近年來，TSN（Time-Sensitive Networking）時間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始逐漸被越來越多人所認(rèn)知，一時間也成為業(yè)界熱議的高頻詞。工業(yè)通信經(jīng)歷了從串口通信，現(xiàn)場總線到工業(yè)以太網(wǎng)，到如今的新一代開放式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)TSN。

顧名思義，TSN是一種注重“時間”的技術(shù)，本質(zhì)上來說，它為以太網(wǎng)增加了更大的確定性，這也是TSN能夠在市場上脫穎而出的主要原因。

TSN技術(shù)應(yīng)運而生

眾所周知，市場上有多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，被普遍采用的實時工業(yè)以太網(wǎng)主要有EtherCAT、PROFINET、POWERLINK、CC-Link等，這些協(xié)議都是在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上修改或增加了一些特定的協(xié)議以保證實時性和準(zhǔn)確性。但是這些都是非標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，在易用性、互操作性、帶寬和設(shè)備成本上均存在不足。

由此，TSN應(yīng)運而生。TSN，即在非確定性的以太網(wǎng)中實現(xiàn)確定性的最小時間延時的協(xié)議族，是由IEEE 802.1 TSN任務(wù)組制定的一系列IEEE 802以太網(wǎng)子標(biāo)準(zhǔn)集。

知乎上對TSN技術(shù)有個貼切解釋：

“想象在一個廣闊的球場上東西兩側(cè)各有一個以太網(wǎng)連接的揚聲器，揚聲器中間可能經(jīng)過多個交換機設(shè)備，當(dāng)主持人講話時，我們希望兩個揚聲器能夠同時發(fā)聲，而不會出現(xiàn)一前一后疊音的情況；進一步的，即使同個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲羞€有其他應(yīng)用在使用流量，我們也希望兩個揚聲器的效果是穩(wěn)定的?！?/p>

正因其符合標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)架構(gòu)，具有精準(zhǔn)的流量調(diào)度能力，可保證多種業(yè)務(wù)流量的共網(wǎng)高質(zhì)量傳輸?shù)燃夹g(shù)及成本優(yōu)勢，TSN技術(shù)開始從最初的視頻音頻數(shù)據(jù)領(lǐng)域延伸至工業(yè)領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域，成為下一代網(wǎng)絡(luò)承載技術(shù)的演進方向之一。

圖片源自《時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）產(chǎn)業(yè)白皮書》

● 視頻/音頻傳輸

為最大限度提供實時性，圖像、音頻通過TSN實現(xiàn)高實時的傳輸與處理，滿足對帶寬和實時性的需求。

● 汽車駕駛

在汽車控制系統(tǒng)中，用支持低延時且具有實時傳輸機制的TSN進行統(tǒng)一管理?？梢越档徒o汽車和專業(yè)A/V設(shè)備增加網(wǎng)絡(luò)功能的成本及復(fù)雜性。

● 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是未來TSN應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一，所有需求實時監(jiān)控或?qū)崟r反饋的工業(yè)領(lǐng)域都離不開TSN網(wǎng)絡(luò)。如機器視覺、AR/VR、深海石油鉆井等等。

業(yè)界對TSN的持續(xù)探索

究其根本，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求的激增是近些年TSN火爆的重要原因。國際上有大量組織、自動化廠商參與其中，致力推動TSN技術(shù)的落地應(yīng)用。

● 2016-2017年，TSN應(yīng)用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的核心功能逐步完善，隨后多家自動化廠商宣布了對OPC UA和TSN的支持，并加入相關(guān)國際組織，包括ABB、貝加萊、Bosch Rexroth、GE、NI、KUKA、Phoenix、Schneider等。

● 2018年，CC-Link協(xié)會就發(fā)布了融入TSN技術(shù)的開放式千兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)CC-Link IE TSN，它是為數(shù)據(jù)化、智能化制造發(fā)展量身定制的新一代網(wǎng)絡(luò)，完美融合了TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場總線和實時通訊，它與交換機的組合幫助客戶輕松實現(xiàn)構(gòu)建起整廠級別的管理系統(tǒng)。如三菱電機、軟贏、德國赫斯曼等均宣布推出支持CC-Link IE TSN的工業(yè)產(chǎn)品。

● 2019-2020年，TSN標(biāo)準(zhǔn)完成并實現(xiàn)商業(yè)化。根據(jù)預(yù)測，TSN市場規(guī)模到2024年將超過6億美元，年均復(fù)合增長率53.8%。交換機將成為引領(lǐng)TSN發(fā)展的重要單品。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中越來越多的實時通信需求成為推動TSN市場發(fā)展的主要動力。

近年來，國內(nèi)廠商對TSN技術(shù)的關(guān)注度持續(xù)提高，積極推進TSN的發(fā)展落地。2017年起，包括華為、Moxa、新華三在內(nèi)的多家通信設(shè)備廠商已經(jīng)研發(fā)出或正在研發(fā)TSN相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括交換機、網(wǎng)關(guān)及通信模塊。此外，一些自動化廠商開始積極向TSN技術(shù)靠攏，推出TSN技術(shù)相關(guān)的工業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備。

華為：早在2018、2019年的漢諾威展上，華為就展示了OPC-UA TSN測試床，并在其中提供了TSN交換機；

MOXA：2018年德國SPS展，MOXA展示了TSN測試床，同年的IIC聯(lián)合測試床中展示了TSN交換機；

新華三：2019年4月，新華三在“領(lǐng)航者峰會上發(fā)布了TSN交換機產(chǎn)品。

研華：研華發(fā)布EKI-8500G交換機，采用TSN專用芯片設(shè)計，具備時間同步、優(yōu)先流量調(diào)度、時間感知整形器、高可靠的冗余資料傳輸四大核心特色。

東土科技：在精密時鐘同步、守時、授時、時間管理等自主研發(fā)創(chuàng)新技術(shù)的支撐下，東土科技推出自主研發(fā)的全新系列TSN工業(yè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，涵蓋芯片、交換機、終端、交換軟件平臺、CNC及邊緣通用控制器等。

5G+TSN技術(shù)成關(guān)注焦點

如今，TSN已經(jīng)不再是一個概念性項目，而是已經(jīng)成為被行業(yè)組織認(rèn)證的可廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)。然而，任何新興技術(shù)從興起到爆發(fā)都要經(jīng)歷一個時間磨合與驗證的過程，TSN技術(shù)尚且如此。目前，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，從芯片廠商到產(chǎn)品開發(fā)商、終端用戶，TSN已經(jīng)開始了測試、驗證，離全面落地或許僅一步之遙了。

有人說，5G時代的加速到來會成為推進TSN技術(shù)全面落地應(yīng)用的催化劑。的確，5G系統(tǒng)的靈活部署與TSN的精確時間同步、有界時延等特性，能更有效解決工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜多變的情況。

從國際上來看，已經(jīng)有行業(yè)龍頭企業(yè)開始布局推動5G、千兆網(wǎng)絡(luò)、TSN在工業(yè)領(lǐng)域的融合應(yīng)用。如西門子宣布將TSN列為未來重要的通信技術(shù)，其“工業(yè)網(wǎng)絡(luò)專家計劃”更是將5G+TSN列為打造數(shù)字化工業(yè)生態(tài)的重要手段；三菱電機的具有無線應(yīng)用能力的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)“CC-Link IE TSN”率先將千兆以太網(wǎng)帶寬與TSN相結(jié)合，實現(xiàn)了IO和OT的實時無縫融合。

可以看出，未來5G+TSN融合發(fā)展趨勢將為未來工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)打開一扇新的窗口。相較于之前的現(xiàn)場總線等概念的推進速度，TSN已經(jīng)發(fā)展的非常迅速了。短期來看，TSN技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域全面落地普及尚需時日，市場接受及培育同樣也需要一個過程，長期來看，隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破和應(yīng)用場景需求變化不斷演進升級，TSN技術(shù)在萬物互聯(lián)時代所創(chuàng)造的價值不可估量。

本文參考：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟《時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）產(chǎn)業(yè)白皮書》