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。

PROFINET和时间敏感网络(TSN)创造新机遇
时间敏感网络(TSN)在自动化领域赋能人工智能

如果能够支持目前尚不可行或者难以轻松使用的程序,那么新技术就能获得成功。其中一类应用就是运用日益广泛的人工智能(AI)。机器学习、图像识别和数据挖掘等应用的发展对自动化及网络化提出了更高要求。浏览白皮书,通过具体用例了解时间敏感网络(TSN)在AI应用中的优势。

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时间敏感网络(TSN)在自动化领域赋能人工智能

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。