时间敏感网络TSN技术加速制造业数字化转型

时间敏感网络（TSN）是一项仍在开发中的新兴技术，首个TSN标准于2017年发布以来，越来越多的行业领域开始探究TSN的技术应用，2023年，光路科技加大了TSN技术的研发力度，TSN技术在工业以太网和TSN工业交换机的应用方面将会有新的探索和进展。

TSN技术的关键优势

TSN是一组用于改善工业网络中同步和确定性通信的技术。TSN基于IEEE 802.1AS，它定义了一种支持精确定时和同步的新型以太网。TSN允许创建比传统以太网网络更具确定性和响应性的网络。这使得TSN成为需要低延迟和高可靠性的应用的理想选择，例如工厂自动化、高速公路、汽车网络和航空航天。

 

与传统以太网相比，TSN提供了几个关键优势。

 

首先，TSN使用时间感知调度程序来确保数据包在正确的时间传输。这样可以更精确地控制数据包的发送和接收时间，这对于需要低延迟的应用程序至关重要。其次，TSN使用一种称为时间触发发送的机制来确保数据包始终在正确的时间发送。这样可避免重新传输导致的延迟。第三，TSN使用一种数据流保留机制来保证属于特定流的数据包将始终按顺序传输。这对于需要确定性通信的应用程序来说，是必不可少的。

TSN技术的主要趋势

TSN网络技术有三个主要趋势：

 

1. 转向以太网: 第一个趋势是从专有网络转向以太网。这是由对更高带宽的需求和利用以太网提供的规模经济的愿望所驱动的。

2. 对更精确计时的需求: 第二个趋势是对更精确计时的需求。这是由于越来越多地使用时间敏感的应用程序，如IP语音和视频会议。

3.软件定义网络的兴起: 第三个趋势是软件定义网络的兴起。这是由对更大灵活性的需求和利用虚拟化优势的愿望所驱动的。

 

TSN技术加快工业4.0数字化转型

TSN时间敏感网络将逐渐被添加到工业以太网中，为自动化和控制应用提供前所未有的确定性性能水平，从而加快实现IT-OT融合和工业4.0数字化转型。

工业4.0数字技术有可能改变现代制造业，并实现企业IT和OT运营的融合。制造网络上的数据已经出现了“爆炸”，但管理这些数据需要融合的高带宽网络基础设施和增值的数字化转型战略。

 

融合允许设备和系统共享相同的网络架构进行通信，避免了多个网络的复杂性和成本。但是理想的系统应该提供高速、实时的确定性通信的基础，允许整个企业共享数据。最终目标是完全优化操作所需的流程透明度，允许数据从源头流向可以处理的地方，以获得可操作的见解，然后反馈到流程中。

 

TSN网络技术将为制造业带来诸多好处：

• 通过简化网络架构，降低成本，缩短项目时间，增加正常运行时间。
• 能够提供更大的流程透明度和优化操作。
• 更高的生产力，因为优化的流程更有效地运行。
• 更好地集成OT和信息技术(IT)系统，因为融合的数据流可以轻松地从工厂车间共享到监控系统。

 

时间敏感网络包含了一组主要的国际标准，这些标准定义了时间同步方法(IEEE802.1AS)和工业网络上形成、调度和管理网络流量的技术(IEEE802.1Qbv)。它们共同提供了确定性的工业以太网技术，作为融合网络体系结构的基础。

 

对于当今工厂中的典型制造系统，实时关键应用(包括闭环控制和高性能运动控制)的数据传输在单独的网络中实现。然而，工作流程日益增长的灵活性和数字化要求IT和OT的日益融合，以及整合以前独立系统的能力。

 

通过扩展和适应现有的以太网标准，TSN实现了工业网络上IT和OT的融合。其结果是实时关键数据和数据密集型应用程序都可以通过共享的以太网电缆实现，而不会相互干扰。