作者：EtherCAT技術協(xié)會KarlWeber博士

摘要：EtherCAT是現(xiàn)場總線領域的主流技術，以太網(wǎng)是使用交換機技術的有線辦公應用的標準。TSN則是在異構(gòu)環(huán)境中實現(xiàn)實時通信的推動者。在某些情況下，這兩種技術的結(jié)合是一種必然。更好理解TSN和“高速通道”（stream）通信概念是在工廠進行成功實施的先決條件。在EtherCAT系統(tǒng)中可以高效實現(xiàn)對TSN的實施，即在主站側(cè)進行升級，無需更改從站，并可在連接EtherCAT網(wǎng)段的網(wǎng)橋上進行適度擴展。

I.目標

自IEEE802.1工作組中的相關任務小組建立以來，TSN就成為人們所熟知的“時間敏感網(wǎng)絡”的縮寫。本白皮書闡述了如何在工業(yè)自動化環(huán)境中使用這一新興技術。TSN技術可以被廣泛用于各種不同的應用中，包括音頻/視頻（A/V）、汽車、移動網(wǎng)絡基站與能源生產(chǎn)等領域。TSN模型將“高速數(shù)據(jù)通道”（stream）引入IEEE802.1語境。此模型提供一系列的用于提升高速通道實時性的特征，但并未定義如何在特定的環(huán)境中使用它。“工具箱”一詞用于解釋在工業(yè)自動化語境中描述TSN應用所需要的模型。

EtherCAT利用TSN的方式并不是將兩種技術混合，而是定義了為使用TSN高速通道所做的適應性改變——“EtherCATTSN通信行規(guī)”。該行規(guī)沒有選擇特定的TSN元素，為主站與從站網(wǎng)段上轉(zhuǎn)發(fā)的TSN高速通道提供所有選項。不需要對從站網(wǎng)段做任何改變。因此，行規(guī)要求主站系統(tǒng)提供商來集成高速通道功能，系統(tǒng)集成商選擇適用于TSN-EtherCAT網(wǎng)段適配的組件即可。這一規(guī)劃將幫助自動化組件的制造商、機器制造商和生產(chǎn)技術專家采取合理的步驟使用TSN。

II.EtherCAT與TSN——工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的最佳實踐

1、TSN的演變

TSN是一組連接終端節(jié)點的橋接標準。“橋接”一詞用于標準的規(guī)范中，但更為大眾的說法是“交換”。TSN獨立于底層通信技術，盡管以太網(wǎng)是其首選使用的物理基礎。在典型的辦公使用場景下，交換機的使用對響應時間無明顯影響，這是由于在網(wǎng)絡客戶端與服務器之間并沒有級聯(lián)過多的交換機，而且人類的互動對于網(wǎng)絡傳輸?shù)捻憫笤诿爰墑e即可。對于交換機網(wǎng)絡中低延遲通信的理解要求我們更深入地了解標準辦公通信。

以太網(wǎng)擁有超過40年的歷史。它起始于美國DEC、英特爾和施樂公司對于建立計算機間靈活的連接方式所作出的共同努力。當時主流的使用場景是工作站到服務器之間的連接。在一開始對于靈活性的要求就十分關鍵，所以通信機制被設定為使用“Best-effort”概念，這一概念就是源于客戶端-服務器通信。Best-effort意味著客戶端可以平等的訪問數(shù)據(jù)，任何客戶端都不會被給予優(yōu)先的數(shù)據(jù)訪問權。如果太多客戶端同時在單一通路上嘗試訪問數(shù)據(jù)，則會導致通信以及服務器響應延時。

這一概念并未隨著因特網(wǎng)的發(fā)展而改變，只不過工作站轉(zhuǎn)變?yōu)閭€人電腦，最終演變?yōu)橹悄苁謾C，同樣連接到網(wǎng)絡服務器與云端。以太網(wǎng)是一種本地局域網(wǎng)（LAN）概念，屬于因特網(wǎng)的子網(wǎng)。但是子網(wǎng)變得越來越大，原始的以太網(wǎng)概念卻沒有隨著節(jié)點數(shù)的增多而變化。由IEEE802.1于25年前提出的橋接技術可顯著改善這一狀況。它使得同時使用不同速度的網(wǎng)絡成為可能，并且允許方便地與其他網(wǎng)絡技術（如無線技術）進行集成。橋接技術將通信網(wǎng)絡分為終端節(jié)點和通信基礎架構(gòu)。Best-effort范式曾是所有這些技術發(fā)展的基準。

工業(yè)通信協(xié)議——一般指各種現(xiàn)場總線，形成于80年代晚期，并在將近五年后取得重大突破。工業(yè)控制器不再需要集成的、廠家特制的模塊與用于連接傳感器和執(zhí)行器的擴展線纜，取而代之的是結(jié)構(gòu)化的來自不同技術提供者的I/O模塊的網(wǎng)絡。自動化領域的技術基準一直是服務質(zhì)量的保障。這意味著通信帶寬的有效利用、低丟幀率和有限的通信延時。開始EtherCAT與TSN——工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的最佳實踐?EtherCATTechnologyGroupwww.ethercat.org.cn5/14時人們大多選用特定的通信技術，而基于PC的系統(tǒng)提供的更高的帶寬與可用性使得以太網(wǎng)成為了可行的現(xiàn)場總線。但是在自動化領域中采用Best-effort原則（以因特網(wǎng)的方式）使用以太網(wǎng)卻很難，即便一些組織為在現(xiàn)場總線環(huán)境中使用未經(jīng)調(diào)整的基礎構(gòu)件而創(chuàng)立了一些規(guī)則，如：限制非實時通信量或者減少站點數(shù)量?；谝蕴W(wǎng)的現(xiàn)場總線的方法是一種使用雙端口設備的集成化網(wǎng)絡，可用于替代通用的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡中的線性拓撲。在具備典型的8字節(jié)長度過程數(shù)據(jù)的現(xiàn)場設備中，使用獨立幀的方法將導致效率低下，浪費高達90%的以太網(wǎng)帶寬，就如同每個包裹都是用單獨的一輛卡車轉(zhuǎn)運。這一問題的解決是EtherCAT方式如此成功的原因。EtherCAT提供了經(jīng)過完全修改的橋接概念，可以解決如前所述的因特網(wǎng)基礎構(gòu)建帶來的問題。共享幀轉(zhuǎn)發(fā)和飛速處理是其改善以太網(wǎng)性能的核心機制，它充分利用了以太網(wǎng)資源，顯著提升了應用的性能。

作為IEEE802中發(fā)生的范式轉(zhuǎn)移，TSN瞄準了各種行業(yè)中的實時應用。在IEEE802.1環(huán)境中，TSN盡可能快地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，并且不因擁堵而導致丟幀。這意味著Best-effort機制需要做很多修正，可能需要一段時間去解決這個問題。但是這并未解決以太網(wǎng)的基本問題，如獨立幀方法帶來的效率低下、幀轉(zhuǎn)發(fā)進程的復雜性和性能等問題。

TSN不是一個真正的現(xiàn)場總線的替代方案，因其僅僅提供了其他可選方案的10%的性能，并且其要求使用者等待技術提供者進行必要的系統(tǒng)微調(diào)。由此TSN完全取代CAN或者PROFIBUS的實際機會為零。在給定通信速率的前提下，EtherCAT提供了更加優(yōu)越的性能。TSN同樣不能取代EtherCAT。

但是，TSN在有異構(gòu)網(wǎng)絡需求和存在大量因特網(wǎng)傳輸?shù)膽脠鼍爸芯哂袃?yōu)勢。多臺相EtherCAT與TSN——工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的最佳實踐?EtherCATTechnologyGroupwww.ethercat.org.cn6/14機（攝像機）和/或大量不同的實時標準的組合應用可能是使用TSN作為基干網(wǎng)絡的原因。只有一個以太網(wǎng)接口的嵌入式PC通過訪問TSN網(wǎng)絡實現(xiàn)虛擬端口的倍增。作為已有眾多可選設備的現(xiàn)場總線，EtherCAT與TSN并存將成為未來十年自動化通信基礎架構(gòu)的另一種選擇。

2、可能的應用場景

TSN不局限于工業(yè)自動化，相反，還有很多其他可能的應用實例。

IEEE802.1任務組曾被稱為AVB（音頻視頻橋接），最初的使用案例是在A/V應用中。早期的標準曾有助于加強專業(yè)的A/V設施，例如體育賽事的現(xiàn)場視頻傳輸。該技術也可用于建立大型音頻設施。在這種環(huán)境下，TSN的優(yōu)勢之一是能夠在不關閉整個系統(tǒng)的情況下快速更改數(shù)據(jù)流。由于布線減少而得以改善的靈活性是從模擬設備切換到以太網(wǎng)和無線的主要原因。未來將會有更多要求苛刻的應用，例如視角可變的3D圖像，或者高精度距離測量的系統(tǒng)。這些功能都需要非常精確的時間同步。系統(tǒng)的高可用性對于優(yōu)質(zhì)實時高速通道來說是一個非常重要的因素，它需要合理的丟幀率以及對系統(tǒng)故障做出快速反應的可能性。在增強現(xiàn)實（AR）領域的一些要求也可能是在更廣泛的應用領域中使用這種技術的原因。未來，TSN都可以做到。

基于以太網(wǎng)的技術的第二個應用實例是補充汽車基礎設施。CAN已經(jīng)成為汽車行業(yè)中不少子系統(tǒng)的網(wǎng)絡技術，但攝像機和其他復雜的娛樂信息系統(tǒng)帶動了對更高帶寬的需求；車載電子子系統(tǒng)的診斷和服務也是集成以太網(wǎng)骨干網(wǎng)的一個原因；將這兩種應用放在同一個網(wǎng)絡上需要獨立的數(shù)據(jù)通信模式，先進動力系統(tǒng)對通信的需求可以成為另一原因。

目前，它是由一個單獨的網(wǎng)絡控制，為接入新的信號，需要額外的電纜和計算能力。連接并同步汽車中的所有網(wǎng)絡可以導致額外的控制選項，并且可以監(jiān)控機械和電氣組件，以實現(xiàn)高級狀態(tài)監(jiān)控功能和更精確的服務指示。由此產(chǎn)生的“電纜樹”是現(xiàn)代汽車中昂貴的部件。通過與高效的子系統(tǒng)相結(jié)合，TSN主干網(wǎng)可以實現(xiàn)時間關鍵數(shù)據(jù)交換，從而顯著改善汽車設計。雖然TSN是汽車骨干和攝像機系統(tǒng)的首選，對CAN子系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的集成也可能是引人關注的以太網(wǎng)應用領域。盡管如此，兩種通信技術都具有類似于工業(yè)自動化中的協(xié)議的特性，尤其在使用增強型電驅(qū)動子系統(tǒng)的場合。以太網(wǎng)在汽車系統(tǒng)中的廣泛應用將推動該行業(yè)的發(fā)展，其中相當多以太網(wǎng)的元素可能對自動化行業(yè)而言也是有意義的。

另一個受到巨大影響的大眾消費行業(yè)為移動網(wǎng)絡，并會在不久的將來得到TSN的推動，以太網(wǎng)將為回程通信基礎設施提供支持。這是無線電設備（RE）單元和RE控制基礎設施EtherCAT與TSN——工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的最佳實踐?EtherCATTechnologyGroupwww.ethercat.org.cn7/14之間的通信層。同步是非常重要的任務，丟幀率則是另一個關鍵因素。第五代移動網(wǎng)絡（5G）將增加不少額外的性能要求，市場上的技術提供商已經(jīng)啟動項目以采用TSN作為回程網(wǎng)絡的控制基礎設施。

A/V技術也正在被納入自動化行業(yè)，上述領域的進一步發(fā)展可以加速這些系統(tǒng)的應用。A/V節(jié)點的字節(jié)數(shù)通常在500-1000字節(jié)的范圍內(nèi)，因此可以將其歸類于低于工業(yè)要求的特定數(shù)據(jù)通信量級別。機器人市場也將迅速增長，機器人和其他機器的組合需要時間敏感的通信。目前，這是通過使用現(xiàn)場總線通信來解決的，然而，其他機器和/或它們的PLC也需要充當這樣的網(wǎng)絡中的互聯(lián)設備。機器和機器人的特定組合中，不支持相同通信協(xié)議的可能性很高。TSN將使通信基礎設施變得更簡單，因為機器人和機器無需多種接口來滿足各種通信需求。這個級別的通用基礎設施可以加速機器人和智能機器的使用，所有這些都使用標準通信接口來實現(xiàn)。

TSN與現(xiàn)場總線技術結(jié)合的更多可能性將在EtherCAT環(huán)境下的TSN部分進行討論。

3、了解TSN

3.1TSN任務工作組

在IEEE802.1工作組中有一個TSN任務工作組，其任務是強化橋接網(wǎng)絡的實時性能。TSN中終端節(jié)點之間的通信是依靠“高速通道”來完成。IEEE802.1標準中使用術語“talker”表示高速通道的發(fā)起者，術語“l(fā)istener”表示高速通道接收者。高速通道使用單向的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)可以從一個talker單向傳輸?shù)揭粋€或多個listener。一個實時的高速通道的talker不會發(fā)送很多幀間有多個字節(jié)的幀。為了在IEEE802.1網(wǎng)絡中使用高速通道，需要一個標識。同時，還可以使用多個標識體系。但是在少數(shù)的TSN標準中使用MAC目的地址和VLAN來標識高速通道。

到目前為止，TSN工作組建立了如下的標準化項目：?

提高同步性能（IEEE802.1ASbt）

基于IEEE1588標準，IEEE802.1AS的早期版本已經(jīng)為分布式時鐘的計時定義了同步協(xié)議。這樣有利于更好地集成到標準以太網(wǎng)環(huán)境中。然而卻丟失了與其他的1588以太網(wǎng)行規(guī)的兼容性。新的版本將包含公認的one-step透明時鐘?，F(xiàn)階段急需改善的是對錯誤情況的響應，例如：線路或主站通信故障。新版本也應該能夠處理設備中不同時間域的問題。

數(shù)據(jù)幀搶占優(yōu)先（IEEE802.1Qbu）

時間關鍵信息的確定性傳輸?shù)囊粋€主要問題是同一網(wǎng)段上還有可以用傳統(tǒng)的以太網(wǎng)傳輸?shù)耐ㄐ艛?shù)據(jù)，因為在網(wǎng)段中一個單獨數(shù)據(jù)幀長度甚至可以超過1500字節(jié)，這可能導致每個節(jié)點的周期延時高達125微秒。這個問題可以通過數(shù)據(jù)幀中斷機制來處理（IEEE工作組在以太網(wǎng)項目P802.3br中定義）。最終，這種機制不僅需要新的網(wǎng)絡組件，還需要終端系統(tǒng)中新的以太網(wǎng)集成電路（IC）。

提升規(guī)劃的通信（IEEE802.1Qbv）

在TSN中對發(fā)送操作的時間控制至關重要。就像實際高速公路一樣，在信息高速路上也可能會發(fā)生交通堵塞，即使是在有高優(yōu)先級、實時數(shù)據(jù)和搶占優(yōu)先權時，傳輸時間可能仍有一些偏差。由于時間敏感高速通道是周期性傳輸，所以在周期性通信之前，不受干擾的通信可以通過阻塞對時間要求較低的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。這個進程可以類比為交通燈控制。

路徑控制和預留（IEEE802.1Qca）

為了盡快從A到B，你需要地圖并進行路由規(guī)劃。如同在日常生活中一樣，網(wǎng)絡需要記錄部件的排列方式，并決定如何以最有效的方式選擇通信路徑。該協(xié)議可以基于路由器使用的“中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)”（IS-IS）的概念。這個概念涉及拓撲信息的收集和分配。經(jīng)過多次迭代，所有節(jié)點都擁有來自整個網(wǎng)絡的所有拓撲信息。如果有多個到達同一目的地的路線，該進程可找到路徑最短的一個。它還可以用來識別冗余路由。這個項目是在TSN之外發(fā)起的。

無縫冗余（IEEE802.1CB）

雖然國際標準已經(jīng)提供了無縫冗余特定協(xié)議，比如高可用性、無縫冗余（HSR）或并行冗余協(xié)議（PRP），他們要求站間全部的數(shù)據(jù)交換專為冗余設計。這可能會造成問題，因為如果存在錯誤，則無法維護信息的順序。此外，故障排除相當復雜。IEEE802.1明確決定僅將無縫冗余應用于單個關鍵數(shù)據(jù)高速通道。這意味著協(xié)議開銷的減少，并更容易識別臨界點。

高速通道帶寬預留（IEEE802.1Qcc）

過載情況是以太網(wǎng)的一個主要問題，如，由兩個通道接收的數(shù)據(jù)通過單一的輸出轉(zhuǎn)發(fā)。采用大存儲是次之的解決辦法，因為延遲會隨著存儲字節(jié)數(shù)的增加而增加。這種延遲（best‐effort）不能通過提高自動化技術的響應時間來控制。如果實時數(shù)據(jù)高速通道具有高優(yōu)先級，其他通信將有永遠被延遲的風險。為此，需要確定并保留所需的高速通道帶寬。預留協(xié)議允許實時負載占用高達80%的帶寬。這是對現(xiàn)有保留協(xié)議的擴展。盡管僅擴展現(xiàn)有預留協(xié)議不可能完全滿足對TSN的所有擴展要求。這意味著將來仍有必要尋找更多的機制來實施實時通道。

循環(huán)調(diào)度（IEEE802.1Qch）

該調(diào)度過程涉及在每個循環(huán)周期中將時間關鍵信息僅轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰的設備。如果級聯(lián)深度較淺或者在單個路徑中循環(huán)調(diào)度的節(jié)點數(shù)目較少，則更加有效。這個方法可以集成無線設備或其他難以確定延遲的組件，而且比時間控制更為穩(wěn)定。它可以輕松計算循環(huán)時間，并可有助于限制復雜系統(tǒng)中的進度計算。?

每個高速通道的過濾和管制（IEEE802.1Qci）

專家們討論的另外一個方面是如何減少錯誤響應節(jié)點帶來的影響。為此，節(jié)點的進入側(cè)（入口）必須監(jiān)視每個高速通道上的鏈路通信量。根據(jù)高速通道的數(shù)量，這可能是一項艱巨的任務。如果消耗的帶寬超過允許范圍，將采取特定措施?？赡艿姆绞街皇墙卯a(chǎn)生錯誤的高速通道。

IEEE802.1QYANG數(shù)據(jù)模型(IEEE802.1Qcp)

YANG是代替管理信息庫的新的模型化語言，它將重塑管理信息庫。出發(fā)點是由該標準提供的一個通用橋接模型。IEEE802.1Qcc標準建議了一個依賴于YANG的配置模型，但這一標準僅提供所需要的全部數(shù)據(jù)的少數(shù)幾個模型。?

異步數(shù)據(jù)幀整型（IEEE802.1Qcr）

整型器優(yōu)化了一定通信量等級下使用多個高速通道的通信延遲。這方面的標準工作剛剛起步，要求一個IEEE802.1Qci內(nèi)的數(shù)據(jù)庫。?

鏈接本地注冊協(xié)議（IEEE802.1CS）

該標準實施了組件配置的基本協(xié)議。它被優(yōu)化以攜帶比MRP更大的數(shù)據(jù)量。關于該標準的工作已經(jīng)啟動。?

自動附加到PBB（IEEE802.1Qcj）

Providerbridging配置采用鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議（即LLDP，LinkLayerDiscoveryProtocol，不用于工業(yè)自動化）?

Profileforfronthaul(IEEE802.1CM)

電信TSN行規(guī)（不用于工業(yè)自動化）

3.2在IEEE802.1網(wǎng)絡中的EtherCAT高速通道

TSN可以用于異構(gòu)網(wǎng)絡，但是它并不能替代EtherCAT。因為EtherCAT在其主站端使用了標準的組件，所以它可以被連接到TSN架構(gòu)中。但是，與TSN的連接將使EtherCAT主站和從站之間增加多余的通信延遲。然而，如果主站有多個通信任務，它可提供更高的數(shù)據(jù)傳輸率。因此，雖然在一個TSN網(wǎng)絡中的幾個路由躍點消耗了大概10μs，但是可以在一個網(wǎng)絡中連接4個EtherCAT子系統(tǒng)和1個視頻系統(tǒng)，可與一個子系統(tǒng)的控制站之間進行通信，并將所有連接接通到互聯(lián)網(wǎng)。單個千兆以太網(wǎng)接口就足以滿足多個不同的通信要求。因此，標準的架構(gòu)和嵌入式系統(tǒng)可以在TSN的支持下作為自動化應用中的多用途設施。

I/O層的結(jié)構(gòu)和性能與典型的交換式環(huán)境截然不同?；谛实脑?，一個EtherCAT網(wǎng)段需要緊密連接在一起。再次強調(diào)，10個EtherCAT從站的傳輸延遲大約為10μs（但是現(xiàn)在使用100M以太網(wǎng)）。因此會形成這樣的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)：主站在一端，帶有多個從站的網(wǎng)段在另一端，而TSN網(wǎng)絡居中。在從站網(wǎng)段和主站之間增加一個網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)并不會影響這樣一組的隔離模式，它將物理上分離的網(wǎng)絡轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬌戏蛛x的網(wǎng)絡。這將使得主站設備具有更高的靈活性，同時它將保持確定的延遲和可預測的丟幀率。

在沒有其他的明確指定時，EtherCAT只使用TSN中talker和listener之間一對一的關系。TSN高速通道將在一個指定的時間間隔傳輸特定數(shù)量的字節(jié)。定義的數(shù)據(jù)量可能比傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)大，但是不能小于預留的帶寬資源。

在主站和一個EtherCAT網(wǎng)段間至少要建立兩個高速通道。一個從主站到從站網(wǎng)段及相反的方向；而另一個高速通道可以用于對一組EtherCAT從站進行控制（客戶端/服務器類通信），該通信可以有不同的傳輸特性并采用更低的優(yōu)先級。更多的通信需求可要求另一對高速通道，如用于狀態(tài)監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集。

TSN行規(guī)描述了如何在橋接網(wǎng)絡中按照IEEE802.1規(guī)范傳輸EtherCAT數(shù)據(jù)。對于橋接的配置和其他橋接相關的服務功能并沒有在EtherCAT協(xié)議相關的行規(guī)中描述，但將在TSN相關的文檔中定義。對主站中的虛擬EtherCAT通道的基本要求包括有一個相對應EtherCAT網(wǎng)段的專用標識符、發(fā)送間隔，被發(fā)送數(shù)據(jù)量的限值，以及可選的發(fā)送時間間隔。這些是主站上發(fā)送高速通道時需要定義的參數(shù)。主站需要高速通道數(shù)據(jù)流自從站網(wǎng)段返回的接收時間。

從站網(wǎng)段的最大的延遲必須完成規(guī)劃。橋接相關的參數(shù)是另外的時間限定條件，用于計算EtherCAT數(shù)據(jù)幀往返時間。結(jié)構(gòu)視圖如下：EherCAT網(wǎng)段的標識符將在IEEE802.1中唯一定義。地址重復將因為單個請求出現(xiàn)多個響應高速通道而被檢測到。

識別符是一個12位的值，它可以由位于高速通道中的或緊鄰高速通道的EtherCAT設備設置。另一種選擇是在與EtherCAT網(wǎng)段相連接的橋接接口處給EtherCAT網(wǎng)段配置VLAN識別符（VID）。VID端口是管理型交換機所熟知的參數(shù)，因此使用VID的方式將更有利于在IEEE802.1環(huán)境中處理EtherCAT網(wǎng)段。

在主站端及EtherCAT網(wǎng)段起始端對高速通道的適配通過采用標識符來設置高速通道需要的從站地址。根據(jù)TSN標準，高速通道需要唯一尋址。該尋址通過標識符和為EtherCAT預留的地址區(qū)間推演而來。

映射原理是明確的：EtherCAT部分并不會被TSN所改變，而TSN的部分也不會用于EtherCAT數(shù)據(jù)處理。

一個EtherCAT從站網(wǎng)段對應一個VID。在這種特殊的情況下，VID與VLANtag中的Priority內(nèi)容結(jié)合即可操作。這是只有兩個終端節(jié)點的特殊形式的VLAN。TSN高速通道的數(shù)TSNEtherCAT與TSN——工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的最佳實踐?EtherCATTechnologyGroupwww.ethercat.org.cn13/14據(jù)處理通過高速通道尋址到幀的目的地址實現(xiàn)。這些地址決定帶寬的分配及發(fā)送。因此，ID需要映射到單獨的高速通道。

在這樣的網(wǎng)絡中也可以進行同步的操作，通過從IEEE802.1的網(wǎng)絡中向EtherCAT從站網(wǎng)段按照固定的時間間隔發(fā)送幀。這樣要求有限的延遲變化。向EtherCAT網(wǎng)段發(fā)送的時間由最差的延遲確定。TSN允許超過一個EtherCAT從站網(wǎng)段的同步操作并提供全局時間基準。同步操作的質(zhì)量取決于TSN（IEEE802.1AS）內(nèi)部保持精確計時和以很低的抖動執(zhí)行定時動作的同步質(zhì)量。EtherCAT的精確度是在100ns級別。在EtherCAT主站和第一個從站之間推薦采用可以提供100ns級精確時間的橋接。

4.EtherCAT和TSN：完美的結(jié)合

不同的自動化應用會在形式、規(guī)模和性能要求方面各有不同。

比如，車身制造工廠是一個非常復雜的應用：約有1000臺機器人和幾千個控制單元與上萬臺傳感器和執(zhí)行器相連。

一臺機器人由幾臺伺服驅(qū)動器和I/O組成。很多傳感器僅提供一個數(shù)字量或者模擬量信號數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)。成千的I/O模塊組提供過程數(shù)據(jù)的采集和分布。在這樣的系統(tǒng)頂端，一個IEEE802.1的網(wǎng)絡可以作為自動化架構(gòu)的主干。

如果將該類應用中的所有I/O模塊組，伺服驅(qū)動器和控制單元直接連接并配置到一個經(jīng)過TSN優(yōu)化的網(wǎng)絡，那將是一場噩夢，因為將有無窮盡的問題，而且那意味著所有機器組件將在機器制造商以外進行配置。雖然這樣的應用非常開放，但是有可能導致機器被錯誤配置或者達不到預期的服務質(zhì)量水平。

因此，需要一種理念去保證一種適合的從上至下以及從下至上的架構(gòu)。

本白皮書的目的并不在于去覆蓋方方面面，只是探討如何將機器層集成到TSN網(wǎng)絡中。一種方式就是在EtherCAT主站端用一個網(wǎng)關解耦EtherCAT和TSN。EthernetTCP/IP通信可以通過主站路由。網(wǎng)絡配置的靈活性可以通過連接EtherCAT主站接口和EtherCAT網(wǎng)段到TSN來實現(xiàn)。將一組從站（I/O模塊組，伺服驅(qū)動器等）組合到EherCAT網(wǎng)段的方式將顯著縮減TSN需要提供的高速通道的數(shù)量，并在按數(shù)量級提升EtherCAT/TSN系統(tǒng)的效率時有力保護該組從站。這樣集成的原因可能在于在主站端缺少Ethernet接口（千兆以太網(wǎng)口可以實現(xiàn)幾個虛擬接口），或?qū)therCAT和視頻/音頻集成在同一個網(wǎng)絡架構(gòu)中。此外，在共享已有的通信線纜的同時，升級現(xiàn)有的EtherCAT系統(tǒng)是使用TSN的原因之一。TSN的應用將提升自動化系統(tǒng)的靈活性，并有助于為自動化單元層提升實時性能，同時保留對于各種自動化任務的整體控制。

總之，EtherCAT可以支持與TSN的完美集成，而無需改變EtherCAT技術的基礎本身。