關(guān)于以太網(wǎng)的討論引起了對(duì)安全數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)性的需求不斷增加。這就是時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）問(wèn)題發(fā)揮作用的地方，TSN是在IEEE 802時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)任務(wù)組（TSN TG）框架內(nèi)開(kāi)發(fā)的幾個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)的組合。其目的是通過(guò)將經(jīng)典以太網(wǎng)與工業(yè)通信所需的實(shí)時(shí)功能相結(jié)合，將所有工業(yè)通信統(tǒng)一起來(lái)。在這里，保證延遲和相應(yīng)的確定性是關(guān)鍵參數(shù)。這些已無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，尤其是在高網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下，因?yàn)閭鹘y(tǒng)交換機(jī)通常會(huì)在看到消息、需要去哪里以及消息轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)生之前緩沖消息。然而，新的應(yīng)用，特別是在物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0時(shí)代，需要能夠更快、更準(zhǔn)確地控制帶寬分配的技術(shù)。未來(lái)，TSN或其子標(biāo)準(zhǔn)將使傳統(tǒng)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)功能得到補(bǔ)充成為可能，即使在高達(dá)千兆字節(jié)范圍內(nèi)的高數(shù)據(jù)傳輸速率下也是如此。除了實(shí)時(shí)能力和確定性之外，TSN還提供了另一個(gè)巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的能力允許TSN以10 Mbps，100 Mbps，1 Gbps或10 Gbps的速度運(yùn)行。但是，這需要詳細(xì)且因此更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配置。1 Gbps 及以上的傳輸速率是當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)的邏輯演變。1 Gbps 為新的 （IoT） 應(yīng)用開(kāi)辟了道路，并有助于克服數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用中的性能瓶頸。但是，TSN作為一個(gè)系統(tǒng)只有在終端和以太網(wǎng)交換機(jī)都支持TSN功能時(shí)才能完全有效。這些TSN功能和標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示。

圖1.TSN標(biāo)準(zhǔn)。

由圖示子標(biāo)準(zhǔn)組成的完整TSN軟件包目前尚未完成。如圖 1 所示，IEEE 802.1AS-REV（時(shí)間同步）和 IEEE 802.1Qcc（流保留）這兩個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)仍在 IEEE 802.1 時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)任務(wù)組中討論。很難估計(jì)這些開(kāi)放的子標(biāo)準(zhǔn)何時(shí)會(huì)被完全定義。但是，這項(xiàng)工作應(yīng)在2019年中期完成。盡管如此，即使TSN標(biāo)準(zhǔn)的當(dāng)前狀態(tài)，也已經(jīng)根據(jù)IEEE 802.1創(chuàng)建了向上兼容的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。例如，最近采用的子標(biāo)準(zhǔn)提供了一種可互操作的方法來(lái)同步分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)鐘信號(hào)。同時(shí)，它們?cè)试S在其他設(shè)備也使用的共享傳輸介質(zhì)上進(jìn)行確定性的實(shí)時(shí)。因此，TSN調(diào)節(jié)ISO/OSI參考模型第2層的數(shù)據(jù)通信（見(jiàn)圖2）。

圖2.ISO/OSI 參考模型。

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，TSN代表以太網(wǎng)中具有實(shí)時(shí)能力的第2層，但不是完整的實(shí)時(shí)協(xié)議。也就是說(shuō)，TSN不會(huì)取代PROFINET，EtherNet/IP和類(lèi)似的以太網(wǎng)協(xié)議。相反，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這些工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議將在第 2 層支持 TSN——因此經(jīng)典的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議不會(huì)消失，但將來(lái)將建立在 TSN 之上。另一方面，現(xiàn)場(chǎng)總線可能會(huì)被以太網(wǎng)永久取代。

為了能夠支持未來(lái)的所有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，需要用戶專(zhuān)用ASIC形式的特殊，靈活的硬件。ADI公司（ADI）優(yōu)雅的多協(xié)議芯片解決方案fido5000就是一個(gè)例子。TSN所需的硬件已經(jīng)集成到該以太網(wǎng)交換機(jī)芯片中。一旦完全定義了所有子標(biāo)準(zhǔn)，就可以通過(guò)固件更新輕松調(diào)整該芯片。因此，它為T(mén)SN做好了準(zhǔn)備，因此為T(mén)SN做好了準(zhǔn)備。

圖3.TSN 支持的 fido5000 標(biāo)準(zhǔn)。

然而，為了使從標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用到TSN的過(guò)渡是漸進(jìn)的，并盡可能簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)為現(xiàn)有工廠如何與新的基于TSN的設(shè)備合作提供了模型。這涉及使用 ISO/OSI 參考模型的統(tǒng)一第 1、2 和 3 層，這允許在可擴(kuò)展性和性能方面采用全新的方法。但是，這要求整個(gè)網(wǎng)絡(luò)及其所有組件（例如交換機(jī)）支持各種通信協(xié)議。這實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的確定性基礎(chǔ)設(shè)施，TSN網(wǎng)絡(luò)可以利用其優(yōu)于傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。

然而，由于尚未完全定義完整的TSN標(biāo)準(zhǔn)，許多公司目前不愿意實(shí)施TSN。轉(zhuǎn)換可能需要一些時(shí)間，盡管終端已經(jīng)可以從TSN網(wǎng)絡(luò)中受益，因?yàn)橛捎诂F(xiàn)有的TSN交換機(jī)已經(jīng)提供了確定性和實(shí)時(shí)功能。因此，毫無(wú)疑問(wèn)，TSN將成為未來(lái)的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。唯一懸而未決的問(wèn)題是，完整的TSN封裝何時(shí)準(zhǔn)備就緒，并在業(yè)界找到合適的應(yīng)用。

審核編輯：郭婷