通俗易懂TSN(上)

時間:2020-03-10

來源:說東道西 宋華振

導(dǎo)語:開始越來越多的人感興趣TSN了,倒是寫了些東西還是覺得太專業(yè),希望通俗一些的,其實(shí)科普是比較難的,試圖寫一篇,分個幾期看能不能讓大家有所了解。

  開始越來越多的人感興趣TSN了,倒是寫了些東西還是覺得太專業(yè),希望通俗一些的,其實(shí)科普是比較難的,試圖寫一篇,分個幾期看能不能讓大家有所了解。

  什么是TSN?

  考慮到真的有人在微信后臺留言說我裝—老用一些英文縮寫,好像自己很專業(yè)一樣,也不解釋清楚,我就說一下吧!

  TSN就是英文TimeSensitiveNetwork的縮寫,就是這么簡單,時間敏感型網(wǎng)絡(luò),你第一步就了解到了什么是TSN了,你都可以跟那些不知道的人吹牛了,以我有限的常識判斷,在這個知識點(diǎn)上,你已經(jīng)超越了大概99.99%的中國人了,在全世界范圍也是這個水準(zhǔn)。

  對于事不關(guān)己的朋友,到這里就結(jié)束了….反正你已經(jīng)知道了什么是TSN了。

  為什么要推動TSN這項(xiàng)技術(shù)?

  同濟(jì)大學(xué)汽車工程比較強(qiáng)也就對產(chǎn)業(yè)里故事了解的多,據(jù)說當(dāng)年德國大眾來中國覺得連高速公路都沒有,汽車這個行業(yè)在中國是在沒有辦法發(fā)展,沒有市場,把個退休的線半賣半送給中國建了工廠,1990年那會桑塔納要20萬左右—那會,我們局里領(lǐng)導(dǎo)也就北京吉普212,想想現(xiàn)在,你要是說一個局里領(lǐng)導(dǎo)也就坐個212(很多人都不知道這是什么)--現(xiàn)在貧困地區(qū)的鄉(xiāng)長都不會坐這么土的車了吧?

  為什么要說這件事?因?yàn)榻?jīng)過30年的發(fā)展,中國已經(jīng)有了全球最大的收費(fèi)高速公路網(wǎng)絡(luò),每年產(chǎn)銷各類車輛也發(fā)展到5000多萬臺這個量級,是的,我想說的就是,隨著中國的發(fā)展,不僅商用網(wǎng)絡(luò),也包括工業(yè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量、帶寬要求的快速擴(kuò)張。

  OICT融合對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了什么樣的需求?

  國家說了兩化融合這許多年來,其實(shí),這個兩化融合真不是件簡單的事情,按照趙敏老師有一次的觀點(diǎn),別說兩化融合,就是在信息化、自動化內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)想要融合都不是件容易的事,但是,今天為何這個智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)怎么都在提OICT融合,包括了通信,各方的視角也不一樣,但是,對于制造業(yè)本身的融合問題,從很多視角都是迫切的。

  其實(shí),都怪我們的消費(fèi)者,越來越挑剔,自從咱中國人有錢了,大量的中產(chǎn)、富貴階層也出現(xiàn)了,為了彰顯個性和裝,大家都不像以前那樣穿衣服都幾個顏色,喝可樂還得有姜汁味、橙子味道,怎么沒有苦瓜味道呢?

  這種個性化使得制造企業(yè)都壓力很大,你要是不來點(diǎn)有意思的、獨(dú)特的你都沒法在江湖上混,但是,個性化這個玩意對生產(chǎn)來說就是災(zāi)難—一點(diǎn)都不夸張,像各種機(jī)器開起來的時候,你突然要換單,這下子印刷機(jī)要重新穿紙,注塑機(jī)要換模具、紡織機(jī)械要換紗線,這個在人家精益生產(chǎn)里就是“不增值”的時間消耗,而且一換單,機(jī)械要調(diào)整,剛開始生產(chǎn)的東西一般都是不良品,這個人家叫“開機(jī)浪費(fèi)”,本來人家一個單子印刷30000米,浪費(fèi)100米就算了,現(xiàn)在你訂單變小了,這100米浪費(fèi)卻躲不過去啊!那就造成不良品一下子提高了---這都是錢啊!是成本啊!

  那你要搞智能制造,包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)于這個智能制造,什么大數(shù)據(jù)、人工智能,其實(shí),都是要解決這個問題,怎么才能個性化生產(chǎn)時候還能跟標(biāo)準(zhǔn)化時候價(jià)錢一樣?

  其實(shí),把生產(chǎn)線連接起來,然后把原來需要中轉(zhuǎn)搬運(yùn)的過程用機(jī)器人、輸送系統(tǒng)對接起來,這樣,就減少了中間的環(huán)節(jié)節(jié)省點(diǎn)時間,物理上這樣,然后軟件、數(shù)據(jù)上也都連接起來,然后從數(shù)據(jù)里分析,看看哪些地方可以省點(diǎn)成本,不管是能耗、還是維護(hù)的時間、還是材料的消耗、人工的消耗—反正,制造業(yè)就是苦,得“錙銖必較”的方式不斷省錢,降成本,才能應(yīng)付市場競爭,這完全不同于娛樂明星在那里說個話,唱個歌就大把鈔票進(jìn)賬。

  連起來是好事,但是,想把這些連起來卻不是件容易的事情—為什么呢?

  工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別?

  連起來就出問題了,以前那個工業(yè)網(wǎng)絡(luò)跟工廠那些MES/ERP、數(shù)字化設(shè)計(jì)的CAD/CAM/CAPP、以及什么CRM/SCM---這些是什么你不用管,只是告訴你這些網(wǎng)絡(luò)采用都是那種非周期性數(shù)據(jù),而工業(yè)用的都是周期性數(shù)據(jù),這兩個區(qū)別就太大了,商用網(wǎng)絡(luò)一般是通用的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng),而工業(yè)一般用那個叫現(xiàn)場總線或者工業(yè)以太網(wǎng)。

  一般咱們說的Internet也是基于以太網(wǎng)的,很多人聽說過ISO/OSI那個七層模型,你商業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以用七層,但是,你一層層傳,那太慢了,延遲太大,而且工業(yè)現(xiàn)場人家傳的都是周期性數(shù)據(jù),什么是周期性?就是每隔一個周期刷新一次,看看這個控制的咋樣?。坎恍邪。≮s緊調(diào)整,這個周期非常短,一般都是mS級,在運(yùn)動控制、機(jī)器人那里都得在mS以下,微秒級,這種網(wǎng)絡(luò)一般都是專用網(wǎng)絡(luò),大概1970年代就開始發(fā)展了,但是,這個太封閉了,各家還都不一樣,據(jù)說這個世界上有多少個做PLC的,就有多少個網(wǎng)絡(luò),當(dāng)然有些人懶得開發(fā)就和別人拼一個網(wǎng)絡(luò)用,但是,在IEC那里它列的標(biāo)準(zhǔn)里也還是有18種,后來工業(yè)以太網(wǎng)只不過是用了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)硬件,加上自己的應(yīng)用層,所以,工業(yè)一般就用三層結(jié)構(gòu),商業(yè)因?yàn)閿?shù)據(jù)量大,也不是那么著急,一般都用七層結(jié)構(gòu),包括Internet都是這樣的,但是,這兩個網(wǎng)絡(luò)對不起來??!

  另外,工業(yè)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常提到確定性—就是這個周期必須是確定的,所以不止是帶寬要求越來越高了,而且還得一定的確定性,確定性這個對很多非工業(yè)的人不大容易理解,而且經(jīng)常以為網(wǎng)絡(luò)帶寬那么高,有啥搞不定的?但是,確定性的意思不是帶寬你有10Gbps就牛,而是說,你能不能保證每隔100μS去給我采樣一次傳感器數(shù)據(jù)、刷新一下控制循環(huán)?“確定的、不會中斷、可靠的傳輸”這是工業(yè)里的要求,你打個電話突然掉線了,也不會有啥大事,重播一次,你工業(yè)控制突然掉線了—真的會出人命的,這根你們想的速度快就不是一回事,當(dāng)然了,你說我?guī)?00G,這數(shù)據(jù)線路上就傳點(diǎn)溫度,你隨便玩,天下武功,唯快不破—你只要足夠快,其實(shí),大家說小李飛刀根本看不到出刀—其實(shí),控制里的刷新速度比小李飛刀還要快上10倍,100倍。

  先說底下這兩層,原來那個以太網(wǎng)沒有周期性數(shù)據(jù)傳輸能力,工業(yè)的才開發(fā)了很多像輪詢、集束幀技術(shù)(具體不用多問—就是專門開發(fā)的)。

  為啥要搞TSN?

  既然工業(yè)和商業(yè)網(wǎng)絡(luò)連不到一起,但是,又要連接工廠的各個數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn),那怎么辦?就搞個能夠把他們連接起來的吧?讓這個周期性和非周期性數(shù)據(jù)一起來傳輸吧?而且,前世之事后事之師,別再搞一些各家的網(wǎng)絡(luò)了吧?誰想著自己的網(wǎng)絡(luò)被一家公司控制,然后只能買它家的帶這個網(wǎng)絡(luò)接口的產(chǎn)品和系統(tǒng)呀!

  初步背景就是這么個回事—一般咱說一件事得先把這個背景,這個為什么的問題得先說清楚??!否則,大家都糊涂了,好好的網(wǎng)絡(luò)用著,你們搞那么多事情干啥呢?

  先談?wù)剼v史

  要說這個TSN啊!現(xiàn)在看上去在工業(yè)里好像大家挺關(guān)注的,俗話說的好“陽光之下沒有新鮮事”,這個TSN倒還真不是什么新鮮事。

  找了個足球場的攝像機(jī)機(jī)位圖給大家看看—這還是2010年,圖上仔細(xì)數(shù)了一下,30多個機(jī)位,2014年南非世界杯,有一場比賽前介紹場地,播音員說這個賽場有64個攝像機(jī)位,我震驚了,原來像我心中的偶像梅西、齊祖這樣的大咖都有VIP機(jī)位,后來想想也是穆里尼奧這種人特別喜歡搞那種“球場進(jìn)攻路徑熱點(diǎn)智能大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”—然后通過科學(xué)的方式來贏球(經(jīng)常1:0)。

  想想,人家球場里那些攝像頭能是1280*1024的嗎?怎么也得1920*1280起吧?(我個人認(rèn)為這已經(jīng)屬于高清)

  這么大的攝像機(jī)位數(shù)量和聲音信息要傳送,得需要一個高速網(wǎng)絡(luò)吧?還得經(jīng)過不同的橋接點(diǎn),有的是直接送到現(xiàn)場大屏幕、有的直接到場外的大屏幕,然后還有送到中央直播間—進(jìn)行切換然后發(fā)送全球電視觀眾,這么高清大流量,音視頻同步的得多么大的網(wǎng)絡(luò)帶寬能力???

  后來汽車行業(yè)那幫人的覺得這玩意好??!我們能不能用啊?然后一幫人也就湊了點(diǎn)錢,拼了個車搞了個802.1AVB—就是音頻、視頻同步,CAN總線雄霸汽車電子數(shù)十年,比現(xiàn)在絕大部分的自動化公司都資歷深,這個總線當(dāng)然好,哪個汽車、工程機(jī)械不用CAN總線?但是,盡管我們對純正的無人駕駛靠譜不靠譜還在倫理與法律探討層面,但這種半自動的輔助駕駛ADAS還是能發(fā)展的吧?但是,這個也得個高速總線吧?誰讓汽車要求安全性高,不管你打算用個攝像頭還是用激光雷達(dá),反正帶寬CAN那2.0的10Mbps是比較費(fèi)力的,而且現(xiàn)在車越來越智能,傳感器越來越多,還有你想你要是開著BWM、布加迪.威龍,你還不得環(huán)繞立體聲,那音箱幾個也得音頻同步???

  那工業(yè)的人呢!剛才不是說想開發(fā)一個通用網(wǎng)絡(luò)嗎?

  工業(yè)的人一般都是“工科”出身,很多人把理工科視為一類人群,其實(shí),不是的,理科人家是搞科學(xué)的,講究發(fā)散,探索未知,尋找各種可能性,工科的人就是另一個方向,我收斂—尋找把你這個事情給做的便宜,收斂到一個低成本、易于實(shí)現(xiàn)的方向上來。

  所以,這個工科思維就會想“我干嘛自己開發(fā)一個?就像當(dāng)時搞工業(yè)實(shí)時以太網(wǎng),就是把IT開發(fā)的那個以太網(wǎng)借來用用,上面裝個自己的應(yīng)用層,就叫工業(yè)實(shí)時以太網(wǎng)了,現(xiàn)在,咱也不能完全從頭來,那個音視頻橋、汽車那個AVB看上去挺靠譜的,咱就在這個基礎(chǔ)上改造改造,也省了那么多研發(fā)成本,也免得以后跟人家不兼容。

  今天,咱先把這個TSN網(wǎng)絡(luò)的背景這個事情說一下,下次再說這個具體技術(shù)到底怎么回事,敬請期待!



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