當今制造業應用所需的所有通信需求

隨著現代企業規模的不斷擴大，相應的信息系統變得越來越復雜。為了在復雜環境下實現高確定性、低延遲和與平臺無關的互操作，通常建立現場級、車間級和企業級通信系統。OPC UA over TSN 邊緣計算平臺的功能提供了很大的想象空間，通過傳感器收集各種數據，在邊緣側進行預測和分析實現云深度分析和工業流程優化。可喜的是IEEE和ECC等待組織布局。

TSN工業互聯網

進入工業4.0時代，IT與OT討論工業互聯網是姓工還是姓互仍然是熱門話題。目前，移動互聯網的拐點已經到來。在工業互聯網時代，它將與工業優化應用和海量設備向上連接。憑借先進的計算架構和高性能的云計算基礎設施，工業互聯網平臺可以實現海量異構數據的集成、存儲和計算。工業互聯網發展至少有三個高峰：

一、網絡協議

據統計，目前世界上常用的總線和工業以太網協議有40多種，加上一些變體和私人協議，1000種。不同時期、不同品牌、不同協議的工業設備有不同格式的數據通信協議。因此，不同工業設備之間的連接是一個極其復雜的問題。

二是知識壁壘

俗話說，隔行如隔山。隨著工業革命的推進，行業越細越專業；不同的行業和專業有不同的細分技術和獨特的專業知識。例如，無論醫療設備行業互聯網平臺有多好，都不太可能被工程機械企業采用。

三是平臺互聯

目前，中國有許多大大小小的工業互聯網平臺。這些平臺無法連接，形成了豎井業務系統。后續將逐步整合，形成寡頭經濟，就像消費互聯網一樣，誰更快地建立平臺，誰的平臺CentralSemiconductor代理臺灣服務更好，誰的平臺為入駐企業創造更高的價值，誰就剩下的寡頭之一。

說白了，這三個高峰都是由不同的標準造成的，無法互聯，形成引起的。TSN＋OPC UA已成為行業統一標準的共識。

TSN與5G的互通

5G相比4G在性能和速度上都有了很大的提高，尤其是無線接入網絡（RAN）提供更好的可靠性和傳輸延遲。通過無線場景TSN和5G實現端對端超低延遲，可滿足對時間敏感的業務需求。可以說5G與TSN融合是一個廣闊的領域。如下圖所示，拉通無線接入網絡和核心網絡。可喜的是在3GPP支持不同版本TSN為了有效支持低延遲應用的快速確認，還做了大量的工作：靈活的參數集、較小的數據間隙、快速確認等uRLLC場景做了很多優化。

圖4 5G端對端網絡示意圖

同時在基站側引入MEC，構成云、邊、端三體協作的最佳解決方案，基礎設施延遲低、可靠性高、時間同步準確，成為實時物聯網RT-IoT的典范。

TSN部署演進

目前，工廠網絡采用典型的兩層三架構，其中IT和OT通過網關實現兩層網絡之間的互聯和安全隔離；工廠、車間和現場的網絡配置和管理策略是獨立的。隨著TSN＋OPC UA隨著底層互聯、語義轉換和信息技術的發展，原有的兩層和三層架構將變得模糊、更加平坦和高效。但這一過程將經過幾個階段的演變：

1. 孤島式TSN網絡

TSN＋OPC UA隨著現有種類繁多的工業協議的出現，現場級網絡逐漸被替換TSN各現場設備之間的互聯互通是基于統一通信的。

這個階段，TSN等時實時網絡作為低延遲、高吞吐量的網絡，將與傳統互聯網、工業以太網等共存。

2. 局域式TSN網絡

孤島式TSN網絡仍局限于現場級，服務于以工單為單位生產單個零件和模塊IT和OT還是分開的。我們希望工廠是一個整體，從上到下或從下到上都是一個有機的整體；因此，從訂單到ERP；再到MES、SCADA工單和流程分解；PLC和HMI中繼；最后驅動到傳感器和執行器等。現場、車間和工廠內部IT管理系統相互完全連接，真正實現IT與OT的融合。

3. 跨域式TSN網絡

TSN網絡不僅用于工業互聯網，還用于娛樂領域，如網絡直播。目前，網絡直播通常是基于Internet，通過試圖在直播源和接收之間傳輸的網絡，其中CDN負責中繼和分發；數據加速技術可以提高數據傳輸效率，但這些問題只能優化，不能從根本上解決。若采用端對端TSN，能有效解決傳輸延遲和抖動問題。

全光網絡(如:OXC），調度上采用TSN實現跨域模型TSN。最近，思科宣布收購光網技術公司26億美元Acacia，很明顯，思科在硅光領域的努力，將硅光產品納入思科的整體解決方案，為跨域多云提供了強大的競爭力。硅光在降低功耗和延遲方面具有很大的優勢。

同時，毫米波5將用于無線G，Wi-Fi 6.低延遲傳輸最終將實現TSN有線無線統一。

新華三的TSN布局

松散型消費互聯網將牽引緊密型工業互聯網在接下來的5~10年里，各方都在聚集能量，蓄勢待發。

圖5 新華三工業互聯網網絡架構架構

基于新華三工業互聯網網絡的基礎SDN/NFV、大數據、人工智能等新技術形成了定義靈活、安全可靠的柔性網絡。關鍵組件包括TSN時間敏感以太網，SNA Center(先知網絡中心)等。IT/OT提供多維可視、安全可靠、智能運維的網絡服務，建立從現場層、控制層、管理層到云層的融合網絡，也為跨域做好了準備。

1.通過平面集成網絡架構，采用平面集成網絡架構TSN提供低延遲、高可靠的確定性網絡的核心技術，IT和OT設備統一訪問同一網絡，實現控制信息等實時數據和數據信息等非實時數據在同一網絡中傳輸，滿足實時監控、自動控制、業務管理等工業生產過程的需要。

2.提供有線和無線集成網絡，實現工廠有線和無線網絡的全覆蓋，解決信息島問題，滿足整個生產過程和無死角的網絡覆蓋需求，支持工廠信息收集和生產控制的應用需求。

3．SNA Center包括先知分析器在內的大腦作為整個網絡，SDN控制器、網絡管理、安全控制等核心組件，具有統一管理、控制和智能分析網絡、業務安排的能力。SNA Center具有全球視角，可以解決不同網絡管理領域之間的協同問題，從而簡化運維，減少運維OPEX；同時SNA Center可以實時感知網絡狀態。基于用戶意圖或網絡狀態分析，可以實現業務自動化部署和風險預測，使網絡更加智能、簡潔、智能、高效地服務業務。

4．SNA Center通過高性能 API Gateway 提供符合 RESTful 標準的北向 API，并支持對接IT、OT實現應用系統SNA網絡可編程自動化，傳遞智能生產、個性化定制等應用需求SNA Center，SNA Center通過靈活定義，理解業務意圖，分析成網絡語言，快速構建適合生產環境的柔性網絡。

結束語

除了能否真正解決實際問題外，正解決實際問題外，還應該關注其進化、生態等。隨著系統和節點的密切協調和效率的不斷提高，TSN不但可靠，而且會大放異彩。