眾所周知，以太網(wǎng)已經(jīng)成為家庭、企業(yè)及數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)連接和互通的最廣泛的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。然而因為其確定性、實時性、可靠性等因素，傳統(tǒng)以太網(wǎng)并不適用于工業(yè)數(shù)據(jù)通訊。例如以太網(wǎng)存在的CSMA／CD機制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)沖突時需不斷重發(fā)數(shù)據(jù)，這對于網(wǎng)絡(luò)實時性帶來挑戰(zhàn)；另外，因工業(yè)現(xiàn)場面臨惡劣的工況、嚴(yán)重的線間干擾等，也導(dǎo)致以太網(wǎng)可靠性大打折扣。

而工業(yè)以太網(wǎng)，相較于傳統(tǒng)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線等在實時性、傳輸速率等方面都有明顯的改觀，并已經(jīng)占據(jù)了以太網(wǎng)市場的半壁江山。

不過，這些專有的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議仍然面臨瓶頸，雖然它們在滿足機器運動控制等方面已經(jīng)綽綽有余。因為當(dāng)云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)逐漸滲透到工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)數(shù)據(jù)通訊并不再僅限于機器到傳感層，也不僅限于機器到機器之間，而是擴展到了與人、云和應(yīng)用等更豐富的連接，有更多類型和更多海量的數(shù)據(jù)需要傳輸和處理，而對于數(shù)據(jù)處理的鏈條也變得更長，包括在邊緣側(cè)，包括云端，包括與企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的逐步打通。因此，如何應(yīng)對通過更高帶寬進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的聯(lián)接和傳輸，如何做到更精準(zhǔn)的確定性控制和更低時延，仍是工業(yè)制造面臨的巨大挑戰(zhàn)。

TSN＋OPCUA將IT和OT無縫融合

TSN（時間敏感網(wǎng)絡(luò)）＋OPCUA（OPC統(tǒng)一架構(gòu)）成為從傳感器到云端建立全面通訊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的最佳拍檔。

TSN的工作原理是優(yōu)先適用（IEEEP802．3br）機制，在傳輸中讓關(guān)鍵數(shù)據(jù)包優(yōu)先處理。這意味著關(guān)鍵數(shù)據(jù)不必等待所有的非關(guān)鍵數(shù)據(jù)完成傳送后才開始，從而確保更確定、更快速的傳輸路徑。本質(zhì)上來說，TSN建立了一套能使以太網(wǎng)具有實時性和確定性的新標(biāo)準(zhǔn)。

基于TSN提供的網(wǎng)絡(luò)通信的高確定性和低時延之上，OPCUA則提供了一個獨立于平臺的面向服務(wù)的體系架構(gòu)，它定義了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和信息模型，可以實現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備和企業(yè)，以及不同廠商設(shè)備之間的交互。

TSN＋OPCUA組合提供了一個實時、高確定性并真正獨立于設(shè)備廠商的通信網(wǎng)絡(luò)，將會在帶寬、安全、互操作、延遲和同步等方面帶來巨大改善。

舉例來說，在工廠數(shù)據(jù)采集、傳輸與生產(chǎn)運營中，都會需要對現(xiàn)場的機器狀態(tài)、生產(chǎn)能耗、質(zhì)量相關(guān)、生產(chǎn)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集，TSN＋OPCUA在整體上使得在工廠的各個環(huán)節(jié)的橫向與縱向數(shù)據(jù)實現(xiàn)了透明交互，并且配置效率更高，程序與應(yīng)用模塊化更強。

當(dāng)然，TSN＋OPCUA組合在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于起步階段，越來越多的工業(yè)供應(yīng)商、ICT廠商和芯片供應(yīng)商也在共同加快對其測試和驗證。

TSN＋OPCUA智能制造測試床聯(lián)合發(fā)布

在剛剛召開的2018漢諾威工業(yè)博覽會上，多家組織和廠商聯(lián)合展開了一場針對TSN＋OPCUA場景應(yīng)用的測試驗證。包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）、Avnu聯(lián)盟、邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ECC）、FraunhoferFOKUS、華為、施耐德電氣、和利時、美國國家儀器（NI）、貝加萊（B＆R）、TTTech、思博倫通信（SpirentCommunications）等超過20家國際組織和業(yè)界知名廠商，聯(lián)合發(fā)布了包含六大工業(yè)互聯(lián)場景的TSN＋OPCUA智能制造測試床（以下簡稱“測試床”）。

歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機構(gòu)弗勞恩霍夫協(xié)會－開放通訊系統(tǒng)研究所（FraunhoferFOKUS）的AlexanderWillner博士表示，“自從可編程邏輯控制器（PLCs）問世以來，工業(yè)自動化流程得到了極大優(yōu)化。OT（運營技術(shù)）與IT（信息與通信技術(shù)）之間的融合令人興奮，將帶來有趣的創(chuàng)新體驗。OPCUA和TSN的結(jié)合，讓工業(yè)領(lǐng)域得以實現(xiàn)實時信息交換和互操作。聯(lián)合測試床中演示的場景展示了我們各自的技術(shù)優(yōu)勢，我們對數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的未來充滿期待。”

推動TSN＋OPCUA不斷成熟與完善

據(jù)了解，測試床通過模擬豐富的真實智能制造場景，現(xiàn)場演示驗證了智能制造的關(guān)鍵技術(shù)點——TSN＋OPCUA，該技術(shù)是預(yù)測性維護(hù)、數(shù)據(jù)分析、機器學(xué)習(xí)和人工智能等新技術(shù)的關(guān)鍵推動因素，可以幫助工業(yè)企業(yè)提升效率，例如減少停機時間，提高設(shè)備綜合效率和降低總體成本等。

在本次發(fā)布的TSN＋OPCUA智能制造測試床中，華為與多家廠商共同打造了六大工業(yè)互聯(lián)場景，包括：

·與AII打造的“電機預(yù)測性維護(hù)網(wǎng)絡(luò)（TSNforPredictiveMaintenance）”

·與美國國家儀器打造的“馬達(dá)同步（MotorSynchronization）”

·與和利時打造的“賽車游戲（Race－CarGame）”

·與Linmot打造的“繪圖運動控制（PlotterMotionControl）”

·與施耐德電氣打造的“LED同步（LEDSynchronization）”

·與貝加萊打造的“OPCUAOverTSN”

測試床驗證了TSN網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜環(huán)境情況下的高確定性和低時延性，保障工業(yè)場景下的嚴(yán)格同步運動控制。其中，華為TSN交換機提供了高可靠性和超低時延的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。此外，思博倫通信的測試設(shè)備用于生成TSN和非TSN流量，以驗證新的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和服務(wù)帶來的好處。

華為歐洲解決方案產(chǎn)品管理及營銷總監(jiān)羅濟(jì)軍博士指出，“未來工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒂袛?shù)以百億計的設(shè)備連接上網(wǎng)，傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)無法承受巨大的數(shù)據(jù)傳輸量，需要一種新的架構(gòu)來滿足高帶寬、高速率和海量連接等方面訴求。未來華為將與業(yè)界更多的組織和廠商深入合作，共建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)，推進(jìn)TSN技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，真正實現(xiàn)TSN網(wǎng)絡(luò)下的‘全網(wǎng)通’，推動制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。”

加速智能制造轉(zhuǎn)型步伐

當(dāng)然，無論是華為還是其他廠商及標(biāo)準(zhǔn)組織進(jìn)行的對TSN＋OPCUA的測試驗證及探索并非因其帶來的高可靠性、實時性那么簡單，它們通過改寫工業(yè)通訊的底層架構(gòu)，真正為智能制造轉(zhuǎn)型打開了大門。

無論是德國的“工業(yè)4.0”、亦或中國的“中國制造2025”等戰(zhàn)略，其背后的技術(shù)基礎(chǔ)均是物聯(lián)網(wǎng)的開啟。就像華為發(fā)布的全球產(chǎn)業(yè)展望GIV2025中說的那樣，它們的核心都是依托創(chuàng)新的ICT技術(shù)，加速IT、CT、DT與OT的融合，推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)程，從而優(yōu)化、重構(gòu)制造價值鏈，創(chuàng)新商業(yè)模式。而TSN＋OPCUA正是打通工業(yè)互聯(lián)最后一公里的關(guān)鍵所在，也是真正實現(xiàn)OICT融合，加速智能制造的關(guān)鍵所在。