时间敏感网络 — 直通未来：我们对数字化的承诺

　　数字化给工业通信设立了非常高的标准。凭借现场层的 PROFINET 和控制层的 OPC UA，西门子一直致力于推动基于开放通信标准的工业以太网快速发展。如今，西门子又更进一步：将时间敏感网络（TSN）标准应用于以太网，从而在工业网络中实现预留带宽、服务质量（QoS）机制、低传输延迟以及多种协议（包括实时协议）的并行传输。

　　随着生产过程数字化程度的不断提高，这要求工业通信越来越具有开放性、稳健性、确定性和灵活性。只有通信和响应极其敏捷的产线才能确保快速可靠地生产个性化产品，同时满足严格的交付计划。

迈向数字化的一大步

　　与工业控制系统把实时通信放首位不同， IT 系统则把对数据的开放访问看得更重，这也是企业分开运营这两种网络的原因。面对日益增长的数字化，这种分离现在必须由开放的、允许灵活性和确定性生产的端到端网络所取代。TSN （时间敏感网络）在 IEEE 802.1 框架范围内创建了标准的技术基础，以保证服务质量（QoS）和以太网日益增长的需求。TSN 包含多个独立的标准，这些标准只属于OSI 通信的第 2 层。这意味着使用 TSN，用户接口将保持不变。

　　从汽车工业到机械制造，或是食品饮料工业， TSN 为工业生产提供了决定性优势，包括预留带宽、服务质量（QoS）机制、低传输延迟和多协议（包括实时协议）的并行传输。西门子将凭借 TSN 打造工业网络的数字化转型---从现场层和机器对机器（M2M）通信到控制层和操作层。

共同推动发展

　　TSN 已经有了良好的开端。作为其持续开发的一部分，LNI4.0（Labs Network Industrie 4.0，工业4.0网络实验室）正在对TSN进行测试。LNI4.0 连接了遍及德国的测试环境和装置，以推进工业 4.0 的发展，西门子是创始成员之一。与许多其它工业企业一道，LNI4.0正在尽其所能的测试来自不同供应商 TSN 产品的互操作性，并依托其测试床研究评估 TSN 在M2M 通信和机械网络连接至云端方面的潜力。所获得的知识将根据需要提供给标准化委员会，以用于未来开发。

TSN 之路：PROFINET 和 OPC UA

　　TSN对现有IEEE 标准的影响仅限于 OSI 通信第 2层。TSN 不是通信协议；而是一项基本技术。在未来几年里，这项技术将成为 PROFINET和 OPC UA 发展的“加速器”。

PROFINET基于TSN --- 现场层通信

　　工业以太网标准 PROFINET 在现场层已经安装超过2000 多万个节点。为了让 PROFINET 用户未来能够在现场层从 TSN 中获益，PROFIBUS 和 PROFINET 国际（PI）已制定了基于 TSN 的 PROFINET 规范。西门子不仅仅是 PI 成员，其还积极致力于将 PROFINET 映射到 TSN 机制上。由于 OSI 第 7 层即 PROFINET 应用层是保留的，因此非常易于继续使用现有项目和程序。

　　TSN 的优势：

　　●提高处理高网络负载的稳健性
　　●标准硬件组件-包括同步应用
　　●轻松、经济、高效地实现 PROFINET设备
　　●有/无同步模式的技术：拓扑中无“孤岛”
　　●兼容性，得益于 PROFINET 应用中 OSI 第 7 层的保留
　　●未来的即插即用网络：简单（重新）配置，即使在持续运行期间也可实现。
　　●可扩展带宽（100/1000 Mbit/s）

OPC UA基于TSN --- 控制层和操作层通信

　　开放、独立于供应商、独立于平台的以太网标准 OPC UA 在从控制层往上具有其优势。对于控制层和操作层中时间要求严格的应用，西门子依托OPC UA PubSub和TSN，在跨越所有组件和系统的标准化网络中，实现机器与机器之间、机器与 MES 和 ERP 层之间快速、安全和可靠通信。

　　TSN 的优势：

　　●最大开放性：独立于供应商的通信
　　●多个协议并行传输（包括实时能力）
　　●提高服务质量（QoS）
　　●强大的机器通信：控制层和操作层的高性能通信
　　●动态、ad-hoc通信连接的潜力
　　●得益于 100/1000/10000 Mbit/s 的可扩展带宽，可传输大量数据

离散工业的TSN演示模型

机器间通过 TSN 进行通信---西门子展示其工作原理

　　M2M 间基于 TSN 的通信在实践中应用是怎样的？不要停留在理论上，西门子在展会上展示了实际的模型，其使用两个机器人的同步运动在实践中证明这一点。每一个机器人通过 PROFINET 与 SIMATIC 控制器进行通信。而两个控制器间则通过基于 TSN 的 OPC UA PubSub （发布/订阅）进行同步。得益于带宽预留，TSN 网络中的数据传输可进行精确预测，并与负载无关。

　　为演示 TSN 通信和标准以太网通信可以在同一网络中同时使用，模型中的数据也通过通信处理器从控制器传输到云端（例如：MindSphere）。