以太网

TSN:演进，工业系统的下一步

技术更新:IEEE时间敏感网络发展标准以太网，以支持关键和非关键流量共存的确定性网络。专家提供TSN更新和解释。

通过控制工程 2018年8月21日

最新的IEEE 802.1标准集，时间敏感网络(TSN)，是标准以太网的进化，使确定性网络支持共存的关键和非关键形式的流量。工业网络系统设计人员和工程师，以及终端用户，通过访问一个承诺减少延迟、共享同步时间、控制流量和标准以太网流量收敛的网络，从他们的系统中使用TSN中获益。该技术随着工业物联网(IIoT)的发展而不断发展，其新功能、用例和工具正在为工业应用做出贡献。

工业物联网的需求一直在稳步增长，而且由于网络技术的进步和采用，这一需求将继续以更快的速度增长。根据Zion Research的一份报告，由于制造成本的降低和传感器数据对实时供应链信息的贡献，工业物联网市场将会增长。这种增长正在创造更多的数据，这些数据将通过分布式网络收集，并将需要新的标准来管理和传输关键信息。这些因素为工业物联网、工业4.0和不断发展的技术创造了机会，以支持这一必要的业务转变。

Avnu联盟是一个负责为TSN设备测试创建一致性工具并促进工业联网系统设备制造商生态系统的联盟，正致力于推动工业物联网设备的互操作性。2017年，Avnu联盟的工业部门与顶级公司合作，通过参与TSN测试平台、插件会议和工业应用互操作性研讨会来推进TSN工具。

更新一个控制工程2017年1月的文章，“时间敏感的网络和实时以太网数据对未来的工业系统意味着什么?Avnu联盟解释了TSN在工业应用中的现状、技术和工具的发展，以及它们如何推进工业系统。

问:你能告诉我们去年以来关于TSN和Avnu联盟有什么更新吗?

答:Todd Walter，美国国家仪器公司，Avnu联盟工业部门主席兼董事会秘书:TSN工具和支持每年都在增长;2017年，有培训和最佳实践材料，以加快工业自动化应用。我们还宣布了第一套工业设备的TSN一致性测试，以测试房屋。Avnu已经为各种市场建立了通用音频视频桥接(AVB)工作组和TSN一致性和互操作性测试，我们正在利用这一经验为工业市场定义一个基线认证计划。

这些一致性测试将确保设备或硅符合相关的IEEE标准，以及Avnu为适当的系统互操作性所选择的附加要求。通过这个定义的过程，制造商将能够测试设备的流量整形机制、帧抢占、冗余、进入监管、严格的优先级和安全性，以确保他们的设备符合TSN，并将在真实世界的TSN系统中正常运行。

我们还加强和撬动了联络关系。Avnu是工业互联网联盟(IIC) TSN测试平台的成员。在汉诺威展览会上，我们参加了Edge Computing Consortium (ECC) TSN试验台的盛大开幕。

这些组织和其他组织正在共同努力，为工业市场创建一个统一的标准和可互操作的生态系统。市场对网络化工业系统的多层上层协议仍有需求。Avnu将这些不同的协议与一个公共基础连接起来，并为该基础通信级别(包括硅和基础设施)提供相应的一致性测试。Avnu与其他协议和标准组织(如OPC Foundation)合作，OPC Foundation为应用层提供一致性测试，以开发一个认证计划，允许业界测试所有层的一致性，并基于这些测试验证互操作性。

随着越来越多的设备进入市场，这个生态系统继续增长。3月，Avnu成员参加了IIC的TSN测试床插件大会，来自25家公司的TSN设备。我们看到的设备越多，完全实现工业网络的机会就越大，但这也需要跨生态系统进行更多的协作，以提供一个可互操作的基础。

问:在工业控制系统中使用TSN有什么好处?

丹齐尔·罗伯茨博士，英特尔公司TSN可用于广泛的工业应用，包括机器自动化、制造、医疗保健、运输、机器人等。这些系统是高度软件定义的，具有高可用性需求;它们建立在最近处理、通信和软件进步的基础上，包括每个行业对可靠性、寿命和所需性能的修改。

标准以太网已经应用于这些应用中，但还不够，因为没有严格的访问和流量控制，它不能保证网络延迟——闭环控制的一个重要组成部分。过程控制应用程序设备要求在数千个设备上的响应时间为20-100微秒。对于运动控制应用，设备必须在0.5-2微秒内作出响应，可能有多达300个驱动器。

TSN通过确保有限制的延迟、预留带宽和分布式定时来满足这些需求，这有助于提高生产率和正常运行时间。TSN还带来了一种全面的网络管理方法，要求在获取硬件或现场调试之前，能够离线建模网络流量和模拟加载的新工具。从数学的角度来看，调度变得更加可计算，允许系统设计者提前看到网络是否会成功。这极大地改变了设计和规划网络的工作流，并允许预测未来可能支持业务增长的能力。

问:工业设备的TSN符合性测试将如何帮助采用这一套标准?

A: René Hummen, Hirschmann Automation and Control:对于任何基于标准的技术，包括TSN，认证都是重要的一步。首先，标准通常是用自然语言编写的，与编程语言等构造语言相比，自然语言通常有歧义。这些歧义可能导致对标准的不同解释和实现。这反过来又妨碍了互操作性。认证确保实现在期望和行为上足够宽松，以支持标准的通用解释。换句话说，认证保证了来自不同供应商的设备能够协同工作。这意味着客户可以选择最适合需求的设备，而不局限于一个供应商。

工业通信领域的领先企业已承诺与Avnu联盟合作，确保确定性工业设备的互操作性。这些公司通过IIC TSN测试台和LNI 4.0 TSN测试台等测试台演示了供应商之间的互操作性。与其他标准小组和制造商合作的试验台工作可以帮助促进合作认证计划，成为TSN设备和更高级别协议的一致性和互操作性的“一站式商店”，即使在网络不断扩展和成熟的情况下，也能实现设备之间可靠通信的生态系统。

一致性测试和Avnu认证是TSN作为工业自动化互操作标准的关键，随着物联网基础设施和网络能力的增加，需要一个互操作的生态系统，允许多个制造商、协议和组织共享同一个TSN网络。Avnu的工作将继续推进一致性测试规范和方法，尽量减少设备功能的条件或特殊情况，从而实现更大的采用和一个充满活力的生态系统。

问:业界似乎热衷于为工业自动化设备创建互操作性。参与TSN试验台是否足够?

答:Steve Zuponcic，罗克韦尔自动化，Avnu联盟董事会成员:Avnu与其他在tsn相关领域开展工作的组织建立了若干联络关系。它们包括IIC、OPC基金会、IEC和IEEE。通过利用这些联络伙伴关系，可以综合和有效地交流从试验台和插件会议中吸取的经验教训，以加速创建一个开放的互操作生态系统的过程。

测试床只是实现可互操作生态系统所需的元素领域中的一个。测试床允许多个供应商对其他供应商的实现进行测试;它们测试一定程度的互操作性——但这并不一定意味着产品符合它们应该符合的标准。有可能两家供应商对标准的解释不正确——但方式是一样的。这些产品可以互操作，但它们不符合标准。另一方面，一致性测试旨在通过一系列严格的测试来运行产品，以确保产品符合其设计所依据的标准。这些测试一旦通过，产品就会获得认证，这意味着该产品被标记以表明它已经过符合标准的测试，并可与其他认证产品一起操作。

测试床的重点不同于一致性测试。这些测试的角色与编写规范的标准组织的角色是不同的。它们是互补的，并为互操作性创建了更强大的基础。

从正在进行的TSN测试平台活动和插件活动中吸取的经验教训有助于Avnu的一致性测试开发，并将在必要时继续提供给标准修订。通过Avnu提供的一致性测试和认证，将为工业物联网网络的互操作提供必要的基础，并为工业供应商提供参与TSN生态系统的更精简的工具，同时帮助终端用户实现网络聚合。

问:Avnu联盟如何与工业互联网等其他联盟和组织合作?

答:Paul Didier, Cisco, Avnu联盟董事会成员，IIC联络人:Avnu和IIC在工业物联网领域有很强的立足点，但有几个组织正在合作创建统一的标准和互操作的生态系统。这些机构包括用于一致性测试的Avnu，用于测试平台的IIC，边缘计算协会和LNI 4.0，以及用于建立标准的IEC, IEEE和OPC基金会。Avnu和OPC基金会正在合作创建一个OPC UA TSN一致性测试的一站式服务。

最终，Profi、ODVA、PowerLink等行业标准组织可能会采用测试功能来提供互操作性和遵从性。

Avnu联盟和IIC之间的联系已经产生了TSN测试平台，允许制造商和Avnu成员参加插件会议。插件会议的数量一直在增长，这有助于更多的公司在实际系统场景中测试他们的设备与其他设备的TSN部署，因此，更快速地响应市场需求。

我们加强了与其他联盟和协议组织的关系，标志着TSN在工业领域的进步。通过共同努力，我们正在与尽可能多的组织合作，以提高人们对所有开放标准的认识，并推动所有标准得到更广泛的采用。参与联合活动——比如继续改进和添加用例和产品到测试平台;识别和分享工业物联网最佳实践;通过协调架构和其他元素来实现互操作性;以及在标准化方面的合作，最终将创造出我们都预想的生态系统。

问:预计2018年下半年，TSN将取得哪些进展?

Tom Weingartner, ADI, Avnu Alliance董事会成员:Avnu联盟通过新的工具、活动、教育和资源持续支持TSN，这有助于TSN设备互操作的成员和生态系统的增长。我们最近与边缘计算联盟合作，于2018年4月在汉诺威展览会上宣布了他们的第一个OPC UA TSN测试台，我很高兴代表Avnu出席了此次发布的新闻发布会。ECC OPC UA TSN测试平台，覆盖了六个主要的工业互联网场景，验证了TSN的高确定性和低延迟特性，在展会上通过几个真实的制造场景进行了演示。结合OPC UA和TSN的好处包括通过独立于供应商的通信改进带宽、安全性、延迟、同步等。该试验台是一个系统中不同厂家设备互操作性的重要证明。

Avnu将继续增加对行业测试平台的支持，并将从这些平台获得的反馈和经验教训纳入我们不断发展的一致性测试计划。在这个avnu定义的基础上，我们打算支持额外的功能，包括支持多个IEEE 1588配置文件、扩展到非常大的网络架构的指导方针、集中和分布式网络配置，以及将多个网络聚合/组合到一个启用tsn的网络域。Avnu仍然专注于将众多其他TSN特性引入行业，包括计划流量、抢占和严格的优先级队列等。这些是支持工业控制系统的不同应用和交通等级所需要的。随着IEEE规范和工业市场的发展，Avnu将继续为所有合适的TSN特性添加认证和一致性测试。

Avnu仍然致力于加快设备互操作生态系统的目标，在2018年，我们的目标是巩固与其他协议组织和标准小组的额外联系关系。我们还将继续推动Avnu认证的时间同步，并围绕系统配置和基于TSN的工业系统设置开发额外的最佳实践和用例，以促进TSN的部署和促进系统集成。通过Avnu联盟及其成员的支持，这些活动将利用TSN测试计划和测试工具的新更新。

-内容经理马克·霍斯克编辑，控制工程,《媒体,mhoske@cfemedia.com．

关键词:听,工业以太网