——訪Moxa TSN中國區産品經理張傑

“數字化變革正在為工業自動化和工業生産帶來振奮人心的新機遇。無論是提高資産利用率，還是從“産品即服務”模式中攫取新商機，這場變革将為您帶來所需的一切。”

然而，要想充分發揮數字化變革帶來的優勢，構建一個融合IT和OT技術的工業互聯網必不可少。通過連通機器設備、生産車間、企業管理等各層級的工業互聯網，可以實現數據的采集、傳輸、可視化、分析，從而在正确的時機和地點做出正确的決策。

為此，工業網絡不僅需要承擔傳統的工業控制系統實時通訊，而且還需要承擔大數據采集和傳輸的任務，這就需要一個真正能夠“一網到底”的高帶寬、低延遲的确定性網絡，而傳統的标準以太網和各廠商主導的專有實時以太網均無法滿足這樣的需求。

更确切地說，未來統一的網絡基礎設施要具備确定性通訊能力，保證性能和服務質量能與導緻當前自動化孤島現象的各廠商專有協議水平相當，甚至優于專有協議。令人欣喜的是，全球的一些标準組織和獨立供應商均已認識到互聯互通的潛在益處，正攜手為工業網絡開發全新的統一基礎——時間敏感網絡（Time Sensitive Network，簡稱TSN）。

作為工業通訊領域的領先廠商，Moxa一直在參與TSN相關标準的制定以及測試床的建設，而且剛剛正式發布了兩款TSN交換機，将TSN真正的落地應用又推進了一步。為了了解TSN當前在全球的發展現狀和最新進展，TSN可以為工業用戶帶來哪些具體價值，作為用戶，又該如何構建一個TSN網絡？帶着這些問題，我們采訪了Moxa TSN中國區産品經理張傑，就TSN的熱點問題進行了探讨和交流。

CEC問：TSN是當前工業通訊領域的熱點話題，為什麼TSN會引起這麼多人的關注？

張傑：TSN是公認的下一代工業自動化網絡基礎架構之一。顧名思義，時間敏感網絡，在時間上它主要确保了重要的控制信号和數據能在控制系統接受的相應時間範圍内，進行确定性的傳輸。如果我們傳統的工業網絡沒有變革，将受限于網絡的性能，無法将今天工廠裡面各類數據都盡數收集，網絡的融合、大的工業互聯網系統構建都沒辦法實現。TSN是數據的應用結構最大化、效益最大化的一個前提，它突破了以前高性能的實時以太網還是獨有封閉協議的缺點，在标準以太網上實現了高帶寬、确定性傳輸，因此被大家認可。

而受廣泛關注主要因為，首先行業内所有的利益相關的廠商都共同認可這一标準，這項标準并沒有被一家或幾家廠商所壟斷，而是在電氣和電子工程師協會 (IEEE) 等國際組織的主導下制定和發展。所以無論是芯片廠商、還是控制器廠商、工業通訊廠商等都需要積極擁抱TSN，如果這時不跟上未來可能就會被洗牌淘汰。

第二點，從用戶的層面來講，TSN也的确解決了許多實實在在的問題。TSN除了從根本上解決了在标準以太網裡，控制系統沒辦法跟整個工廠網絡融合的大問題。對用戶來說，标準統一的網絡設施會讓用戶擁有更多的選擇。因此TSN不管是從成本效益，還是從整個工程的實施上都有衆多裨益。

CEC問：那麼TSN對工業自動化傳統架構有何影響？又能如何推動工業自動化的變革？

張傑：在目前的工業自動化普渡模型（Purdue）中，從現場設備層、到控制層、生産管理層、企業管理層呈一個金字塔結構，彼此孤立的專有協議占據着各個層級。然而，這一模型為當前工業網絡的基礎設施帶來了一系列挑戰。雖然獨立的專有協議在自身專業領域的自動化方面優勢明顯，但各協議使用的“語言”不同，為實時通訊帶來很大難度。

▎圖1. 目前的普渡模型

在這一模型中，傳統工業網絡存在延遲和控制問題，不能“共享線路”，傳輸速度無法超過 100 Mb/s，擴展性也因此受到影響。再者，各應用使用專有硬軟件也會影響互操作性，增加維護和運營成本。最終導緻各層間難以實現系統集成和透明可視，對整個價值鍊造成不利影響。

如今，企業需最大程度保持敏捷靈活、提高效率和迅速響應能力，來保持國際競争力。這樣就需要利用大數據分析得出的相關洞見，即時滿足客戶需求，以更低成本優化生産。所以來自行業内部的需求，“自動化金字塔”正在向“自主型金字塔”轉型，可實時針對市場和商業環境作出反應。在這一新結構中，彼此孤立的自動化孤島和網絡數據流能通過同一語言和統一的基礎設施相互通訊。

▎圖2. 未來的普渡模型

而TSN 的應運而生，使得這一新型自動化架構變得可能。部署 TSN 後，制造商無需再受限于将自身應用困于自動化孤島的專有協議和控制系統。全新的雙向通訊流将超越傳統普渡模型中的水平與垂直隔層，開啟工業應用一體化新時代。

CEC問：在實際應用上，TSN可以給用戶帶來哪些價值呢？

張傑：總的來說，在網絡層面，TSN是對傳統網絡的提升，在安全性、實施确定性、可靠性等性能提升外，客戶還可以實現即插即用。在管理能力層面，用戶隻需要明确自己的傳輸需求，網絡就會自動下發需求，實現簡單易用。

首先，TSN實現了實時的集中控制。以往，傳統的控制系統是相對封閉的獨立結構，TSN網絡讓系統在一個大網裡，實現微秒級的實時反饋，可以讓支持TSN的I/O跟主站進行直接的信息交互和控制的反饋，省掉很多中間遠端的控制節點，實現數據的及時回收，部署、管理的效率也都會大大提升。

第二，TSN能實現靈活擴展、即插即用。TSN中的網絡集中配置中心（Center Network Configuration，簡稱CNC）自動負責了大量的算法工作，用戶不需要具備大量的網絡的專業知識。用戶隻需明确要達到的效果，就能夠通過CNC自動完成配置下發和應用，整個網絡結構也因此擁有了即插即用的靈活性。

第三，TSN實現了統一的網絡和融合的應用。智能制造、大數據都強調橫向和縱向的打通，特别是橫向，想讓各個系統連到一個互通的網絡裡。因為有了TSN，在以前封閉網絡情況下的許多信息故障，如數據延遲、達不到應有的控制效果等問題都将不複存在，真正意義上地把工廠連了起來，提升了整個數據流通運轉的效能，拿到更多的數據，另外也節省整個工廠部署的費用。統一的網絡能夠融合更多的應用，它讓數據流通和應用更加高效，通過數據對産能、質量和能效進行提升。

在應用層面，TSN對終端用戶帶來的價值主要是體現在成本上。第一個是設備的成本，在以往的封閉網絡裡面，它會有一些綁定的成本：比如說我用了某一個實時的網絡，可能成套的設備都是需要用這一家的，但TSN打破這個格局，它會在整個系統效能不變的情況下，更加開放和統一，用戶會有更多的選擇。此外，TSN會給網絡結構帶來深遠的變革，TSN不僅減少了冗餘設備及運維的成本，集中的控制也減少了網絡運維和建構的成本。

CEC問：目前TSN在全球的發展和推廣看似并不快，實際的情況如何？

張傑：的确，TSN的推廣需要一定的時間。TSN産品在開發過程中會涉及到衆多廠商，廠商各自擁有自己的标準和設計，将多個零部件組合成一個精密物件，需要經曆長時間測試和磨合。現如今，全球範圍有4個典型的測試床，其初衷也是便于廠商聚在一起做設備的調試。隻有這些大廠之間先做到互聯互通，才能夠實現TSN應用真正的第一步——敢用。

對用戶來說，沒有人想當小白鼠。而對于産業來看，如果要做大批量的部署，一定要是個成熟的方案。所以，TSN廠商的設備是不是經過了測試床的驗證，跟各廠聯通的調教和自己技術本身的叠代和演進是否到位，是現階段發展非常關鍵的一點！互通的測試是緩慢的，但也是必須的。

測試床規模的不斷擴大，也幫助了産品本身不斷完善，促進産品的正式上市和使用。例如國内的工業互聯網産業聯盟（AII）的TSN測試床，MOXA也是第一批參與該測試床的廠商。目前市面上能看到的TSN産品也已經越來越多，比如三菱、MOXA等廠商都已經上市了正式的商用産品。當然，産品商用的成熟，也代表着TSN已經到了快速的發展階段。此外，國家現在也有很多的政策試點、一些龍頭的企業，包括未來5G的成熟等都會推動TSN産業。總的來說，TSN在國内的發展其實挺快的。

CEC問：對于TSN網絡搭建，你有哪些建議？作為一個用戶，如何構建一個TSN的系統應用呢？需要從哪裡開始？

張傑：如果用戶是行業的龍頭，我們建議你一定要趕上TSN這趟列車，新的技術會給整個自動化帶來變革性的影響，因此企業需要提前做好儲備。但如果中小企業，可以繼續持有觀望态度，等體系再成熟一點再去跟随。因為TSN不是一個網絡設備的問題，它是系統應用級問題。對于構建TSN系統來說，理想化的全部替換不太現實，一般都需要經曆一個過程。

因為TSN是基于标準以太網，起初用戶可能要經曆TSN系統跟現有系統的共存階段。一個完整的TSN平台，用戶必須要具備和打通許多東西，包括終端設備需要支持TSN的硬件和TSN的協議，還要有對應的網絡設備、軟件定義和相應的用戶定義界面等，因此對現有網絡改造，用戶可能要先從局部開始。

舉個例子，比如你現有的系統在數據傳輸等方面總是出問題，或者現系統原本走總線，你希望它實現網絡化，你可以先把它變成TSN系統。亦或是，你可以在局部進行網絡改造，因為網絡可以在終端或端口打上TSN的标簽，某些程度上也可以實現TSN的一些效能，這些都是提升網絡效能的局部修改方向。

CEC問：Moxa 作為工業通訊領域的頭部廠商，目前在TSN領域扮演着什麼樣的角色？能為客戶帶來哪些價值？

張傑：Moxa一直是工業通訊的領導者，基于此前在TSN上深耕多年的經驗，參與了四個全球最具影響力的TSN互操作測試床項目，擁有大量客戶的溝通驗證，我們也非常了解工業客戶在構建TSN系統時會遇到的困難。為履行研發創新工業連接技術和解決方案的承諾，Moxa 與其他行業領導者深入合作，嚴格測試TSN的互操作性，努力确保開發部署穩定可靠。作為 OPC 基金會現場級通訊 (FLC) 指導委員會的初始成員之一，Moxa 全力支持将TSN 等 OPC 統一架構擴展至現場級的倡議。

我們除了要給市場提供先進可靠穩定的TSN的設備和解決方案外，我們也會幫助客戶，如何把TSN的系統構建起來，克服這些挑戰。作為設備供應商，我們仍希望在TSN這種下一代變革技術上，能夠給用戶提供更多的咨詢價值，能夠幫助他們更好地創造價值。

CEC問：衆多通訊廠商已經發布了TSN的交換機，這些産品已經能夠正式投入使用了嗎？Moxa在TSN産品方面的進展是什麼？

張傑：确實，包括Moxa在内目前全球範圍内已經有三家實現量産的TSN工業交換機廠家。Moxa目前在國内已經正式上市了型号為TSN-G5000 TSN系列交換機，共有兩款産品，一個是4口的，一個是8口的，都是全千兆以太網交換機。支持的協議包括802.1AS（定時和同步）、802.1Qbv（流量調度的增強功能）和NETCONF/YANG标準。

▎Moxa TSN-G5000 TSN系列交換機

實際上，一些廠家在現階段還有很多測試床的磨合工作要做。隻有經曆不斷叠代的成熟産品，才能夠确保在商用的時候，不存在很多的問題，才能真正給客戶帶來價值，我覺得這點也是TSN産品能否量産和工業實際應用的關鍵。

Moxa 的TSN交換機并不是簡單地将現成的TSN芯片功能集成再嵌入，也不是未成熟的工程機，而是基于豐富行業經驗自主開發，且已經商業化量産的可靠産品。

CEC問：對于TSN的未來應用，您認為有哪些趨勢和前景？

張傑：目前來看，“室外用5G，室内用TSN用是未來工業通訊技術演進的路線和趨勢。未來5G會往工業互聯網上延伸，而TSN 網絡将負責工廠内網，從而打造内外一體的低延遲，高精度可靠網絡。當然，未來5G和TSN之間的協議層也有望被打通，屆時整個工業互聯網能夠發揮更大的利用價值，也将打開不一樣的世界。

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