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通過(guò)增加服務(wù)質(zhì)量機制，成熟的以太網(wǎng)通信標準得到進(jìn)一步優(yōu)化。得益于新的IEEE標準，以太網(wǎng)將能在預定義的長(cháng)時(shí)限內，可靠地進(jìn)行多協(xié)議（包括實(shí)時(shí)協(xié)議）并行傳輸。工業(yè)用戶(hù)和汽車(chē)制造商已經(jīng)準備好使用新標準。

機械臂動(dòng)作整齊劃一，分毫不差，靈活自如地擺動(dòng)著(zhù)機械爪。兩個(gè)工業(yè)機器人跳著(zhù)優(yōu)雅的機械芭蕾，讓人覺(jué)察不到哪怕一絲遲延。這樣的*協(xié)調，歸功于一項正在揭開(kāi)工業(yè)通信新紀元的技術(shù)：時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )（TSN）。

過(guò)去40年，在通過(guò)電纜傳輸數字數據方面，以太網(wǎng)已是*的*。西門(mén)子從一開(kāi)始就積極投身這個(gè)領(lǐng)域，并推出了市場(chǎng)上一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )：SINEC H1。自此之后，以太網(wǎng)不單用于辦公室，尤其還用于工業(yè)制造環(huán)境。然而，以太網(wǎng)標準從誕生之初就存在一個(gè)問(wèn)題——它不能保證發(fā)送方發(fā)出的數據包能在一定時(shí)間內送達接收方。對于工業(yè)控制器，這樣的情況是不能容忍的。要知道，機器的可靠運行，依賴(lài)于傳感器測量數據和控制信號在短時(shí)間內送達目的地。它們需要時(shí)延低至毫秒級的實(shí)時(shí)通信——這項任務(wù)超出了以太網(wǎng)的設計初衷。

一個(gè)重要發(fā)展：未來(lái)，一切都將建立在支持TSN的以太網(wǎng)之上，可以按要求實(shí)現并行操作。

正因如此，想要在以太網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)時(shí)通信的用戶(hù)必須部署擴展性技術(shù)，如應用廣泛的Profinet標準。舉例來(lái)講，在機器中，這個(gè)標準通過(guò)向以太網(wǎng)添加實(shí)時(shí)數據傳輸能力，將傳感器、執行機構和驅動(dòng)器等連接至中央控制器，從而實(shí)現包括精準控制伺服驅動(dòng)器的應用。西門(mén)子Simatic控制器業(yè)務(wù)部門(mén)的系統管理負責人Matthias G?rtner解釋道，“然而，要做到這一點(diǎn)，通常需要在連接設備內加裝特殊硬件組件。不僅如此，各種實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)解決方案不能在同一個(gè)以太網(wǎng)上并行運行。”

很快，這個(gè)問(wèn)題將成為歷史，因為負責為各種系統制定標準的電氣和電子工程師協(xié)會(huì )（IEEE）已通過(guò)添加實(shí)時(shí)通信機制擴展了以太網(wǎng)，從而滿(mǎn)足這一迫切需求。這些機制包括時(shí)間控制傳輸、同步和帶寬預留等。通過(guò)這種方式，IEEE借助TSN提高了服務(wù)質(zhì)量。這樣一來(lái)，以太網(wǎng)將能夠向連接的所有支持這些擴展標準的設備提供相同的時(shí)間信息。終，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )將實(shí)現精確同步。除此之外，預留協(xié)議可確保按照預定義的時(shí)間表，通過(guò)所有中間交換機將數據包從發(fā)送方傳送至目的地。TSN標準還將有關(guān)網(wǎng)絡(luò )的拓撲納入考慮，即，網(wǎng)絡(luò )部署是星型、環(huán)型，還是線(xiàn)型，以及發(fā)送方與接收方之間的交換機的數量。此外，TSN標準還包含無(wú)縫冗余流程。

引起工業(yè)界普遍關(guān)注：除在機器內部進(jìn)行實(shí)時(shí)通信之外，現在還可以在機器之間實(shí)現實(shí)時(shí)通信，從而提高整個(gè)工廠(chǎng)系統的吞吐量。

單個(gè)網(wǎng)絡(luò )傳輸所有數據

G?rtner指出，“對于以太網(wǎng)而言，這是一個(gè)歷史性時(shí)刻。未來(lái)，將有可能使用面向Profinet及其他基于TSN的實(shí)時(shí)工業(yè)通信協(xié)議的標準硬件組件。這將實(shí)現在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上同時(shí)傳輸所有數據，包括實(shí)時(shí)信息。”用戶(hù)將自然而然地獲益于標準以太網(wǎng)帶寬穩步提高，隨著(zhù)自動(dòng)化系統的IP連接與日俱增，帶寬需求將不斷增長(cháng)。此外，TSN交換機堅決將交換資源預留用于所請求的實(shí)時(shí)通信需求，確保不再因緩沖器溢出而導致數據丟失，因此，通信將更加穩健。

除對通過(guò)Profinet實(shí)現機器內部實(shí)時(shí)通信的需求日益增長(cháng)之外，對不同機器之間的確定性（即預定的）數據交換的需求也越來(lái)越大。譬如，同時(shí)對一個(gè)工件執行操作的協(xié)作機器人，它們必須精確協(xié)調彼此的動(dòng)作?，F在，具備PubSub（發(fā)布/訂閱）擴展的OPC UA標準已在這個(gè)領(lǐng)域站穩腳跟。它也可以采用TSN以太網(wǎng)作為傳輸介質(zhì)。G?rtner表示，“預計，TSN以太網(wǎng)將被引入整個(gè)工業(yè)制造流程。不僅如此，譬如，汽車(chē)制造商也希望使用這種新標準來(lái)發(fā)送倒車(chē)后視攝像頭生成的大量數據，或者實(shí)現無(wú)人駕駛。無(wú)人駕駛的實(shí)現，離不開(kāi)包含服務(wù)質(zhì)量機制的車(chē)載網(wǎng)絡(luò )。”現在，時(shí)機已經(jīng)成熟。一個(gè)TSN組件現已投放市場(chǎng)，在2018年德國漢諾威工業(yè)博覽會(huì )上，西門(mén)子將使用實(shí)際的TSN產(chǎn)品來(lái)演示基于OPC UA PubSub的確定性機器間通信。這些產(chǎn)品將于今年年底開(kāi)始銷(xiāo)售，屆時(shí)，TSN以太網(wǎng)將終來(lái)到數字化和“工業(yè)4.0”的現代化世界。