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

　　然而，要想充分發(fā)揮數(shù)字化變革帶來的優(yōu)勢，構(gòu)建一個融合 IT 和 OT 技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)必不可少。通過連通機器設(shè)備、生產(chǎn)車間、企業(yè)管理等各層級的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、可視化、分析，從而在正確的時機和地點做出正確的決策。

　　為此，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)不僅需要承擔傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)實時通訊，而且還需要承擔大數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)娜蝿?，這就需要一個真正能夠“一網(wǎng)到底”的高帶寬、低延遲的確定性網(wǎng)絡(luò)，而傳統(tǒng)的標準以太網(wǎng)和各廠商主導的專有實時以太網(wǎng)均無法滿足這樣的需求。

　　更確切地說，未來統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施要具備確定性通訊能力，保證性能和服務質(zhì)量能與導致當前自動化孤島現(xiàn)象的各廠商專有協(xié)議水平相當，甚至優(yōu)于專有協(xié)議。令人欣喜的是，全球的一些標準組織和獨立供應商均已認識到互聯(lián)互通的潛在益處，正攜手為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)全新的統(tǒng)一基礎(chǔ)——時間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time Sensitive Network，簡稱 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)標準的制定以及測試床的建設(shè)，而且剛剛正式發(fā)布了兩款 TSN 交換機，將 TSN 真正的落地應用又推進了一步。為了了解 TSN 當前在全球的發(fā)展現(xiàn)狀和最新進展，TSN 可以為工業(yè)用戶帶來哪些具體價值，作為用戶，又該如何構(gòu)建一個 TSN 網(wǎng)絡(luò)？帶著這些問題，我們采訪了 Moxa TSN 中國區(qū)產(chǎn)品經(jīng)理張杰，就 TSN 的熱點問題進行了探討和交流。

　　TSN 將推動傳統(tǒng)自動化架構(gòu)的變革

　　CEC問：TSN 是當前工業(yè)通訊領(lǐng)域的熱點話題，為什么 TSN 會引起這么多人的關(guān)注？

　　張杰：TSN 是公認的下一代工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)之一。顧名思義，時間敏感網(wǎng)絡(luò)，在時間上它主要確保了重要的控制信號和數(shù)據(jù)能在控制系統(tǒng)接受的相應時間范圍內(nèi)，進行確定性的傳輸。如果我們傳統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)沒有變革，將受限于網(wǎng)絡(luò)的性能，無法將今天工廠里面各類數(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)建都沒辦法實現(xiàn)。TSN 是數(shù)據(jù)的應用結(jié)構(gòu)最大化、效益最大化的一個前提，它突破了以前高性能的實時以太網(wǎng)還是獨有封閉協(xié)議的缺點，在標準以太網(wǎng)上實現(xiàn)了高帶寬、確定性傳輸，因此被大家認可。

　　第二點，從用戶的層面來講，TSN 也的確解決了許多實實在在的問題。TSN 除了從根本上解決了在標準以太網(wǎng)里，控制系統(tǒng)沒辦法跟整個工廠網(wǎng)絡(luò)融合的大問題。對用戶來說，標準統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施會讓用戶擁有更多的選擇。因此 TSN 不管是從成本效益，還是從整個工程的實施上都有眾多裨益。

　　CEC問：那么 TSN 對工業(yè)自動化傳統(tǒng)架構(gòu)有何影響？又能如何推動工業(yè)自動化的變革？

　　張杰：在目前的工業(yè)自動化普渡模型（Purdue）中，從現(xiàn)場設(shè)備層、到控制層、生產(chǎn)管理層、企業(yè)管理層呈一個金字塔結(jié)構(gòu)，彼此孤立的專有協(xié)議占據(jù)著各個層級。然而，這一模型為當前工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施帶來了一系列挑戰(zhàn)。雖然獨立的專有協(xié)議在自身專業(yè)領(lǐng)域的自動化方面優(yōu)勢明顯，但各協(xié)議使用的“語言”不同，為實時通訊帶來很大難度。

　　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)存在延遲和控制問題，不能“共享線路”，傳輸速度無法超過 100 Mb/s，擴展性也因此受到影響。再者，各應用使用專有硬軟件也會影響互操作性，增加維護和運營成本。最終導致各層間難以實現(xiàn)系統(tǒng)集成和透明可視，對整個價值鏈造成不利影響。

　　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能力，來保持國際競爭力。這樣就需要利用大數(shù)據(jù)分析得出的相關(guān)洞見，即時滿足客戶需求，以更低成本優(yōu)化生產(chǎn)。所以來自行業(yè)內(nèi)部的需求，“自動化金字塔”正在向“自主型金字塔”轉(zhuǎn)型，可實時針對市場和商業(yè)環(huán)境作出反應。在這一新結(jié)構(gòu)中，彼此孤立的自動化孤島和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流能通過同一語言和統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施相互通訊。

　　圖2. 未來的普渡模型

　　而 TSN 的應運而生，使得這一新型自動化架構(gòu)變得可能。部署 TSN 后，制造商無需再受限于將自身應用困于自動化孤島的專有協(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，開啟工業(yè)應用一體化新時代。

　　TSN 將給用戶帶來哪些價值？

　　CEC問：在實際應用上，TSN 可以給用戶帶來哪些價值呢？

　　張杰：總的來說，在網(wǎng)絡(luò)層面，TSN 是對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的提升，在安全性、實施確定性、可靠性等性能提升外，客戶還可以實現(xiàn)即插即用。在管理能力層面，用戶只需要明確自己的傳輸需求，網(wǎng)絡(luò)就會自動下發(fā)需求，實現(xiàn)簡單易用。

　　首先，TSN 實現(xiàn)了實時的集中控制。以往，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)是相對封閉的獨立結(jié)構(gòu)，TSN 網(wǎng)絡(luò)讓系統(tǒng)在一個大網(wǎng)里，實現(xiàn)微秒級的實時反饋，可以讓支持 TSN 的 I/O 跟主站進行直接的信息交互和控制的反饋，省掉很多中間遠端的控制節(jié)點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時回收，部署、管理的效率也都會大大提升。

　　第二，TSN 能實現(xiàn)靈活擴展、即插即用。TSN 中的網(wǎng)絡(luò)集中配置中心（Center Network Configuration，簡稱 CNC）自動負責了大量的算法工作，用戶不需要具備大量的網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)知識。用戶只需明確要達到的效果，就能夠通過 CNC 自動完成配置下發(fā)和應用，整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也因此擁有了即插即用的靈活性。

　　第三，TSN 實現(xiàn)了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)和融合的應用。智能制造、大數(shù)據(jù)都強調(diào)橫向和縱向的打通，特別是橫向，想讓各個系統(tǒng)連到一個互通的網(wǎng)絡(luò)里。因為有了 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、達不到應有的控制效果等問題都將不復存在，真正意義上地把工廠連了起來，提升了整個數(shù)據(jù)流通運轉(zhuǎn)的效能，拿到更多的數(shù)據(jù)，另外也節(jié)省整個工廠部署的費用。統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)能夠融合更多的應用，它讓數(shù)據(jù)流通和應用更加高效，通過數(shù)據(jù)對產(chǎn)能、質(zhì)量和能效進行提升。

　　在應用層面，TSN 對終端用戶帶來的價值主要是體現(xiàn)在成本上。第一個是設(shè)備的成本，在以往的封閉網(wǎng)絡(luò)里面，它會有一些綁定的成本：比如說我用了某一個實時的網(wǎng)絡(luò)，可能成套的設(shè)備都是需要用這一家的，但 TSN 打破這個格局，它會在整個系統(tǒng)效能不變的情況下，更加開放和統(tǒng)一，用戶會有更多的選擇。此外，TSN 會給網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)帶來深遠的變革，TSN 不僅減少了冗余設(shè)備及運維的成本，集中的控制也減少了網(wǎng)絡(luò)運維和建構(gòu)的成本。

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

　　張杰：的確，TSN 的推廣需要一定的時間。TSN 產(chǎn)品在開發(fā)過程中會涉及到眾多廠商，廠商各自擁有自己的標準和設(shè)計，將多個零部件組合成一個精密物件，需要經(jīng)歷長時間測試和磨合?，F(xiàn)如今，全球范圍有 4 個典型的測試床，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 應用真正的第一步——敢用。

　　對用戶來說，沒有人想當小白鼠。而對于產(chǎn)業(yè)來看，如果要做大批量的部署，一定要是個成熟的方案。所以，TSN 廠商的設(shè)備是不是經(jīng)過了測試床的驗證，跟各廠聯(lián)通的調(diào)教和自己技術(shù)本身的迭代和演進是否到位，是現(xiàn)階段發(fā)展非常關(guān)鍵的一點！互通的測試是緩慢的，但也是必須的。

　　測試床規(guī)模的不斷擴大，也幫助了產(chǎn)品本身不斷完善，促進產(chǎn)品的正式上市和使用。例如國內(nèi)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）的 TSN 測試床，MOXA 也是第一批參與該測試床的廠商。目前市面上能看到的 TSN 產(chǎn)品也已經(jīng)越來越多，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，國家現(xiàn)在也有很多的政策試點、一些龍頭的企業(yè)，包括未來 5G 的成熟等都會推動 TSN 產(chǎn)業(yè)?？偟膩碚f，TSN 在國內(nèi)的發(fā)展其實挺快的。

　　如何構(gòu)建一個 TSN 網(wǎng)絡(luò)？

　　CEC問：對于 TSN 網(wǎng)絡(luò)搭建，你有哪些建議？作為一個用戶，如何構(gòu)建一個 TSN 的系統(tǒng)應用呢？需要從哪里開始？

　　張杰：如果用戶是行業(yè)的龍頭，我們建議你一定要趕上 TSN 這趟列車，新的技術(shù)會給整個自動化帶來變革性的影響，因此企業(yè)需要提前做好儲備。但如果中小企業(yè)，可以繼續(xù)持有觀望態(tài)度，等體系再成熟一點再去跟隨。因為 TSN 不是一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的問題，它是系統(tǒng)應用級問題。對于構(gòu)建 TSN 系統(tǒng)來說，理想化的全部替換不太現(xiàn)實，一般都需要經(jīng)歷一個過程。

　　因為 TSN 是基于標準以太網(wǎng)，起初用戶可能要經(jīng)歷 TSN 系統(tǒng)跟現(xiàn)有系統(tǒng)的共存階段。一個完整的 TSN 平臺，用戶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，還要有對應的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、軟件定義和相應的用戶定義界面等，因此對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)改造，用戶可能要先從局部開始。

　　舉個例子，比如你現(xiàn)有的系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫婵偸浅鰡栴}，或者現(xiàn)系統(tǒng)原本走總線，你希望它實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，你可以先把它變成 TSN 系統(tǒng)。亦或是，你可以在局部進行網(wǎng)絡(luò)改造，因為網(wǎng)絡(luò)可以在終端或端口打上 TSN 的標簽，某些程度上也可以實現(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)品的最近進展

　　CEC問：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？能為客戶帶來哪些價值？

　　張杰：Moxa 一直是工業(yè)通訊的領(lǐng)導者，基于此前在 TSN 上深耕多年的經(jīng)驗，參與了四個全球最具影響力的 TSN 互操作測試床項目，擁有大量客戶的溝通驗證，我們也非常了解工業(yè)客戶在構(gòu)建 TSN 系統(tǒng)時會遇到的困難。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)導者深入合作，嚴格測試 TSN 的互操作性，努力確保開發(fā)部署穩(wěn)定可靠。作為 OPC 基金會現(xiàn)場級通訊 （FLC） 指導委員會的初始成員之一，Moxa 全力支持將 TSN 等 OPC 統(tǒng)一架構(gòu)擴展至現(xiàn)場級的倡議。

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

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

　　張杰：確實，包括 Moxa 在內(nèi)目前全球范圍內(nèi)已經(jīng)有三家實現(xiàn)量產(chǎn)的 TSN 工業(yè)交換機廠家。Moxa 目前在國內(nèi)已經(jīng)正式上市了型號為 TSN-G5000 TSN 系列交換機，共有兩款產(chǎn)品，一個是 4 口的，一個是 8 口的，都是全千兆以太網(wǎng)交換機。支持的協(xié)議包括 802.1AS（定時和同步）、802.1Qbv（流量調(diào)度的增強功能）和 NETCONF/YANG 標準。

　　Moxa TSN-G5000 TSN 系列交換機

　　實際上，一些廠家在現(xiàn)階段還有很多測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候，不存在很多的問題，才能真正給客戶帶來價值，我覺得這點也是 TSN 產(chǎn)品能否量產(chǎn)和工業(yè)實際應用的關(guān)鍵。

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

　　CEC問：對于 TSN 的未來應用，您認為有哪些趨勢和前景？

　　張杰：目前來看，“室外用 5G，室內(nèi)用 TSN 是未來工業(yè)通訊技術(shù)演進的路線和趨勢。未來 5G 會往工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上延伸，而 TSN 網(wǎng)絡(luò)將負責工廠內(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)。當然，未來 5G 和 TSN 之間的協(xié)議層也有望被打通，屆時整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠發(fā)揮更大的利用價值，也將打開不一樣的世界。