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人类对自然的探索是无穷无尽的，一项新技术或理论可能会开启一个新时代。远程信息交互通过编码和相应的电处理技术实现。电话解决了异地间的实时话音通信问题。互联网技术是通信技术的革命，实现了文本、语音、图片和视频信息的实时传播。在网络技术不断发展的过程中，也存在着端到端延迟不确定、带宽不足、安全等问题。特别是随着物联网技术的发展，不同的场景和业务对数据传输有不同的要求，这些问题日益突出。

现代工厂现场包括各种生产数据、通信设备、生产控制设备和传感器；各设备需要通过网络有机连接。为了提高效率，现场控制和运动在毫厘米之间，这就要求通信和处理必须尽可能短。当多个动作和步骤受到限制时，仍然需要时差。传统上，工业以太网和工业总线通常通过工业以太网与执行层设备连接。在这种背景下，传统工业以太网和工业总线存在标准不同、无法对接等缺点TSN（Time Sensitive Networking，时间敏感网络)进入人们的视野。TSN的优点。

图1 时间敏感网络的特点

TSN一组以太网标准遵循AVB通过精确的时间同步、定时调度、帧抢占、帧复制消除、安全连接等核心技术，实现了时间同步的低延迟流服务，为系统中的每个单元提供低延迟等时的标准数据UI以及文件交换基础设施的集成。

图2 企业生产网络示意图

有关TSN这里就不赘述标准、技术、性能和关键指标了以参考IEEE 802.1相关工作组的内容。以下是重点TSN融合、进化等。

TSN是否等同于实时通信

答案是否定的。实时通信是网络通信追求的最终目标。通过不断的探索和研究，人类一次又一次地接近零时延，目前是5G在场景中，端对端通信的延迟可以达到毫秒级，但在追求低延迟的同时，有些场景希望端对端抖动足够小（抖动比延迟小一个数量级）。如端对端延迟控制在1ms在内部，端对端的抖动需要控制在100us内，否则延迟1ms毫无意义；在工业现场传感器、控制系统和执行系统之间，需要实时通信，以满足执行机构之间的合作，生产高精度的产品。

实时通信主要是在传输媒体、报纸和协议处理方面；等时实时通信是在实时通信的基础上引入高精度时钟，在同一节拍下调度整个网络，既满足实时要求，又合理控制端对端的抖动时间。等时有一个很好的例子:3G/4G与传统窄带相比，传统窄带的速率E1/T1要快很多，但是不管用VoLte语音通话效果等技术无法与基于TDMA与固话相比。

在万物互联网时代，设备和系统之间的协调将更加紧密，迫切需要端对端的实时通信；基于时间等待的基础网络将是未来5~10年的发展方向。

TSN与OPC UA的结合

OPC UA定义了一套通用的数据描述和语法表达方法(信息模型)，如果使用每个系统OPC UA其它系统可以方便地获取和集成信息模型。也就是说，OPC UA为工厂车间与企业之间的数据和信息传输提供与平台无关的互操作标准。

TSN与OPC UA都是近年来工业互联网领域的热门词汇。在OT和IT在整合趋势中，大量工业设备的连接需要数据的交换和可操作性，以及网络的实时性和确定性。可以说OPC UA over TSN就是为OT和IT面向未来的工业网络互联网的整合和解决。据统计，目前世界上常用的总线和工业以太网协议有40多种。此外，一些直接使用私人协议实现工业设备的信息交互，形成了竖井业务系统。同一系统中的数据可以交换，但跨系统之间的数据交换非常困难。通过设备间，通过通信技术有机连接各系统，实现企业资源的垂直整合，已成为不可逆转的趋势。我们希望使用一套完整的接口、属性和方法标准集，为工业互联网工厂系统中的系统和单元数据提供无缝集成。

图3 OPC UA TSN满足当今制造业应用所需的所有通信需求

随着现代企业规模的不断扩大，相应的信息系统变得越来越复杂。为了在复杂环境下实现高确定性、低延迟和与平台无关的互操作，通常建立现场级、车间级和企业级通信系统。OPC UA over TSN 边缘计算平台的功能提供了很大的想象空间，通过传感器收集各种数据，在边缘侧进行预测和分析实现云深度分析和工业流程优化。可喜的是IEEE和ECC等待组织布局。

TSN工业互联网

进入工业4.0时代，IT与OT讨论工业互联网是姓工还是姓互仍然是热门话题。目前，移动互联网的拐点已经到来。在工业互联网时代，它将与工业优化应用和海量设备向上连接。凭借先进的计算架构和高性能的云计算基础设施，工业互联网平台可以实现海量异构数据的集成、存储和计算。工业互联网发展至少有三个高峰：

一、网络协议

据统计，目前世界上常用的总线和工业以太网协议有40多种，加上一些变体和私人协议，1000种。不同时期、不同品牌、不同协议的工业设备有不同格式的数据通信协议。因此，不同工业设备之间的连接是一个极其复杂的问题。

二是知识壁垒

俗话说，隔行如隔山。随着工业革命的推进，行业越细越专业；不同的行业和专业有不同的细分技术和独特的专业知识。例如，无论医疗设备行业互联网平台有多好，都不太可能被工程机械企业采用。

三是平台互联

目前，中国有许多大大小小的工业互联网平台。这些平台无法连接，形成了竖井业务系统。后续将逐步整合，形成寡头经济，就像消费互联网一样，谁更快地建立平台，谁的平台CentralSemiconductor代理台湾服务更好，谁的平台为入驻企业创造更高的价值，谁就剩下的寡头之一。

说白了，这三个高峰都是由不同的标准造成的，无法互联，形成引起的。TSN＋OPC UA已成为行业统一标准的共识。

TSN与5G的互通

5G相比4G在性能和速度上都有了很大的提高，尤其是无线接入网络（RAN）提供更好的可靠性和传输延迟。通过无线场景TSN和5G实现端对端超低延迟，可满足对时间敏感的业务需求。可以说5G与TSN融合是一个广阔的领域。如下图所示，拉通无线接入网络和核心网络。可喜的是在3GPP支持不同版本TSN为了有效支持低延迟应用的快速确认，还做了大量的工作：灵活的参数集、较小的数据间隙、快速确认等uRLLC场景做了很多优化。

图4 5G端对端网络示意图

同时在基站侧引入MEC，构成云、边、端三体协作的最佳解决方案，基础设施延迟低、可靠性高、时间同步准确，成为实时物联网RT-IoT的典范。

TSN部署演进

目前，工厂网络采用典型的两层三架构，其中IT和OT通过网关实现两层网络之间的互联和安全隔离；工厂、车间和现场的网络配置和管理策略是独立的。随着TSN＋OPC UA随着底层互联、语义转换和信息技术的发展，原有的两层和三层架构将变得模糊、更加平坦和高效。但这一过程将经过几个阶段的演变：

1. 孤岛式TSN网络

TSN＋OPC UA随着现有种类繁多的工业协议的出现，现场级网络逐渐被替换TSN各现场设备之间的互联互通是基于统一通信的。

这个阶段，TSN等时实时网络作为低延迟、高吞吐量的网络，将与传统互联网、工业以太网等共存。

2. 局域式TSN网络

孤岛式TSN网络仍局限于现场级，服务于以工单为单位生产单个零件和模块IT和OT还是分开的。我们希望工厂是一个整体，从上到下或从下到上都是一个有机的整体；因此，从订单到ERP；再到MES、SCADA工单和流程分解；PLC和HMI中继；最后驱动到传感器和执行器等。现场、车间和工厂内部IT管理系统相互完全连接，真正实现IT与OT的融合。

3. 跨域式TSN网络

TSN网络不仅用于工业互联网，还用于娱乐领域，如网络直播。目前，网络直播通常是基于Internet，通过试图在直播源和接收之间传输的网络，其中CDN负责中继和分发；数据加速技术可以提高数据传输效率，但这些问题只能优化，不能从根本上解决。若采用端对端TSN，能有效解决传输延迟和抖动问题。

全光网络(如:OXC），调度上采用TSN实现跨域模型TSN。最近，思科宣布收购光网技术公司26亿美元Acacia，很明显，思科在硅光领域的努力，将硅光产品纳入思科的整体解决方案，为跨域多云提供了强大的竞争力。硅光在降低功耗和延迟方面具有很大的优势。

同时，毫米波5将用于无线G，Wi-Fi 6.低延迟传输最终将实现TSN有线无线统一。

新华三的TSN布局

松散型消费互联网将牵引紧密型工业互联网在接下来的5~10年里，各方都在聚集能量，蓄势待发。

图5 新华三工业互联网网络架构架构

基于新华三工业互联网网络的基础SDN/NFV、大数据、人工智能等新技术形成了定义灵活、安全可靠的柔性网络。关键组件包括TSN时间敏感以太网，SNA Center(先知网络中心)等。IT/OT提供多维可视、安全可靠、智能运维的网络服务，建立从现场层、控制层、管理层到云层的融合网络，也为跨域做好了准备。

1.通过平面集成网络架构，采用平面集成网络架构TSN提供低延迟、高可靠的确定性网络的核心技术，IT和OT设备统一访问同一网络，实现控制信息等实时数据和数据信息等非实时数据在同一网络中传输，满足实时监控、自动控制、业务管理等工业生产过程的需要。

2.提供有线和无线集成网络，实现工厂有线和无线网络的全覆盖，解决信息岛问题，满足整个生产过程和无死角的网络覆盖需求，支持工厂信息收集和生产控制的应用需求。

3．SNA Center包括先知分析器在内的大脑作为整个网络，SDN控制器、网络管理、安全控制等核心组件，具有统一管理、控制和智能分析网络、业务安排的能力。SNA Center具有全球视角，可以解决不同网络管理领域之间的协同问题，从而简化运维，减少运维OPEX；同时SNA Center可以实时感知网络状态。基于用户意图或网络状态分析，可以实现业务自动化部署和风险预测，使网络更加智能、简洁、智能、高效地服务业务。

4．SNA Center通过高性能 API Gateway 提供符合 RESTful 标准的北向 API，并支持对接IT、OT实现应用系统SNA网络可编程自动化，传递智能生产、个性化定制等应用需求SNA Center，SNA Center通过灵活定义，理解业务意图，分析成网络语言，快速构建适合生产环境的柔性网络。

结束语

除了能否真正解决实际问题外，正解决实际问题外，还应该关注其进化、生态等。随着系统和节点的密切协调和效率的不断提高，TSN不但可靠，而且会大放异彩。