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基於TSN技術的工業網絡解決方案眾所周知，以太網已經成為家庭、企業及數據中心網絡連接和互通的最廣泛的通信協議標準。然而因為其確定性、實時性、可靠性等因素，傳統以太網並不適用於工業數據通訊。例如以太網存在的 CSMA/CD 機制，當網絡出現衝突時需不斷重發數據，這對於網絡實時性帶來挑戰；另外，因工業現場面臨惡劣的工況、嚴重的線間干擾等，也導致以太網可靠性大打折扣。

研究背景

而工業以太網，相較於傳統以太網、現場總線等在實時性、傳輸速率等方面都有明顯的改觀，並已經占據了以太網市場的半壁江山。

不過，這些專有的工業以太網協議仍然面臨瓶頸，雖然它們在滿足機器運動控制等方面已經綽綽有餘。因為當雲計算、大數據技術逐漸滲透到工業領域，工業數據通訊並不再僅限於機器到傳感層，也不僅限於機器到機器之間，而是擴展到了與人、雲和應用等更豐富的連接，有更多類型和更多海量的數據需要傳輸和處理，而對於數據處理的鏈條也變得更長，包括在邊緣側，包括雲端，包括與企業生產系統和管理系統的逐步打通。因此，如何應對通過更高帶寬進行海量數據的聯接和傳輸，如何做到更精準的確定性控制和更低時延，仍是工業製造面臨的巨大挑戰。

1.2 實施目標

TSN+OPC UA 組合提供了一個實時、高確定性並真正獨立於設備廠商的通信網絡，將會在帶寬、安全、互操作、延遲和同步等方面帶來巨大改善。

TSN 技術和 OPC-UA 相結合，可以滿足工業應用的各種傳輸需求。通過該解決方案可以支持工業設備的聯網接入，實現設備之間的互聯互通。進一步的，使得生產製造系統具有高度靈活性，工廠車間網絡架構可以快速調整優化，有效提升網絡化協同製造與管理水平。

TSN（時間敏感網絡）+ OPC UA（OPC 統一架構）成為從傳感器到雲端建立全面通訊基礎結構的最佳拍檔。

TSN 的工作原理是在傳輸中讓關鍵數據包優先處理。這意味着關鍵數據不必等待所有的非關鍵數據完成傳送後才開始，從而確保更確定、更快速的傳輸路徑。本質上來說，TSN 建立了一套能使以太網具有實時性和確定性的新標準。

基於 TSN 提供的網絡通信的高確定性和低時延之上，OPC UA則提供了一個獨立於平台的面向服務的體系架構，它定義了統一的標準和信息模型，可以實現設備與設備、設備和企業，以及不同廠商設備之間的交互。

TSN+OPC UA 組合提供了一個實時、高確定性並真正獨立於設備廠商的通信網絡，將會在帶寬、安全、互操作、延遲和同步等方面帶來巨大改善。

舉例來說，在工廠數據採集、傳輸與生產運營中，都會需要對現場的機器狀態、生產能耗、質量相關、生產相關參數進行採集，TSN+OPC UA 在整體上使得在工廠的各個環節的橫向與縱向數據實現了透明交互，並且配置效率更高，程序與應用模塊化更強。

1.3 適用範圍

因為智能製造關於柔性出產提出了更高要求，以及跨渠道、跨職業的應用需求越來越多，大型實時工業通訊網絡為運營者帶來了嚴峻的應戰。

基於 TSN 的通信技術，可以適用於工廠的設備層、控制層以及企業層的層間以及層內設備的高精度通信，可應用於工業的多個場景。

2 需求分析

未來工業領域將有數以百億計的設備銜接上網，傳統工業以太網無法接受巨大的數據傳輸量，需求一種新的架構來滿意高帶寬、高速率和海量銜接等方面訴求。柔性製造正得到越來越廣泛的應用，它具有設備可復用性高、運行靈活及產品應變能力強的特點。一旦生產需求發生變化，需要快速調整生產系統的結構和控制系統，重置工藝流程與設備配置，以適配新的需求。

但是，工業現場網絡的互聯互通性，已經成為制約製造業發展的薄弱環節。通過 TSN + OPC UA 打通工業信息通信路徑，加速製造行業數字化轉型，提升工業現場網絡的信息交互效率，實現有效信息提取和傳遞。

自從可編程邏輯操控器（PLCs）面世以來，工業自動化流程得到了極大優化。OT（運營技能）與 IT（信息與通訊技能）之間的交融令人興奮，將帶來特別的體會。OPC UA 和 TSN 的結合，讓工業領域得以完成實時信息交流和互操作。