物联网|安富利：以TSN技术推动工业物联网快速发展
今天 ， 我们这个世界的运行对于“数据”的依赖越来越强 。 数据不仅仅为我们的行动提供参考依据 ， 有时还会直接参与决策 ， 向机器发出指令 ， 而且这样的场景正在渗透进一些更为“关键”的领域 ， 比如工业制造 。
所谓“要想富 ， 先修路” ， 现实世界中交通的改善会提高人流、物流等生产要素的流通效率 ， 进而提振整个经济系统的发展 。 同样的道理 ， 在虚拟的数字世界也适用——我们只有为数据的流通提供一个高效的网络 ， 才能释放出其巨大的能量 。 可不幸的是 ， 这样的网络 ， 在以往的工业领域并不那么畅通 。
为工业网络“筑路”
为工业领域的数据交互“筑路”的想法 ， 其实早已有之 。 上个世纪70年代 ， 随着可编程逻辑控制器(PLC)和自动化技术的发展 ， 对生产设备进行分布式控制逐渐成为刚需 ， 由此催生了工业现场总线 ， 将以往彼此孤立的设备联通起来 。 正如每个技术在发展初期都会经历一个标准丛生的“战国”时代 ， 工业现场总线也不例外 ， 而且由于工业领域独特的“垂直化”的生态结构 ， 导致这些标准直至今日也没能统一起来 ， 这也使得数据的流通被局限在了有限的范围内 ， 对于工业网络的扩展和彼此之间的数据共享非常不利 。
本文插图
这种标准林立、彼此割据带来的“痛点” ， 随着工业网络规模的扩大 ， 也变得越来越“痛” 。 于是 ， 在21世纪初 ， 人们推出了“工业以太网” 。 顾名思义 ， 工业以太网就是将“统一”了IT领域的以太网架构 ， 引入到工业领域 ， 统一采用标准以太网介质 ， 也以此为契机实现在物理层和数据链路层上标准的统一 。
这个理想看上去很美 ， 但是需要注意的是 ， 工业以太网前面仍然被冠以“工业”二字 ， 这是因为其与传统的以太网技术是不同的 。 标准的以太网采用的是载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)的机制 ， 当两个数据发送方发生冲突时 ， 必须延迟一定时间后重发报文 ， 如遇到网络拥堵 ， 有的报文可能长时间无法发送出去 。 所以从本质上讲 ， 以太网是一个对时间不敏感、不确定性的网络 。 而工业自动化控制 ， 优先考虑的就是实时性 ， 以确保数据报文的准时送达 。 为了适应工业应用中这样的要求 ， 就需要对标准的以太网进行“改造” ， 在其基础上修改或增加了一些特定的协议以保证实时性和确定性 ， 让其成为一个确定性的网络 ， 这就形成了所谓的工业以太网 。
但各个厂商在对同一个以太网进行改造时的思路和方法不尽相同 ， 这就造成了同样叫“工业以太网”的网络 ， 实际上是无法真正实现互联、互通、互操作的 ， 为了让数据在这些“子”网络间流通 ， 人们不得不增加额外的网关 。 这就好比是大家都修了同样的“路” ， 但是不同路网上的交通规则却是不同的 ， 想在这样的路网之间顺畅无障碍地奔驰 ， 并不容易 。
与此同时 ， 更大的一个挑战在于 ， 工业4.0等智能制造概念的提出 ， 需要与之相配的网络能够同时支持不同类型的数据流通 ， 无论是制造现场控制所需的实时性数据 ， 还是生产管理与优化所需的非实时性数据 ， 都需要在统一网络中进行集中和处理 ， 对于一些全局优化的工作可以不通过传统层级的控制器 ， 而直接连通边缘侧和云端……也就是说 ， 一个理想的工业应用中的以太网架构 ， 应该是既能满足OT(运营技术)网络实时性控制要求 ， 又能支持IT(信息技术)领域大吞吐量数据传输需要的融合性的网络 ， 这样才能将工业生产全流程的数据汇聚起来 ， 不留信息死角 。
实现这样的理想 ， 必须对我们做熟悉的以太网来一次深度的改造 ， 打造一个满足制造业要求 ， 统一的网络与协议规范 ， 同时这也是摆脱不同总线标准之间互通互操作性方面的障碍的唯一出路 。 TSN(TimeSensitiveNetwork ， 时间敏感型网络)由此诞生了 。
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