如何为工业通信选择合适的以太网协议呢？

为通信选择合适的工业以太网协议，可以为供应商、原始设备制造商（OEM）和系统集成商带来优势。

在工业自动化领域，产品供应商一直在寻求获得竞争优势，而通信一直是一个差异化因素。从早期的现场总线大战，到目前各种基于以太网的协议，通信仍然处于差异化的前沿。

以太网的应用越来越普遍，这是有充分理由的。信息技术（IT）领域的规模和实力，正在创造出经济高效、高性能的产品，这些产品应该应用于工业领域。最终用户的期望是产品应该开箱即用，每个人都关心安全性和最重要的端到端数据可靠性。由于网络安全问题无处不在，有许多硬件和软件解决方案可供开发和复用，以实现工业电网的安全和保障。

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按产品、应用分类的工业以太网协议

根据不同的应用目的，设计了各种不同的工业以太网协议。所使用的解决方案取决于所选择的供应商和所应用的产品。通常情况下，一旦选择了产品，对应的工业以太网协议也就确定了。协议是用来完成工作的幕后技术，很少有必要熟悉其内部运作。一些协议被设计为高性能，另一些协议则专注于通信效率，还有一些协议则旨在用于客户端/服务器或发布/订阅架构。

我们需要这些以太网通信协议来从不同的设备获取数据。OPC UA（统一架构）也是一种促进数据建模和信息传输的通信机制，所有工业以太网协议都能与OPC UA无缝协作。

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什么是TSN技术？

由IEEE 802.3标准组管理的以太网正在持续改进。2017年，该组织发布了《IEEE局域网和城域网标准——时间敏感应用的定时和同步》。时间敏感网络（TSN）允许在同一条物理线路上，共存多种工业以太网协议和商业网络，不同的设备和应用程序在其上进行通讯。这为运营（OT）网络和IT网络的融合打开了大门。它带来的好处包括：

■通过让所有设备共享一条线路来简化架构。

■由于简化了网络而降低了成本。

■通过从IT网络提供设备的可访问性，使管理更容易。

■通过对流量进行分类/优先排序，提高了可靠性。

■通过暴露控制元素的数据来加速数字化转型。

这些都是高度竞争和面向未来的智能工厂的基本特征。

源于视听和汽车应用的TSN技术，也适用于工业应用。工业市场需要一种方法来保证确定性、高性能和数据可靠性。同时，有必要在同一条物理线路上管理和共存多个商用现成以太网协议和工业以太网协议。

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TSN是如何工作的？

TSN是一种基于标准的技术，位于OSI模型的第2层（数据链路），以扩展当前以太网的功能。TSN由IEEE 802.1以太网子标准集描述，并专注于在一个网络上提供多个数据业务流的确定性和收敛性。提供这种功能的两个重要TSN子标准是IEEE 802.1 AS和IEEE 802.1 Qbv。

第一种方法确保网络上的所有设备都是同步的，为确定性打下基础。一旦在网络中建立了时间共享，IEEE 802.1 Qbv就定义了“时间感知整形器”。这些整形器定义了分配给不同类型网络流量的特定“时隙”，并根据所携带的信息进行优先级排序。因此，不同类型的数据流量都可以以可预测的方式在网络中传播，从而进一步支持确定性通信。这种方法支持多种业务类型的融合，具有将OT和IT领域结合起来的能力。

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从终端用户角度看TSN

工业自动化市场是一个由终端用户组成的生态系统，他们向机器制造商委托项目，而机器制造商则寻找能够提供符合这些规范的产品和解决方案的供应商。

包括原始设备制造商（OEM）和系统集成商在内的终端用户的一个关键优势，是提供更简单的网络架构和相应的机器设计，使得不同应用和设备能够和平共存。OEM和系统集成商面临的最大挑战，是如何配置和管理集成解决方案，然后将这些知识传授给维护和使用机器的最终用户。简化的架构和易于管理的设备是一个关键优势。

工业以太网组织都希望他们的协议易于工作、配置和维护。是否采用这些工业以太网协议，取决于易用性和可靠性等性能，以及是否能够实现运动和安全等复杂活动。

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工业通信的互操作性

供应商希望生产出有效的产品。用户希望购买适合的产品，了解多供应商的互操作性概念，并使用来自不同供应商的产品，而不依赖于运行的网络和技术。期望工业和商业运营的设备和应用可以在同一条物理线路上无缝运行。这以一个基本的假设为前提：商业应用不能影响工业OT应用的控制。

OPC UA不是一种协议，而是一种基于现场级通信（FLC）的标准化工业互操作性解决方案，可以利用TSN技术来运行复杂的应用。IT和OT之间的数据和信息集成是TSN技术的副产品。OPC基金会正在与工业以太网组织合作，以更好地利用TSN并与不同的应用和网络共存。

TSN支持的IT与OT融合加强了整个企业的数据传输，允许最终用户获得更大的过程透明度。透明度是指能够从工业应用和设备中提取更多数据，分析这些数据，并将其转化为有意义的信息，以更好地维护和优化运营。其结果是可以充分利用信息并提供必要的洞察力，从而可以优化性能、生产力和效率，进而提高产品质量。这意味着带宽很重要，但互操作性方面更重要。用户可以放心，系统可以相互通信，工业控制也可以不间断地持续运行。

关键概念：

■ 以太网协议多种多样，设计目的各不相同。

■TSN允许设备和应用程序通过多种工业以太网协议进行通信。

■TSN使IT和OT更容易融合。

审核编辑：刘清