連載1：什么是TSN網(wǎng)絡(luò)？
2020-12-10新聞
事實上，TSN技術(shù)以及CC-Link IE TSN，我們及業(yè)界在近期已提及和“解讀”過多次，那么此次的TSN系列科普連載的意義在于，執(zhí)著于技術(shù)細(xì)節(jié)打磨的技術(shù)工程人員，更多的從技術(shù)方面，對這項新技術(shù)進(jìn)行“刨根挖底”的再一次解讀。
在技術(shù)人員眼中，究竟什么是TSN網(wǎng)絡(luò)呢？CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)層面上究竟能帶來什么？咱們往下看他們的解讀：
TSN網(wǎng)絡(luò)即是Time-Sensitive Network，中文通常稱為時效性網(wǎng)絡(luò)或者時間敏感網(wǎng)絡(luò)，它實際上是基于IEEE802.1的框架制定的一套滿足特殊需求的“子標(biāo)準(zhǔn)”，而這一特殊需求就是必須滿足網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。
關(guān)于實時性，大家得注意了！我們在描述Real-time這個詞時，始終都在用實時性來描述，所謂的實時性，并不是僅僅要求超級快速的及時響應(yīng)，而是在滿足延時性要求的同時，還要求響應(yīng)時間的確定性。這個有時候并不是特別好理解，在這里，我們用“你媽喊你回家吃飯”的例子來通俗說明：
老媽做好了飯，喊三個兒子來吃飯
正在打游戲的老大聽見后在第一秒做了回應(yīng)；
正在看書的老二在第二秒做了回應(yīng)；
而老三則在第三秒做出了回應(yīng)。
回應(yīng)的都挺及時，并且，每次老媽呼喚他們時，他們都能夠嚴(yán)格地按照這個順序和時間來回應(yīng)，從來都不爭不搶，這就叫做實時性。
不爭不搶
如果出現(xiàn)另一種情況，當(dāng)老媽在喊他們來吃飯的時候，他們?nèi)齻€人每個人都在聽到的瞬間做出應(yīng)答，盡管回復(fù)很快，但可能會發(fā)生爭搶。又或者，聽到后有人太過專注手頭的事，沒及時做出回應(yīng)，有人迅速回應(yīng)，導(dǎo)致每次順序和間隔都不一樣，這種響應(yīng)方式就算再快，也不能滿足實時性的要求。
實時性這個看似簡單的特點，由于以太網(wǎng)特殊的傳輸原理，其實讓網(wǎng)絡(luò)工程師們傷透了腦筋，研究了很多方法來實現(xiàn)。前面“你媽喊你回家吃飯”的例子可能僅僅反映了實效性網(wǎng)絡(luò)最根本的特點，還無法反映它的復(fù)雜度。我們換一個例子來看看可能會更明白：
即將舉辦的北京冬季奧運會，假設(shè)電視轉(zhuǎn)播機構(gòu)要轉(zhuǎn)播一場精彩的高山滑雪比賽，往往要在雪道的不同位置布置上百臺高速高清攝像機來捕捉各個角落運動員的精彩鏡頭。之后，這些高清視頻需要及時傳送回轉(zhuǎn)播中心來進(jìn)行剪輯并轉(zhuǎn)發(fā)。
這些攝像機所傳送的數(shù)據(jù)量都非常龐大，且由于攝像機安排在雪道的不同位置，在實施過程中需要同步不同攝像機的時間，既要保證時效性又要保證每臺攝像機之間的順序不能錯，時間間隔也不能錯。這時，我們就必須要有一個能夠傳輸超大容量數(shù)據(jù)的高性能時效性網(wǎng)絡(luò)才能滿足要求。
說到電視轉(zhuǎn)播， TSN網(wǎng)絡(luò)最早還真的是為了滿足音視頻數(shù)據(jù)傳輸而產(chǎn)生的，后來為了滿足汽車的安全行駛甚至自動駕駛的要求延伸至汽車領(lǐng)域。而如今，它又開始在工業(yè)領(lǐng)域大放異彩。
TSN網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用滿足了工業(yè)自動化領(lǐng)域?qū)崟r性和大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重要求，同時，也進(jìn)一步使得普通信息層和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的融合變得更加容易。它解決了傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)之間不可兼得的矛盾，為網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通奠定了基礎(chǔ)。
而CC-Link協(xié)會此次在工業(yè)以太網(wǎng)CC-Link IE的基礎(chǔ)上推出了全新的CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)，率先將千兆以太網(wǎng)和TSN網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，大大強化了CC-link IE家族協(xié)議的功能和使用場景，使得CC-Link IE TSN及TCP/IP、其他網(wǎng)絡(luò)的各種協(xié)議可以分割成不同的時間段在同一條網(wǎng)絡(luò)鏈路上混合存在。即使線路上有非實時的信息通信同時在傳送，也可以保證控制通信傳送的實時性，對系統(tǒng)控制不造成影響，使得整個網(wǎng)絡(luò)可以方便利用普通的通信設(shè)備，真正實現(xiàn)了一網(wǎng)到底，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)從信息層到設(shè)備層的無縫連接。
采用了TSN技術(shù)的CC-Link IE TSN在充分利用以太網(wǎng)設(shè)備的同時，也重新定義了協(xié)議規(guī)范，從而實現(xiàn)了高速的控制通信和運動控制通信。因此，對各個應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)性大大增強，使之能夠廣泛適用于汽車制造、半導(dǎo)體制造、鋰電池產(chǎn)業(yè)等復(fù)雜應(yīng)用場景。
簡單了解了TSN網(wǎng)絡(luò)的特點后，讓我們一起來看看，CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)層面上究竟能帶給我們什么：
1.
擁有獨立的控制信息傳輸信道和管理信息信道，二者能夠在數(shù)據(jù)傳輸上保持相對獨立，卻又能在物理傳輸線路上相互融合，使得IT和OT網(wǎng)絡(luò)能夠得到整合。
2.
CC-Link IE TSN 可與 SNMP兼容，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備診斷更加容易。對于不同的設(shè)備，收集狀態(tài)信息時需要使用不同的工具，現(xiàn)在通過使用通用 SNMP 監(jiān)視工具不僅能從 CC-Link IE TSN 兼容產(chǎn)品，而且還能從交換機、路由器等 IP 通信設(shè)備收集和分析數(shù)據(jù)。由此， 減少了系統(tǒng)啟動時間、或系統(tǒng)管理和維護(hù)時確認(rèn)設(shè)備運行狀態(tài)所花費的時間和精力。
3.
CC-Link IE TSN 可以把使用不同通信周期，具有不同性能的設(shè)備連接在同一個網(wǎng)絡(luò)中使用。在以往的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，為保證實時性， 連接到同一主站的設(shè)備必須在整個網(wǎng)絡(luò)中使用相同的循環(huán)通信周期 ( 鏈接掃描時間 )，而 CC-Link IE TSN 在同一個網(wǎng)絡(luò)中可以使用多種通信周期，這一特點，使得其運動控制性能大大提高，有效縮短了生產(chǎn)的節(jié)拍時間。
4.
CC-Link IE TSN開發(fā)方式多樣，可以通過多種方式實現(xiàn)( 硬件或軟件 )，且針對不同需求的用戶，也可選用不同的通信速率等級 (100Mbps 或 1 Gbps) ，因此，設(shè)備開發(fā)廠商可以靈活選擇適合的方式來開發(fā) CC-Link IE TSN 兼容設(shè)備，同時，隨著兼容產(chǎn)品的種類和數(shù)量不斷增加，也給用戶帶來了更多的選擇和使用便利。
以上，我們從技術(shù)工程師的眼中，簡單知曉了什么是TSN網(wǎng)絡(luò)，也了解了CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)的特點，后續(xù)，我們將和他們陸續(xù)帶小伙伴們了解TSN網(wǎng)絡(luò)及CC-Link IE TSN是如何實現(xiàn)這些復(fù)雜功能的。
