什么是时间敏感网络?

时间敏感网络是一套旨在改善当前以太网实时性能的标准。因此其包含了IEEE 802.1标准化组织TSN任务组中定义的某些单独标准。

但以太网TSN标准并非是独立的通信协议, 而是用于功能定义。它定义了可由OPC UA或PROFINET等不同协议使用的功能。

视频:TSN实现IT与OT融合

TSN实现IT与OT融合

全新TSN标准的优势和特点

目前,为防止相互干扰,实时关键应用程序(比如 闭环控制、电网信号采集或运动控制)和数据密集型应用程序(如 视频流或IT系统)的数据传输都通过独立网络完成。但是,工作流程日益灵活且数字化,对IT与OT融合的需求不断增加,因此需要合并以前的独立系统。

通过扩展和适应现有的以太网标准,TSN在工业网络中实现了信息技术 (IT) 与工业运营技术 (OT) 融合。这意味着实时关键数据和数据密集型应用程序(比如 视频流)都可通过共享以太网电缆传输数据,且不会互相干扰。

TSN技术的工作原理

TSN基于不同标准中定义的三种核心机制。

交互式图像地图:三种网络融合核心机制
时间同步
如果时间同步,所有参与设备的时钟都将设置并同步至控制器周期,以便协调网络中的发送方和应用程序(标准IEEE 802.1AS-2019:时间和周期同步)。
调度和流量整形
借助调度和流量整形来控制实时关键和非实时关键数据流量。在此,所有参与设备均根据相同规则(标准IEEE 802.1Q-2018,并对调度流量、帧抢占和流进行修订)运行。
选择通信路径、预留可用带宽和容错
选择通信路径、预留可用带宽和容错均根据所有参与设备的相同规则(标准IEEE 802.1Q-2018和802.1CB:无缝冗余)进行。

网络中所有实时关键通信都组织成流,并根据相关数据包的要求和优先级提供相应质量的服务(带宽、延迟等)。使用前必须保留流,以便测试可用带宽与其他流的关系。网络管理引擎,也称为集中网络控制器或CNC(比如在控制器中),读取拓扑、计算流,并相应配置网络。

拓扑:从说话者到收听者的TSN流
从说话者到收听者的TSN流(通过TSN应用于PROFINET)
拓扑:网络管理引擎配置网络
网络管理引擎配置网络(通过TSN应用于PROFINET)
拓扑:支持各类协议的融合TSN网络
支持各类协议的融合TSN网络
帧抢占
帧抢占(通过TSN应用于PROFINET)
拓扑:时间同步
时间同步

通过TSN实施的协议

时间敏感网络可实现在一个融合网络中同时传输多种自动化和IT协议。

较常讨论的协议是PROFINET和OPC UA。但是,包括 CC-Link IE在内的其他系统也可与TSN一起使用。为确保这些协议不会在网络中相互干扰,需要就如何在网络中使用TSN机制达成共识。目前,在IEC/IEEE 60802-IA指导下,IEC和IEEE联合工作组创建了此配置文件。

信息图:联合TSN配置文件符合IEC/IEEE 60802 – IA标准

联合TSN配置文件符合IEC/IEEE 60802 – IA标准

PROFINET标准的2.4或更高版本已规定使用TSN标准(“流和配置”、“时间和周期同步”和“帧抢占”)。使用相应IEEE标准时,保留了PROFINET的基本属性。因此,已使用PROFINET TSN配置文件开发设备,并将很快上市。

目前,OPC基金会的现场级通信(FLC)计划正与TSN共同致力于OPC UA标准化。一旦完成标准化,就将与TSN一起开发支持OPC UA PubSub的相应设备。

我们对TSN的承诺

菲尼克斯 电气参与了所有相关标准化组织,例如 OPC 基金会和PI International,并积极致力于实施IEC/IEEE 60802规定的标准。此外,我们正在设计开发自有设备和系统解决方案,以期为工业自动化提供全面的TSN产品组合。从而使IT和OT及全电气社会各个领域保持统一互联。

其他新通信技术 直达现场的持续通信

各种委员会和标准化项目正不断推出全新通信标准,如OPC UA、TSN、SPE和5G。此类新技术不是彼此独立的,而是共同构成了未来通信技术的基本框架。
菲尼克斯电气作为在工业通信技术领域拥有30多年经验的技术先驱,积极参加了所有重要的标准化委员会。  这些委员会旨在为自动化领域开发一个全新的跨制造商通信标准。

您可在网页上了解有关新标准的更多信息。