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    解鎖研華TSN交換機(jī),開啟IT和OT融合新曙光
    更新:2020-9-24 10:04:02 稿件:研華 調(diào)整大小:【

    隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,不同的場景與應(yīng)用對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟛灰,網(wǎng)絡(luò)部署面臨著新的需求和挑戰(zhàn),為了有效解決以太網(wǎng)通訊的不確定問題,實現(xiàn)真正的實時通訊,各大廠商開始大力引入和推廣時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)。

    TSN擁有許多傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)難以實現(xiàn)的功能,它的前世今生是什么?TSN能為IT與OT深度融合帶來哪些契機(jī)?最新的行業(yè)動態(tài)又有哪些?

    近日,研華科技聯(lián)合CC-Link協(xié)會連線直播,為大家深入解析TSN這一可能成為未來工業(yè)通信統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

    TSN,未來已來

    研華工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)群資深開發(fā)經(jīng)理張亦誠表示,目前工業(yè)領(lǐng)域所使用的通訊協(xié)議形色不一,每一個協(xié)議背后也都各自有支持的廠商,彼此不相容,難以形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

    “語言”不通為實時通訊帶來很大難度,想享受“書同文,車同軌”式的便利,統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的TSN也就應(yīng)運(yùn)而生。

    傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)存在延遲和實時控制困難的問題,傳輸速度無法超過100 Mb/s,擴(kuò)展性也因此受到影響。不同的通訊協(xié)議只能使用專有的硬軟件,更是嚴(yán)重限制了用戶使用的靈活性、設(shè)備互操作性,增加了維護(hù)和運(yùn)營成本。

    工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代,企業(yè)亟需最大程度保持敏捷、靈活,以提高效率和迅速響應(yīng)能力,TSN的出現(xiàn)正解決了這一問題。

    CLPA中國支部高級工程師楊凱表示,在目前的工廠網(wǎng)絡(luò)里,不同的生產(chǎn)線上,可能會存在例如Profinet、CC-Link等不同的總線協(xié)議,不同產(chǎn)線之間的數(shù)據(jù)交互和信息化改造始終是用戶的痛點。而傳統(tǒng)的工業(yè)實時以太網(wǎng),一般采取預(yù)留帶寬的方式來保證數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性,但可靠性和實時性的表現(xiàn)著實一般。

    TSN作為以太網(wǎng)擴(kuò)充的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),在實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合傳輸、打破信息孤島,以及實現(xiàn)互聯(lián)互通等方面展現(xiàn)出了前所未有的潛力。

    TSN原本是起源于Ethernet AVB(Audio Video Bridging)的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)格,它在被賦予了同步時間、控制A/V機(jī)器機(jī)能、預(yù)約頻寬等功能后,由IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會)不斷增修,普及到了工業(yè)、汽車等行業(yè),并在2012年將其正式改名為TSN。

    顯而易見,在未來,工業(yè)以太網(wǎng)將從個別規(guī)格向共通網(wǎng)絡(luò)規(guī)格移轉(zhuǎn)。

    CLPA中國臺灣地區(qū)事務(wù)局長陳重光介紹道,近年來,除了IEEE將該規(guī)格同步到IEC的國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格上外,CC-Link協(xié)會、PI、OPC UA等開放式網(wǎng)絡(luò)協(xié)會團(tuán)體也正在研討將TSN作為開放型網(wǎng)絡(luò)的適用性。

    陳重光表示,目前,TSN的各項征訂規(guī)格的板塊仍在組建當(dāng)中,作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)常會使用的技術(shù)規(guī)格,其中IEEE802.1AS-Rev和1588 PTP用于定義網(wǎng)絡(luò)上連接機(jī)器的同步時間;IEEE802.1Qbv將通訊幀分類,確保優(yōu)先通訊頻寬;IEEE802.1Qbu則負(fù)責(zé)定義優(yōu)先級的通訊幀,在進(jìn)入優(yōu)先度高的頻寬時會分割通訊幀,并讓優(yōu)先度高的優(yōu)先通行。

    陳重光解釋道:“在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)下,整體的通訊效率會受到低速通訊幀速度的影響,在使用TSN技術(shù)時,就像將公路上的快慢車道實行分離,讓特定的通訊協(xié)議優(yōu)先通行!

    搶先一步,研華發(fā)布TSN交換機(jī)

    現(xiàn)如今,用戶想要向TSN標(biāo)準(zhǔn)逐步靠攏,不僅需要具備TSN的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換,還需要TSN交換機(jī)來傳輸和匯聚數(shù)據(jù)。

    陳重光表示:“TSN因本身所具備的及時性、低延遲、高速大容量通訊,具備時間戳記、混合IP通訊等多種通訊協(xié)議功能,本領(lǐng)和優(yōu)勢更加顯著!

    在TSN交換機(jī)的研發(fā)中,研華搶先一步。于此次會議正式發(fā)布EKI-8500G工業(yè)級TSN以太網(wǎng)交換機(jī),成為當(dāng)前全球為數(shù)不多的采用TSN芯片方案的TSN交換機(jī)。

    EKI-8500G工業(yè)級TSN以太網(wǎng)交換機(jī)

    該新品區(qū)別于市面上大部分利用FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)設(shè)計的TSN交換機(jī),EKI-8500G采用TSN專用芯片設(shè)計,具備8個千兆RJ45端口+ 2個千兆SFP端口,以及雙12〜48 VDC電源輸入和1 x繼電器輸出。

    EKI-8500G具備4大核心特色: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。

    所謂時間同步(IEEE 802.1AS):在傳統(tǒng)的時間同步通訊架構(gòu)中,設(shè)備之間的時間來源不一,及時性的需求也不一樣,TSN能使時間不同步的設(shè)備共用一個精準(zhǔn)的時間來源,這樣的同步機(jī)制在半導(dǎo)體制造、汽車制造業(yè)等領(lǐng)域中,能夠保障機(jī)器行云流水的運(yùn)作。

    所謂流量調(diào)度功能(IEEE 802.1Qbu):一般的通訊架構(gòu)中,重要的OT資料出現(xiàn)的時候,也并不會中斷正在傳輸?shù)馁Y料,使得重要訊息被延遲,從而帶來停機(jī)損失。TSN的優(yōu)先流量調(diào)度機(jī)制可以中斷當(dāng)前正在傳輸?shù)牡蛢?yōu)先級資料,禮讓重要資料先行,OT等重要的資訊就不會因此被搶占傳輸資源。

    所謂時間感知整形器(IEEE 802.1Qbv):TSN的標(biāo)準(zhǔn)在資料隊列中架設(shè)了時間開關(guān)的閘門,使得實時性資料在固定時間內(nèi)傳輸,不受其他非實時性資料的影響。簡單來說,這個機(jī)制是根據(jù)已知且設(shè)定的時間表來進(jìn)行開關(guān)驅(qū)動。不同于傳統(tǒng)交換機(jī)的QOS功能,TSN交換機(jī)會對優(yōu)先等級高的數(shù)據(jù)采取預(yù)支、預(yù)留手段,以保障數(shù)據(jù)流通的實時性。

    所謂高可靠性的冗余資料傳輸(IEEE 802.1CB):資料在傳輸?shù)臅r候,設(shè)備會生成一份復(fù)制的備份檔案,兩份檔案會走在不同的傳輸路徑上,如果兩者都順利抵達(dá),備份檔就會被自動刪除。如果有一條路徑因故被中斷,另外一條路徑的備份檔仍會抵達(dá)終點,確保資料被送到目的地。

    除了可以實現(xiàn)以上4大功能外,為應(yīng)對工業(yè)應(yīng)用場景,新產(chǎn)品體積更小,可在-40~75℃的溫度區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),林玉偉也補(bǔ)充道:“該產(chǎn)品讓資訊傳輸?shù)沫h(huán)境在擁有IT頻寬的同時,具備了OT的精準(zhǔn)和穩(wěn)定性!

    研華EKI-8510G工業(yè)交換機(jī),為IIOT工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)帶來高時效、低延遲,及穩(wěn)定可靠的運(yùn)行能力。

    未來除了交換機(jī)產(chǎn)品外,林玉偉也表示研華還會有更多交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)、配置軟件等TSN關(guān)鍵產(chǎn)品的推出計劃。

    那么如果工廠PLC等設(shè)備不支持TSN,要如何解決兼容問題?

    林玉偉對此解釋道:“TSN是一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),老舊工廠內(nèi)設(shè)備間想要支持TSN,當(dāng)然還需要借助交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)、對應(yīng)的軟件等產(chǎn)品。但以PLC為例,作為工廠里最主要的控制器,其技術(shù)匹配度已經(jīng)走在設(shè)備的最前端。在TSN的各種以太網(wǎng)協(xié)議發(fā)布時,很多PLC廠商都嗅到商機(jī),并積極、大力地推廣,工廠的PLC產(chǎn)品一旦先行,周邊的設(shè)備也一定要跟齊,因此產(chǎn)品設(shè)備的部分,客戶其實并不用擔(dān)心,廠商會幫我們解決!

    TSN開啟IT和OT融合的新曙光

    CLPA中國支部高級工程師楊凱表示:“相對于傳統(tǒng)的CC-Link以及CC-Link IE,CC-Link IE TSN在開放性方面是史無前例的!蓖耆_放的架構(gòu)也是為了方便更多廠商進(jìn)行合作,以共同建立TSN標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)圈。

    據(jù)悉,包括三菱在內(nèi)的全球56家CC-Link IE TSN意向合作生產(chǎn)廠商,現(xiàn)已陸續(xù)推出從PLC、運(yùn)動控制器到交換機(jī)、I/O、伺服、機(jī)器人等全線產(chǎn)品。除了CC-Link IE TSN外,Modbus、Profinet、EtherNet/IP等協(xié)議也都紛紛上新,加入TSN的大家庭中。

    此外,在全球范圍內(nèi),設(shè)置了多個TSN試驗床,測試床旨在加速推動著技術(shù)落地,幫助TSN在不同行業(yè),尤其是在交通、5G垂直市場應(yīng)用、汽車、半導(dǎo)體等領(lǐng)域施展拳腳。

    在本次線上會議上,四位專家不約而同都表現(xiàn)出了對TSN生態(tài)圈的樂觀態(tài)度,認(rèn)為未來有望在5年內(nèi)建立亞洲TSN生態(tài)圈。

    過去,一個新技術(shù)的發(fā)展演進(jìn),要先經(jīng)過一連串小規(guī)模或特定應(yīng)用的試點,然后再慢慢向全行業(yè)擴(kuò)散。而TSN技術(shù)不一樣,它像是個含著金鑰匙降臨的新生兒,因為行業(yè)的認(rèn)可度極高,我們今天所看到的TSN發(fā)展現(xiàn)狀,是多個領(lǐng)域協(xié)會和聯(lián)盟共同推進(jìn)的結(jié)果。

    其實,TSN技術(shù)的未來已經(jīng)到來。

    未來,工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)將致力于滿足高可用性和實時通訊的需求。值得欣慰的是,標(biāo)準(zhǔn)組織和獨立的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議供應(yīng)商均已達(dá)成共識,洞見了這一發(fā)展趨勢的潛力,共同攜手推進(jìn)TSN這一下一代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。借助這股東風(fēng),脫離現(xiàn)有專屬架構(gòu)的限制,落地工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和實現(xiàn)IT、OT融合的宏圖大業(yè)又向前大跨了一步。讓我們共同期待TSN產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈的成型與壯大,未來讓新興通訊技術(shù)的基石,墊在每一個IIoT世界探索者的腳下。

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