數(shù)字化變革正在為工業(yè)自動(dòng)化和工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)振奮人心的新機(jī)遇。無(wú)論是提高資產(chǎn)利用率，還是從“產(chǎn)品即服務(wù)”模式中攫取新商機(jī)，這場(chǎng)變革將為您帶來(lái)所需的一切。

　　然而，要想充分發(fā)揮數(shù)字化變革帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建一個(gè)融合 IT 和 OT 技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)必不可少。通過(guò)連通機(jī)器設(shè)備、生產(chǎn)車(chē)間、企業(yè)管理等各層級(jí)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、可視化、分析，從而在正確的時(shí)機(jī)和地點(diǎn)做出正確的決策。

　　為此，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)不僅需要承擔(dān)傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)通訊，而且還需要承擔(dān)大數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)娜蝿?wù)，這就需要一個(gè)真正能夠“一網(wǎng)到底”的高帶寬、低延遲的確定性網(wǎng)絡(luò)，而傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和各廠商主導(dǎo)的專(zhuān)有實(shí)時(shí)以太網(wǎng)均無(wú)法滿(mǎn)足這樣的需求。

　　更確切地說(shuō)，未來(lái)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施要具備確定性通訊能力，保證性能和服務(wù)質(zhì)量能與導(dǎo)致當(dāng)前自動(dòng)化孤島現(xiàn)象的各廠商專(zhuān)有協(xié)議水平相當(dāng)，甚至優(yōu)于專(zhuān)有協(xié)議。令人欣喜的是，全球的一些標(biāo)準(zhǔn)組織和獨(dú)立供應(yīng)商均已認(rèn)識(shí)到互聯(lián)互通的潛在益處，正攜手為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)全新的統(tǒng)一基礎(chǔ)——時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time Sensitive Network，簡(jiǎn)稱(chēng) TSN）。

　　作為工業(yè)通訊領(lǐng)域的領(lǐng)先廠商，Moxa 一直在參與 TSN 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定以及測(cè)試床的建設(shè)，而且剛剛正式發(fā)布了兩款 TSN 交換機(jī)，將 TSN 真正的落地應(yīng)用又推進(jìn)了一步。為了了解 TSN 當(dāng)前在全球的發(fā)展現(xiàn)狀和最新進(jìn)展，TSN 可以為工業(yè)用戶(hù)帶來(lái)哪些具體價(jià)值，作為用戶(hù)，又該如何構(gòu)建一個(gè) TSN 網(wǎng)絡(luò)？帶著這些問(wèn)題，我們采訪了 Moxa TSN 中國(guó)區(qū)產(chǎn)品經(jīng)理張杰，就 TSN 的熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了探討和交流。

　　TSN 將推動(dòng)傳統(tǒng)自動(dòng)化架構(gòu)的變革

　　CEC問(wèn)：TSN 是當(dāng)前工業(yè)通訊領(lǐng)域的熱點(diǎn)話(huà)題，為什么 TSN 會(huì)引起這么多人的關(guān)注？

　　張杰：TSN 是公認(rèn)的下一代工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)之一。顧名思義，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)，在時(shí)間上它主要確保了重要的控制信號(hào)和數(shù)據(jù)能在控制系統(tǒng)接受的相應(yīng)時(shí)間范圍內(nèi)，進(jìn)行確定性的傳輸。如果我們傳統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有變革，將受限于網(wǎng)絡(luò)的性能，無(wú)法將今天工廠里面各類(lèi)數(shù)據(jù)都盡數(shù)收集，網(wǎng)絡(luò)的融合、大的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建都沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)。TSN 是數(shù)據(jù)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)最大化、效益最大化的一個(gè)前提，它突破了以前高性能的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)還是獨(dú)有封閉協(xié)議的缺點(diǎn)，在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)了高帶寬、確定性傳輸，因此被大家認(rèn)可。

　　第二點(diǎn)，從用戶(hù)的層面來(lái)講，TSN 也的確解決了許多實(shí)實(shí)在在的問(wèn)題。TSN 除了從根本上解決了在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)里，控制系統(tǒng)沒(méi)辦法跟整個(gè)工廠網(wǎng)絡(luò)融合的大問(wèn)題。對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施會(huì)讓用戶(hù)擁有更多的選擇。因此 TSN 不管是從成本效益，還是從整個(gè)工程的實(shí)施上都有眾多裨益。

　　CEC問(wèn)：那么 TSN 對(duì)工業(yè)自動(dòng)化傳統(tǒng)架構(gòu)有何影響？又能如何推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化的變革？

　　張杰：在目前的工業(yè)自動(dòng)化普渡模型（Purdue）中，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、到控制層、生產(chǎn)管理層、企業(yè)管理層呈一個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)，彼此孤立的專(zhuān)有協(xié)議占據(jù)著各個(gè)層級(jí)。然而，這一模型為當(dāng)前工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)了一系列挑戰(zhàn)。雖然獨(dú)立的專(zhuān)有協(xié)議在自身專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化方面優(yōu)勢(shì)明顯，但各協(xié)議使用的“語(yǔ)言”不同，為實(shí)時(shí)通訊帶來(lái)很大難度。

　　圖1. 目前的普渡模型

　　在這一模型中，傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)存在延遲和控制問(wèn)題，不能“共享線路”，傳輸速度無(wú)法超過(guò) 100 Mb/s，擴(kuò)展性也因此受到影響。再者，各應(yīng)用使用專(zhuān)有硬軟件也會(huì)影響互操作性，增加維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本。最終導(dǎo)致各層間難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成和透明可視，對(duì)整個(gè)價(jià)值鏈造成不利影響。

　　如今，企業(yè)需最大程度保持敏捷靈活、提高效率和迅速響應(yīng)能力，來(lái)保持國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。這樣就需要利用大數(shù)據(jù)分析得出的相關(guān)洞見(jiàn)，即時(shí)滿(mǎn)足客戶(hù)需求，以更低成本優(yōu)化生產(chǎn)。所以來(lái)自行業(yè)內(nèi)部的需求，“自動(dòng)化金字塔”正在向“自主型金字塔”轉(zhuǎn)型，可實(shí)時(shí)針對(duì)市場(chǎng)和商業(yè)環(huán)境作出反應(yīng)。在這一新結(jié)構(gòu)中，彼此孤立的自動(dòng)化孤島和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流能通過(guò)同一語(yǔ)言和統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施相互通訊。

　　圖2. 未來(lái)的普渡模型

　　而 TSN 的應(yīng)運(yùn)而生，使得這一新型自動(dòng)化架構(gòu)變得可能。部署 TSN 后，制造商無(wú)需再受限于將自身應(yīng)用困于自動(dòng)化孤島的專(zhuān)有協(xié)議和控制系統(tǒng)。全新的雙向通訊流將超越傳統(tǒng)普渡模型中的水平與垂直隔層，開(kāi)啟工業(yè)應(yīng)用一體化新時(shí)代。

　　TSN 將給用戶(hù)帶來(lái)哪些價(jià)值？

　　CEC問(wèn)：在實(shí)際應(yīng)用上，TSN 可以給用戶(hù)帶來(lái)哪些價(jià)值呢？

　　張杰：總的來(lái)說(shuō)，在網(wǎng)絡(luò)層面，TSN 是對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的提升，在安全性、實(shí)施確定性、可靠性等性能提升外，客戶(hù)還可以實(shí)現(xiàn)即插即用。在管理能力層面，用戶(hù)只需要明確自己的傳輸需求，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)自動(dòng)下發(fā)需求，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單易用。

　　首先，TSN 實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的集中控制。以往，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)是相對(duì)封閉的獨(dú)立結(jié)構(gòu)，TSN 網(wǎng)絡(luò)讓系統(tǒng)在一個(gè)大網(wǎng)里，實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的實(shí)時(shí)反饋，可以讓支持 TSN 的 I/O 跟主站進(jìn)行直接的信息交互和控制的反饋，省掉很多中間遠(yuǎn)端的控制節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)回收，部署、管理的效率也都會(huì)大大提升。

　　第二，TSN 能實(shí)現(xiàn)靈活擴(kuò)展、即插即用。TSN 中的網(wǎng)絡(luò)集中配置中心（Center Network Configuration，簡(jiǎn)稱(chēng) CNC）自動(dòng)負(fù)責(zé)了大量的算法工作，用戶(hù)不需要具備大量的網(wǎng)絡(luò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。用戶(hù)只需明確要達(dá)到的效果，就能夠通過(guò) CNC 自動(dòng)完成配置下發(fā)和應(yīng)用，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也因此擁有了即插即用的靈活性。

　　第三，TSN 實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)和融合的應(yīng)用。智能制造、大數(shù)據(jù)都強(qiáng)調(diào)橫向和縱向的打通，特別是橫向，想讓各個(gè)系統(tǒng)連到一個(gè)互通的網(wǎng)絡(luò)里。因?yàn)橛辛?TSN，在以前封閉網(wǎng)絡(luò)情況下的許多信息故障，如數(shù)據(jù)延遲、達(dá)不到應(yīng)有的控制效果等問(wèn)題都將不復(fù)存在，真正意義上地把工廠連了起來(lái)，提升了整個(gè)數(shù)據(jù)流通運(yùn)轉(zhuǎn)的效能，拿到更多的數(shù)據(jù)，另外也節(jié)省整個(gè)工廠部署的費(fèi)用。統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)能夠融合更多的應(yīng)用，它讓數(shù)據(jù)流通和應(yīng)用更加高效，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)能、質(zhì)量和能效進(jìn)行提升。

　　在應(yīng)用層面，TSN 對(duì)終端用戶(hù)帶來(lái)的價(jià)值主要是體現(xiàn)在成本上。第一個(gè)是設(shè)備的成本，在以往的封閉網(wǎng)絡(luò)里面，它會(huì)有一些綁定的成本：比如說(shuō)我用了某一個(gè)實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)，可能成套的設(shè)備都是需要用這一家的，但 TSN 打破這個(gè)格局，它會(huì)在整個(gè)系統(tǒng)效能不變的情況下，更加開(kāi)放和統(tǒng)一，用戶(hù)會(huì)有更多的選擇。此外，TSN 會(huì)給網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)帶來(lái)深遠(yuǎn)的變革，TSN 不僅減少了冗余設(shè)備及運(yùn)維的成本，集中的控制也減少了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和建構(gòu)的成本。

　　CEC問(wèn)：目前 TSN 在全球的發(fā)展和推廣看似并不快，實(shí)際的情況如何？

　　張杰：的確，TSN 的推廣需要一定的時(shí)間。TSN 產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)過(guò)程中會(huì)涉及到眾多廠商，廠商各自擁有自己的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)，將多個(gè)零部件組合成一個(gè)精密物件，需要經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試和磨合?，F(xiàn)如今，全球范圍有 4 個(gè)典型的測(cè)試床，其初衷也是便于廠商聚在一起做設(shè)備的調(diào)試。只有這些大廠之間先做到互聯(lián)互通，才能夠?qū)崿F(xiàn) TSN 應(yīng)用真正的第一步——敢用。

　　對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有人想當(dāng)小白鼠。而對(duì)于產(chǎn)業(yè)來(lái)看，如果要做大批量的部署，一定要是個(gè)成熟的方案。所以，TSN 廠商的設(shè)備是不是經(jīng)過(guò)了測(cè)試床的驗(yàn)證，跟各廠聯(lián)通的調(diào)教和自己技術(shù)本身的迭代和演進(jìn)是否到位，是現(xiàn)階段發(fā)展非常關(guān)鍵的一點(diǎn)！互通的測(cè)試是緩慢的，但也是必須的。

　　測(cè)試床規(guī)模的不斷擴(kuò)大，也幫助了產(chǎn)品本身不斷完善，促進(jìn)產(chǎn)品的正式上市和使用。例如國(guó)內(nèi)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）的 TSN 測(cè)試床，MOXA 也是第一批參與該測(cè)試床的廠商。目前市面上能看到的 TSN 產(chǎn)品也已經(jīng)越來(lái)越多，比如三菱、MOXA 等廠商都已經(jīng)上市了正式的商用產(chǎn)品。當(dāng)然，產(chǎn)品商用的成熟，也代表著 TSN 已經(jīng)到了快速的發(fā)展階段。此外，國(guó)家現(xiàn)在也有很多的政策試點(diǎn)、一些龍頭的企業(yè)，包括未來(lái) 5G 的成熟等都會(huì)推動(dòng) TSN 產(chǎn)業(yè)?？偟膩?lái)說(shuō)，TSN 在國(guó)內(nèi)的發(fā)展其實(shí)挺快的。

　　如何構(gòu)建一個(gè) TSN 網(wǎng)絡(luò)？

　　CEC問(wèn)：對(duì)于 TSN 網(wǎng)絡(luò)搭建，你有哪些建議？作為一個(gè)用戶(hù)，如何構(gòu)建一個(gè) TSN 的系統(tǒng)應(yīng)用呢？需要從哪里開(kāi)始？

　　張杰：如果用戶(hù)是行業(yè)的龍頭，我們建議你一定要趕上 TSN 這趟列車(chē)，新的技術(shù)會(huì)給整個(gè)自動(dòng)化帶來(lái)變革性的影響，因此企業(yè)需要提前做好儲(chǔ)備。但如果中小企業(yè)，可以繼續(xù)持有觀望態(tài)度，等體系再成熟一點(diǎn)再去跟隨。因?yàn)?TSN 不是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的問(wèn)題，它是系統(tǒng)應(yīng)用級(jí)問(wèn)題。對(duì)于構(gòu)建 TSN 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，理想化的全部替換不太現(xiàn)實(shí)，一般都需要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程。

　　因?yàn)?TSN 是基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，起初用戶(hù)可能要經(jīng)歷 TSN 系統(tǒng)跟現(xiàn)有系統(tǒng)的共存階段。一個(gè)完整的 TSN 平臺(tái)，用戶(hù)必須要具備和打通許多東西，包括終端設(shè)備需要支持 TSN 的硬件和 TSN 的協(xié)議，還要有對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、軟件定義和相應(yīng)的用戶(hù)定義界面等，因此對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)改造，用戶(hù)可能要先從局部開(kāi)始。

　　舉個(gè)例子，比如你現(xiàn)有的系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫婵偸浅鰡?wèn)題，或者現(xiàn)系統(tǒng)原本走總線，你希望它實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，你可以先把它變成 TSN 系統(tǒng)。亦或是，你可以在局部進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)可以在終端或端口打上 TSN 的標(biāo)簽，某些程度上也可以實(shí)現(xiàn) TSN 的一些效能，這些都是提升網(wǎng)絡(luò)效能的局部修改方向。

　　Moxa TSN 產(chǎn)品的最近進(jìn)展

　　CEC問(wèn)：Moxa 作為工業(yè)通訊領(lǐng)域的頭部廠商，目前在 TSN 領(lǐng)域扮演著什么樣的角色？能為客戶(hù)帶來(lái)哪些價(jià)值？

　　張杰：Moxa 一直是工業(yè)通訊的領(lǐng)導(dǎo)者，基于此前在 TSN 上深耕多年的經(jīng)驗(yàn)，參與了四個(gè)全球最具影響力的 TSN 互操作測(cè)試床項(xiàng)目，擁有大量客戶(hù)的溝通驗(yàn)證，我們也非常了解工業(yè)客戶(hù)在構(gòu)建 TSN 系統(tǒng)時(shí)會(huì)遇到的困難。為履行研發(fā)創(chuàng)新工業(yè)連接技術(shù)和解決方案的承諾，Moxa 與其他行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者深入合作，嚴(yán)格測(cè)試 TSN 的互操作性，努力確保開(kāi)發(fā)部署穩(wěn)定可靠。作為 OPC 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通訊 （FLC） 指導(dǎo)委員會(huì)的初始成員之一，Moxa 全力支持將 TSN 等 OPC 統(tǒng)一架構(gòu)擴(kuò)展至現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的倡議。

　　我們除了要給市場(chǎng)提供先進(jìn)可靠穩(wěn)定的 TSN 的設(shè)備和解決方案外，我們也會(huì)幫助客戶(hù)，如何把 TSN 的系統(tǒng)構(gòu)建起來(lái)，克服這些挑戰(zhàn)。作為設(shè)備供應(yīng)商，我們?nèi)韵Ｍ?TSN 這種下一代變革技術(shù)上，能夠給用戶(hù)提供更多的咨詢(xún)價(jià)值，能夠幫助他們更好地創(chuàng)造價(jià)值。

　　CEC問(wèn)：眾多通訊廠商已經(jīng)發(fā)布了 TSN 的交換機(jī)，這些產(chǎn)品已經(jīng)能夠正式投入使用了嗎？Moxa 在 TSN 產(chǎn)品方面的進(jìn)展是什么？

　　張杰：確實(shí)，包括 Moxa 在內(nèi)目前全球范圍內(nèi)已經(jīng)有三家實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的 TSN 工業(yè)交換機(jī)廠家。Moxa 目前在國(guó)內(nèi)已經(jīng)正式上市了型號(hào)為 TSN-G5000 TSN 系列交換機(jī)，共有兩款產(chǎn)品，一個(gè)是 4 口的，一個(gè)是 8 口的，都是全千兆以太網(wǎng)交換機(jī)。支持的協(xié)議包括 802.1AS（定時(shí)和同步）、802.1Qbv（流量調(diào)度的增強(qiáng)功能）和 NETCONF/YANG 標(biāo)準(zhǔn)。

　　Moxa TSN-G5000 TSN 系列交換機(jī)

　　實(shí)際上，一些廠家在現(xiàn)階段還有很多測(cè)試床的磨合工作要做。只有經(jīng)歷不斷迭代的成熟產(chǎn)品，才能夠確保在商用的時(shí)候，不存在很多的問(wèn)題，才能真正給客戶(hù)帶來(lái)價(jià)值，我覺(jué)得這點(diǎn)也是 TSN 產(chǎn)品能否量產(chǎn)和工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。

　　Moxa 的 TSN 交換機(jī)并不是簡(jiǎn)單地將現(xiàn)成的 TSN 芯片功能集成再嵌入，也不是未成熟的工程機(jī)，而是基于豐富行業(yè)經(jīng)驗(yàn)自主開(kāi)發(fā)，且已經(jīng)商業(yè)化量產(chǎn)的可靠產(chǎn)品。

　　CEC問(wèn)：對(duì)于 TSN 的未來(lái)應(yīng)用，您認(rèn)為有哪些趨勢(shì)和前景？

　　張杰：目前來(lái)看，“室外用 5G，室內(nèi)用 TSN 是未來(lái)工業(yè)通訊技術(shù)演進(jìn)的路線和趨勢(shì)。未來(lái) 5G 會(huì)往工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上延伸，而 TSN 網(wǎng)絡(luò)將負(fù)責(zé)工廠內(nèi)網(wǎng)，從而打造內(nèi)外一體的低延遲，高精度可靠網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，未來(lái) 5G 和 TSN 之間的協(xié)議層也有望被打通，屆時(shí)整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠發(fā)揮更大的利用價(jià)值，也將打開(kāi)不一樣的世界。